ES2218495T3 - Cuerpo conformado microporoso de aislamiento termico que contiene acido silicico de arco electrico. - Google Patents
Cuerpo conformado microporoso de aislamiento termico que contiene acido silicico de arco electrico.Info
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Abstract
Cuerpo conformado de aislamiento térmico que tiene una densidad de 150-500 kg/m3, constituido por un material de aislamiento térmico que contiene 5-75% peso de ácido silícico pirogénico, 5-50% peso de ácido silícico de arco eléctrico, 5-50% peso de agente opacificador, caracterizado porque el ácido silícico de arco eléctrico tiene una densidad aparente < 200 kg/m3, un contenido de carbono < 0, 1% peso, un contenido de óxidos alcalinos < 0, 2% peso, un contenido de óxidos alcalinotérreos < 0, 3% peso, un contenido de SO3 < 0, 05% peso y una superficie específica > 30 m2/g.
Description
Cuerpo conformado microporoso de aislamiento
térmico que contiene ácido silícico de arco eléctrico.
La invención se refiere a un cuerpo conformado
microporoso de aislamiento térmico, constituido por un material de
aislamiento térmico prensado, que contiene óxidos metálicos
finamente divididos en forma de ácido silícico pirogénico y ácido
silícico de arco eléctrico así como agentes opacificadores, fibras
y aditivos.
Cuerpos conformados microporosos de aislamiento
térmico de esta clase se conocen y se describen por ejemplo en el
documento US-A 4.985.163.
Óxidos metálicos finamente divididos empleados
preferiblemente en los cuerpos conformados microporosos de
aislamiento térmico de esta clase son ácidos silícicos obtenidos
pirogénicamente con inclusión de ácidos silícicos de arco
eléctrico, ácidos silícicos de precipitación o aerogeles de dióxido
de silicio así como óxidos de aluminio preparados análogamente, y
sus mezclas. La obtención de propiedades satisfactorias de
aislamiento térmico, estos óxidos finamente divididos poseen
superficies específicas muy altas, que están comprendidas por
ejemplo en el intervalo de 50-700 m^{2}/g (medidas
según BET). Condicionado por estas grandes superficies, el
comportamiento de adsorción de estos óxidos frente a las sustancias
polares es muy acusado. Como es sabido, dichos óxidos se comportan
por tanto como agentes de secado muy eficaces y absorben ávidamente
el agua en la atmósfera natural. El mismo comportamiento exhiben
también por consiguiente los cuerpos conformados microporosos de
aislamiento térmico preparados a partir de ellos. En la práctica no
se puede impedir por consiguiente una absorción de humedad de los
cuerpos conformados microporosos de aislamiento térmico durante el
almacenamiento y el uso. En estas condiciones, si dichos cuerpos
conformados microporosos de aislamiento térmico se exponen durante
su empleo práctico a una energía térmica elevada dentro de un
periodo de tiempo breve, se forma entonces explosivamente vapor de
agua, que destruye la estructura del cuerpo conformado de
aislamiento térmico. Este efecto se produce por ejemplo en los
cuerpos conformados microporosos de aislamiento térmico, que se
emplean como aislamiento térmico en las unidades de calentamiento
por radiación para campos de cochura cerámica, en caso de que estas
unidades de calentamiento se lleven al rojo por radiación por medio
de los elementos de calentamiento por resistencia convencionales en
intervalos habituales de preferiblemente 1 a 8 segundos.
Por el documento EP 618399 (que corresponde a US
5.556.689) se sabe que la humedad absorbida por los artículos
conformados aislantes térmicos convencionales puede eliminarse en
forma de vapor de agua por medio de poros de canales definidos, sin
que tenga lugar una destrucción del artículo conformado.
El documento WO 01/09057 (Solicitante
Ceramaspeed) describe artículos conformados de aislamiento térmico
con una proporción de 10-99,5% en peso de ácido
silícico de arco eléctrico y un contenido de carbono de
0,5-6% en peso. Durante un paso de tratamiento a
temperatura superior a 400ºC tiene lugar un curado de la pieza
conformada. En la página 2, líneas 10-14 de esta
solicitud se manifiesta que para densidad comparable, las piezas
prensadas con ácido silícico de arco eléctrico son más flexibles
que las piezas que no contienen ácido silícico de arco eléctrico.
Esto se ve compensado por el curado debido al contenido de C.
El objeto de la invención es proporcionar un
cuerpo conformado de aislamiento térmico constituido por material
de aislamiento térmico prensado que contiene óxidos metálicos
finamente divididos en forma de ácido silícico pirogénico y ácido
silícico de arco eléctrico así como un agente opacificador, que con
mantenimiento de las satisfactorias propiedades de aislamiento
térmico, mecánicas y aislantes eléctricas exhibe una absorción de
agua claramente reducida.
El objetivo se resuelve por un cuerpo conformado
de aislamiento térmico con una densidad de 150-500
kg/m^{3}, constituido por material de aislamiento térmico, que
contiene 5-75% en peso de ácido silícico pirogénico
(HDK), 5-50% en peso de ácido silícico de arco
eléctrico, y 5-50% en peso de agente opacificador,
caracterizado porque el ácido silícico de arco eléctrico tiene una
densidad aparente < 200 kg/m^{3}, un contenido de carbono <
0,1% en peso, un contenido de óxidos alcalinos < 0,2% en peso,
un contenido de óxidos alcalinotérreos < 0,3% en peso, un
contenido de SO_{3} < 0,05% y una superficie específica >
30 m^{2}/g.
Preferiblemente, el ácido silícico de arco
eléctrico posee una densidad aparente de 70 kg/m^{3} a 190
kg/m^{3}, un contenido de carbono de 0 a 0,05% en peso, un
contenido de óxidos alcalinos de 0,02 a 0,18% en peso, un contenido
de óxidos alcalinotérreos de 0,05 a < 0,3% en peso, un contenido
de SO_{3} de 0 a < 0,05% en peso y una superficie específica
> 30 a 48 m^{2}/g.
Preferiblemente, el cuerpo conformado de
aislamiento térmico correspondiente a la invención contiene además
0-10% en peso de material de fibras inorgánico, 0-
5% en peso de material de fibras orgánico, 0-30% en
peso de aditivos y 0-2% en peso de aglomerantes
inorgánicos.
Preferiblemente, el material de aislamiento
térmico está constituido por los materiales mencionados.
De modo particularmente preferido, el cuerpo
conformado de aislamiento térmico tiene una densidad de
200-450 kg/m^{3} y está constituido por
10-70% en peso de ácido silícico pirogénico,
10-40% en peso de ácido silícico de arco eléctrico,
10-45% en peso de agente opacificador,
1-7% en peso de material de fibras inorgánico,
0-4% en peso de material de fibras orgánico,
0-20% en peso de aditivos y 0-1% en
peso de aglomerante inorgánico.
De modo particularmente preferido, el cuerpo
conformado de aislamiento térmico tiene una densidad de
250-400 kg/m^{3} y está constituido por
15-60% en peso de ácido silícico pirogénico,
15-30% en peso de ácido silícico de arco eléctrico,
20-40% en peso de agente opacificador,
2-5% en peso de material de fibras inorgánico,
0-3% en peso de material de fibras orgánico,
5-15% en peso de aditivos y 0-0,7%
en peso de aglomerante inorgánico.
Los ácidos silícicos de arco eléctrico
habituales, p.ej. de Elkem Norwegen Microsilica 983 y 971 de Elkem
(4675 Kristiansand, Noruega), o Supersil de
Zirkon-Mineral GmbH (Erftstadt), o Microfume A de
Pechiney (Düsseldorf) y productos ricos en Al_{2}O_{3}
preparados análogamente tales como "RW - Aloxil" de RW
Silicium GmbH (Pocking) tienen un contenido de C > 0,6% en peso
y una densidad aparente mayor que 300 kg/m^{3} (típicamente >
400 kg/m^{3}) (p.ej. documento WO 01/09057, página 2, líneas 32 y
siguientes).
Sorprendentemente, se ha comprobado que un cuerpo
conformado, que contiene un ácido silícico de arco eléctrico muy
puro químicamente con una densidad aparente de < 200 kg/m^{3},
exhibe una tendencia reducida a la absorción de agua. Por el empleo
de este ácido silícico de arco eléctrico, que reemplaza en parte al
ácido silícico pirogénico en el cuerpo conformado de aislamiento
térmico convencional, pueden prepararse por un proceso de
fabricación convencional cuerpos conformados de aislamiento térmico
correspondientes a la invención. Éstos tienen una densidad que no es
más alta que la de los cuerpos conformados de aislamiento térmico
convencionales y satisfacen las altas exigencias en cuanto a
propiedades térmicas de los cuerpos conformados de aislamiento
térmico. Asimismo, se cumplen las propiedades mecánicas exigidas de
los cuerpos conformados de aislamiento térmico y las propiedades a
temperatura elevada. Aunque hasta el 50% en peso del ácido silícico
pirogénico empleado habitualmente se ha sustituido por el ácido
silícico de arco eléctrico seleccionado con las propiedades
indicadas, no se encuentra diferencia alguna en el cuerpo conformado
de aislamiento térmico correspondiente a la invención respecto a
los cuerpos conformados de aislamiento térmico convencionales;
únicamente se reduce la absorción de agua del material.
Habitualmente, los cuerpos conformados de
aislamiento térmico correspondientes a la invención tienen los
parámetros siguientes:
resistencia a la flexión > 0,15 N/mm^{2}
resistencia a la compresión > 1,0
N/mm^{2}
coeficiente de conductividad térmica < 0,025
W/mK
resistencia eléctrica > 2000 M\Omega
El empleo de ácido silícico de arco eléctrico
para la fabricación de cuerpos conformados de aislamiento térmico
se conoce ya de hecho en la técnica anterior; así, la utilización
de ácido silícico de arco eléctrico se menciona por lo general
junto a ácidos silícicos de precipitación, etc., como material
apropiado, si bien en ningún caso se emplea preferiblemente el ácido
silícico de arco eléctrico. Los ácidos silícicos de arco eléctrico
están generalmente muy impurificados con elementos alcalinos,
alcalinotérreos y negro de carbono/carbono. Además, aquéllos exhiben
habitualmente densidades aparentes muy altas. El empleo de este
ácido silícico de arco eléctrico no conduce a propiedades mejoradas
en los cuerpos conformados fabricados. Las tablas siguientes
comparan un ácido silícico de arco eléctrico convencional con el
ácido silícico de arco eléctrico presente en el cuerpo conformado
correspondiente a la invención.
| Estándar | Elección | |
| (NDTC) | ||
| Densidad aparente kg/m^{3} | > 300 | < 200 |
| Carbono % peso | 0,5-6,0 | < 0,1 |
| Óxidos alcalinos % peso | > 0,2 | < 0,2 |
| Óxidos alcalinotérreos % peso | > 0,4 | < 0,3 |
| SO_{3} % peso | > 0,1 | < 0,05 |
| Superficie específica m^{2}/g | < 25 | > 30 |
Las ventajas que se alcanzan por el empleo del
ácido silícico de arco eléctrico seleccionado de acuerdo con la
invención, no se encuentran en la técnica anterior y ni siquiera se
insinúan en ella.
Para la fabricación de un cuerpo conformado
correspondiente a la invención se emplea preferiblemente ácido
silícico obtenido pirogénicamente con una superficie específica
según BET de 50-700 m^{2}/g, de modo
particularmente preferido de 70-400 m^{2}/g. Un
ácido silícico obtenido pirogénicamente de este tipo puede
adquirirse por ejemplo bajo la designación HDK®
S130-T30 del fabricante
Wacker-Chemie GmbH, Münich.
Ejemplos de agentes opacificadores son ilmenita,
rutilo, dióxido de titanio, carburo de silicio, óxidos de hierro
mixtos, óxido mixto
hierro-II-hierro-III,
dióxido de cromo, óxido de circonio, dióxido de manganeso, óxido de
hierro, dióxido de silicio, óxido de aluminio y silicato de
circonio, así como sus mezclas. Se emplean preferiblemente carburo
de silicio, rutilo, ilmenita y silicato de circonio. De modo
particularmente preferido se emplea carburo de silicio. Los agentes
opacificadores exhiben ventajosamente un máximo de absorción en el
campo infrarrojo entre 1,5 y 10 \mum.
Ejemplos de materiales de fibras orgánicos son
viscosa y celulosa.
Ejemplos de materiales de fibras inorgánicos son
fibras cerámicas, fibras cerámicas solubles, preferiblemente fibras
textiles de vidrio con un diámetro mayor que 5 \mum tales como
Asilfaser, Belcotexfaser, Silicafaser, E-, R-, S2-, o fibras
análogas.
Ejemplos de aditivos son mica, perlita,
vermiculita, cenizas volantes, ácidos silícicos de precipitación
pobres en álcali, Al_{2}O_{3}, óxido de aluminio obtenido
pirogénicamente, y aerogeles de óxido de silicio.
Como aglomerantes inorgánicos pueden emplearse
todos los aglomerantes cuyo empleo en cuerpos conformados
microporosos de aislamiento térmico es conocido. Ejemplos de tales
aglomerantes se dan a conocer en el documento US-A
4.985.163, al cual se remite expresamente en este contexto.
Preferiblemente se emplean boruros de aluminio, de titanio, de
circonio, de calcio, siliciuros, tales como siliciuro de calcio y
siliciuro de calcio-aluminio, y particularmente
carburo de boro. Ejemplos de otros constituyentes son óxidos
básicos, particularmente óxido de magnesio, óxido de calcio u óxido
de bario.
La fabricación del cuerpo conformado de
aislamiento térmico correspondiente a la invención se realiza por
medio de un proceso convencional para la fabricación de tales
cuerpos conformados. El proceso comprende preferiblemente los pasos
de proceso siguientes:
I. Prensado de la mezcla de aislamiento térmico
basada en los componentes mencionados en el perfil deseado a
presiones de 8 a 20 bares, siendo el espesor de los perfiles
resultantes preferiblemente 10 a 35 mm, y particularmente 10 a 15
mm;
II. Opcionalmente, calentamiento del cuerpo
prensado a temperaturas de 500 a 980ºC (proceso de curado).
Los cuerpos conformados de aislamiento térmico
correspondientes a la invención encuentran empleo en todos aquellos
campos en los cuales se han empleado también hasta ahora cuerpos
conformados microporosos de aislamiento térmico, tales como por
ejemplo como pieza conformada de aislamiento térmico en unidades de
calentamiento por radiación para calentamiento de una placa,
particularmente de una placa vitrocerámica, en calefacciones por
radiación de hornos, particularmente hornos de panificación, en
radiadores de calor o en radiadores de halógenos u otras
aplicaciones a temperaturas hasta 1200ºC que operan con regímenes
de calentamiento altos (> 100K/min).
Los ejemplos siguientes sirven para ilustración
adicional de la invención.
Ejemplo
Comparativo
- 55% peso
- ácido silícico obtenido pirogénicamente (que puede adquirirse en el comercio bajo la designación HDK® N25 del fabricante Wacker Chemie, Münich)
- 41,5% peso
- silicato de circonio
- 3% peso
- fibras textiles de vidrio (que puede adquirirse comercialmente bajo la designación Asilfaser 6 mm del fabricante Asglawo en Freiberg)
- 0,5% peso
- carburo de boro
se prensó para dar una pieza conformada con 198
mm de diámetro, 13 mm de espesor y una densidad de 320 kg/m^{3} y
se trató durante 1 hora a 800ºC en el
horno.
El cuerpo conformado obtenido se mantuvo a 30ºC
durante 180 horas con una humedad relativa del aire de 93%. La
absorción de agua fue 19% referida al peso de partida del cuerpo
conformado.
- 35% peso
- ácido silícico obtenido pirogénicamente (que puede adquirirse en el comercio bajo la designación HDK® N25 del fabricante Wacker-Chemie, Münich)
- 20% peso
- ácido silícico de arco eléctrico (que puede adquirirse en el comercio bajo la designación Microfume NDTC del fabricante Pechiney, Düsseldorf)
- 5% peso
- Al_{2}O_{3}
- 37,5% peso
- silicato de circonio
- 2% peso
- fibra textil de vidrio (que puede adquirirse en el comercio bajo la designación Asilfaser 6 mm del fabricante Asglawo, Freiberg)
- 0,5% peso
- carburo de boro
se trató análogamente al ejemplo comparativo para
dar un cuerpo conformado con una densidad de 320 kg/m^{3} y se
guardó en el armario climatizado. La absorción de agua fue 9% en
peso.
- 30% peso
- ácido silícico obtenido pirogénicamente (que puede adquirirse en el comercio bajo la designación HDK® S 13 del fabricante Wacker-Chemie, Münich)
- 25% peso
- ácido silícico de arco eléctrico (que puede adquirirse en el comercio bajo la designación Microfume NDTC del fabricante Pechiney, Düsseldorf)
- 30,5% peso
- carburo de silicio (que puede obtenerse bajo la designación MAW del fabricante Wacker-Chemie, Münich)
- 3,0% peso
- fibra textil de vidrio (que puede adquirirse en el comercio bajo la designación Belcotex del fabricante Belchem)
- 10% peso
- Al_{2}O_{3}
- 1,5% peso
- fibras de celulosa (que pueden adquirirse comercialmente bajo la designación Arbocell FIF 400 de J. Rettenmaier GmbH en Ellwangen)
se transformó análogamente al Ejemplo Comparativo
para dar un cuerpo conformado con una densidad de 320 kg/m^{3} y
se guardó en el armario climatizado. La absorción de agua fue 5%
peso.
Claims (4)
1. Cuerpo conformado de aislamiento térmico que
tiene una densidad de 150-500 kg/m^{3},
constituido por un material de aislamiento térmico que contiene
5-75% peso de ácido silícico pirogénico,
5-50% peso de ácido silícico de arco eléctrico,
5-50% peso de agente opacificador,
caracterizado porque el ácido silícico de arco eléctrico
tiene una densidad aparente < 200 kg/m^{3}, un contenido de
carbono < 0,1% peso, un contenido de óxidos alcalinos < 0,2%
peso, un contenido de óxidos alcalinotérreos < 0,3% peso, un
contenido de SO_{3} < 0,05% peso y una superficie
específica
> 30 m^{2}/g.
> 30 m^{2}/g.
2. Cuerpo conformado de aislamiento térmico según
la reivindicación 1, caracterizado porque el ácido silícico
de arco eléctrico tiene una densidad aparente de 70 kg/m^{3}
hasta 190 kg/m^{3}, un contenido de carbono de 0 a 0,05% peso, un
contenido de óxidos alcalinos de 0,02 a 0,18% peso, un contenido de
óxidos alcalinotérreos de 0,05 a < 0,3% peso, un contenido de
SO_{3} de 0 a < 0,05% peso y una superficie específica de >
30 a 48 m^{2}/g.
3. Proceso para la fabricación de un cuerpo
conformado de aislamiento térmico de acuerdo con la reivindicación
1 ó 2, caracterizado porque el proceso comprende los pasos
de proceso siguientes:
prensado de la mezcla de aislamiento térmico
basada en los componentes mencionados en el perfil deseado a
presiones de 8 a 20 bares, siendo el espesor de los perfiles
resultantes preferiblemente 10 a 35 mm, y particularmente 10 a 15
mm;
opcionalmente, calentamiento del cuerpo prensado
a temperaturas de 500 a 980ºC.
4. Empleo de un cuerpo conformado de aislamiento
térmico de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, como pieza
conformada de aislamiento térmico en unidades de calentamiento por
radiación para el calentamiento de una placa, en calefacciones por
radiación de hornos, en termorradiadores o en radiadores de
halógenos u otras aplicaciones a temperaturas de hasta 1200ºC que
operan con tasas de calentamiento altas.
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