BR112016026379B1 - Aerogel disperso em água e método de produção do mesmo - Google Patents
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Abstract
AEROGEL DISPERSO EM ÁGUA E MÉTODO DE PRODUÇÃO DO MESMO. É divulgado um aerogel disperso em água apresentando uma composição ecológica que contém um solvente orgânico em uma quantidade diminuída enquanto aumenta a facilidade de utilização de micropartículas de aerogel em uma fase líquida e também é proporcionado um método de fabricação do aerogel disperso em água.
Description
[0001] Este pedido reivindica o benefício do Pedido de Patente da Coréia número KR 10-2014-0186685, depositado em 23 de Dezembro de 2014, que é incorporado ao presente documento como referência na sua totalidade.
[0002] A presente invenção se refere a um aerogel disperso em água e a um método de fabricação do mesmo e, mais particularmente, a um aerogel disperso em água, que apresenta uma composição ecológica contendo um solvente orgânico em uma quantidade diminuída enquanto aumenta a facilidade de utilização de micropartículas de aerogel em uma fase líquida, e a um método de fabricação do mesmo.
[0003] O aerogel de sílica em uma fase em pó ultrafina tem uma densidade aparente muito baixa (cerca de 0,04 ~ 0,1 g/cm3), e o seu volume é muito grande em relação ao peso, aumentando assim o custo de transporte e requerendo um grande espaço durante o armazenamento. Assim, a maleabilidade pode tornar-se fraca e os custos de armazenamento podem aumentar. Em particular, o caso em que o aerogel de sílica em uma fase em pó ultrafina é utilizado pode indesejadamente gerar poeira, e assim as aplicações disponíveis de um tal aerogel são limitadas. Para resolver estes problemas, está em curso uma pesquisa com relação à dispersão de aerogel de sílica em uma fase líquida utilizando um solvente orgânico. Embora a solução de dispersão de aerogel de sílica em uma fase líquida fabricada utilizando um solvente orgânico seja facilmente manuseada e a sua capacidade de trabalho possa ser melhorada, pode tornar-se gel devido à instabilidade da dispersão durante o armazenamento em longo prazo. Por conseguinte, uma solução de dispersão de aerogel de sílica utilizando um solvente orgânico precisa ser produzida diretamente no local. Além disso, quando a solução de dispersão de aerogel de sílica utilizando um solvente orgânico, tal como fornecido pelos fabricantes, torna-se um gel, o aerogel de sílica gelificado precisa ser redisperso através do tratamento antes da utilização, o que é considerado desvantajoso em termos de eficiência e rentabilidade do processo. De modo a superar a gelificação da solução de dispersão de aerogel de sílica utilizando o solvente orgânico, pode ser utilizado um agente auxiliar tal como um aditivo, um modificador de pH, um tensoativo ou um estabilizador. Neste caso, contudo, as propriedades super-hidrofóbicas e porosas inerentes ao aerogel de sílica em uma fase de pó ultrafina podem mudar drasticamente após a secagem. Além disso, é improvável que o agente auxiliar seja removido através do tratamento antes do processo de fabricação. Se tal remoção for possível, os benefícios econômicos podem ser negados devido ao processo adicional. Consequentemente, é necessário desenvolver um aerogel disperso em água com uma composição ecológica, que esteja em uma fase líquida e seja assim facilmente manipulado, e possa ser aplicado diretamente ao processo de fabricação sem a adição de um agente auxiliar, para assim melhorar a rentabilidade e trabalhabilidade.
[0004] Consequentemente, a presente invenção foi elaborada tendo em mente os problemas encontrados na arte relacionada, e um objetivo da presente invenção é proporcionar um aerogel disperso em água, que está em uma fase líquida e pode assim ser facilmente manuseado podendo possuir rentabilidade e trabalhabilidade elevadas. O aerogel disperso em água de acordo com a presente invenção não contém um agente auxiliar tal como um aditivo, um modificador de pH, um tensoativo ou um estabilizador, mantendo assim as propriedades intrínsecas super-hidrófobas e porosas das micropartículas de aerogel após secagem. Além disso, este aerogel pode ser facilmente utilizado porque não há gelificação devido à instabilidade da dispersão durante o armazenamento em longo prazo e pode ser diretamente aplicado ao processo de fabricação, sem a necessidade de remover o agente auxiliar através do tratamento antes do processo de fabricação. Além disso, uma vez que o aerogel, que está em uma fase de pó convencional sendo facilmente disperso devido à baixa densidade aparente, é utilizado em uma fase líquida, pode ser adicionado relativa facilmente em uma quantidade predeterminada no processo de fabricação, não sendo gerada poeira, desta forma protegendo o ambiente de trabalho e a saúde dos trabalhadores.
[0005] Outro objetivo da presente invenção é proporcionar novas aplicações do aerogel disperso em água possuindo uma composição ecológica na qual a utilização de um solvente orgânico é diminuída.
[0006] A fim de realizar os objetivos acima, a presente invenção proporciona um aerogel disperso em água, compreendendo: uma mistura de água (A) e um solvente orgânico (B), e partículas (C) tendo i) uma área de superfície específica BET de 300 ~1.500 m2/g e ii) uma porosidade de 50% ou mais, em que a mistura de água (A) e solvente orgânico (B) inclui água (A) e o solvente orgânico (B) em uma razão em peso De 4:1 ~ 1:1 e as partículas (C) estão contidas em uma quantidade de 1 ~ 25 partes em peso com base em 100 partes em peso da mistura de água (A) e solvente orgânico (B).
[0007] Além disso, a presente invenção proporciona um método de fabricação de um aerogel disperso em água compreendendo uma mistura de água (A) e um solvente orgânico (B), e partículas (C) tendo i) uma área de superfície específica BET de 300 ~ 1.500 m2/g e ii) uma porosidade igual ou superior a 50%, compreendendo: combinação da mistura de água (A) e solvente orgânico (B) com as partículas (C), de modo que as partículas (C) sejam dispersas na mistura de água (A) e de solvente orgânico (B), em que a mistura de água (A) e solvente orgânico (B) inclui a água (A) e o solvente orgânico (B) em uma proporção em peso de 4:1 ~ 1:1 e as partículas (C) estão contidas em uma quantidade de 1 ~ 25 partes em peso com base em 100 partes em peso da mistura de água (A) e solvente orgânico (B).
[0008] De acordo com a presente invenção, um aerogel disperso em água encontra-se em uma fase líquida e pode assim ser facilmente manipulado e pode exibir elevada rentabilidade e trabalhabilidade. Uma vez que o aerogel disperso em água elimina a necessidade de um agente auxiliar tal como um aditivo, um modificador de pH, um tensoativo ou um estabilizador, podem ser mantidas as propriedades super-hidrofóbicas e porosas inerentes das micropartículas de aerogel após a secagem. Além disso, o aerogel pode ser facilmente utilizado porque não há gelificação devido à instabilidade da dispersão durante o armazenamento em longo prazo e pode ser diretamente aplicado ao processo de fabricação sem a necessidade de remover o agente auxiliar através do tratamento antes do processo de fabricação. Além disso, uma vez que o aerogel, que está em uma fase de pó convencional, sendo facilmente disperso devido à baixa densidade aparente, é utilizado em uma fase líquida, pode ser adicionado com relativa facilidade em uma quantidade predeterminada no processo de fabricação, não sendo gerada poeira, protegendo assim o ambiente de trabalho e a saúde dos trabalhadores. Além disso, podem ser proporcionadas novas aplicações do aerogel disperso em água apresentando uma composição ecológica com um solvente orgânico em uma quantidade diminuída.
[0009] A figura 1 ilustra (I) micropartículas (C) de acordo com a presente invenção, (II) uma mistura de água (A) e álcool isopropílico (IPA) (B) a uma razão em peso de 1:1 como um solvente de dispersão e (III) os resultados (concentração de 10% em peso) da dispersão das micropartículas de (I) no solvente de dispersão de (II); e
[0010] A figura 2 ilustra a separação das fases e a gelificação, 24 h após a dispersão das micropartículas utilizando apenas um solvente orgânico.
[0011] A seguir, será fornecida uma descrição detalhada da presente invenção.
[0012] De acordo com a presente invenção, um aerogel disperso em água compreende uma mistura de água (A) e um solvente orgânico (B), além de partículas (C) tendo i) uma área de superfície específica BET de 300 ~ 1.500 m2/g e ii) uma porosidade de 50% ou mais, em que a mistura de água (A) e solvente orgânico (B) inclui a água (A) e o solvente orgânico (B) em uma razão em peso de 4:1 ~ 1:1 e as partículas (C) estão contidas em uma quantidade de 1 ~ 25 partes em peso, com base em 100 partes em peso da mistura de água (A) e solvente orgânico (B).
[0013] No aerogel disperso em água da presente invenção, a mistura de água (A) e solvente orgânico (B) inclui a água (A) e solvente orgânico (B) em uma razão em peso de 4:1 ~ 1:1. Embora o aerogel não seja fisicamente misturado com água devido às suas propriedades super- hidrofóbicas e porosas, pode ser facilmente disperso em uma solução mesmo com uma fraca força de agitação por meio de turbulência suave utilizando uma quantidade mínima do solvente orgânico, especialmente álcool isopropílico (IPA) em uma modalidade da invenção. Se a mistura inclui o solvente orgânico em uma quantidade superior ao limite superior acima referido, a dispersibilidade pode aumentar durante um curto período de tempo, mas a estabilidade pode deteriorar-se, tornando-se difícil o armazenamento devido à gelificação. Em contraste, se a mistura inclui o solvente orgânico em uma quantidade inferior ao limite inferior acima referido, torna-se difícil a dispersão do aerogel super-hidrófobo. Dada a faixa de quantidade acima do solvente orgânico, o aerogel disperso em água possuindo uma composição ecológica incluindo o solvente orgânico em uma quantidade inferior pode ser aplicado de várias maneiras.
[0014] O solvente orgânico (B) pode incluir pelo menos um selecionado do grupo que consiste em metanol, etanol, acetona, álcool isopropílico (IPA), propanol, butanol, pentanol, octanol e seus isômeros. É particularmente útil o álcool isopropílico (IPA). Além disso, a mistura de água (A) e solvente orgânico (B) inclui de preferência a água (A) e o solvente orgânico (B) em uma proporção em peso de 2:1 ~ 1:1.
[0015] Numa modalidade da presente invenção, quando se utiliza álcool isopropílico (IPA), a dispersão é eficientemente realizada mesmo na presença de elevado teor de sílica, em comparação com a utilização de outros solventes orgânicos. Especificamente, a solução de dispersão compreendendo água e IPA em uma razão em peso de 1:1 é mantida de forma estável mesmo após várias semanas. Embora a separação de fases ocorra após um longo período de tempo, a redispersão torna-se possível por meio de turbulência suave. Quando 10% em peso de micropartículas de sílica são dispersas na solução de dispersão compreendendo IPA e água deionizada (DI) a 1:1, não há alteração de cor na solução de dispersão.
[0016] As partículas (C) estão contidas em uma quantidade de 1 ~ 25 partes em peso com base em 100 partes em peso da mistura de água (A) e solvente orgânico (B). Em razão da gama de quantidade acima das partículas (C), a dispersão é realizada de forma eficiente, e não há gelificação devido à instabilidade da dispersão durante o armazenamento em longo prazo. Deste modo, evita-se um agente auxiliar, tal como um aditivo, um modificador de pH, um tensoativo ou um estabilizador, para prevenir a gelificação, e assim as propriedades super-hidrofóbicas e porosas inerentes das micropartículas de aerogel podem ser mantidas quando da secagem. Consequentemente, não há necessidade de remover o agente auxiliar através do tratamento antes do processo de fabricação, e o aerogel pode ser diretamente aplicado ao processo de fabricação.
[0017] Mais especificamente, as partículas (C), que estão contidas no aerogel disperso em água de acordo com a presente invenção podem incluir qualquer componente, sem limitação desde que tenha as propriedades de i) e ii) como acima. Exemplos específicos podem incluir, mas não estão limitados aos óxidos inorgânicos, tais como sílica (SiO2), alumina, titânia (TiO2), carbono, compostos inorgânicos, polímeros orgânicos, resinas de permuta iônica, metais, sais metálicos, etc. A sílica (SiO2) é especificamente útil. As partículas (C) podem ter um tamanho de partícula variando de 2 nm a 50 μm, e as partículas têm uma área de superfície específica BET de 300 ~ 1.500 m2/g, de preferência 500 ~ 1.500 m2/g, e mais preferencialmente 600 ~ 1.500 M2/g. Além disso, as partículas podem possuir super-hidrofobicidade com um ângulo de contato com água de 125° ou mais, de preferência 135° ou mais, e mais preferencialmente 140° ou mais. Além disso, as partículas (C) podem ter um tamanho de partícula variando de 2 nm a 50 μm e super-hidrofobicidade com um ângulo de contato com água de 125° ou mais.
[0018] As partículas têm uma porosidade de 50% ou mais, e de preferência 90% ou mais. Uma vez que o aerogel disperso em água de acordo com a presente invenção inclui as partículas que têm as propriedades como acima, por exemplo, quando a água é adicionada a um polímero superabsorvente, a aglomeração do polímero superabsorvente pode ser notavelmente diminuída apesar do uso da solução de dispersão de aerogel. Além disso, mesmo quando se utiliza a solução de dispersão incluindo uma quantidade relativamente pequena de partículas em comparação com a sílica convencional, a permeabilidade do polímero superabsorvente é melhorada. Além disso, uma redução na absorção sob pressão (AUP) é inibida, a eficácia antiaglomeração aumenta e um elevado teor de umidade pode ser mantido.
[0019] Na presente invenção, uma redução no ângulo de contato do aerogel disperso em água é preferencialmente de 50% ou menos, e mais preferencialmente 10% ou menos, em comparação com as partículas (C).
[0020] Além disso, a presente invenção se refere a um método de fabricação do aerogel disperso em água compreendendo uma mistura de água (A) e um solvente orgânico (B) e partículas (C) tendo i) uma área de superfície específica BET de 300 ~ 1.500 m2/g e ii) uma porosidade de 50% ou mais, compreendendo: combinação da mistura de água (A) e solvente orgânico (B) com as partículas (C) de modo que as partículas (C) sejam dispersas na mistura de água (A) e solvente orgânico (B), em que a mistura de água (A) e solvente orgânico (B) inclui a água (A) e o solvente orgânico (B) em uma proporção em peso de 4:1 ~ 1:1, e as partículas (C) estão contidas em uma quantidade de 1 ~ 25 partes em peso com base em 100 partes em peso da mistura de água (A) e solvente orgânico (B).
[0021] No método de fabricação do aerogel disperso em água de acordo com a presente invenção, a mistura de água (A) e solvente orgânico (B) inclui a água (A) e o solvente orgânico (B) em uma razão em peso de 4:1 ~ 1:1. Embora o aerogel não seja fisicamente misturado com água devido às suas propriedades super-hidrofóbicas e porosas, pode ser facilmente disperso em uma solução mesmo com fraca força de agitação por meio de turbulência suave utilizando uma quantidade mínima de um solvente orgânico, especialmente IPA em uma modalidade da invenção. Se a mistura incluir o solvente orgânico em uma quantidade superior ao limite superior acima referido, a dispersibilidade pode aumentar durante um curto período de tempo, porém a estabilidade pode deteriorar-se, tornando-se difícil o armazenamento devido à gelificação. Em contraste, se a mistura incluir o solvente orgânico em uma quantidade inferior ao limite inferior acima referido, torna-se difícil a dispersão do aerogel super-hidrófobo. Dada a faixa de quantidade acima do solvente orgânico, o aerogel disperso em água possuindo uma composição ecológica incluindo o solvente orgânico em uma quantidade inferior pode ser aplicado de várias maneiras.
[0022] O solvente orgânico (B) pode incluir pelo menos um selecionado do grupo que consiste em metanol, etanol, acetona, IPA, propanol, butanol, pentanol, octanol e seus isômeros. É particularmente útil o IPA. Além disso, a mistura de água (A) e solvente orgânico (B) inclui de preferência a água (A) e o solvente orgânico (B) em uma razão em peso de 2:1 ~ 1:1.
[0023] Em uma modalidade da presente invenção, a utilização de IPA permite que o processo de dispersão seja realizado de forma eficiente mesmo na presença de elevado teor de sílica, em comparação com quando se utilizam os outros solventes orgânicos. Especificamente, a solução de dispersão compreendendo água e IPA em uma razão em peso de 1:1 é mantida de forma estável mesmo após várias semanas. Embora a separação de fases ocorra após um longo período de tempo, a redispersão torna-se possível por meio de turbulência suave. Além disso, quando 10% em peso de micropartículas de sílica são dispersas na solução de dispersão compreendendo IPA e água DI a 1:1, nenhuma mudança de cor pode resultar da solução de dispersão.
[0024] As partículas (C) estão contidas em uma quantidade de 1 ~ 25 partes em peso com base em 100 partes em peso da mistura de água (A) e solvente orgânico (B). Dada a gama de quantidades acima das partículas (C), a dispersão progride eficientemente e não há gelificação devido à instabilidade da dispersão durante o armazenamento em longo prazo. Por conseguinte, não é necessário adicionar um agente auxiliar, tal como um aditivo, um modificador de pH, um tensoativo ou um estabilizador, para evitar a gelificação, tornando assim possível a manutenção das propriedades super-hidrofóbicas e porosas inerentes das micropartículas de aerogel após secagem. Consequentemente, o aerogel resultante pode ser diretamente aplicado ao processo de fabricação sem a necessidade de remover o agente auxiliar através do tratamento antes do processo de fabricação.
[0025] Mais especificamente, as partículas (C), que são utilizadas no método de fabricação do aerogel disperso em água de acordo com a presente invenção, podem incluir qualquer componente sem limitação desde que tenha as propriedades de i) e ii) como acima. Exemplos específicos podem incluir, mas não estão limitados aos óxidos inorgânicos, tais como sílica (SiO2), alumina, titânia (TiO2), carbono, compostos inorgânicos, polímeros orgânicos, resinas de permuta iônica, metais, sais metálicos, etc. A sílica (SiO2) é especificamente útil. As partículas (C) podem ter um tamanho de partícula variando de 2 nm a 50 μm e podem também possuir uma área de superfície específica BET de 300 ~ 1.500 m2/g, de preferência 500 ~ 1.500 m2/g e mais preferencialmente 600 ~ 1500 m2/g. Além disso, as partículas têm super- hidrofobicidade com um ângulo de contato com água de 125° ou mais preferivelmente 135° ou mais, e mais preferencialmente 140° ou mais. Além disso, as partículas (C) podem ter um tamanho de partícula variando de 2 nm a 50 μm e super-hidrofobicidade com um ângulo de contato com água de 125° ou mais.
[0026] As partículas têm uma porosidade de 50% ou mais, e de preferência 90% ou mais. Uma vez que o método de fabricação do aerogel disperso em água de acordo com a presente invenção inclui as partículas com as propriedades acima, por exemplo, quando a água é adicionada a um polímero superabsorvente, a aglomeração do polímero superabsorvente pode ser notavelmente diminuída apesar da utilização da solução de dispersão de aerogel. Além disso, mesmo quando se utiliza a solução de dispersão incluindo uma quantidade relativamente pequena de partículas em comparação com a sílica convencional, a permeabilidade do polímero superabsorvente é melhorada. Além disso, a redução de AUP é controlada, a eficiência de antiaglomeração é aumentada e o teor de umidade elevado pode ser facilmente mantido.
[0027] No método de fabricação do aerogel disperso em água de acordo com a presente invenção, uma redução no ângulo de contato do aerogel disperso em água é preferencialmente de 50% ou menos, e mais preferencialmente de 10% ou menos, em comparação com as partículas (C).
[0028] Uma melhor compreensão da presente invenção pode ser obtida através dos seguintes exemplos que são apresentados para ilustrar, mas não devem ser interpretados como limitando o âmbito da presente invenção. O âmbito da presente invenção é mostrado nas reivindicações, e também contém todas as modificações dentro do significado e faixa equivalente às reivindicações. Salvo indicação em contrário, "%" e "parte" mostrando a quantidade nos exemplos seguintes e exemplos comparativos referem-se a uma base de massa.
[0029] Exemplos
[0030] Como micropartículas super-hidrófobas porosas, um aerogel (disponível na JIOS) foi disperso em uma solução aquosa utilizando um auxiliar de dispersão, isto é, um solvente orgânico. As micropartículas de aerogel super-hidrofóbicas porosas tinham um tamanho médio de partícula de 5 μm, uma área de superfície específica BET de 72 0 m2/g, um ângulo de contato com água de 144° e uma porosidade de 95%. O tamanho de partícula do aerogel foi medido através de difração laser utilizando HELOS (sistema óptico a laser de hélio-néon) com base na ISO 13320. A área superficial específica foi medida utilizando um medidor BET (Micromeritics 3Flex). A porosidade do mesmo foi determinada a partir da densidade da torneira (pt) e densidade verdadeira (ps) da Equação 1 abaixo.
[0031] De modo a medir a densidade verdadeira, utilizou-se um picnômetro (Accupyc II 1340) e mediu-se a densidade da torneira utilizando um volumetro (Engelsmann Model STAV II).
[0032] O ângulo de contato com água foi medido utilizando um analisador de ângulo de contato (KRUSS DSA100), e foi especificamente determinado de uma maneira em que a fita dupla face estava ligada a uma placa de vidro plana, as micropartículas foram aplicadas em uma monocamada sobre a mesma e depois 5 μL de água ultrapura foram colocados na forma de gota na monocamada, e o ângulo entre a gota de água e a placa de vidro foi medido quatro vezes e calculada a média.
[0033] Em soluções de dispersão compreendendo água e metanol, etanol, IPA e acetona em várias quantidades, as micropartículas de aerogel poroso super-hidrofóbicas foram dispersas, após o que a extensão da sua dispersão foi verificada. Quando o solvente orgânico foi utilizado sozinho para dispersar as micropartículas de aerogel super- hidrofóbicas porosas, sem o uso de água, inicialmente foi observada dispersão eficiente em todos os solventes orgânicos. No entanto, após 24 h, ocorreu separação de fases e gelificação, como ilustrado na Tabela 1 e na figura 2. Na dispersão utilizando IPA entre os solventes orgânicos, quando o teor de sílica foi aumentado para 20% em peso de 10% em peso, a viscosidade foi aumentada, mas a dispersão foi eficientemente realizada em comparação com quando se utilizam os outros solventes orgânicos, como é aparente a partir dos resultados de Tabela 1 abaixo.
O: boa dispersão Δ: estável (não há pó de sílica poroso hidrofóbico) X:nenhuma dispersão
[0034] Quando as micropartículas de aerogel super- hidrofóbicas porosas foram dispersas com a mistura de água e solvente orgânico tendo a composição como mostrado na Tabela 2 abaixo, a solução de dispersão utilizando a mistura de água e IPA em uma razão em peso de 1:1 era estável mesmo após várias semanas. Embora a separação de fases tenha ocorrido após um longo período de tempo, a redispersão ocorreu de forma eficiente por meio de turbulência suave.
[0035] A dispersão foi eficientemente realizada sob condições de IPA e água DI em uma proporção em peso de 1:2, mas a facilidade de utilização da solução resultante foi diminuída devido a uma elevada viscosidade. Assim, a proporção de 1:1 foi determinada como sendo a mais adequada. Especificamente, a figura 1 ilustra (I) micropartículas super-hidrofóbicas porosas (C) de acordo com a presente invenção, (II) uma mistura de água (A) e IPA (B) em uma proporção em peso de 1:1 como solvente de dispersão e (III) ilustra os resultados (concentração de 10% em peso) da dispersão das micropartículas super- hidrofóbicas porosas de (I) no solvente de dispersão de (II). Com base nos resultados da observação da estabilidade da dispersão durante um mês ou mais, a cor da solução de dispersão transformou-se em amarelo ao utilizar acetona. No entanto, quando 10% em peso das micropartículas de aerogel poroso super-hidrofóbicas foram dispersas na solução de dispersão de água IPA e DI em uma razão em peso de 1:1, a cor da solução de dispersão não foi alterada. Tabela 2 Dispersão de sílica porosa hidrofóbica em (água + solvente orgânico)
O: boa dispersão Δ: estável (não há pó de sílica poroso hidrofóbico) X: nenhuma dispersão
[0036] Como é evidente a partir dos resultados das Tabelas 1 e 2, a estabilidade da dispersão ao longo do tempo aumentou quando se utilizou tanto a água como o solvente orgânico para dispersar as micropartículas de aerogel super-hidrófobas porosas, em comparação com quando se utilizou apenas o solvente orgânico.
[0037] Exemplos Comparativos
[0038] Exemplo Comparativo 1
[0039] Quando um fluido que é pressurizado para pressão ultra alta é passado através de um módulo de orifício fino, é gerada uma vazão ultrassônica dependendo de uma drástica redução na pressão. Utilizando um homogeneizador de alta pressão para sujeitar as partículas ao impacto, cavitação, turbulência e cisalhamento, de modo a serem dispersas na vazão ultrassônica, as mesmas micropartículas de aerogel super-hidrofóbicas porosas como no exemplo acima foram dispersas em água a uma pressão máxima de 22.000 psi (151,68 MPa). Como tal, tais partículas pareciam estar temporariamente dispersas, mas a separação de fases entre a água e as micropartículas super- hidrófobas foi imediatamente causada.
[0040] Exemplo Comparativo 2
[0041] As micropartículas de aerogel super- hidrofóbicas porosas foram dispersas em uma solução aquosa utilizando um tensoativo como um auxiliar de dispersão. Utilizaram-se as mesmas micropartículas de aerogel super- hidrofóbicas porosas como no exemplo acima, e o tensoativo era dodecilsulfato de sódio (SDS) e TritonTM X-100. Para a dispersão, a agitação foi realizada a uma velocidade de 2.000 rpm durante 1 hora utilizando uma barra magnética. Como para SDS, preparou-se uma solução aquosa 1 M e as micropartículas de aerogel super-hidrofóbicas porosas foram dispersas em uma concentração de 5% em peso na mesma. Em uma solução de SDS 0,1 M, as micropartículas de aerogel super-hidrofóbicas porosas não foram dispersas, mas flutuaram sobre a solução. Como para o TritonTM X-100, preparou-se uma solução aquosa a 0,25 M e as micropartículas de aerogel super-hidrófobas porosas foram dispersas em uma concentração de 5% em peso.
[0042] Exemplo de Teste
[0043] Utilizando um medidor de ângulo de contato, mediu-se o ângulo de contato inerente da sílica como micropartículas super-hidrofóbicas porosas. O ângulo de contato com a água foi medido utilizando um analisador de ângulo de contato (KRUSS DSA100) e foi determinado especificamente de uma maneira em que a fita dupla face foi ligada a uma placa de vidro plana, as micropartículas foram aplicadas em uma monocamada sobre a mesma e em seguida 5 μL de água ultrapura foram colocados na forma de gota sobre a monocamada, e o ângulo entre a gota de água e a placa de vidro foi medido quatro vezes e calculada a média.
[0044] As micropartículas de sílica super- hidrofóbicas porosas foram dispersas como no exemplo acima e secas, após o que o ângulo de contato foi medido. Para secar amostras, cada amostra foi colocada num forno a 50°C e deixada repousar durante um dia. Medindo-se o ângulo de contato, verificaram-se as alterações nas propriedades hidrofóbicas das micropartículas de aerogel super- hidrófobas porosas antes e depois da dispersão. Os resultados são apresentados na Tabela 3 abaixo.
[0045] Consequentemente, houve pouca alteração nas propriedades hidrofóbicas das micropartículas de aerogel super-hidrófobas porosas dispersas na mistura de água e IPA. Por outro lado, após dispersão utilizando o tensoativo e depois secagem, o ângulo de contato foi drasticamente diminuído. Com base nos resultados acima, as propriedades hidrofóbicas inerentes das micropartículas de aerogel super-hidrofóbicas porosas não foram mantidas durante a dispersão utilizando o tensoativo. Além disso, quando o aerogel foi disperso utilizando água e IPA, foi novamente disperso em uma fase em pó após secagem, a partir do que a fase em pó original pode ser confirmada como sendo mantida. Em dois casos utilizando o tensoativo como no Exemplo Comparativo 2, o pó foi aglomerado em uma fase sólida, e assim desapareceram as propriedades porosas. Tabela 3 Medição do ângulo de contato
Medição do ângulo de contato utilizando 5 μL de água DI DM-30S ângulo de contato: 133°
[0046] Com base nos resultados acima, o aerogel disperso em água de acordo com a presente invenção é fácil de manusear como um líquido e tem alta rentabilidade e trabalhabilidade. Além disso, não há gelificação devido à instabilidade da dispersão durante o armazenamento em longo prazo, e assim o aerogel é facilmente armazenado e utilizado. Como as micropartículas super-hidrófobas porosas que são facilmente dispersas em uma fase de pó convencional são utilizadas em uma fase líquida, elas podem ser adicionadas com relativa facilidade em uma quantidade predeterminada no processo de fabricação e não é gerada poeira, protegendo deste modo um ambiente de trabalho e a saúde dos trabalhadores. Além disso, o aerogel disperso em água de acordo com a presente invenção é fabricado sem a utilização de um agente auxiliar tal como um aditivo, um modificador de pH, um tensoativo ou um estabilizador, mantendo assim as propriedades inerentes super-hidrófobas e porosas das micropartículas super-hidrofóbicas porosas durante a secagem. Uma vez que não é adicionado um agente auxiliar quando da fabricação do aerogel disperso em água da presente invenção, a remoção do agente auxiliar através do pré-tratamento é evitada e o aerogel pode ser aplicado diretamente ao processo de fabricação, exibindo efetivamente eficiência de trabalho e encurtando a Tempo do processo. Por conseguinte, o aerogel disperso em água de acordo com a presente invenção é aplicável aos polímeros superabsorventes.
Claims (12)
1. Aerogel disperso em água, caracterizado pelo fato de que compreende: uma mistura de água (A) e um solvente orgânico (B), e partículas de aerogel (C), em que as partículas de aerogel (C) apresentam uma área de superfície específica BET de 300 ~ 1.500 m2/g, uma porosidade de 50% ou mais e apresentam super- hidrofobicidade com um ângulo de contato com a água de 125° ou mais, em que a mistura de água (A) e solvente orgânico (B) compreende a água (A) e o solvente orgânico (B) em uma razão em peso de 4:1 ~ 1:1 e as partículas de aerogel (C) estão contidas em uma quantidade de 1 ~ 10 partes em peso com base em 100 partes em peso da mistura de água (A) e solvente orgânico (B), em que o aerogel disperso em água é livre de tensoativo, em que as partículas de aerogel (C) permanecem dispersas na mistura de água (A) e solvente orgânico (B) após pelo menos 24 horas, e em que uma redução no ângulo de contato das partículas de aerogel (C), após secagem do aerogel disperso em água, é igual ou inferior a 50% em comparação com as partículas de aerogel (C), antes da inclusão no aerogel disperso em água, em que as partículas de aerogel (C) são sílica (SiO2), e em que o solvente orgânico (B) é pelo menos um selecionado do grupo que consiste em metanol, etanol, acetona e álcool isopropílico (IPA).
2. Aerogel disperso em água, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as partículas de aerogel (C) partícula que varia de 2 nm a apresentam 50 μm. um tamanho de
3. Aerogel disperso em água, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as partículas de aerogel (C) apresentam uma área de superfície específica BET de 500 ~ 1.500 m2/g.
4. Aerogel disperso em água, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as partículas de aerogel (C) apresentam uma porosidade de 90% ou mais.
5. Aerogel disperso em água, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a mistura de água (A) e de solvente orgânico (B) compreende água (A) e o solvente orgânico (B) em uma proporção em peso de 2:1 ~ 1:1.
6. Aerogel disperso em água, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que uma redução no ângulo de contato das partículas de aerogel (C), após secagem do aerogel disperso em água, é igual ou inferior a 10% em comparação com as partículas de aerogel (C), antes da inclusão no aerogel disperso em água.
7. Método de fabricação de um aerogel disperso em água, caracterizado pelo fato de que compreende: uma mistura de água (A) e um solvente orgânico (B) com partículas de aerogel (C) para que as partículas de aerogel (C) sejam dispersas na mistura de água (A) e solvente orgânico (B) para formar aerogel disperso em água, em que a mistura de água (A) e o solvente orgânico (B) compreende a água (A) e o solvente orgânico (B) em uma razão em peso de 4:1 ~ 1:1 e as partículas de aerogel (C) estão contidas em uma quantidade de 1 ~ 10 partes em peso com base em 100 partes em peso da mistura de água (A) e solvente orgânico (B), em que as partículas de aerogel (C) apresentam uma área de superfície específica BET de 300 ~ 1.500 m2/g, uma porosidade igual ou superior a 50% e apresentam uma super- hidrofobicidade com um ângulo de contato com água de 125° ou mais, e em que o aerogel disperso em água é livre de tensoativo, em que as partículas de aerogel (C) permanecem dispersas na mistura de água (A) e solvente orgânico (B) após pelo menos 24 horas, e em que uma redução no ângulo de contato das partículas de aerogel (C), após secagem do aerogel disperso em água, é igual ou inferior a 50% em comparação com as partículas de aerogel (C), antes da inclusão no aerogel disperso em água, em que as partículas de aerogel (C) são sílica (SiO2), e em que o solvente orgânico (B) é pelo menos um selecionado do grupo que consiste em metanol, etanol, acetona e álcool isopropílico (IPA).
8. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que as partículas de aerogel (C) apresentam um tamanho de partícula variando entre 2 nm a 50 μm.
9. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que as partículas de aerogel (C) apresentam uma área de superfície específica BET de 500 ~ 1.500 m2/g.
10. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que as partículas de aerogel (C) apresentam uma porosidade de 90% ou mais.
11. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de a mistura de água (A) e de solvente orgânico (B) compreende a água (A) e o solvente orgânico (B) em uma proporção em peso de 2:1 ~ 1:1.
12. Método, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a redução do ângulo de contato do aerogel disperso em água é de 10% ou menos.
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