Procedimientos de producción de láminas de gel.

Un procedimiento de fabricación de láminas de gel, que comprende las etapas de:

proporcionar un cantidad de material fibroso de napa;

introducir una cantidad de un material impermeable (65) para separar la cantidad de material fibroso de napa y enrollarlo en una preforma (60) de rollo-fibra que tiene una pluralidad de capas fibrosas;

someter a infusión una cantidad de sol catalizado (62) en el interior de la preforma de rollo-fibra (60), y

someter a formación de gel el sol catalizado en la preforma de rollo-fibra para formar un rollo de lámina de gel.

Procedimientos de producción de láminas de gel Antecedentes de la invención Campo de la invención

La presente invención se refiere a la preparación de láminas de gel rellenas de disolvente de manera continua. Dichas láminas de gel se usan en la fabricación de mantas de aerogel, materiales compuestos de aerogel, monolitos de aerogel y otros productos basados en aerogel.

Descripción de la técnica relacionada

Los aerogeles describen una clase de material basado en su estructura, concretamente, estructuras de célula abierta de baja densidad, áreas superficiales grandes (con frecuencia de 900 m2/g o más) y tamaños de poro de escala sub-nanométrica. Las tecnologías de extracción de fluidos supercríticos y subcríticos se usan comúnmente para extraer el fluido de las células frágiles del material. Se conoce una variedad de composiciones de aerogel diferentes y pueden ser orgánicas o inorgánicas. Los aerogeles inorgánicos generalmente están basados en alcóxidos metálicos e incluyen materiales tales como sílice, carburos y alúmina. Los aerogeles orgánicos incluyen, pero sin limitarse a, aerogeles de uretano, aerogeles de formaldehído de resorcinol y aerogeles de poliimida.

Los materiales de aerogel de baja densidad (0,01-0,3 g/cm3) se consideran los mejores aislantes térmicos sólidos, mejores que las mejores espumas rígidas con conductividades térmicas de 10-15 mW/m-K y por debajo a 37,8 °C (100 °F) y presión atmosférica. Los aerogeles funcionan como aislantes térmicos principalmente por medio de minimización de la conducción (baja densidad, trayectoria sinuosa para la transferencia de calor a través de la nanoestructura del sólido), convección (los tamaños de poro muy pequeños minimizan la convección) y radiación (los dopantes de dispersión o absorción de IR se dispersan fácilmente por toda la matriz de aerogel). Dependiendo de la formulación, pueden funcionar bien a temperaturas criogénicas hasta 550 °C y por encima. Los materiales de aerogel también muestran muchas otras propiedades interesantes acústicas, ópticas, mecánicas y químicas que les convierten en abundantemente útiles.

Los materiales aislantes de baja densidad se han desarrollado para solucionar un número de problemas de aislamiento térmico en aplicaciones en las cuales el aislamiento nuclear experimenta fuerzas compresivas significativas. Por ejemplo, se han sometido los materiales poliméricos a formación de compuestos con microesferas de vidrio huecas para crear espumas sintácticas, que normalmente son materiales muy resistentes a la compresión y muy tenaces. Los materiales sintácticos también se conocen como aislantes para tuberías submarinas de petróleo y gas y equipos de soporte. Los materiales sintácticos son relativamente inflexibles y presentan una elevada conductividad térmica con respecto a los materiales compuestos de aerogel flexibles (matrices de aerogel reforzadas con fibra). Los aerogeles se pueden formar a partir de precursores de gel flexibles. Se pueden combinar fácilmente varias capas flexibles, incluyendo aerogeles reforzados con fibras flexibles, y se pueden conformar para dar lugar a pre-formas que cuando se comprimen mecánicamente a lo largo de uno o más ejes, proporcionan cuerpos compresivamente fuertes a lo largo de cualesquiera de esos ejes. Los cuerpos de aerogel que se comprimen de este modo exhiben valores de aislamiento térmico mucho mejores que las espumas sintácticas. Los procedimientos para producir estos materiales facilitan de forma rápida el uso a gran escala de estos materiales en tuberías de gas y petróleo submarinas y aislamiento externo.

Los procedimientos convencionales para la producción de lámina de gel y/o lámina de gel de material compuesto reforzado con fibras formados por medio de química de sol-gel descritos en la patente y en la literatura científica implican, de manera invariable, el moldeo o colado por lotes. El moldeo o colado por lotes se define en la presente memoria como la catálisis de un volumen completo de sol para inducir la formación de gel simultáneamente por todo ese volumen. Las técnicas de formación de gel se conocen bien por los expertos en la materia: ejemplos incluyen el ajuste del pH y/o temperatura de un sol de óxido metálico diluido hasta un punto en el que tiene lugar al formación de gel (R. K. Iler, Colloid Chemistry of Silica and Silicates, 1954, capítulo 6; R. K. Iler, The Chemistry of Silica, 1979, capítulo 5, C. J. Brinkery G. W. Scherer, Sol-Gel Science, 1990, capítulos 2 y 3).

La patente de Estados Unidos N°. 6.068.882 (Rye) divulga un ejemplo de un material compuesto de aerogel reforzado con fibras que se puede poner en práctica con las realizaciones de la presente invención. Los materiales precursores de material compuesto de aerogel preferidos usados en la presente invención son aquellos tales como Cryogel®, Pyrogel® o Spaceloft comercializados por Aspen Aerogels, Incorporated. La patente de Estados Unidos N°. 5.306.555 (Ramamurthi y col.) divulga un material compuesto de matriz de aerogel de un aerogel bruto con fibras dispersadas dentro del aerogel en bruto y un procedimiento de preparación del material compuesto de matriz de aerogel.

También se hace referencia a los documentos FR 2 441 789 A y GB 1 014 791 que divulgan procedimientos de formación de láminas de resinas no curadas.

Sumario de la invención

La presente invención se refiere a un procedimiento para la fabricación de láminas de gel de acuerdo con la reivindicación 1 y a un procedimiento para la preparación de láminas de gel de acuerdo con la reivindicación 11.

Más específicamente, los inventores desarrollaron procedimientos para la combinación de forma continua de una solución de baja viscosidad de un sol y un agente (catalizador térmico o catalizador químico) que induce la formación de gel y la formación de una lámina de gel sobre un elemento móvil tal como una cinta transportadora con bordes que definen el volumen de la lámina de gel formada por medio del suministro de un sol catalizado a una tasa predeterminada eficaz para permitir que tenga lugar la formación de gel sobre el elemento móvil. El sol Incluye materiales inorgánicos, orgánicos o una combinación de materiales híbridos inorgánicos/orgánicos. Los materiales inorgánicos incluyen circonia, ¡tria, hafnia, alúmina, titania, ceria y sílice, óxido de magnesio, óxido de calcio, fluoruro de magnesio, fluoruro de calcio y cualquier combinación de los anteriores. Los materiales orgánicos incluyen poliacrilatos, poliolefinas, poliestirenos, poliacrilonitrilos, poliuretanos, poliimidas, alcohol de polifurfural, alcohol fenol furfurílico, formaldehídos de melamina, formaldehídos de resorcinol, formaldehído de cresol, formaldehído de fenol, dialdehído de poli(alcohol vinílico), policianuratos, poliacrilamidas, varios epoxis, agar, agarosa y cualesquiera combinaciones de los anteriores. Incluso más específicamente, los procedimientos describen la formación de láminas de gel monolíticas o material compuesto de gel reforzado con fibras que tienen dos partes, concretamente fibras de refuerzo y una matriz de gel, en la que las fibras de refuerzo están en forma de una estructura fibrosa elástica (es decir, napa), preferentemente basada bien en poliéster termoplástico o bien en fibras de sílice, y más preferentemente en combinación con fibras cortas individuales distribuidas de manera aleatoria (microfibras) de forma continua o semi-continua. La napa fibrosa o el material de napa se Introducen sobre el elemento móvil para combinación con el sol catalizado antes de la formación de gel.

Además, cuando se refuerza una matriz de gel por medio de un material de napa elástico, en particular una napa no tejida continua formada por fibras de denier muy bajo, el material compuesto resultante cuando se seca para dar lugar a un producto de aerogel o xerogel por medio de extracción con disolvente, mantiene propiedades térmicas similares para un xerogel o aerogel monolítico de forma mucho más fuerte y duradera. El diámetro de las fibras usadas está dentro del intervalo de 0,1-10.000 micrómetros. En algunos casos, se usan nanofibras dentro del intervalo de 0,001 a 100 micrómetros en el refuerzo del gel. Además de la napa de fibras, se pueden distribuir fibras rizadas por toda la estructura de gel.

Incluso más específicamente, los procedimientos describen procedimientos para formar materiales compuestos de gel de manera continua o semi-continua por medio de la introducción de una zona de disipación de energía sobre el aparato de cinta transportadora móvil. La formación de gel de sol catalizado se puede mejorar por medio de un procedimiento químico o de disipación de energía. Por ejemplo, se puede Introducir un flujo... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento de fabricación de láminas de gel, que comprende las etapas de:

proporcionar un cantidad de material fibroso de napa;

introducir una cantidad de un material impermeable (65) para separar la cantidad de material fibroso de napa y enrollarlo en una preforma (60) de rollo-fibra que tiene una pluralidad de capas fibrosas; someter a infusión una cantidad de sol catalizado (62) en el interior de la preforma de rollo-fibra (60), y someter a formación de gel el sol catalizado en la preforma de rollo-fibra para formar un rollo de lámina de gel.

2. El procedimiento de la Reivindicación 1, que además comprende las etapas de retirar el material impermeable (65) e Introducir una cantidad de material permeable (66) para separar una pluralidad de capas de material de gel.

3. El procedimiento de la Reivindicación 1, en el que el sol catalizado comprende un material seleccionado entre el grupo que consiste en materiales inorgánicos, materiales orgánicos y una combinación de materiales inorgánicos y materiales orgánicos.

4. El procedimiento de la Reivindicación 1, en el que el material fibroso de napa comprende un material seleccionado entre el grupo que consiste en materiales inorgánicos, materiales orgánicos, y una combinación de materiales inorgánicos y materiales orgánicos.

5. El procedimiento de la Reivindicación 2 o 3, en el que los materiales inorgánicos están seleccionados entre el grupo que consiste en circonia, itria, hafnia, alúmina, titania, ceria y sílice, óxido de magnesio, óxido de calcio, fluoruro de magnesio, fluoruro de calcio y sus combinaciones.

6. El procedimiento de la Reivindicación 2 o 3, en el que el material orgánico está seleccionado entre el grupo que consiste en poliacrilatos, poliolefinas, poliestirenos, poliacrilonitrilos, poliuretanos, poliimidas, alcohol de polifurfural, alcohol fenol furfurílico, formaldehídos de melamina, formaldehídos de resorcinol, formaldehído de cresol, formaldehído de fenol, dialdehído de alcohol polivinílico, policianuratos, poliacrilamidas, diversos epoxis, agar, y agarosa, y combinaciones de los mismos.

7. El procedimiento de la Reivindicación 1, en el que el material fibroso de napa incluye fibras que tienen un diámetro dentro de un intervalo de aproximadamente 0,1 pm 10.000 pm o dentro de un intervalo de aproximadamente 0,001 pm a 10 pm.

8. El procedimiento de la Reivindicación 1, que además comprende la etapa de:

distribuir fibras rizadas por todo el material de gel.

9. El procedimiento de la Reivindicación 1, en el que la formación de gel de sol catalizado es mejorada por medio de un procedimiento seleccionado entre el grupo que consiste en (a) un procedimiento químico, y (b) disipar una cantidad predeterminada de energía a partir de una fuente de energía en el interior del sol.

10. El procedimiento de la Reivindicación 1, en el que el material impermeable está formado por una lámina flexible.

11. Un procedimiento para preparar láminas de gel, que comprende las etapas de:

suministrar un sol catalizado (74) sobre un elemento móvil en forma de lámina continua (75); enrollar la lámina suministrada en una pluralidad de capas.

12. El procedimiento de la Reivindicación 11, que además comprende la etapa de:

proporcionar una capa espaciadora entre cualesquiera dos capas predeterminadas de la lámina continua.

13. El procedimiento de la Reivindicación 12, en el que la capa espaciadora es permeable o impermeable.

14. El procedimiento de la Reivindicación 13, en el que la capa espaciadora permeable es eficaz para proporcionar patrones de flujo radial con conexión con un procedimiento de secado o en el que la capa espaciadora impermeable eficaz para proporcionar un patrón de flujo axial en conexión con un procedimiento de secado.

15. El procedimiento de la Reivindicación 1, en el que la infusión de sol catalizado se lleva a cabo en un recipiente.

16. El procedimiento de la Reivindicación 2, en el que la retirada de material impermeable se lleva a cabo por medio de desenrollado.

17. El procedimiento de la Reivindicación 1 o 2, que además comprende la etapa de secado del rollo de lámina de gel.