Material compuesto que contiene partículas nanoporosas.

Material compuesto que contiene partículas nanoporosas, en particular granulares,

en particular un aerogel, y un aglutinante reticulado a base de un aglutinante y de un agente reticulador, caracterizado porque el aglutinante es un polímero que está sustituido con grupos amino primarios.

Material compuesto que contiene partículas nanoporosas La invención se refiere a un material compuesto que contiene partículas nanoporosas, en particular un material compuesto de aerogel, a un procedimiento y a una composición para la preparación del material compuesto, así como al uso del material compuesto.

Los aerogeles y aerosiles son sólidos altamente porosos, en los que la parte predominante del volumen está compuesta de poros. Los aerogeles pueden basarse por ejemplo en base de silicato, sin embargo también en base de plástico o carbono. Los poros de los aerogeles presentan un diámetro que se encuentra en el intervalo de nanómetros. Como consecuencia del gran volumen de poros son adecuados los aerogeles en particular como materiales aislantes con propiedades de aislamiento excelentes con densidad baja. Los aerogeles se encuentran en primer lugar como partículas y pueden someterse a una conformación usando aglutinantes y por ejemplo pueden prensarse para obtener placas.

En la bibliografía se designan aerogeles también como geles con aire como agente de dispersión. Los aerogeles pueden prepararse mediante secado de un gel adecuado. Por el término aerogel se entiende en el contexto de la presente invención también xerogeles y criogeles. 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 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 195 335 64 A1 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.

El documento US 2007/259979 A da a conocer aerogeles orgánicos que están reforzados con cargas de aerogel inorgánicas. Como aerogeles orgánicos de acuerdo con este documento se usan por ejemplo poliisocianatos, poliureas, poliuretanos, etc. Este documento tampoco da a conocer un material compuesto que contenga un aglutinante que presente grupos amino primarios.

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 mejorada y una densidad baja. Los materiales compuestos deben poder prepararse de manera sencilla además, por ejemplo mediante aplicabilidad mejorada de aglutinantes orgánicos.

La invención se refiere a un material compuesto que contiene partículas nanoporosas, en particular granulares, en particular un aerogel, y un aglutinante reticulado a base de un aglutinante y de un agente reticulador, caracterizado porque el aglutinante es un polímero que está sustituido con grupos amino primarios.

La invención se refiere además a un procedimiento para la preparación del material compuesto, caracterizado porque se mezclan las partículas nanoporosas, en particular granulares, en particular el aerogel, el aglutinante y el agente reticulador, se realiza la reticulación mediante reacción del agente reticulador con los grupos amino primarios del aglutinante y el material obtenido o bien a) se somete directamente a una conformación y dado el caso a un curado o

b) se granula el material, se almacena y en caso necesario se somete a la conformación y al curado.

La invención se refiere además a una composición para la preparación del material compuesto, que contiene partículas nanoporosas, en particular granulares, en particular un aerogel, un aglutinante y un agente reticulador, caracterizada porque el aglutinante es un polímero que está sustituido con grupos amino primarios.

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 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 15 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: significa que los materiales particulados se encuentran en un tamaño de 0, 1 m a 100 m, preferentemente de 1 m a30 m (d50) y la proporción del eje espacial más largo con respecto al eje espacial más corto de las partículas asciende preferentemente a de 4:1 a 1:1.

Aerosil: por aerosil se entiende ácido silícico pirogénico que puede prepararse mediante hidrólisis de 25 tetracloruro de silicio y presenta preferentemente un tamaño de partícula primario de 5-50 nm

(d50) . Peso molecular: las indicaciones de peso molecular se refieren al promedio en número Mn. Valor D50: tamaño de grano, en el que el 50 % de las partículas es más fino y el 50 % más grueso que el valor indicado.

A continuación se indican formas de realización preferentes de la presente invención, pudiéndose combinar también las formas de realización indicadas en detalle.

La proporción de partículas nanoporosas en el material compuesto asciende preferentemente a del 1 % al 99, 9 % en volumen, preferentemente del 5 % al 99 %, de manera especialmente preferente del 20 % al 99 %.

Partículas nanoporosas Las partículas nanoporosas preferentes son granulares. Las partículas nanoporosas son en otras formas de realización preferentes aerogeles o aerosiles. Éstas pueden ser inorgánicas, inorgánico-orgánicas u orgánicas.

Aerogel Los aerogeles adecuados para los materiales compuestos de acuerdo con la invención son en particular aquéllos a base de óxidos, en particular dióxido de silicio y óxidos... [Seguir leyendo]

1. Material compuesto que contiene partículas nanoporosas, en particular granulares, en particular un aerogel, y un aglutinante reticulado a base de un aglutinante y de un agente reticulador, caracterizado porque el aglutinante es un polímero que está sustituido con grupos amino primarios.

2. Material compuesto de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el aerogel es un aerogel de SiO2 dado el caso modificado de manera orgánica.

3. Material compuesto según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las partículas presentan un tamaño de partícula (valor D50) de 0, 1 m a 100 m, en particular 1-30 m.

4. Material compuesto según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las partículas presentan una porosidad del 50 % al 99 %.

5. Material compuesto según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el aglutinante presenta unidades de vinilamina polimerizadas recurrentes.

6. Material compuesto según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el aglutinante es una polivinilamina, preferentemente con una masa molar de 10.000 g/mol a 500.000 g/mol.

7. Material compuesto según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el agente reticulador presenta grupos que reaccionan con los grupos amino del aglutinante.

8. Material compuesto según al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el agente reticulador es glioxal.

9. Composición para la preparación de un material compuesto de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, que contiene partículas nanoporosas, en particular un aerogel, un aglutinante y un agente reticulador, caracterizada porque el aglutinante es un polímero que está sustituido con grupos amino primarios.

10. Composición de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizada porque en 100 partes en peso de aerogel están contenidas: de 10 a 25 partes en peso del aglutinante y de 0, 5 a 5 partes en peso del agente reticulador.

11. Procedimiento para la preparación del material compuesto de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se mezclan las partículas, el aglutinante y el agente reticulador, se realiza la reticulación mediante reacción del agente reticulador con los grupos amino del aglutinante y el material obtenido o bien

a) se somete directamente a una conformación y dado el caso a un curado o b) se granula el material, se almacena y en caso necesario se somete a la conformación y al curado.

12. Cuerpo moldeado, en particular placas, a base de un material compuesto de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 a 8, y de otra espuma, en particular poliuretano o poliestireno.

13. Cuerpo moldeado de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque la otra espuma está laminada en el material compuesto de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 a 8.

14. Cuerpo moldeado de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque la otra espuma está mezclada con el material compuesto de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 a 8.

15. Uso de un material de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 a 8 y 12 a 14 para el aislamiento térmico o acústico.