BRPI0608846A2

BRPI0608846A2 - processo para a produção de monólitos por meio do processo sol-gel

Info

Publication number: BRPI0608846A2
Application number: BRPI0608846-5A
Authority: BR
Inventors: Andreas Rueckemann; Giulio Boara; Fulvio Costa
Original assignee: Degussa Novara Techonlogy Spa
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2006-02-08
Publication date: 2010-02-02
Also published as: PL1700831T3; JP2008532898A; EP1868949A1; TWI311549B; DK1700831T3; SI1700831T1; EP1700831B1; IL185758A0; CN101137587A; DE602005003198D1; PT1700831E; KR20070110429A; WO2006094869A1; EP1700831A1; DE602005003198T2; MX2007010850A; AU2006222077A1; ZA200707709B; CA2600662A1; TW200704602A

Abstract

PROCESSO PARA A PRODUçãO DE MONóLITOS POR MEIO DO PROCESSO SOL-GEL. Processo para a produção de monólitos por meio do processo sol-gel, compreendendo as seguintes etapas: a. hidrólise de um alcóxido em solução aquosa para formar um hidrolisado e, opcionalmente, evaporação à concentração ótima do mesmo, b. adição de um óxido preparado por rota pirogênica, c. mistura do hidrolisado do alcóxido com o óxido preparado pela rota pirogênica para formar um sol coloidal, d. remoção opcional de teores grosseiros a partir do sol coloidal, e. gelificação do sol coloidal em um molde, f. substituição opcional da água contida no aerogel resultante por um solvente orgânico, g. secagem do aerogel, h. tratamento térmico do aerogel seco, o teor de grosseiro é removido a partir do sol coloidal.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSOPARA A PRODUÇÃO DE MONÓLITOS POR MEIO DO PROCESSO SOL-GEL".

A invenção refere-se a um processo para a produção de monóli-tos por meio do processo sol-gel.

É conhecido que monólitos de dióxido de silício são produzidospor meio do método sol-gel pela adição de um hidróxido de tetraalquilamô-nio, como um agente de estabilização, a uma dispersão de dióxido de silício,ajustando-se o ponto isoelétrico pela adição de hidróxido de amônia ou umaamina, estabelecendo-se um pH de mais do que 10,5, permitindo que a dis-persão forme um gel, e secagem do corpo de gel (US 6.209.357).

É adicionalmente conhecido produzir um artigo de vidro de dió-xido de silício moldado por meio do método sol-gel pela preparação de umsol silícico pela hidrólise de álcóxido de silício, mistura deste sol com partícu-las de dióxido de silício, permitindo que a mistura forme um gel, secagem dogel, sinterização do gel seco de modo a fechar os poros no gel seco e, emseguida, aquecimento do gel sinterizado à uma temperatura de entre 1.500 e2.000°C (US 5,236,483).

É adicionalmente conhecido produzir vidro sintético pela prepa-ração de uma pasta tendo um pH de menos do que 2,2 a partir de sílica pi-rogenicamente preparada, água e ácido, mistura de alcoxissilano nesta pas-ta, adição de uma base de modo a estabelecer um pH de 2,8 a 3,6, forman-do um gel a partir do sol, secagem do gel sob condições supercríticas, aque-cimento do gel seco primeiro a uma temperatura de 950 a 1.200°C em umaatmosfera de gás cloro e, em seguida, em uma atmosfera livre de cloro, demodo a tornar livre o gel seco do cloro, e, subseqüentemente, aquecimentodo gel à uma temperatura que seja suficiente para converter o gel em umvidro de dióxido de silício (WO 02/074704).

É adicionalmente conhecido produzir objetos a partir de vidro dedióxido de silício sintético pela mistura de uma suspensão aquosa de dióxidode silício com uma solução de álcóxido de silício, hidrolização da misturapara formar um sol, gelificação do sol para formar um gel úmido, secagemdo gel úmido para formar um gel seco, e sinterização do gel seco para for-mar um objeto (WO 01/053225).

A invenção proporciona um processo para a produção de monó-litos por meio do processo sol-gel, compreendendo as seguintes etapas:

a. hidrólise de um alcóxido em solução aquosa para formar umhidrolisado e, opcionalmente, evaporação à concentração ótima do mesmo,

b. adição de um oxido preparado pela rota pirogênica,

c. mistura do hidrolisado do alcóxido com o oxido preparado pelarota pirogênica para formar um sol coloidal,

d. remoção opcional de teores grosseiros a partir do sol coloidal,

e. gelificação do sol coloidal em um molde,

f. substituição opcional da água contida no aerogel resultante porum solvente orgânico,

g. secagem do aerogel,

h. tratamento térmico do aerogel seco.

a. Hidrólise de um alcóxido em solução aquosa

Qualquer alcóxido de metal desejado pode ser empregado comoo alcóxido. Em particular, TEOS (tetraetoxissilano) pode ser empregado.Alcóxidos adicionais podem ser: Dynasil 40

A hidrólise pode ser iniciada pelo tratamento do etoxissilano comum ácido diluído, um hidrolisado sendo formado.

A hidrólise do alcóxido ou do Dynasil 40 é preferivelmente feitana faixa entre 21 e 25°C, e o pH entre 1,5 e 3, mas estas faixas podem serextendidas até condições onde a reação de hidrólise é alcançada em menosdo que 4 horas para um volume de ao redor de 30 I, e não existem reaçõesde policondensação lateral produzindo aglomerados de SÍO2 oligoméricosgrandes o bastante para entupir uma malha de 10 mícrons. A razão molar deTEOS/Água deve ser suficiente para ter-se uma reação de hidrólisecompleta no caso do TEOS, ou completar a formação de ácido (poli)silícicono caso de Dynasil 40.

Vários ácidos podem ser usados para disparar a hidrólise:Ácidos inorgânicos similares a: HCI, HN03) H2S04, HF, que sãoconhecidos na técnica. Usualmente para ácidos fortes o pH é 2.

Ácidos orgânicos similares a: ácido cítrico, ácido malônico, ácidooxálico, ácido succínico (a reação de hidrólise para este último ácidonecessita do uso de ultrassom para proceder). Ácido tartárico foi tambémusado, mas o sal produzido após titulação não é muito solúvel, e cristais es-tavam presentes no gel. Operação adicional mostrou que esta dificuldade

O hidrolisado pode ser passado através de um filtro.

O filtro pode ter um diâmetro de poro de 1 a 12 micrômetros,preferivelmente 9 a 11 micrômetros. Após a hidrólise, o álcool formado podeser removido a partir da solução aquosa (hidrolisado) sob condições depressão reduzida.

Adição de um oxido preparado pela rota piroqênica

Todos os óxidos conhecidos de metais e/ou metalóides que sãopreparados pela rota pirogênica podem ser adicionados ao hidrolisado comoóxidos pirogênicos.

O processo pirogênico para a preparação de óxidos de metaise/ou metalóides é conhecido de Ullmann's Enzyklopádie der technischenChemie [Ullmann's Encyclopaedia of Industrial Chemistry], 4ê edição, volume21, páginas 462 a 475 (1982). Na preparação pirogênica de óxidos de me-tais e/ou metalóides, compostos vaporizáveis, tais como, por exemplo, clore-tos, podem ser misturados com um gás combustível, tal como, por exemplo,25 hidrogênio, e um gás contendo oxigênio, tal como, por exemplo, ar, e oscomponentes podem, em seguida, serem reagidos juntos em uma chama.

Os óxidos pirogenicamente preparados de metais e/ou metalói-des podem ser empregados como um pó, como granulos, como pastas, e/oucomo uma dispersão.

A preparação das pastas e/ou dispersões, pode ser efetuada poruma rota conhecida pela introdução de oxido pirogenicamente preparadopulverulento de metais e/ou metalóides no meio de dispersão, tal como, porexemplo, água, e tratamento da mistura mecanicamente com um dispositivoadequado.

Dispositivos adequados podem ser: Ultra-Turrax, moinho de jatoúmido, nanomizador, etc.

O teor de sólidos da dispersão/pasta pode ser 5 a 80 peso%.

A dispersão e/ou pasta pode conter uma base, tal como, por e-xemplo, NH4OH, ou aminas orgânicas ou compostos de amônia quaternária.

Os óxidos pirogenicamente preparados de metais e/ou metalói-des podem ser adicionados ao hidrolisado na forma de grânulòs. Em particu-lar, grânulòs baseados em dióxido de silício, de acordo com a DE 196 01415 A1, podem ser usados. Estes grânulòs têm os dados característicos:

Diâmetro de particular médio: 25 a 120 um

Área superficial de BET: 40 a 400 m2/g

Volume de poro: 0,5 a 2,5 ml/g

Distribuição de poro: Nenhum poro < 5 nm

pH: 3,6 a 8,5

Densidade compactada: 220 a 700 g/l.

Eles são preparados pela dispersão de dióxido de silício piroge-nicamente preparado em água, e secagem por pulverização da dispersão.

Em adição para melhor facilidade de manuseio, o uso de grânulòs tem a vantagem que menos ar incluído e, portanto, muito poucas bolhasde ar são introduzidas no sol e, conseqüentemente, também no gel.

Uma concentração mais alta de dióxido de silício pode, alémdisso, ser alcançada pelo uso de grânulòs. Como um resultado, o fator deencolhimento é mais baixo, e componentes de vidro maiores podem ser pro-duzidos com o mesmo equipamento.

A quantidade de oxido pirogenicamente preparado de metaise/ou metalóides que é trazida junto com o hidrolisado pode ser mais alta doque 20 a 40 % em peso.

O fator de encolhimento durante a produção do vidro pode serajustado pelo teor de óxidos pirogenicamente preparados de metais e/oumetalóides no sol a serem preparados de acordo com a invenção.De acordo com a invenção, um fator de encolhimento de 0,45 a0,55 pode vantajosamente ser estabelecido.

Os óxidos de acordo com a tabela 1 podem ser empregadoscomo óxidos pirogenicamente preparados de metais e/ou metalóides:<table>table see original document page 7</column></row><table>Continuação...

<table>table see original document page 8</column></row><table>

1) de acordo com DIN 66131

2) de acordo com DIN ISO 787/XI, JIS K 5101/18 (não peneirado)

3) de acordo com DIN ISO 787/XI, ASTM D 1208, JIS K 5101/23

4) de acordo com DIN 55921, ASTM D 1208, JIS K 5101/23

5) de acordo com DIN ISO 787/IX, ASTM D 1208, JIS K 5101/24

6) de acordo com DIN ISO 787/XVIII, JIS K 5101/20

7) baseado na substância seca por 2 horas a 105 QC

8) baseado na substância inflamada por 2 horas a 1.000 QC

9) proteção de acondicionamento especial contra umidade

10) o teor de HCI é um constituinte da perda na igniçãoEm uma forma preferida da invenção, o dióxido de silício piroge-nicamente preparado Aerosil OX 50, que está, do mesmo modo, listado natabela 1, pode ser empregado. Em particular, o dióxido de silício pirogenica-mente preparado Aerosil OX 50 pode ser empregado se uma transparênciade UV alta não é necessária.

O dióxido de silício pirogenicamente preparado tendo as seguin-tes propriedades físico-químicas que é conhecido de acordo com o EP 1 182168 A1 pode, além disso, ser empregado como o oxido pirogenicamentepreparado de metais e/ou metalóides:

1. Tamanho de partícula médio (valor D5o) acima de D50 £ 150 nm (difusãode luz dinâmica, 30 peso%)

2. Viscosidade (5 rpm, 30 peso%) n < 100 m.Pas

3. Tixotropia do T| - < 2

4. Área superficial BET 30 a 60 m2/g

5. Densidade compactada TD = 100 a 160 g/l

6. pH original < 4.5

Estas propriedades físico-químicas são determinadas por meiodos seguintes métodos:Tamanho de partícula

Método de medição: Espectroscopia de correlação de fóton(PCS) é um método de luz difundida dinâmica com o qual partículas na faixade aproximadamente 5 nm a 5 um podem ser detectadas. Em adição ao di-âmetro de particular médio, uma distribuição de tamanho de partícula podetambém ser calculada como o resultado da medição.Fonte de luz: diodo laser de 650 nmGeometria de 180° difusão homódinaQuantidade de amostra: 2 mlCálculo da distribuição de acordo com a teoria Mie

Procedimento: 2 ml de dispersão (30 mols%) são introduzidos em uma célu-la de medição, a sonda de temperatura é inserida, e a medição é iniciada. Amedição ocorre à temperatura ambiente.Viscosidade

Método de medição: Um reômetro programável para análise depropriedades de fluxo complexas equipado com fusos de rotação padrões édisponível.

Taxas de cisalhamento: 5 a 100 rpm

Temperatura de medição: temperatura ambiente (23 QC)Concentração de dispersão: 30 mols%

Procedimento: 500 ml de dispersão são introduzidos em um béquer de vidrode 600 ml e analisada à temperatura ambiente (registro estatístico da tempe-ratura via uma sonda de medição) em várias taxas de medição.BET: de acordo com DIN 66131

Densidade tamponada: de acordo com DIN ISO 787/XI, K 5101/18 (não pe-neirado)

pH: de acordo com DIN ISO 787/IX, ASTM D 1280, JIS K 5101/24.

O dióxido de silício pirogenicamente preparado que pode serempregado, de acordo com a invenção, pode ser preparado pela mistura deum composto de silício volátil, tal como, por exemplo, tetracloreto de silício,ou triclorometilsilano, com um gás contendo oxigênio, e hidrogênio, e queimadesta mistura de gás em uma chama.

O dióxido de silício pirogenicamente preparado que pode serempregado, de acordo com a invenção, pode ser vantajosamente emprega-do no processo sol-gel, de acordo com a invenção, na forma de dispersõesem solventes aquosos e/ou não-aquosos. Ele pode vantajosamente ser em-pregado se vidros tendo uma transparência de UV alta são para serem produzidos.

No caso de requerimentos de pureza particularmente altos dovidro, um dióxido de silício pirogenicamente preparado, altamente puro, queé caracterizado por um teor de metais de menos do que 9 ppm, pode seradicionalmente empregado como o oxido de metais e/ou metaloides. Ele édescrito no pedido de Patente DE 103 42 828.3 (030103 FH)

Em uma modalidade preferida da invenção, o dióxido de silícioaltamente puro pode ser caracterizado pelo seguinte teor de metais:Li ppb< = 10

Na ppb< = 80

K ppb< = 80

Mg ppb< = 20

Ca ppb< = 300

Fe ppb< = 800

Cu ppb< = 10

Ni ppb< = 800

Cr ppb< = 250

Mn ppb< = 20

Ti ppb< = 200

Al ppb< = 600

Zr ppb< = 80

V ppb< = = 5

O teor de metal total pode então ser 3,252 ppb (-3,2 ppm), ou menos.

Em uma modalidade adicionalmente preferida da invenção, odióxido de silício pirogenicamente preparado altamente puro pode ser caracterizado pelo seguinte teor de metais:

Li ppb < = 1

Na ppb < = 50

K ppb< = 50

Mg ppb < = 10

Ca ppb < = 90

Fe ppb < = 200

Cu ppb < = 3

Ni ppb < = 80

Cr ppb < = 40

Mn ppb < = 5

Ti ppb < = 150

Al ppb < = 350

Zr ppb < = 3V ppb< =1

O teor de metal total pode então ser 1033 ppb (-1,03 ppm), ou menos.

A preparação do dióxido de silício pirogenicamente preparadoaltamente puro que pode ser empregado de acordo com a invenção, podeser efetuada pela conversão de tetracloreto de silício em dióxido de silíciopor meio de hidrólise de alta temperatura em uma chama em uma maneiraconhecida, e usando-se aqui um tetracloreto de silício que tem um teor demetal de menos do que 30 ppb.

Em uma modalidade preferida da invenção, um tetracloreto desilício que, em adição ao tetracloreto de silício, tem o seguinte teor de me-tais, pode ser empregado:

Al menos do que 1 ppb

B menos do que 3 ppb

Ca menos do que 5 ppb

Co menos do que 0,1 ppb

Cr menos do que 0,2 ppb

Cu menos do que 0,1 ppb

Fe menos do que 0,5 ppb

K menos do que 1 ppb

Mg menos do que 1 ppb

Mn menos do que 0,1 ppb

Mo menos do que 0,2 ppb

Na menos do que 1 ppb

Ni menos do que 0,2 ppb

Ti menos do que 0,5 ppb

Zn menos do que 1 ppb

Zr menos do que 0,5 ppb

Tetracloreto de silício tendo este baixo teor de metal pode serpreparado de acordo com o DE 100 30 251, ou de acordo com o DE 100 30 252.

O processo principal para a preparação de dióxido de silício pi-rogênico partindo de tetracloreto de silício, que é reagido em uma misturacom hidrogênio e oxigênio, é conhecido de Ullmanns Enzyklopádie der tech-nischen Chemie, A-edição, volume 21, página 464 et seq. (1982).

O teor de metal do dióxido de silício, de acordo com a invenção,está na faixa de ppm, e abaixo (faixa de ppb).

O dióxido de silício pirogenicamente preparado que pode serempregado, de acordo com a invenção, é vantajosamente adequado para aprodução de vidros especiais tendo propriedades óticas de suporte.

Os vidros produzidos por meio do dióxido de silício, de acordocom a invenção, têm uma adsorção particularmente baixa na faixa de UVbaixa.

O dióxido de silício pirogenicamente preparado, altamente puro,que pode ser empregado de acordo com a invenção pode ser preparado, porexemplo, por vaporização de 500 kg/h de SiCI4 tendo uma composição deacordo com a tabela 1 a aproximadamente 90QC, e transferindo-o no tubocentral de um queimador de construção conhecida. 190 Nm3/h de hidrogênioe 326 Nm3/h de ar tendo um teor de oxigênio de 35 vol% são adicionalmenteintroduzidos neste tubo. Esta mistura de gás é inflmada e se queima no tubode chama do queimador arrefecido com água. 15 Nm3/h de hidrogênio sãoadicionalmente introduzidos em um jato de jaqueta que circunda o jato cen-tral de modo a evitar aglutinação. 250 Nm3/h de ar de composição normalsão, além disso, adicionalmente introduzidos no tubo de chama. Após osgases de reação tiverem arrefecido, o pó de dióxido de silício pirogênico éseparado a partir dos gases contendo ácido hidroclorico por meio de um filtroe/ou um ciclone. O pó de dióxido de silício pirogênico é tratado com vapor deágua, e ar em uma unidade de deacidificação, de modo a livrá-lo de aderên-cia ao ácido hidroclorico.

Os teores de metal são reproduzidos na tabela 2.Tabela 1: Composição de SiCU

<table>table see original document page 13</column></row><table>Tabela 2: Teores de metal dos dióxidos de silício (ppb)

<table>table see original document page 14</column></row><table>

Um pó de dióxido de silício pirogenicamente preparado conheci-do de WO 2004/054929 tendo

uma área superficial de BET de 30 a 90 m2/g,um número de DBP de 80 ou menos,

uma área de agregado média de menos do que 25.000 nm2,uma circunferência de agregado média de menos do que 1.000 nm, pelomenos 70 % dos agregados tendo uma circunferência de menos do que1.300 nm,

pode, adicionalmente, ser usado, de acordo com a invenção, como o oxidopirogenicamente preparado de um metal e/ou um metalóide.

Em uma modalidade preferida, a área superficial de BET podeestar entre 35 e 75 m2/g. Valores entre 40 e 60 m2/g podem ser particular-mente preferidos. A área superficial de BET é determinada de acordo comDIN 66131.

Em uma modalidade preferida, o número de DBP pode estar en-tre 60 e 80. Na adsorção de DBP, o erguimento do pó, ou o torque (em Nm),das palhetas giratórias do aparelho de medição de DBP na adição de quan-tidades definidas de DBP, é medido, em uma maneira comparável à umatitulação. Para o dióxido de silício que pode ser empregado de acordo comainvenção, um máximo aguçadamente pronunciado com uma queda subse-qüente em uma adição particular de DBP resulta aqui.

Em uma modalidade adicionalmente preferida, o pó de dióxidode silício que pode ser empregado de acordo com a invenção, pode ter umaárea de agregado média de não mais do que 20.000 nm2. Uma área de a-gregado média de entre 15.000 e 20.000 nm2 pode ser particularmente pre-ferida. A área de agregado pode ser determinada, por exemplo, por análisede imagem das imagens TEM. No contexto da invenção, o agregado é paraser compreendido como significando partículas primárias de estrutura e ta-manho similares que se fundiram juntas, a área superficial das quais sendomenor do que a soma daquelas partículas primárias isoladas individuais. Aspartículas primárias são compreendidas como significando partículas quesão inicialmente formadas na reação, e podem se desenvolverem juntas pa-ra formarem agregados no curso adicional da reação.

Em uma modalidade preferida adicional, o pó de dióxido de silí-cio que pode ser empregado de acordo cóm a invenção pode ter uma circun-ferência de agregado média de menos do que 1.000 nm. Uma circunferênciade agregado média de entre 600 e 1.000 nm pode ser particularmente prefe-rida. A circunferência de agregado pode, do mesmo modo, ser determinadapor análise de imagem das imagens TEM.

Uma modalidade na qual pelo menos 80%, particularmente pre-ferivelmente pelo menos 90% do agregado tem uma circunferência de me-nos do que 1.300 nm, pode ser preferida.

Em uma modalidade preferida, o pó de dióxido de silício que po-de ser empregado de acordo com a invenção pode assumir, em uma disper-são aquosa, um grau de enchimento de até 90 peso%. A faixa entre 20 e 40peso% pode ser particularmente preferida.

A determinação do grau máximo de enchimento em uma disper-são aquosa é efetuada pela incorporação do pó em água em porções pormeio de um dissolvente, sem a adição de aditivos adicionais. O grau máximode enchimento é alcançado quando, apesar de um rendimento de agitadoraumentado, ou nenhum pó adicional é levado na dispersão, isto é, o pó per-manece seco na superfície da dispersão, ou a dispersão torna-se sólida, oua dispersão começa a formar massas.

O pó de dióxido de silício que pode ser empregado de acordocom a invenção pode, adicionalmente, ter uma viscosidade de menos do que100 mPas, baseado em uma dispersão aquosa de 30 peso% à uma taxa decisalhamento de 5 revoluções/minuto. Em concretizações particularmentepreferidas, a viscosidade pode ser menor do que 50 mPas.

O pH do pó de dióxido de silício que pode ser empregado deacordo com a invenção, medido em uma dispersão aquosa a 4 por cento,pode estar entre 3,8 e 5.

O pó de dióxido de silício que pode ser empregado de acordocom a invenção, pode ser empregado na forma de uma dispersão aquosa.

A dispersão aquosa que pode ser empregada de acordo com ainvenção pode ter um teor de pó de dióxido de silício de entre 5 e 80 peso%.Dispersões tendo um teor de pó de dióxido de silício de entre 20 e 40 podemser particularmente preferidas. Estas dispersões têm uma alta estabilidadecom uma estrutura comparativamente inferior. Uma dispersão de aproxima-damente 30 peso% pode ser muito particularmente preferida.

Em uma modalidade preferida, uma dispersão aquosa que podeser empregada de acordo com a invenção com 30 peso% de pó de dióxidode silício pode ter uma viscosidade que é menor do que 150 mPas à umataxa de cisalhamento de 50 rpm. A faixa abaixo de 80 mPas pode ser parti-cularmente preferida.

A dispersão aquosa que pode ser empregada de acordo com ainvenção pode preferivelmente ter um tamanho de partícula médio dos agre-gados do pó de dióxido de silício que é menor do que 200 nm. Para usosparticulares, um valor de menos do que 150 nm pode ser particularmentepreferido.

A dispersão que pode ser empregada de acordo com a invençãopode ser estabilizada pela adição de bases ou polímeros catiônicos, ou saisde alumínio, ou uma mistura de polímeros catiônicos e sais de alumínio, ouácidos.

Bases que podem ser empregadas são amônia, hidróxido deamônia, hidróxido de tetrametilamônio, aminas orgânicas primária, secundá-ria ou terciária.

c. Mistura do hidrolisado do alcóxido com o oxido preparado pela rota piro-gênica para formar um sol coloidal

A mistura do hidrolisado do alcóxido com o oxido de metais e/oumetaloides preparada pela rota pirogênica pode ser efetuada inicialmentepela introdução do hidrolisado no vaso de mistura e adição de oxido, opcio-nalmente na forma de uma dispersão.

A mistura da solução hidrolizada com o Aerosil (oxido fumigado)pode ser feita com um dispersor ou outro meio com o objetivo de obter umlíquido homogeneamente disperso e uma suspensão coloidal estável capazde seguir as seguintes etapas sem produzir muito mais aglomerados,preferivelmente não produzindo aglomerados no todo.

A temperatura na qual a mistura do oxido com o hidrolisado e/ouo alcóxido é efetuada pode ser 2 a 30QC, mas preferivelmente na faixa de 10a 25°C.

O dispositivo de mistura pode ser preferivelmente um dispositivodo tipo Ultra-Turrax, como um resultado do qual rupturas no gel são vantajo-samente reduzidas.

Um sol coloidal é obtido pela mistura do hidrolisado com o oxidopirogenicamente preparado do metal e/ou metalóide. A mistura do hidrolisa-do com o oxido pirogenicamente preparado de metais e/ou metaloides deveser preferivelmente efetuada tal que uma dispersão homogênea ou um solhomogêneo é obtido.

d. Remoção ótima de teores grosseiros a partir do sol coloidal

Centrifugaçao pode ser opcionalmente efetuada de modo a:obter-se um sol mais homogêneo capaz de dar um processo de gelaçãomais homogêneo e um gel que tenha melhores características para aspróximas etapas;

separar-se partículas eventuais presentes no sol que possam darocorrência de impurezas no gel;

eliminar-se agregados que tenham sido produzidos por gelação localdisparada por condições particulares de temperatura, ou concentraçãode sílica, ou outras razões, similares a flutuações físicas ou químicas(policondensação lenta), que ocorrem durante estapas anteriores doprocesso.

As condições de tempo de centrifugaçao e campo de força decentrifugaçao devem ser tais que não mais do que 15 peso% do material éretirado, e, preferivelmente, não mais do que 5 peso%.

Este sol coloidal pode conter partículas grosseiras indesejáveisque podem conduzir a não-homogeneidades no corpo de vidro. Estas não-homogeneidades causam problema acima de tudo se o vidro é para ser u-sado para a produção de fibras de condução de luz.

A remoção do teor grosseiro a partir do sol coloidal pode ser efe-tuada por centrifugaçao do sol coloidal. As partículas que são maiores, outêm uma densidade mais alta, são separadas por centrifugaçao. A etapa decentrifugaçao pode ser vantajosa se peças brutas são para serem produzi-dos para a produção de fibras óticas a partir do sol coloidal.

Após a hidrólise do alcóxido e/ou após a adição do oxido prepa-rado pela rota pirogênica, o álcool formado durante a hidrólise do alcóxido,tal como, por exemplo, etanol, pode ser evaporado da solução ou mistura.

A evaporação do etanol é feita para alcançar condições degelificação que dão um gel que tenha propriedades desejáveis para orestante do processo, similar a troca de solvente mais rápida. A evaporaçãoé feita de tal modo que, durante a mesma, não existe uma aceleração dareação de policondensação. Se feita em um evaporador rotativo, o vácuonão deve ser tão alto de modo a produzir ebulição que possa trazer líquidoem zonas onde o evaporador não pode agir mais nas mesmas, e não sejamtão pequenas que sejam não práticas para a proposta da evaporação. Comouma primeira indicação, a evaporação pode ser feita até quando o etanol(concentração) na solução está baixo de 10 peso%, provido que aconcentração de sílica na solução permenece baixa bastante de modo quenenhum entupimento ou aglomerados sejam espontaneamente formados nasolução sob evaporação. Evaporação adicional pode ser feita, provido quese existe uma formação de agregados na forma de entupimentos ou flocos,eles possam ser eliminados por filtração ou centrifugação.

e. Gelificação do sol coloidal resultante em um molde

O disparo da congelação pode ser feito, ou pelo aumento datemperatura, ou pelo aumento do pH. Temperaturas e pH a seremalcançados são escolhidos de modo a mudar a parte real da função deresposta visco-elástica do sol Gel, medida com um reômetro oscilatório, deabaixo de pelo menos 10"2 Pa, a valores acima de 500 Pa, e preferivelmenteacima de 10000 Pa em um período de tempo entre poucos minutos e nãomais do que 20 horas, onde a amostra resultante pode ser considerada umGel.

A gelificação do sol coloidal pode ser iniciada por uma alteraçãono pH. O pH pode ser alterado aqui pela adição de uma base.

Em uma modalidade preferida da invenção, solução de amôniaaquosa pode ser adicionada ao sol coloidal. A adição pode ser efetuada gotaa gota. Ela pode ser terminada quando um pH de 4 ± 0.3 é alcançado.

A base pode ser adicionada com agitação constante, não-homogeneidades locais na distribuição da base no sol coloidal sendo evita-das. As não-homogeneidades na distribuição da base podem ter o efeito lo-calmente de gelificação muito severa, e, portanto, dano da homogeneidadedo sol ou gel. Pode, portanto, ser vantajoso, que a concentração local doácido na adição da base não seja longa bastante para gerar congelação lo-cal.Em uma modalidade preferida da invenção, urotropina (hexame-tilenotetramina) pode ser empregada como a base. Uma temperatura de 25± 1eC pode ser mantida no sol çoloidal durante a adição da base. Se os pa-râmetros da adição da base são mantidos, uma fase de gelificação de váriashoras pode ser estabelecida. Esta fase de gelificação pode ser necessáriapara impedir condensação prematura do sol fora do molde.

Durante a fase de gelificação induzida por uma base, o sol çoloi-dal pode ser introduzido em um molde que determina a forma final do monó-lito.

Uma temperatura de 25 ± 2QC pode ser mantida durante enchi-mento do molde. Além disso, o enchimento deve ser efetuado tal que bolhasnão sejam formadas.

O próprio molde pode ser produzido a partir de politetrafluoreti-lenos, polietilenos, policarbonatos, polimetil metacrilatos ou polivinil cloreto.Um material poroso escolhido a partir do grupo consistindo de grafite, carbe-to de silício, carbeto de titânio, carbeto de tungstênio, e misturas destes, po-de ser usado, se a secagem para xerogel é desejada. Outros materiais po-dem ser: vários plásticos, vidro, metal, fibra de vidro, metal revestido, cerâ-mica e madeira.

O plástico pode ser: poliestireno, polipropileno, polimetilpenteno,plásticos contendo flúor, tais como, por exemplo, TEFLON®, e borracha desilicone.

A superfície do molde deve ser lisa. Se o molde é produzido devidro, é aconselhável tratar a superfície do vidro com um agente de trata-mento, tais como, por exemplo, álcool ou um ácido orgânico de cadeia lon-ga. Álcoois que podem ser empregados são:

Ácido undecanóico, por exemplo, pode ser empregado como oácido orgânico de cadeia longa.

Estes agentes de tratamento podem ser diluídos em uma mistu-ra com acetona, etanol, ou outros agentes demonstrados.f. Substituição opcional da água contida no aquaqel resultante por um sol-vente orgânico.A substituição da água no sol gelificado é necessária porque aágua tem um ponto crítico muito alto. Na temperatura da fase de secagem, aágua pode ser agressiva ambos ao aço à prova de ferrugem e à estrutura doSi02 do sol.

Durante a substituição da água com um solvente, o solvente po-de ser adicionado por um processo de troca, o processo de troca sendo ter-minado quando a água no interior do gel tiver sido completamente reduzidaa um nível de não dano ao gel na fase de secagem.

Os solventes que podem ser usados são cetonas, álcoois, aceta-tos e alcanos. Pode ser vantajoso se um solvente que é miscível com águafor usado. A acetona em particular pode ser preferivelmente usada. Pode servantajoso se a substituição da água contida no aerogel por um solvente or-gânico é efetuada em um pH de aproximadamente 4. Por este meio, a lava-gem de oligômeros de Si02 que não tenha ainda condensado completamen-te, e um encolhimento muito severo, podem ser impedidos.

Uma modalidade da invenção pode começar com uma baixaconcentração de acetona em uma mistura de água e acetona.

O teor de acetona não deve exceder 30 %.

O teor de água da mistura de água e acetona não deve tenderabruptamente a zero durante o processo de substituição. Contudo, logo queo teor de água da mistura de saída acetona/água seja menor do que ao re-dor de 2%, a substituição pode ser continuada com acetona anidra.

O processo para substituição da água por acetona pode ser efe-tuado em vasos individuais. É também possível dispor vários vasos em sérieem uma ordem, e passar a mistura de água e acetona sucessivamente atra-vés dos vasos ligados.

Em outra modalidade do procedimento é preferível ter umprimeiro fluxo de água no mesmo pH e temperatura no gel conforme omesmo usado para disparar a congelação. Em seguida, o pH da água delavagem é vagarosamente trazido para 7. Este procedimento opcional é feitopara tirar da água embutida no gel os sais que podem causar, se nãoremovidos, centros de nucleação durante a consolidação, dando origem acristobalização e conseqüente material de não-himigeneidade, ou outroscompostos que podem dar origem a impurezas no vidro final.

O processo atual se inicia pela troca da água com uma soluçãode acetona/água cuja concentração de acetona se mantém aumentandocom o tempo. As vias para se efetuar a troca de solvente podem serclassificadas em duas famílias. O procedimento cessa quando umaconcentração específica de água é alcançada, e não existesignificantemente troca após um período de repouso.

Existem vários procedimentos de troca que podem ser feitos,isto é, um fluxo contínuo ou procedimento encher-esvaziar.

A. Fluxo Contínuo

Um fluxo contínuo de solvente lava o gel. A taxa do fluxo é umafunção da forma e do tamanho. A concentração de acetona no fluxo aumen-ta com o tempo. Usualmente muitas amostras são ligadas em série. O valordo fluxo é escolhido em função do tamanho e da forma da amostra. Ocritério é que o fluxo não deve ser tão pequeno quanto o último, um tempomuito longo tornando não-prático, mas não tão rápido para consumir muitodo solvente. Na prática, o fluxo pode ser iniciado a partir de poucos ml/h, eaumentado até dezenas ou centenas de ml/min se a concentração de águano lado de saída, após tendo o fluxo Javado" a(s) amostra(s), estáaumentando. A temperatura não deve ser tão alta de modo a induzirformação excessiva de gás no solvente, e especialmente nos poros do gel, enão tão baixa de modo a tornar lento o processo de transporte de solvente.Na prática, a faixa de temperatura é escolhida por um procedimento que seinicia com temperatura ambiente, e é otimizada pelo aumento da mesmaquando a taxa de mudança na concentração de água diminui por uma ordemde grandeza ou mais. Isto ocorre nos últimos estágios do processo quando aconcetração de água está abaixo de pelo menos 50% em volume.

B. Encher-Esvaziar de fluido

Os recipientes onde as amostras estão contidas sãopreenchidos com solvente a uma dada concentração de acetona, deixadosali e, em seguida, são esvaziados sob atmosfera saturada. Os recipientessão, em seguida, re-enchidos com outra solução em concentração mais altade acetona. Este procedimento é repetido várias vezes. Os critérios paraescolher a freqüência de mudanças são dados pelo fato que é convenientefazer mudanças menos freqüentes, mas a diferença na concentração entre onovo banho e a medida da concentração de acetona atual tem que ser amais alta possível. Isto tem que ser compatível com o fato que umadiferença muito alta pode induzir a tensões que podem danificar o gel. Naprática, uma diferença de 20% é adequada, mas mesmo 40% pode sersuportada. Os critérios para escolher a temperatura são similares àquelesdescritos na seção anterior.

C. Sinal de cessar - teor de água

O procedimento usualmente seguido prevê que a concentraçãode água que permanece no gel antes de ir para a etapa de secagem deveser próximo de 0,5% de modo a evitar a ruptura do gel. Observou-se,contudo, que algumas amostras maiores (tubos de gel de 160 mm dediâmetro) não se rompem mesmo em concentrações de água na faixa de 2-4%. Tem sido dito que ao redor de 1/3 do tempo de troca de solvente égasto no abaixamento da concentração de água de uns poucos % para oponto de ajuste de 0,5%.

Além disso, observou-se que a distribuição da concentração deágua no interior do gel pode ser muito não-homogênea (cerca de uma ordemde diferença de grandeza entre a concentração medida na superfície e naparte interna do corpo do gel, dependendo do tamanho da amostra e doprocedimento particular). Os achados mostram que ter-se uma distribuiçãomais homogênea pode ser tão importante como ter-se um nível baixo de á-gua. Desse modo, na prática, amostras com altas concentrações de água de4% ou acima no gel podem ser adequadas para irem para a etapa desecagem se tempo bastante é deixado para permitir uma homogenização deconcentração de água dentro da amostra. Para alcançar isto, não existenecessidade de fluxo. Os critérios para escolher a temperatura de operaçãosão similares àqueles descritos na seção anterior.

Em uma modalidade preferida da invenção, uma etapa de purifi-cação pode ser efetuada entre os vasos individuais para remover quaisquerpartículas de gel/sol presentes na mistura de água e acetona. Esta etapa depurificação pode ser efetuada por meio de um filtro.

g. Secagem do aauaael

A secagem do aquagel obtido pode ser efetuada em um autocla-ve. As condições de secagem, tais como pressão e temperatura, podem serajustadas para quaisquer valores supercríticos ou abaixo de críticos.

Este procedimento objetivo é para secar o gel semintrodução/aumento de tensão no gel que possa dar origem a rupturas ouquebras neste, ou nas etapas seguintes, ou no gel seco, ou no vidro. Asamostras são introduzidas em um recipiente fechado que pode suportarpressão e temperatura, usualmente um autoclave. Eventualmente uma dadaquantidade de solvente da mesma natureza conforme o solvente presentenos poros de gel é adicionada ao recipiente. A quantidade é escolhida demodo a obter a pressão desejada dentro do recipiente fechado quando atemperatura máxima de operação é alcançada.

A pressão é primeiro aumentada pela introdução de um gásquimicamente inerte. Nitrogênio é usado por razões econômicas. A pressãoa ser alcançada é uma função da pressão total máxima desejada, que podeser acima ou mesmo abaixo da pressão crítica do solvente no gel. Ela temque ser alta o bastante de modo a obter um gel inteiro sem quebras no finaldo processo. O valor usualmente é tomado para ser de poucas a váriasdezenas de bar e, em qualquer caso, estar abaixo da pressão crítica dosolvente no gel. Pressões mais altras podem também serem usadas.

Uma vez que a pressão tenha sido aumentada, a temperatura éelevada mesmo até valores acima do ponto de ebulição do solventeembutido no gel para a pressão presente no recipiente. É recomendadoalcançar temperaturas na faixa da temperatura crítica do solvente no gel,mas tem também sido mostrado que se as condições do gel original úmido:

homogeneidade da concentração de água;

concentração de água residual no gel;

baixa tensão no gel úmido;resistência da rede de sílica de gel úmido;são adequadas, a temperatura a ser alcançada pode ser vários graus Kmenor do que a temperatura crítica, e ainda que o gel seco resultante nãoseja quebrado. Em seguida, a amostra é deixada por uns poucos minutosnaquelas condições termodinâmicas e, em seguida, a pressão é libreda. Ataxa de liberação é escolhida para ser rápida o bastante para reduzir o tem-po de processo total, mas não tão rápida para quebrar o gel devido a gradi-entes de pressão muito fortes no interior do gel seco (aerogel).

As condições atualmente usadas são esquematicamenteindicadas em seguida

atmosfera de N2 até 45,0 x 105Pa (45 bar)---->Aumento de temperatura

usualmente a 5 °C/h para

pelo menos 225°C, mas

usualmente a 250°C.

A pressão alcançada é usualmente 58,0 x 105 Pa (58 bar). Foiobservado que também a secagem pode ser feita a 30,0 x 105 (30 bar) (verpedido NO2003A000001). A pressão é liberada a 5,0 x 105 Pa (5 bar/h).

Percebeu-se se que o solvente no gel úmido suporta reaçõesquímicas no autoclave produzindo porções orgânicas de alto peso molecular(um alcatrão negro-acastanhado) que podem também permanecerem dentrodo gel seco. É conveniente minimzar a quantidade de tais porções parareduzir a quantidade de calcinações a serem feitas, e a quantidade deenergia liberada por tal reação dentro do forno, e a quantidade de gás (CO,C02, H20) produzida no tratamento de calor seguinte durante a calcinação.Observou-se que a redução da temperatura máxima alcançada a abaixo de250 °C por vários °C pode reduzir significantemente tais porções.

Após a pressão ser reduzida à pressão atmosférica, vácuo éaplicado para retirar outro tanto de gás orgânico adsorvido (solvente residuale eventuais produtos de reação formados no autoclave durante o cicloanterior) quanto possível, seguido por lavagem com nitrogênio. Esteprocedimento de lavagem é repetido várias vezes. Procedimentos maisrápidos com taxas de aquecimento em excesso de 20 °C/hora e duraçãototal de 14 horas, têm também sido aplicados, mas não estatísticasbastantes para concluir em rendimentos. O gel seco é denominado aerogel.

h. Tratamento térmico do aeroael seco

O processo é usualmente dividido em três estágios.

1. Calcinação em atmosfera contendo oxigênio. A amostra écolocada no forno. Um vácuo é aplicado e, em seguida, uma atmosfera deoxigênio. A temperatura é elevada para 800°C a uma taxa lenta o bastantepara evitar geração excessiva de gás devido a queima de produtos que podecausar pressão no interior do gel/aerogel, com a conseqüente quebra doaerogel. Vários ciclos de vácuo/oxigênio são aplicados.

2. Desidratação/Purificação. Feitas em uma atmosfera contendocloro a 800°C (HCI ou/e SOCI2 usando He como gás transportador emconcentração de He:HCI ao redor de 10:1). Este ciclo leva vários dias paraos tubos de vidro maiores de 80 mm.

3. Consolidação. Feita em He mais eventualmente uma levequantidade de oxigênio acima de 1300°C, e abaixo de 1450°C.

Estes processos são feitos com o uso de vácuo durante otratamento térmico, conforme descrito no pedido de patenteNO2001A000006, para evitar (diminuir) formação de bolha nos corpos devidro, particularmente bolhas de alta temperatura durante estiramento defibras óticas.

Adicionalmente o processo pode ser feito conforme segue:Um vácuo é criado no forno onde a amostra é colocada. Em se-guida, á temperatura ambiente, uma atmosfera misturada de O2/HCI éintroduzida. As proporções são escolhidas para serem primeiro ricas bastan-te em oxigênio para iniciar as calcinações dos orgânicos, mas, ao mesmotempo, para terem HCI introduzido nos poros do aerogel a partir do início.Em seguida a temperatura é elevada em várias etapas para temperaturasabaixo de 800°C, aplicando-se vácuo naquelas temperaturas intermediáriasem, em seguida, introduzindo-se atmosfera misturada de 02/HCI comconcetração aumentada de HCI. Finalmente quando a temperatura alcançaao redor de 800°C, a atmosfera é HCI puro.A duração total de ciclo até este ponto é de pouca a váriashoras, dependendo do tamanho da amostra e da taxa de aquecimento doforno. Se a câmara do forno, onde o Aerogel é tratado por calor, tem zonasfrias ou outras zonas, onde H20 está presente, uma substância, que reagecom água produzindo um gás que não condensa em temperaturas baixas,similar a SOCI2, é introduzida. Neste último caso a temperatura é reduzidaabaixo de 600°C, e preferivelmente abaixo de 450°C, para evitar aocorrência de reações indesejadas. A câmara do forno é novamente limpacom vácuo e, em seguida, a temperatura é elevada até acima de 1300°C ematmosphere de He, mais opcionalmente oxigênio, para consolidar o aerogelem vidro.

A duração total deste ciclo é entre 21 a 28 horas, dependendodo tamanho da amostra (quanto maior, mais longa), e das características doforno. Pelo aperfeiçoamento das características do forno similares a temposde arrefecimento/aquecimento e redução das zonas frias, onde a água podecondensar, a duração total pode ser adicionalmente reduzida.

Os procedimentos anteriores podem ser adicionalmentemodificados para alcançar algumas variações de característica naspropriedades do vidro. Observou-se que o uso de oxigênio a 800°C antes doaquecimento para alcançar consolidação e/ou o uso de uma atmosfera deHe/02 durante a consolidação, pode dar variações às propriedades domaterial incluindo:

viscosidade mais alta;

índice de retração mais baixo;

melhor comportamento durante estiramento

Os resultados mostram que o uso de SOCI2 como agente declorinação a 800°C pode dar um material de vidro com menos dispersão deluz.

O tratamento térmico do aerogel seco é efetuado de modo aproduzir um corpo de vidro sinterizado a partir do objeto de aerosol poroso.O tratamento térmico pode compreender as seguintes quatro etapas:

A. remoção dos teores de solvente residuais que aderem ao ae-rogel por meio de calcinação,

B. purificação do aerogel,

C. consolidação do aerogel para obter um corpo de vidro,

D. arrefecimento do corpo de vidro.

O tratamento térmico pode ser efetuado sob uma atmosfera degás separada, sendo possível para a atmosfera de gás auxiliar a propostaparticular das etapas do tratamento térmico.

A calcinação de acordo com a etapa A), que é pretendida paraservir para remover os solventes orgânicos, pode ser efetuada sob uma at-mosfera de oxigênio a uma temperatura de 550-C a 800QC. Esta etapa decalcinação pode ser terminada quando nenhuma outra evolução de CO ouC02 é detectada.

A purificação do aerogel de acordo com a etapa B) pode ocorrerusando-se um agente de clorinação. Desse modo, por exemplo, HCI, Cl2,SOCI2 e outros, podem ser usados como o agente de clorinação.

Se apropriado, um gás nobre, tal como, por exemplo, hélio, podeadicionalmente ser usado como um gás transportador.

Se apropriado, se o corpo de vidro a ser produzido é para teruma transparência de infravermelho, desidratação completa do aerogel podeser alcançada efetuando-se a purificação em uma atmosfera anidra.

Em uma modalidade preferida da invenção, a purificação podeser efetuada por meio de SOCI2 a uma temperatura de 200 a 600-C. Umapureza mais extensiva do vidro e transparência mais alta, em particular nafaixa de UV, podem ser obtidas se um dióxido de silício pirogenicamentepreparado Aerosil® VP EG-50 é usado como a substância de partida.

A consolidação do aerogel de acordo com a etapa C) de modo aobter um corpo de vidro, pode ser efetuada sob uma atmosfera de gás no-bre, tal como, por exemplo, hélio em uma mistura com oxigênio, sendo pos-sível para a concentração de oxigênio ser 2 a 5%. A consolidação pode serefetuada à uma temperatura de 600 a 1.400QC.

Durante a fase de aquecimento, vácuo pode ser aplicado demodo a remover quaisquer bolhas contidas no aerogel. Esta fase de aque-cimento é particularmente adequada na faixa de temperature de 600 a8005C.

A fase de consolidação atual pode ser iniciada com o aqueci-mento de 600 a 8009C à uma temperatura de 1.300 a 1.400eC, em seguidasendo possível que esta faixa de temperatura seja mantida por um períodosuficiente de tempo.

O arrefecimento do corpo de vidro resultante de acordo com aetapa D) pode ser efetuado à uma taxa de até 59C/minuto, preferivelmente 4a 1 sC/minuto, na faixa de 1.400 a 900-C.

Exemplos

Exemplo 1

A 100 ml (0,44 mol) de tetraetilortossilicato (TEOS) sãoadicionados, sob agitação vigorosa, 80 ml de uma solução de HCI, 0.01 N,em água.

Após cerca de 60 minutos, uma solução límpida é obtida. A estasolução são adicionados 57.8 g de pó de sílica fumigada coloidal (AerosilOX50 - Degussa), preparado de tetracloreto de silício por oxidação a altastemperaturas. A mistura obtida é homogeneizada usando-se um misturadorde alta velocidade operando a 10000 rpm para uma duração de de cerca devinte minutos, e, em seguida, a solução é centrifigada a 3.000 rpm.

A dispersão homogênea obtida é derramada em recipientescilíndricos de vidro com um diâmetro de 5.0 cm e altura de 2.0 cm, que sãohermeticamente fechados, colocados em um forno. A temperatura évagarosamente elevada e, em seguida, mantida a 50°C. A duração destaúltima operação é em torno de 12 horas.

O gel, que foi obtido, é adequadamente lavado com acetona, esubseqüentemente secado em um autoclave à uma temperatura de 250°C e59,0 x 105 Pa (59 bar). O autoclave é, em seguida, pressurizado comnitrogênio à temperatura ambiente até a pressão de 50,0 x 105 (50 bar). Oaquecimento do autoclave é, em seguida, iniciado, até que a temperatura de260°C seja alcançada. Com o aumento dos valores de temperatura, apressão no interior do autoclave aumenta até 60,0 x 105 Pa (60 bar), e talvalor de pressão é mantido constante pela ação nas válvulas de exaustão.Com a temperatura sendo ainda mantida constante a 260°C, pela ação naválvula de exaustão, a pressão no interior do autoclave é, em seguida,impelida a diminuir para pressão ambiente, na velocidade de 15,0 x 105Pa/hora (15 bar/hora). O solvente contido no interior do autoclave é assimremovido. Os últimos traços de tal solvente são removidos por lavagem doautoclave com uma corrente lenta de nitrogênio por cerca de 15 minutos,e/ou usando vácuo.

Um gel seco, geralmente denominado aerogel, é obtido. O gel émovido para um forno onde ele é calcinado a uma tempetaura de 800°C emuma atmosfera de oxidação.

Durante o aquecimento, os produtos orgânicos residuaisprovenientes do tratamento no autoclave são queimados.

O disco de aerogel de sílica, após calcinação, é submetido auma corrente de hélio contendo 2% de cloro a uma temperatura de 800graus °C, e para uma duração de 30 minutos para remover os grupossilanólicos presentes. O disco de aerogel é finalmente aquecido em umaatmosfera de hélio à uma temperatura de 1400 graus °C para uma duraçãode uma hora, de modo que a sílica alcança densificação completa.

Após arrefecimento, o disco alcança as dimensões finaisdesejadas (diâmetro de 2,5 cm e altura de 1,0 cm), mantendo uma razãohomotética com a forma do aerogel inicial determinada pelo molde inicial.

O material densificado tem as mesmas caractrísticas fisico-químicas conforme o vidro de sílica obtido por outros processos.Exemplo 2

A 9,4 I de tetraetilortossilicato (TEOS) são adicionados, sobagitação vigorosa, 14,5 I de água acídica a qual anteriormente foi adicionadoHCI para alcançar um pH ao redor de 2.

Após cerca de 60 minutos, uma solução límpida é obtida. A estasolução são adicionados 5 kg de pó de sílica fumigada coloidal (AerosilOX50 -by Degussa AG), preparado de tetracloreto de silício por oxidação aaltas temperaturas.A mistura obtida é homogeneizada usando-se um misturador dealta velocidade operando a 10000 rpm por uma duração de cerca de vinteminutos.

A esta dispersão, uma solução de tetrahidróxido de amônia 0.1N é adicionada gota a gota sob agitação, até que um pH de cerca de 5 éalcançado.

Esta solução coloidal é derramada em vários recipientescilíndricos de vidro com um diâmetro de 8 cm e altura de 50 cm, que são, emseguida, fechados.

Após cerca de 2 horas, a lavagem com soluções de acetona emágua pode iniciar.

A secagem do gel e sua subseqüente densificação sãoefetuadas de acordo com o procedimento descrito no exemplo 1.Exemplo 3

A 10 I de tetraetilortossilicato (TEOS) são adicionados, sobagitação vigorosa, 30 I de água acídica a qual anteriormente foi adicionadoHCI para alcançar um pH de 2.

Após 60 minutos, uma solução límpida é obtida. A solução é in-troduzida em um evaporador rotativo de capacidade suficiente. Aevaporação procede até que cerca de 12 I de uma mistura de água e etanolé retirada da solução.

A esta solução são adicionados 5,8 kg de pó de sílica fumigadacoloidal (Aerosil OX 50 -by Degussa AG) preparado de teatracloreto desilício por oxidação a altas temperaturas. A mistura obtida é homogeneizadausando-se um misturador de alta velocidade operando a 10000 rpm parauma duração de cerca de quarenta minutos. A mistura resultante é adicio-nalmente homogeneizada por meio de um tratamento de sonicação por 15minutos e, em seguida, quaisquer aglomerados de sílica possivelmentecontidos na solução são removidos por centrifugação a 3.000 rpm.

A esta dispersão uma solução de hidróxido de amônio 0.1 N éadicionada gota a gota sob agitação, até que um pH de cerca de 4 éalcançado.Esta solução coloidal é derramada em recipientes cilíndricos devidro com um diâmetro de 8 cm e altura de 100 cm, que são, em seguida,fechados.

Após cerca de 12 horas, a lavagem com soluções de acetonaem água foi iniciada. Inicialmente uma solução de acetona:água (1:10 empeso) é deixada fluir a 10 ml/min através da amostra. A concetração daacetona é gradualmente aumentada até quando é necessário retirar-se maiságua. O fluxo da solução de acetona é alternado com períodos de nenhumfluxo. Este tratamento foi cessado quando a concetração de água no fluxo apartir da amostra estava constantemente abaixo de 0,3% em peso.

As amostras são, em seguida, introduzidas em um recipientefechado, um autoclave, que pode suportar pressões de pelo menos 60,0 x105Pa (60 bar), e pode ir à temperaturas de pelo menos 260°C. O autoclaveé, em seguida, pressurizado com nitrogênio à temperatura ambiente até apressão de 50,0 x 105Pa (50 bar). O aquecimento do autoclave é, então,iniciado, até que a temperatura de 260°C é alcançada. Com o aumento dosvalores de temperatura, a pressão no interior do autoclave aumenta até 60,0x 105Pa (60 bar), e tal valor de pressão é mantido constante pela ação nasválvulas de exaustão. Com a temperatura sendo ainda mantida constante a260°C pela ação na válvula de exaustão, a pressão no interior do autoclaveé, em seguida, impelida a diminuir à temperatura ambiente na velocidade de15,0 x 105Pa (15 bar/hora). O solvente contido no interior do autoclave é,desse modo, removido. Os últimos traços de tal solvente são removidos pelalavagem do autoclave com uma corrente lenta de nitrogênio por cerca de 5minutos, e usando-se vácuo em alternação com a lavagem de nitrogênio porpouco tempo. É, em seguida, obtido um aerogel.

Exemplo 4

Os aerogéis obtidos conforme revelado no Exemplo 3 sãogradualmente aquecidos em ar até a temperatura de 400°C na velocidadede aquecimento de 2°C/minuto, e são mantidos na temperatura de 400°Cpor poucas horas. Em seguida, vácuo é aplicado e, em seguida, oxigêniopuro é introduzido. O forno é adicionalmente aquecido a 800°C. Em taltemperatura, vácuo é aplicado, seguido pela introdução de oxigênio. Esteúltimo procedimento é repetido umas poucas vezes.

He: HCI em uma razão de 10:1 em volume é deixado fluir nafornalha, enquanto a temperatura é mantida a 800°C. Após umas poucashoras, o fluxo é cessado e, em seguida, vácuo é aplicado. Após o últimoprocedimento ser aplicado várias vezes, um fluxo de He é aplicado, e atemperatura é elevada a 2°C/min para 1380 °C.

Tal tratamento térmico causa a sinterização do aerogel, e produzcorpos similares à vidro transparentes de 2,2 g/cm3 de densidade, e tendocaracterísticas análogas àquelas da sílica fundida.

Claims

1. Processo para a produção de monólitos por meio do processosol-gel, compreendendo as seguintes etapas:a. hidrólise de um alcóxido em solução aquosa para formar umhidrolisado e, opcionalmente, evaporação à concentração ótima do mesmo,b. adição de um oxido preparado por rota pirogênica,c. mistura do hidrolisado do alcóxido com o oxido preparado pelarota pirogênica para formar um sol coloidal,d. remoção opcional de teores grosseiros a partir do sol coloidal,e. gelificação do sol coloidal em um molde,f. substituição opcional da água contida no aerogel resultante porum solvente orgânico,g. secagem do aerogel,h. tratamento térmico do aerogel seco, caracterizado pelo fato deque o teor de grosseiro é removido a partir do sol coloidal.

2. Processo para a produção de monólitos por meio do processosol-gel de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que naetapa a) o hidrolisado é passado através de um filtro.

3. Processo para a produção de monólitos por meio do processosol-gel de acordo com a reivindicação 1, caracterizado em que a gelificaçãona etapa d) é efetuada com um fator de encolhimento de 0,45 a 0,55.