Material compuesto de poliuretano.

Material compuesto que contiene un aglutinante y un aerogel o un aerosil,

caracterizado porque el aglutinante es el producto de reacción de un prepolímero a base de poliuretano que puede emulsionarse en agua que presenta grupos isocianato libres, con un sistema acuoso, en particular agua.

Material compuesto de poliuretano La invención se refiere a un material compuesto que contiene un aglutinante y un aerogel o un aerosil, a un procedimiento y a una composición para la preparación del material compuesto, así como al uso del material compuesto.

Los aerogeles son sólidos altamente porosos, en los que la parte predominante del volumen está compuesta de poros. Los aerogeles pueden basarse por ejemplo en silicatos, óxidos metálicos, sin embargo también en plástico, carbono o híbridos inorgánico-orgánicos. Los poros de los aerogeles presentan un diámetro que se encuentra en el intervalo de nanómetros. Como consecuencia del gran volumen de poros y las estructuras de canal estrechas son adecuados los aerogeles en particular como materiales aislantes con propiedades de aislamiento térmico excelentes con densidad baja. Los aerogeles se encuentran en primer lugar como partículas, polvos, granulados o monolitos y pueden someterse a una conformación usando aglutinantes y por ejemplo pueden prensarse para obtener placas.

El proceso de conformación del aerogel se termina durante la transición sol-gel. Tras la formación de la estructura de gel sólida puede modificarse la forma externa tan sólo mediante trituración, por ejemplo molienda. Por el término aerogel se entiende en el contexto de la presente invención también xerogeles y criogeles.

Por el documento EP-A-0 340 707 se conocen materiales aislantes de densidad de 0, 1 g/cm3 a 0, 4 g/cm3 con buena capacidad de aislamiento térmico y resistencia a la presión suficientemente alta, que se obtienen mediante adhesión de partículas de aerogel de sílice con un aglutinante inorgánico u orgánico. Como aglutinantes inorgánicos adecuados se mencionan a modo de ejemplo cemento, yeso, cal y/o vidrio soluble.

Por el documento EP 489 319 A2 se conocen espumas de material compuesto a base de partículas de aerogel de sílice y de una espuma de polímero de estireno. Por el documento US-A-6121336 se conoce mejorar las propiedades de espumas de poliuretano mediante incorporación de aerogeles de sílice. Por el documento DE 44 41 567 A1 se conoce seleccionar en materiales compuestos de aerogeles y aglutinantes inorgánicos el diámetro de partícula de las partículas de aerogel inferior a 0, 5 mm. Por el documento EP 672 635 A1 se conoce usar en cuerpos moldeados de aerogeles de sílice y aglutinantes adicionalmente silicatos estratificados o minerales de arcilla. Por el documento US-A-6143400 se conoce además usar partículas de aerogel con diámetros inferiores a 0, 5 mm en materiales compuestos de partículas de aerogel y un adhesivo. Por el documento DE 105 335 64 se conocen materiales compuestos que contienen partículas de aerogel, aglutinante y un agente de fibras. Por el documento WO 2007/011988 A2 se conocen composiciones con las denominadas partículas de aerogel híbridas y un aglutinante, en las que las partículas de aerogel pueden estar unidas de manera covalente con el aglutinante.

Por el documento EP 667370 A2 se conoce una espuma de material compuesto que contiene del 10 % al 90 % en volumen de partículas de aerogel de SiO2 y del 90 % al 10 % en volumen de una espuma preferentemente de poliuretano y/o de poliolefina. Ésta se prepara debido a que se espuma una carga de las partículas de aerogel con la espuma de plástico.

Por el documento US 2009/0029147 A1 se conoce un aerogel de material compuesto de poliuretano que se prepara debido a que en primer lugar se prepara una espuma de poliuretano de célula abierta y se añade a la espuma de poliuretano un precursor de aerogel a base de tetraetoxisilicato hidrolizado, agua y etanol.

Para la fabricación de cuerpos moldeados de este tipo es necesario, sin embargo, con frecuencia el uso de altos contenidos en aglutinante. Además necesitan mejorar aún muchas propiedades de aplicación técnica tales como por ejemplo la conductividad térmica o la resistencia a la rotura. Con frecuencia resultan también problemas en la fabricación de los cuerpos moldeados. Numerosos aglutinantes orgánicos no pueden usarse debido a su alta viscosidad. El uso de dispersiones de baja viscosidad requiere según esto con frecuencia una dilución demasiado grande con disolventes acuosos, lo que tiene el inconveniente de que el aglutinante existente en las dispersiones no contrae ninguna unión con las partículas de aerogel de sílice por regla general hidrófobas, como consecuencia de la falta de humectación de la superficie de aerogel.

Por tanto era objetivo de la invención proporcionar materiales compuestos que con proporción de aglutinante relativamente baja pudieran presentar una conductividad térmica reducida, mejorada y una densidad baja. Los materiales compuestos deben poder prepararse de manera sencilla además, por ejemplo mediante aplicabilidad mejorada de aglutinantes orgánicos.

En particular era objetivo de la invención proporcionar cuerpos moldeados que con proporción de aglutinante baja presentaran una conductividad térmica reducida, mejorada, estabilidad mecánica y una densidad baja.

La invención se refiere a un material compuesto que contiene un aglutinante y un aerogel o aerosil, caracterizado porque el aglutinante es el producto de reacción de un prepolímero a base de poliuretano que puede emulsionarse en agua con un sistema acuoso, en particular agua. El sistema acuoso está compuesto en una forma de realización preferente de agua. Sin embargo pueden estar contenidas otras partes constituyentes, en particular

- aditivos que no reaccionan con isocianatos, -aditivos que reaccionan con isocianatos, en particular polioles y poliaminas.

La invención se refiere además a un procedimiento para la preparación del material compuesto, caracterizado porque se mezcla un prepolímero a base de un isocianato y de un compuesto reactivo con isocianato P que 5 presenta grupos isocianato, con adición de agua, con un aerogel o aerosil en condiciones que garanticen una reacción del prepolímero con el agua añadida.

En una forma de realización preferente se encuentran las partículas distribuidas de manera homogénea en el material compuesto.

La invención se refiere además a una composición para la preparación de un material compuesto de acuerdo con la invención que contiene un aerogel o aerosil, un prepolímero que contiene grupos isocianato y agua, pudiéndose encontrar estas partes constituyentes también separadas espacialmente en un kit.

En tanto que no se mencione lo contrario, en el contexto de la presente invención se definen los términos usados tal como sigue y se determinan las magnitudes de medición mencionadas tal como sigue:

Partícula: como partícula se designan materiales particulados que o bien son monolíticos, es decir están constituidos por una sola pieza, o sin embargo que contienen esencialmente partículas con un diámetro más pequeño que el del material particulado, que están unidos dado el caso mediante un aglutinante adecuado, o están ensamblados mediante prensado para dar materiales particulados más grandes.

Porosidad: proporción de volumen de cavidades con respecto a volumen total, medida de acuerdo 20 con adsorción y desorción de nitrógeno (< 100 nm) y porosimetría de mercurio (> 100 nm)

Hidrófobo: por sustancias hidrófobas se entiende en el contexto de las sustancias en cuestión las sustancias de este tipo que presentan a temperatura ambiente un ángulo de contacto superior a 90 º con respecto a agua.

Nanoporoso: por nanoporoso se entiende que los poros de las partículas presentan un tamaño de 0, 1

nm a 500 nm, en particular < 200 nm, de manera especialmente preferente < 100 nm (d50) y la porosidad asciende en particular a de 50 a 99, en particular de 70 a 99, de manera especialmente preferente de 80 a 99.

Granular: granular significa que los materiales particulados se encuentran en un tamaño de 0, 1 m a 100 mm, preferentemente de 1 m a 30 mm (d50) y la proporción del eje espacial más 30 largo con respecto al eje espacial más corto de las partículas asciende preferentemente a de 4:1 a 1:1.

Ácido silícico pirogénico: ácido silícico pirogénico está constituido preferentemente por gotas microscópicas de dióxido de silicio amorfo (sílice) que están fundidas para dar partículas secundarias ramificadas, de cadena similar tridimensionales que se aglomeran para dar partículas terciarias. El polvo resultante presenta una densidad aparente extremadamente baja y una alta superficie. Las partículas primarias presentan un tamaño de 5 -50 nm (d50) . Éstas no son porosas y tienen una superficie de 50 -600 m2/g y una densidad de 2, 2 g/cm3. El ácido silícico pirogénico se prepara mediante pirolisis de llama de tetracloruro... [Seguir leyendo]

1. Material compuesto que contiene un aglutinante y un aerogel o un aerosil, caracterizado porque el aglutinante es el producto de reacción de un prepolímero a base de poliuretano que puede emulsionarse en agua que presenta grupos isocianato libres, con un sistema acuoso, en particular agua.

2. Material compuesto de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el prepolímero puede obtenerse mediante reacción a) de un isocianato, preferentemente diisocianato, con b) al menos un poliol, dado el caso c) en presencia de un coadyuvante de emulsificación o un tensioactivo.

3. Material compuesto según la reivindicación 2, caracterizado porque el prepolímero puede obtenerse mediante reacción de respectivamente al menos

a) un isocianato con b1) un poliol B1, mediante el cual puede emulsionarse en agua el prepolímero sin coadyuvante de emulsificación, o b2) con un poliol B2, mediante el cual no puede emulsionarse en agua el prepolímero sin tensioactivo o coadyuvante de emulsificación, emulsionándose el prepolímero con un tensioactivo o un coadyuvante de emulsificación, o b3) con una mezcla de un poliol B1 y B2, preferentemente en una proporción en peso de 5 a 95 hasta 95 a 5, en particular con una cantidad de B1, mediante la cual puede emulsionarse el prepolímero en agua.

4. Material compuesto según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el poliol es un polietilenglicol con un peso molecular (Mn) de 200 g/mol a 6.000 g/mol y/o un alquilpolietilenglicol con un peso molecular de 200 a 2000.

5. Material compuesto según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el poliol es un polipropilenglicol o un polibutilenglicol, un producto de adición de un óxido de alquileno, en particular óxido de propileno u óxido de butileno, a un alcohol polihidroxilado, un producto de adición de un óxido de alquileno, en particular óxido de propileno, a un iniciador con Fn de 2-8, o un glicérido de un ácido graso que contiene grupos hidroxilo.

6. Material compuesto según la reivindicación 2, caracterizado porque como tensioactivo o coadyuvante de emulsificación se usan: un siloxano modificado con poliéter, o un tensioactivo libre de silicona.

7. Material compuesto de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el isocianato es un isocianato aromático, en particular MDI o un MDI polimérico.

8. Material compuesto de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el isocianato es un isocianato alifático, en particular HDI o un HDI polimérico.

9. Material compuesto de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque como compuesto reactivo con isocianato se usa una mezcla de al menos un polialquilenglicol y un polialquilenglicol alcoxilado.

10. Material compuesto de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las partículas son aerogeles de SiO2 dado el caso modificados con manera orgánica.

11. Material compuesto de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque el aerogel está modificado de manera hidrófoba.

12. Material compuesto de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el material compuesto se encuentra en forma de una placa revestida o de un material textil no tejido revestido, y/o porque el material compuesto presenta una conductividad térmica de 13 mW/mK a 30 mW/mK, y/o porque la superficie del material compuesto esta revestida con un revestimiento y/o porque la superficie del material compuesto está revestida por laminación.

13. Composición para la preparación de un material compuesto de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, que contiene un aerogel o un aerosil, un prepolímero que contiene grupos isocianato y vidrio soluble.

14. Procedimiento para la preparación de un material compuesto de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se mezcla un prepolímero que presenta grupos isocianato, con adición de agua, con un aerogel o un aerosil con reacción del prepolímero con el agua añadida.

15. Uso de un material compuesto de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores para el aislamiento térmico o acústico.