ES2256519T3 - Espuma inorganica elastica. - Google Patents

Abstract

Espuma inorgánica a base de un aluminosilicato con una proporción molar SiO2:Al2O3 desde 20:1 hasta 1:1 caracterizada porque tiene una densidad menor que 25 g/l y una proporción de células abiertas, según DIN ISO 4590, mayor que el 50 %.

Description

Espuma inorgánica elástica.

La invención se refiere a una espuma inorgánica, elástica, a base de un aluminosilicato así como a un procedimiento para su fabricación.

Las espumas orgánicas a base de poliestireno, poliolefina y poliuretano son adecuadas excelentemente para el aislamiento térmico y acústico, sin embargo son inflamables de una manera relativamente fácil y por lo tanto no son adecuadas para muchas finalidades de aplicación. El BASOTECT, que es una espuma de la firma BASF AG a base de resinas de melamina/formaldehído se caracteriza por una elevada elasticidad debido a sus celdas abiertas y a su baja densidad, lo cual tiene una gran ventaja para la manipulabilidad y la transformabilidad. Ciertamente las espumas elásticas de melamina/formaldehído son difícilmente inflamables, sin embargo son combustibles y por lo tanto no cumplen las condiciones de la clase de protección contra el fuego A según DIN 4102. Estas condiciones se cumplen, naturalmente, por materiales en forma de espuma de base inorgánica. Las espumas inorgánicas, conocidas hasta ahora presentan, sin embargo, en su totalidad, una densidad relativamente elevada y, por lo tanto, no son elásticas. Además en la mayoría de los casos se trata de las denominadas espumas in situ, en las que se inyectan los componentes directamente en la obra, por ejemplo en cavidades huecas y se espuman y se endurecen en las
mismas.

En la publicación DE-A 21 65 912 se ha descrito un procedimiento para la obtención de materiales espumados, en el que se espuman y se endurecen soluciones acuosas de silicato junto con endurecedores que disocian ácidos, con ayuda de agentes propulsores orgánicos, volátiles. La densidad de los productos espumados de celda abierta varía entre 20 y 900 g/l. La densidad más baja, indicada en los ejemplos, es de 40 g/l. Los materiales espumados elásticos no han sido citados.

La publicación DE-A 32 44 523 describe la fabricación de espumas in situ, en la que se mezcla una solución de silicatos alcalinos con una solución de endurecedor y con un gas propulsor líquido bajo presión. Como endurecedores se emplean ésteres de ácidos carboxílicos disociadores de ácido, la densidad más baja, indicada en los ejemplos, es de 40 g/l. En ambas publicaciones se describen espumas de silicatos puros, que no son suficientemente estables frente a la humedad en la práctica.

La publicación DE-A 36 17 129 describe, igualmente, la fabricación de espumas in situ. En este caso se espuma una solución acuosa de silicato en presencia de un endurecedor por medio de un gas, que se genera por medio de una reacción química a partir de un sistema generador de gas, por ejemplo peróxido de hidrógeno. Como endurecedor se citan, además de muchos otros, también los aluminatos alcalinos. La densidad de las espumas in situ oscila entre 30 y 1.000 g/l.

La publicación US 3,737,332 describe una espuma de celdas cerradas a base de arcillas, que se obtiene mediante introducción de un gas propulsor en una proporción acuosa de partículas de arcilla y una pequeña cantidad de una amina de ácidos grasos.

Según la publicación WO 89/05285 se prepara una masa cerámica mediante espumación de una mezcla acuosa de silicatos de metales alcalinos, aluminatos de metales alcalinos, un material cerámico resistente al fuego y polvo de aluminio, que desprende hidrógeno gaseoso que actúa como gas propulsor. La densidad de la masa cerámica se encuentra en el intervalo de 500 g/l.

Finalmente, según la publicación EP-A 407 921, se espuma una mezcla de vidrio soluble alcalino y una carga, por ejemplo óxido de aluminio con un agente propulsor químico, preferentemente azodicarbonamida para dar un cuerpo de producto espumado endurecido, de células abiertas, con una densidad en el intervalo de 50 hasta 500 g/l.

Así pues, la invención tenía como tarea poner a disposición una espuma inorgánica que se caracterizase, además de por ser incombustible y por ser resistente a la humedad, por una buena elasticidad y, por lo tanto, que fuese fácilmente manipulable y transformable. La espuma debería ser ampliamente de células abiertas y, por lo tanto, adecuada para el aislamiento contra el ruido. En contra de lo que ocurre con las espumas in situ, debería presentarse en una forma espacial definida, por ejemplo en forma de bloque, de placa o de partículas regulares.

Estas tareas se resuelven, según la invención, por medio de una espuma inorgánica, de células abiertas a base de un aluminosilicato con una proporción molar SiO_{2}:Al_{2}O_{3} desde 20:1 hasta 1:1, que presente una densidad menor que 25 g/l y una proporción de células abiertas según DIN ISO 4590 mayor que el 50%. Se supondrá que la elasticidad de las espumas según la invención está basada en que las espumas de células abiertas de baja densidad están constituidas esencialmente por nervaduras delgadas de las células, que son fácilmente deformables. La proporción molar SiO_{2}:Al_{2}O_{3} supone, preferentemente, desde 10:1 hasta 2:1; la densidad de la espuma es, preferentemente, menor que 20 g/l y supone, especialmente, desde 8 hasta 18 g/l. La proporción de las células abiertas, medidas según DIN ISO 4590 es, preferentemente, mayor que el 80%.

En una forma preferente de realización se prepara la espuma según la invención porque se hace reaccionar una solución acuosa de un silicato de metal alcalino con una solución acuosa de un aluminato de metal alcalino en la proporción molar de 20:1 hasta 1:1 en presencia de un agente propulsor orgánico, fácilmente volátil y de un tensioactivo, y se lleva a cabo la formación de la espuma.

Los silicatos de metales alcalinos presentan la fórmula Me_{2}O\cdot(SiO_{2})_{2-4}, donde Me significa un metal alcalino, preferentemente sodio. Son preferentes las soluciones de vidrio soluble con un contenido en humedad comprendido entre un 20 y un 70% en peso, especialmente entre un 30 y un 60% en peso.

Los aluminatos de metales alcalinos presentan la fórmula Me[Al(OH)_{4}], siendo el metal alcalino preferente a su vez el sodio. También en este caso son preferentes soluciones del 20 al 70, especialmente del 30 al 60% en peso.

Los gases propulsores volátiles, preferentes, son compuestos orgánicos, tales como, por ejemplo, los hidrocarburos, los hidrocarburos halogenados, los alcoholes los éteres, las cetonas y los ésteres. Son especialmente preferentes los hidrocarburos con 4 a 6 átomos de carbono, especialmente el pentano. Los agentes propulsores se emplearán preferentemente en cantidades desde 1 hasta 40, especialmente desde 5 hasta 15% en peso, referido al producto sólido.

Para la emulsión del gas propulsor y para la estabilización de la espuma se requiere la adición de un emulsionante o de una mezcla de emulsionantes. Como emulsionantes pueden emplearse los tensioactivos aniónicos, catiónicos y no iónicos.

Los tensioactivos aniónicos adecuados son los sulfonatos de óxido de difenileno, los alcanobencenosulfonatos y los alquilbencenosulfonatos, los alquilnaftalinsulfonatos, los olefina-sulfonatos, los alquilétersulfonatos, los sulfatos de alquilo, los alquilétersulfatos, los ésteres de los ácidos alfa-sulfograsos, los sulfonatos de acilaminoalquilo, los acilisetionatos, los alquilétercarboxilatos, los N-acilsarcosinatos, los alquilfosfatos y los alquiléterfosfatos, como tensioactivos no iónicos pueden emplearse los alquilfenolpoliglicoléteres, los poliglicoléteres de alcoholes grasos, los poliglicoléteres de ácidos grasos, las alcanolamidas de ácidos grasos, los copolímeros bloque de EO/PO, los óxidos de amina, los ésteres de glicerina de ácidos grasos, los ésteres de sorbitán y los alquilpoliglucósidos. Como tensioactivos catiónicos se emplean sales de alquiltriamonio, sales de alquilbencildimetilamonio y sales de alquilpiridinio. Los emulsionantes se añadirán, preferentemente, en cantidades desde 0,1 hasta 5% en peso, referido a la resina.

La mezcla a ser espumada puede contener, además, aditivos usuales, tales como por ejemplo pigmentos y cargas.

El procedimiento se llevará a cabo, convenientemente, en varias etapas encadenadas en serie:

a)

en primer lugar, se mezclan la solución del silicato de metal alcalino, el agente propulsor y el emulsionante;

b)

a continuación, se añade, a esta mezcla, la solución de aluminato de metal alcalino. La temperatura debe encontrarse en este caso por debajo de 50ºC, preferentemente por debajo de 30ºC y, especialmente, entre 10 y 25ºC. A esta temperatura se inicia ciertamente ya la reacción del silicato con el aluminato; sin embargo permite preparar todavía una mezcla homogénea.

c)

a continuación, se templa la mezcla a temperaturas por encima de 50ºC, preferentemente comprendida entre 80 y 100ºC. En este caso se evapora el agente propulsor y se inicia el proceso de espumación. Al mismo tiempo se prosigue la reacción del silicato con el aluminato, formándose, finalmente, una espuma sólida.

d)

finalmente, se calienta la espuma húmeda a temperaturas por encima de 100ºC, con lo que se evapora el agua.

El calentamiento o bien el templado en las etapas c) y d) puede llevarse a cabo con métodos usuales, por ejemplo con armario de calefacción, aire caliente o microondas. Las microondas son preferentes puesto que posibilitan un calentamiento o bien un templado especialmente homogéneo y rápido. Las etapas c) y d) pueden llevarse a cabo también conjuntamente.

En otra forma de realización se somete a la mezcla, obtenida en la etapa b) a una ligera presión. De este modo se produce la expansión del gas propulsor y se forma, igualmente, una espuma sólida. Ésta se trata a continuación como en la etapa d). La reducción de la presión supone también que la mezcla se comprime bajo una presión P1 por medio de una tobera hasta una presión P2 < P1, donde P1 > 1 bar. En estas formas de realización no se requiere un calentamiento para la espumación.

En el procedimiento descrito se forman bloques de producto espumado o bien placas de producto espumado que pueden cortarse a medida en cualquier forma deseada.

La espuma según la invención puede emplearse de muchas maneras para el aislamiento térmico y acústico en la construcción civil y en la industria del automóvil, por ejemplo para el aislamiento térmico en la construcción de viviendas o como material aislante del ruido en la cavidad del motor.

Claims (10)

1. Espuma inorgánica a base de un aluminosilicato con una proporción molar SiO_{2}:Al_{2}O_{3} desde 20:1 hasta 1:1 caracterizada porque tiene una densidad menor que 25 g/l y una proporción de células abiertas, según DIN ISO 4590, mayor que el 50%.

2. Procedimiento para la obtención de la espuma inorgánica según la reivindicación 1, caracterizado porque se hace reaccionar, y se espuma, una solución acuosa de un silicato de metal alcalino con una solución acuosa de un aluminato de metal alcalino en la proporción molar entre silicato y aluminato desde 20:1 hasta 1:1 en presencia de un compuesto orgánico volátil como agente propulsor y de un emulsionante.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque el agente propulsor es un hidrocarburo con 4 hasta 6 átomos de carbono.

4. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque comprende las etapas siguientes:

a)

se mezclan el silicato de metal alcalino, el agente propulsor y el emulsionante,

b)

a esta mezcla se le añade, a temperaturas situadas por debajo de 50ºC, el aluminato de metal alcalino y se mezclan,

c)

la mezcla se templa a temperaturas comprendidas entre 50 y 100ºC,

d)

la mezcla se calienta a temperaturas por encima de 100ºC, con lo que se evapora el agua.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque las etapas c) y d) se llevan a cabo de manera simultánea.

6. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque el calentamiento o bien el templado se lleva a cabo por medio de microondas.

7. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque comprende las etapas siguientes:

a)

se mezclan el silicato de metal alcalino, el agente propulsor y el emulsionante,

b)

a esta mezcla se le añade, a temperaturas por debajo de 50ºC, el aluminato de metal alcalino y se mezclan,

c)

la mezcla se somete a una presión reducida,

d)

la mezcla se templa a temperaturas por encima de 50ºC, con lo que se evapora el agua.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque la mezcla y el templado se llevan a cabo en una sola etapa.

9. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque comprende las etapas siguientes:

a)

se mezclan el silicato de metal alcalino, el agente propulsor y el emulsionante,

b)

se le añade a esta mezcla, a temperaturas por debajo de 50ºC, el aluminato de metal alcalino y se mezclan,

c)

la mezcla se prensa por medio de una tobera y se descomprime a una presión menor,

d)

la mezcla se templa a temperaturas por encima de 50ºC, con lo que se evapora el agua.

10. Empleo de la espuma inorgánica según la reivindicación 1 para el aislamiento térmico y acústico en el sector de la construcción civil y en la construcción del automóvil.