ES2291765T3

ES2291765T3 - Proceso para la produccion de cuerpos moldeados de silicato.

Info

Publication number: ES2291765T3
Application number: ES04006755T
Authority: ES
Inventors: Dietrich Dr. Pantke; Peter-Nikolaus Schmitz; Hartmut Melzer
Original assignee: HC Starck GmbH
Current assignee: HC Starck GmbH
Priority date: 2003-04-02
Filing date: 2004-03-20
Publication date: 2008-03-01
Anticipated expiration: 2024-03-20
Also published as: EP1464633B1; KR20040086204A; DE502004004991D1; US7297309B2; NO20041361L; PL1464633T3; EP1464633A1; US20040195736A1; DK1464633T3; JP2004307336A; US20080061475A1; ATE373626T1; DE10314977A1

Abstract

Proceso para la producción de un cuerpo moldeado, caracterizado porque un material sólido de silicato se mezcla con una solución que contiene un primer aglomerante de silicato y la mezcla se prensa luego, y a continuación el cuerpo moldeado prensado se somete a post-tratamiento con una solución que contiene un segundo aglomerante de silicato, y el segundo aglomerante de silicato tiene un módulo mayor que el primer aglomerante de silicato.

Description

Proceso para la producción de cuerpos moldeados de silicato.

Esta invención se refiere a un proceso para la producción de cuerpos moldeados de silicato.

Los cuerpos moldeados de silicato han encontrado acceso de gran amplitud en aplicaciones técnicas, v.g. como materiales aislantes en el sector de la construcción, para juntas de alta temperatura (sustitutivo del asbesto) o para la conformación en la técnica de las funderías.

Además de una producción favorable en costes, los cuerpos moldeados de silicato tienen que cumplir en casi todos los campos de aplicación altas exigencias en cuanto a estabilidad mecánica. Criterios adicionales dependen de las diversas aplicaciones en particular. Así, en el sector de la construcción se exige adicionalmente en la mayoría de los casos una elevada resistencia al agua en combinación con una inflamabilidad lo menor posible; en la técnica de las funderías el criterio adicional más importante es la resistencia al fuego.

La producción de los cuerpos moldeados de silicato se realiza habitualmente a partir de materias primas de silicato, en su mayor parte de origen natural como silicatos laminares o arenas, y diversos aglomerantes predominantemente inorgánicos.

Como aglutinante inorgánico se emplean a menudo vidrios solubles, que son económicos, permiten obtener frecuentemente una elevada estabilidad mecánica de los cuerpos moldeados y no contienen material alguno que aporte inflamabilidad o desprendimiento de gases de humo. Aquéllos presentan sin embargo el inconveniente de una elevada solubilidad en agua y conducen por tanto a materiales inestables frente al agua. Inconvenientes análogos se presentan en el caso de los fosfatos como aglomerantes inorgánicos, cuyo empleo se ha descrito asimismo frecuentemente.

Del grupo de los aglomerantes inorgánicos son por tanto los de naturaleza de silicato también particularmente deseados, dado que los mismos como la materia prima a aglomerar están constituidos principalmente por el dióxido de silicio compatible con el medio ambiente y se prestan a diversas posibilidades de reciclado como p.ej. como cargas en la construcción de carreteras y la agricultura. Por el contrario, otros productos inorgánicos son problemáticos en cuanto al reciclado y deben depositarse en la mayoría de los casos en vertederos después de su utilización.

En el documento WO-A 97/30951 se describe la producción de artículos moldeados a partir de vermiculitas y aglomerantes inorgánicos como particularmente aglomerantes que contienen ácido fosfórico, fosfatos o vidrios solubles. Una determinada estabilidad al agua puede conseguirse sólo por la adición de componentes aglomerantes orgánicos, si bien la misma se ve limitada por aspectos de inflamabilidad. Así, las planchas de vermiculita aglomeradas con vidrio soluble y componentes orgánicos que tienen hasta 10% en peso de componente orgánico referido al producto final, no son apropiadas para sistemas de aislamiento, como se establecen por ejemplo los mamparos para bodegas de barcos, por la elevada exigencia en lo que respecta a la estabilidad al agua.

El documento DE-A 198 512 90 describe el empleo de vidrios solubles y aglomerante pulverulento, exclusivamente inorgánico en lugar de vermiculita en el caso de la producción de planchas ininflamables. En este caso es inconveniente la proporción muy elevada de silicato alcalino y la correspondientemente deficiente estabilidad al agua de los productos.

Una mejora de las resistencias que pueden alcanzarse con vidrios solubles de las planchas a base de silicatos laminares se consigue según el documento US 4 746 555, por adición de resinas fenólicas y virutas de madera, una vez aceptados los problemas en cuanto al lastre de combustión, del desprendimiento de gases de humo y de la evacuación de los artículos moldeados de esta clase.

El documento DE-A 195 420 69 describe la aglomeración de materias primas de silicato con una mezcla de vidrio soluble y dióxido de silicio pulverulento, si bien la estabilidad al agua se consigue solamente por tratamiento con un agente de hidrofobización que contiene silicona. Las capas de recubrimiento que contienen silicona son de hecho repelentes al agua, pero contienen por una parte todavía componentes orgánicos que contribuyen al desprendimiento de gases de humo y exhiben además una pequeña resistencia mecánica, así como una deficiente unión al sustrato de silicato.

En el documento WO-A 01/051428 se describen las elevadas estabilidades en crudo de las planchas de material aislante por la adición de aglomerantes orgánicos como poliuretanos. Después del consumo por combustión de los componentes orgánicos queda un producto inorgánico puro. Esta parte adicional de la producción conduce sin embargo a elevados costes de fabricación y gases de quemado ofensivos para el medio ambiente. Además, el producto final es sensible a la humedad.

Persiste por tanto adicionalmente necesidad de cuerpos moldeados de silicatos, que sean mecánicamente estables y que satisfagan exigencias adicionales ventajosas para la aplicación correspondiente. Estas son, por ejemplo, alta estabilidad al agua en combinación con inflamabilidad y desprendimiento de gases de humo lo menores posible para el empleo en el sector de la construcción o resistencia al fuego para empleo en la técnica de las funderías. Asimismo puede ser ventajosa una buena reciclabilidad.

Persistía por tanto el objeto de proporcionar artículos moldeados de silicato que satisfagan la combinación de exigencias apropiada en cada caso, y un proceso para su producción.

Sorprendentemente, se ha encontrado ahora que artículos moldeados que pueden obtenerse según un proceso en el cual una materia prima de silicato se mezcla y se prensa con una solución que contiene un primer aglomerante de silicato, y a continuación se somete a post-tratamiento (se sella) con una solución que contiene un segundo aglomerante de silicato, satisfacen estos requerimientos.

La invención se refiere por tanto a un proceso para la producción de un artículo moldeado, caracterizado porque un sólido de silicato se mezcla con una solución que contiene un primer aglomerante de silicato y la mezcla se prensa luego y el artículo moldeado prensado se somete a continuación a post-tratamiento con una solución que contiene un segundo aglomerante de silicato.

El concepto "de silicato" debe entenderse en el sentido de estar basado en silicatos, sílices o SiO_{2}, que contiene éstos o que está constituido esencialmente por éstos.

En el contexto de la invención, el concepto "mezcladura" puede comprender una suspensión o solución. La mezcla puede ser espesa, viscosa, fluida, de tipo sol, de tipo gel, homogénea o heterogénea.

El primer y el segundo aglomerantes de silicato exhiben un módulo diferente. El concepto módulo es conocido. Bajo módulo en un aglomerante de silicato, los expertos entienden la relación molar determinable analíticamente de dióxido de silicio (SiO_{2}) y óxido de metal alcalino M_{2}O (M = litio, sodio o potasio) en el sólido del aglomerante.

Como materiales sólidos de silicato son apropiados en principio todos los silicatos naturales o producidos sintéticamente, sílices, formas de ácido silícico así como SiO_{2} y sus formas especiales, y sólidos basados en estas clases de sustancias. Por ejemplo, son apropiados materiales sólidos de silicatos naturales o producidos por síntesis tales como sílices, sílices pirogénicas, cuarzos, arenas, silicatos alcalinos y alcalinotérreos amorfos o (parcialmente) cristalinos o aluminosilicatos (minerales de arcilla) tales como por ejemplo caolines, bentonitas, talco, mica, feldespatos, nefelina, leucita, olivino, andalucita, cianita, sillimanita, mullita, vermiculita, perlita, pómez, wollastonita, attapulgita y sepiolita, zeolitas naturales existentes en sedimentos como por ejemplo clinoptilolita, ereonita y mordenita así como silicatos de circonio. Los silicatos, su sistemática y estructuras se describen en F. Liebau: "Die Systematik der Silicate",
Naturwissenschaften 49 (1962) 481-491, en "Silicon" en K. H. Wedepohl (ed.): Handbook of Geochemistry, vol. II/3, cap. 14-A, Springer Verlag, Berlín 1972, pp. 1-32 y "Classification of Silicates", en P. H. Ribbe (ed.): Orthosilicates, reviews in mineralogy, vol. 5, Min. Soc. Am. 1980, pp. 1-24.

Preferiblemente se emplean como materiales sólidos de silicato silicatos laminares tales como vermiculita, perlita o mica. Es particularmente preferida como material sólido de silicato la vermiculita.

Para aplicaciones en las cuales, como por ejemplo en el caso de planchas aislantes en el sector de la construcción se exigen densidades bajas, son particularmente preferidos los silicatos laminares en su forma expandida, es decir hinchada. Así, puede por ejemplo emplearse preferiblemente vermiculita expandida con una densidad de 0,08 g/cm^{3} hasta 0,16 g/cm^{3}.

Los materiales sólidos de silicato pueden emplearse en el proceso correspondiente a la invención en granulometrías diferentes. Así, pueden emplearse por ejemplo vermiculitas en forma de polvo o como granulado, en las cuales los tamaños medios de partícula pueden estar comprendidos por ejemplo entre 1 \mum y 30 mm, preferiblemente entre 1 \mum y 10 mm de diámetro. En formas de realización preferidas se emplean vermiculitas comerciales.

Los materiales sólidos de silicato se mezclan preferiblemente con una solución que contiene un primer aglomerante de silicato con un módulo de 50 como máximo, de modo particularmente preferible de 1,5 a 15, y de modo muy particularmente preferible de 1,5 a 10.

Como disolvente para los aglomerantes de silicato son apropiados en principio todos los disolventes que no producen precipitación alguna del aglomerante de silicato o no producen una modificación del aglomerante inconveniente para el proceso correspondiente a la invención. Son apropiados preferiblemente como disolvente para los aglomerantes de silicato agua o alcoholes, por ejemplo metanol, etanol, propanol, isopropanol y homólogos superiores, así como mezclas de éstos en relaciones de mezcla cualesquiera. Es particularmente apropiada como disolvente el agua para los aglomerantes de silicato.

Bajo soluciones que contienen aglomerante de silicato deben entenderse también en el contexto de la invención suspensiones estables, soles o geles así como soluciones coloidales o en dispersión coloidal, como por ejemplo soles de ácido silícico (soles de sílice). Los soles de sílice y su producción son conocidos por los expertos. Los soles de sílice pueden obtenerse en el comercio, pudiendo mencionarse por ejemplo los productos obtenibles bajo el nombre comercial Lewasil® de la firma H.C. Starck GmbH.

Los soles de ácido silícico son soluciones coloidales de dióxido de silicio amorfo en agua, que se designan también como soles de dióxido de silicio pero en la mayoría de los casos abreviadamente como soles de sílice. El dióxido de silicio está presente en forma de partículas esféricas e hidroxiladas en la superficie. El diámetro de partícula de las partículas coloidales es por lo general 1 a 200 nm, siendo la superficie específica BET correlacionada con el tamaño de partícula (determinado según el método de G.N. Sears, Analytical Chemistry, Vol. 28, N. 12, 1981-1983, diciembre de 1956) de 15 a 2000 m^{2}/g. La superficie de las partículas de SiO_{2} exhibe una carga que está compensada por un ion opuesto correspondiente, que conduce a la estabilización de la solución coloidal.

Frecuentemente los soles de sílice están estabilizados con aniones y álcalis. Tales soles de sílice poseen un valor de pH de 7 a 11,5 y contienen como agente de alcalinización por ejemplo pequeñas cantidades de Na_{2}O, K_{2}O, Li_{2}O, amoníaco, bases orgánicas nitrogenadas, hidróxidos de tetraalquilamonio o aluminatos alcalinos o de amonio. Soles de sílice aniónicos pueden estar presentes también como soluciones coloidales semiestables débilmente ácidas.

Adicionalmente, es posible producir por revestimiento de la superficie con sales apropiadas como por ejemplo Al_{2}(OH)_{5}Cl soles de sílice con partículas cargadas catiónicamente.

El proceso de producción para soles de sílice recorre esencialmente los pasos de producción desalcalinización del vidrio soluble por intercambio iónico, ajuste y estabilización de los tamaños de partícula deseados en cada caso (distribución) de las partículas de SiO_{2}, ajuste de la concentración de SiO_{2} deseada en cada caso y opcionalmente una modificación de la superficie de las partículas de SiO_{2}, como por ejemplo con Al_{2}(OH)_{5}Cl. En ninguno de estos pasos las partículas de SiO_{2} abandonan el estado disuelto coloidalmente. De este modo se demuestra la presencia de las partículas primarias discretas con, por ejemplo, eficacia aglutinante elevada.

Como aglomerantes de silicato en el contexto de la invención son apropiados por ejemplo silicatos alcalinos solubles, ácidos silícicos, SiO_{2} en modificaciones y formas cualesquiera y mezclas de éstos. A modo de ejemplo pueden citarse aquí vidrios solubles, como por ejemplo los vidrios solubles de sodio o potasio que pueden obtenerse en el comercio, y soles de sílice modificados y no modificados, preferiblemente los que pueden obtenerse en el comercio.

En formas de realización preferidas del proceso correspondiente a la invención se emplea como solución de un primer aglomerante de silicato vidrio soluble opcionalmente en mezcla con dióxido de silicio, preferiblemente en forma de sol de sílice, y opcionalmente un disolvente adicional.

Las soluciones que contienen aglomerantes de silicato pueden producirse según procesos conocidos por los expertos. Por ejemplo puede producirse una solución apropiada que contiene un aglomerante de silicato por mezcla de silicatos alcalinos o soluciones de sales alcalinas, v.g. vidrio soluble, como por ejemplo vidrio soluble de sodio o potasio, u otros silicatos alcalinos solubles en agua o sus soluciones, con dióxido de silicio y opcionalmente adición de disolvente adicional, opcionalmente con post-tratamiento subsiguiente de esta solución, p.ej. por agitación, opcionalmente con ayuda de calentamiento. La relación de mezcla silicato alcalino y dióxido de silicio se selecciona para la producción del primer aglomerante de tal modo que éste exhiba un módulo de cómo máximo 50, preferiblemente 1,5 a 15, y de modo muy particularmente preferible de 1,5 a 10, y para la producción del segundo aglomerante se selecciona de tal modo que éste exhiba un módulo de al menos 10, preferiblemente 20 a 1000, y de modo particularmente preferible 50 a 200.

El dióxido de silicio se emplea en este caso por ejemplo en forma de ácidos silícicos de precipitación, ácidos silícicos pirogénicos o soles de sílice. Preferiblemente se emplea en forma de sol de sílice. La solución que contiene un primer aglomerante de silicato exhibe preferiblemente una proporción de sólidos de 5 a 60% en peso, preferiblemente 20 a 55% en peso referido al peso total de la solución.

La mezcla del sólido de silicato a aglomerar y la solución que contiene un primer aglomerante de silicato contiene el primer aglomerante de silicato en una cantidad tal que la proporción de sólidos del aglomerante de silicato corresponde a 1 hasta 20% en peso, preferiblemente 2 hasta 15% en peso, y de modo particularmente preferible 4 hasta 12% en peso referida al peso del cuerpo moldeado resultante antes del post-tratamiento. En formas de realización preferidas, en las cuales como materia sólida de silicato se emplea un material de este tipo con poder absorbente elevado, como por ejemplo una vermiculita con alto grado de expansión y por consiguiente densidad baja, la mezcla del material sólido de silicato a aglomerar y de la solución que contiene un primer aglomerante de silicato puede contener el primer aglomerante de silicato en una cantidad tal que la proporción de sólidos del aglomerante de silicato corresponde a 1 hasta 50% en peso, preferiblemente 2 hasta 35% en peso, de modo particularmente preferible 4 hasta 25% en peso referida al peso del cuerpo moldeado resultante antes del post-tratamiento.

La mezcladura de la solución que contiene el primer aglomerante de silicato con el material sólido de silicato puede realizarse por ejemplo con ayuda de máquinas apropiadas, como por ejemplo mezcladores de paletas.

La mezcla del material sólido de silicato y de la solución que contiene el primer aglomerante de silicato se prensa a 20 hasta 200ºC, preferiblemente 20 hasta 120ºC. El prensado puede realizarse continua o discontinuamente y puede llevarse a cabo según los procesos convencionales conocidos por los expertos. Por ejemplo, pueden emplearse las máquinas de prensado introducidas en la producción de tableros de virutas según los procesos correspondientes, como se describe por ejemplo en la Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (1996), Vol. A28, páginas 331 a 333.

Para la obtención de una resistencia inicial suficiente del cuerpo moldeado prensado antes del post-tratamiento es suficiente ya una presión de apriete mínima de la prensa. Una resistencia inicial suficiente se consigue cuando el artículo moldeado prensado no se deteriora o incluso se descompone por el post-tratamiento subsiguiente, es decir, por ejemplo, no se disgrega o se descompone completamente por inmersión o impregnación con el segundo aglomerante de silicato. En formas de realización preferidas del proceso correspondiente a la invención se emplean presiones de apriete de al menos 2 kg/cm^{2}. No obstante, en formas de realización adicionales preferidas pueden emplearse también presiones inferiores a 2 kg/cm^{2}.

El cuerpo moldeado que contiene disolvente así obtenido puede secarse después del procedimiento de prensado y antes del post-tratamiento. Este secado intermedio puede realizarse a temperaturas de 10 a 200ºC, preferiblemente 20 a 150ºC. Así es posible por ejemplo un secado a la temperatura ambiente o un secado a temperatura más alta p.ej. en armarios secadores, secaderos u hornos adecuados. Puede contemplarse también un secado por liofilización, a no ser que el cuerpo moldeado prensado se deteriore en tal caso. En formas de realización preferidas, el cuerpo moldeado prensado se seca antes del post-tratamiento. Esto es particularmente ventajoso cuando la resistencia del cuerpo moldeado prensado antes del post-tratamiento debe ser alta. Así puede obtenerse análogamente una resistencia inicial suficiente para el post-tratamiento subsiguiente. Dependiendo de la temperatura de secado y el grado de secado deseado, puede variar correspondientemente el tiempo de secado.

En una forma de realización preferida, la resistencia inicial puede aumentarse también por gasificación con CO_{2}. Este proceso es conocido por ejemplo por la aglutinación de arena para machos con vidrios solubles en la técnica de las funderías.

Después del prensado se realiza de acuerdo con la invención el post-tratamiento (sellado) del cuerpo moldeado así obtenido con una solución que contiene un segundo aglomerante de silicato (agente de sellado).

El segundo agente aglomerante de silicato exhibe un módulo más alto en comparación con el primer aglomerante de silicato. El módulo del segundo aglomerante de silicato es preferiblemente al menos 10, de modo particularmente preferible 20 a 1000, y de modo muy particularmente preferido 50 a 200.

La solución que contiene el segundo aglomerante de silicato exhibe preferiblemente una proporción de materias sólidas de 5 a 60% en peso, de modo particularmente preferible 20 a 55% en peso referido al peso total de la solución.

En formas de realización preferidas del proceso correspondiente a la invención se emplea como solución de un segundo aglomerante de silicato un sol de sílice opcionalmente en mezcla con vidrio soluble y opcionalmente otro disolvente adicional.

El post-tratamiento puede realizarse por inmersión, impregnación, aplicación por pulverización o extensión y secado subsiguiente, opcionalmente a presión. La duración del post-tratamiento depende del proceso. En el caso de un proceso de inmersión o impregnación puede obtenerse por ejemplo ya después de unos cuantos segundos una absorción suficiente del líquido aglomerante. Sin embargo son posibles también tiempos de post-tratamiento más largos de hasta varias horas. El secado puede realizarse también como el secado intermedio ya descrito anteriormente del cuerpo moldeado prensado antes del post-tratamiento a temperaturas de 10 a 200ºC, preferiblemente 20 a 150ºC. El mismo puede realizarse también por ejemplo a la temperatura ambiente o a temperatura elevada, p.ej. en armarios de secado adecuados, secaderos u hornos. También es imaginable un secado por liofilización, con tal que el cuerpo moldeado sometido a post-tratamiento no se deteriore por ello. Dependiendo de la temperatura de secado puede variar correspondientemente el tiempo de secado. En este caso son posibles tiempos de secado de unos cuantos minutos u horas hasta varios días o incluso semanas.

En comparación con el contenido de sólidos del cuerpo moldeado con el primer aglomerante de silicato después del prensado, la proporción total de sólidos con el primer y segundo aglomerantes de silicato aumenta por el post-tratamiento hasta 2 a 40% en peso, preferiblemente hasta 5 a 30% en peso, y de modo particularmente preferible hasta 8 a 25% en peso referida al peso del cuerpo moldeado resultante después del post-tratamiento. En formas de realización preferidas, en las cuales se emplea como material sólido de silicato un material de este tipo con poder absorbente alto, como por ejemplo una vermiculita con grado de expansión alto y por consiguiente densidad baja, puede - en comparación con el contenido de sólidos del cuerpo moldeado con el primer aglomerante de silicato después del prensado - aumentarse por el post-tratamiento la proporción total de sólidos con el primer y segundo aglomerantes de silicato hasta 2 a 60% en peso, preferiblemente hasta 5 a 45% en peso, y de modo particularmente preferible hasta 8 a 35% en peso, referida al peso del cuerpo moldeado resultante después del post-tratamiento.

Así pues, los cuerpos moldeados producidos de acuerdo con la invención se caracterizan porque contienen una proporción total de aglomerantes de silicato de 2 a 40% en peso, preferiblemente 5 a 30% en peso, de modo particularmente preferible 8 a 25% en peso referido al peso total del grupo moldeado y una proporción de sólidos de silicato de 60 a 98% en peso, preferiblemente 70 a 95% en peso, de modo particularmente preferible 75 a 92% en peso referida al peso total del cuerpo moldeado.

Adicionalmente, los cuerpos moldeados producidos de acuerdo con la invención son tales que están constituidos esencialmente por componentes de silicato, es decir sólidos de silicato y aglomerante de silicato u opcionalmente productos de reacción de éstos, que se forman por puesta en contacto de los componentes y/o condicionado por el proceso de producción del cuerpo moldeado, p.ej. tratamiento a temperatura, prensado, etc. Éstos son preferiblemente cuerpos moldeados de este tipo que contienen menos de 2% en peso, preferiblemente menos de 1% en peso, de modo particularmente preferible menos de 0,1% en peso de componentes orgánicos, referido al peso total del cuerpo moldeado. De modo particularmente preferible, los cuerpos moldeados producidos de acuerdo con la invención son tales que contienen una proporción total de aglomerantes de silicato de 2 a 40% en peso, preferiblemente 5 a 30% en peso, y de modo particularmente preferible 8 a 25% en peso, referido al peso total del cuerpo moldeado y una proporción de sólidos de silicato de 60 a 98% en peso, preferiblemente 70 a 95% en peso, y de modo particularmente preferible 75 a 92% en peso referido al peso total del cuerpo moldeado, con la condición de que la suma de ambos contenidos da 100% en peso.

Los cuerpos moldeados producidos de acuerdo con la invención exhiben en formas de realización preferidas un gradiente de álcali, en el sentido de que la capa externa del cuerpo moldeado tiene una proporción menor de iones alcalinos en su composición que la capa interior del cuerpo moldeado.

Por el post-tratamiento correspondiente a la invención con la solución de un segundo aglomerante, la resistencia mecánica del cuerpo moldeado producido por el proceso correspondiente a la invención en comparación con la alcanzada después del prensado aumenta y se obtiene una resistencia que no es posible alcanzar por el aumento exclusivo del contenido de sólidos del primer aglomerante de silicato en el primer paso de aglomeración. El post-tratamiento correspondiente a la invención con la solución de un segundo aglomerante conduce adicionalmente a una mayor estabilidad al agua del cuerpo moldeado producido según el proceso correspondiente a la invención. Estas propiedades ventajosas de los cuerpos moldeados que pueden obtenerse según el proceso correspondiente a la invención, particularmente la estabilidad elevada frente al agua, se consiguen sin adición de componentes orgánicos, como aglomerantes orgánicos o cualesquiera otros aditivos orgánicos, que o bien permanecen en los cuerpos moldeados conocidos, como se describe p.ej. en el documento US 4 746 555, o bien tienen que eliminarse ulteriormente por procesos complejos, como se describe en p.ej. en el documento WO-A 01/051428.

Adicionalmente, los cuerpos moldeados que pueden obtenerse según el proceso correspondiente a la invención son ininflamables y no desprenden cantidad alguna de gas de humo en caso de incendio.

Por el empleo de sólidos de silicato susceptibles de expansión como p.ej. vermiculitas, perlitas o micas, preferiblemente vermiculitas, pueden obtenerse cuerpos moldeados porosos, que incluso en el caso de una pequeña densidad exhiben resistencias mecánicas muy satisfactorias. Los cuerpos moldeados de silicato porosos exhiben por regla general densidades de 0,2 a 2,0 g/cm^{3}, preferiblemente 0,3 a 1,5 g/cm^{3} y de modo particularmente preferible de 0,4 a
1,2 g/cm^{3}.

Los cuerpos moldeados que se obtienen según el proceso correspondiente a la invención pueden ser por ejemplo planchas, bloques, cápsulas, tubos o semi-cápsulas. Los cuerpos moldeados que pueden obtenerse según el proceso correspondiente a la invención pueden emplearse para múltiples fines como material de construcción, aislante, para juntas de alta temperatura, o resistente al fuego. Preferiblemente, los cuerpos moldeados preparados de acuerdo con la invención se emplean como planchas de soporte para diversos materiales aislantes como p.ej. bloques de poliestireno, bloques de poliuretano, o esterillas de lana mineral (v.g. lana de roca). Es también particularmente ventajoso, que la superficie de los cuerpos moldeados que pueden obtenerse por el proceso correspondiente a la invención es particularmente apropiada para la adhesión con otros materiales habituales en el campo del aislamiento como p.ej. metales o láminas metálicas.

Adicionalmente, los cuerpos moldeados que pueden obtenerse por el proceso correspondiente a la invención se emplean como aislantes con efecto de aislamiento térmico, y como materiales resistentes al fuego.

Asimismo, es posible emplear los cuerpos moldeados que pueden obtenerse según el proceso correspondiente a la invención en la técnica de las funderías y como empaquetaduras para temperatura elevada.

Los ejemplos que se exponen a continuación sirven para ilustración de la invención y no deben interpretarse como limitación.

Ejemplos Ejemplo 1 Producción de una solución que contiene un primer aglomerante de silicato con módulo 6

Para la producción de una solución que contiene un aglomerante de silicato con módulo 6 se mezclan 56,1 g de vidrio soluble de potasio (vidrio soluble de potasio 35, Cognis Deutschland GmbH) con 19,9 g de un sol de sílice al 50% (Levasil® 50/50%, H.C. Starck GmbH) y 22,4 g de agua desionizada durante 1 minuto a 20ºC con un agitador magnético. Se obtiene una solución con 30,0% en peso de contenido de sólidos del aglomerante de silicato.

Ejemplo 2 Producción de una solución que contiene un segundo aglomerante de silicato

Para la producción de una solución que contiene un aglomerante de silicato con módulo 50 se mezclan 2,8 g de vidrio soluble de potasio (vidrio soluble de potasio 35, Cognis Deutschland GmbH) con 19,9 g de sol de sílice al 50% (Levasil® 50/50%, H.C. Starck GmbH) y 14,0 g de agua desionizada como se indica en el Ejemplo 1. Se obtiene una solución con 30,0% en peso de contenido de sólidos de aglomerante de silicato.

Ejemplo 3 Producción de acuerdo con la invención de un cuerpo moldeado a base de vermiculita con un primer aglomerante con módulo 6 y un segundo aglomerante con módulo 50

100 partes en peso de una vermiculita con una granulometría media de aprox. 1 mm (Vermiculita SFX, Micronized Products (PTY) Ltd) se mezclan con 20 partes en peso de una solución que contiene un primer aglomerante de silicato de acuerdo con el Ejemplo 1 (una solución acuosa de silicato con un módulo de 6 y un contenido de sólidos de 30% en peso) con un mezclador de cocina (Braun Multipraktic 120, aplicación: escobas de agitación). Después de 5 minutos se alcanza una homogeneización suficiente.

De la masa así obtenida se prensan 2,2 g a 20ºC en una prensa de pistón. El diámetro del pistón es 20 mm, la carrera de la prensa 50 mm y el peso de apoyo 22,3 kg. De este modo resulta una presión de 7,1 kg/cm^{2}.

La pieza prensada obtenida (cuerpo moldeado prensado) se seca a 110ºC hasta constancia de peso.

El cuerpo moldeado así obtenido se impregna durante 5 segundos en la solución que contiene un segundo aglomerante de silicato de acuerdo con el Ejemplo 2 (una solución acuosa de silicato alcalino con un módulo de 50 y un contenido de sólidos de 30% en peso).

Finalmente, el cuerpo moldeado resultante se seca asimismo a 110ºC hasta constancia de peso.

Se obtiene un cuerpo moldeado producido de acuerdo con la invención de 20 mm de diámetro por 10 mm de espesor (forma de tabletas) y con una densidad de 0,9 g/cm^{3}. La proporción total de aglomerante referida al peso total del cuerpo moldeado asciende a 23% en peso.

El cuerpo moldeado exhibe una resistencia mecánica muy satisfactoria junto con una estabilidad al agua asimismo muy satisfactoria, es ininflamable y no desprende cantidad alguna de gases de humo incluso al rojo.

La determinación de la resistencia mecánica se realiza con un aparato de ensayos de dureza de tabletas de la firma Schleuniger, modelo 2E/20S. El efecto de fuerza máximo asciende a 20 kp. Las tabletas se mantienen sujetas en el aparato.

En el caso presente del Ejemplo 3 se alcanzaron 17 kp.

La estimación de la inflamabilidad y del desprendimiento de gases de humo se realiza ópticamente después de unos cuantos minutos de contacto con una llama directa de un mechero comercial de cartucho de gas. En los ensayos, la temperatura de la llama alcanzó 900-1000ºC.

En el caso del cuerpo moldeado según el Ejemplo 3 no se encontró inflamabilidad alguna ni desprendimiento alguno de gases de humo.

Para la comprobación de la estabilidad al agua se mantiene en todos los casos un cuerpo moldeado en 100 ml de agua en un matraz herméticamente cerrado. En este caso se calcula como criterio el lapso de tiempo hasta el primer desprendimiento visualmente reconocible de partículas y hasta la descomposición completa del cuerpo moldeado.

En el cuerpo moldeado según el Ejemplo 3 se separaron por primera vez partículas al cabo de 14 días y la descomposición total tuvo lugar después de 100 días.

Ejemplo 4 Producción correspondiente a la invención de un cuerpo moldeado a base de vermiculita con vidrio soluble de potasio al 35% (Cognis Deutschland GmbH) como primer aglomerante y Levasil® 300/30% (H.C. Starck GmbH) como segundo aglomerante

100 partes en peso de una Vermiculita SFX se mezclan con 20 partes en peso de vidrio soluble de potasio 35 de acuerdo con el procedimiento del Ejemplo 3, se prensan, se secan, se impregnan en Levasil® 300/30% y se evaporan finalmente hasta sequedad.

Se produce un cuerpo moldeado (18% en peso de proporción de aglomerante referida al peso total del cuerpo moldeado con medidas iguales por lo demás que en el Ejemplo 3), con resistencia mecánica muy satisfactoria (> 20 kp) y muy buena estabilidad al agua (primer desprendimiento de partículas al cabo de 30 días, descomposición total > 100 días). El cuerpo moldeado es ininflamable y no desprende cantidad alguna de gases de humo.

Ejemplo 5 Producción de un vidrio soluble de potasio de alta concentración con aprox. 55% de contenido de sólidos

En un matraz de 6 litros con 3 bocas se mezclan 2500 g de hidróxido de potasio (forma de laminillas, > 85%) y 430 g de agua y, se tratan con enfriamiento y agitación intensa con 5130 g de Levasil® 50/50% (H.C. Starck GmbH).

Después de 3 h se obtiene un vidrio soluble de potasio con aprox. 55% de contenido de sólidos y un módulo de aprox. 2,3.

Ejemplo 6 Producción correspondiente a la invención de un cuerpo moldeado a base de vermiculita con vidrio soluble de potasio de alta concentración como primer aglomerante y Levasil® 300/30% como segundo aglomerante

Según un procedimiento de acuerdo con los Ejemplos 3 y 4 se obtiene un cuerpo moldeado (19% en peso de proporción de aglomerante referida al peso total del cuerpo moldeado) con muy buena resistencia mecánica (> 30 kp) y muy buena estabilidad al agua (primer desprendimiento de partículas al cabo de 100 días, descomposición definiti-
va > 100 días). El cuerpo moldeado es ininflamable y no desprende cantidad alguna de gas de humo.

Ejemplo 7 Producción de una solución que contiene un primer aglomerante de silicato con módulo 10

Para la producción de una solución que contiene un aglomerante de silicato con módulo 10 se mezclan 57,0 g de vidrio soluble de potasio (vidrio soluble de potasio 35, Cognis Deutschland GmbH) con 99,9 g de un sol de sílice al 30% (Levasil® 300/30%, H.C. Starck GmbH) durante 1 minuto a 20ºC con un agitador magnético. Se obtiene una solución con 33,0% p de contenido de sólidos de un aglomerante de silicato.

Ejemplo 8 Producción de acuerdo con la invención de un cuerpo moldeado de mica con un aglomerante de silicato con módulo 10 como primer aglomerante y Levasil® 300/30% como segundo aglomerante

60 partes en peso de mica con granulometría pequeña (malla 60, Micronized Produkts Pty) se mezclan con 25 partes en peso de una solución que contiene un primer aglomerante de silicato de acuerdo con el Ejemplo 7 (una solución acuosa de silicato alcalino con un módulo de 10 y un contenido de sólidos de 33% en peso) conforme al procedimiento del Ejemplo 3, se prensan, se secan, se impregnan en Levasil® 300/30% y se someten a secado final.

Se obtiene un cuerpo moldeado (40% en peso de proporción de aglomerante referida al peso total del cuerpo moldeado con medidas restantes iguales que en el Ejemplo 3) con resistencia mecánica muy satisfactoria (> 20 kp) y estabilidad al agua asimismo muy satisfactoria (primer desprendimiento de partículas al cabo de 50 días, descomposición total > 100 días). El cuerpo moldeado es ininflamable y no desprende cantidad alguna de gas de humo.

Ensayos comparativos

Para fines comparativos se producen cuerpos moldeados a base de vermiculita con vidrio soluble de potasio 35 o vidrio soluble de sodio 37/40 (Cognis Deutschland GmbH) y sus mezclas con hasta 10% en peso de poliacrilatos comerciales, como Mowilith DM 60 (Celanese AG), como componente aglomerante orgánico sin post-tratamiento.

En los ensayos comparativos del primer paso se obtienen cuerpos moldeados con inconvenientes claros en cuanto a solidez, designada a continuación también como resistencia mecánica, estabilidad al agua, inflamabilidad y/o desprendimiento de gases de humo.

Ejemplo comparativo 1

Producción de un cuerpo moldeado de vermiculita y vidrio soluble de potasio como aglomerante sin post-tratamiento

100 partes en peso de una vermiculita (tipo como en el Ejemplo 3) se mezclan con 20 partes en peso de vidrio soluble de potasio 35 (Cognis Deutschland GmbH, 35% de contenido de sólidos, módulo aprox. 3,4) como en el Ejemplo 3. El prensado y el secado se realizan asimismo como se describe en el Ejemplo 3. No se realiza post-tratamiento alguno.

Se obtiene un cuerpo moldeado (6,5% en peso de contenido de aglomerante referido al peso total del cuerpo moldeado con medidas iguales por lo demás que las del Ejemplo 3) con resistencia mecánica satisfactoria (12 kp), que de hecho no es inflamable y no desprende cantidad alguna de gases de humo, pero exhibe una estabilidad muy deficiente al agua (primeros desprendimientos de partículas al cabo de 2 días, descomposición total al cabo de 7 días).

Ejemplo comparativo 2

Producción de un cuerpo moldeado de vermiculita con una mezcla vidrio soluble/poliacrilato como aglomerante sin post-tratamiento

100 partes en peso de una vermiculita (tipo como en el Ejemplo 3) se mezclan con 40 partes en peso de una mezcla 1:1 de vidrio soluble de potasio 35 y Mowilith DM 60. El proceso ulterior se realiza de acuerdo con el Ejemplo Comparativo 1.

Se obtiene un cuerpo moldeado (6,5% en peso de proporción de aglomerante inorgánico y 10% en peso de aglomerante orgánico referido al peso total del cuerpo moldeado para medidas restantes iguales a las del Ejemplo 3) con resistencia mecánica satisfactoria (> 20 kp). El cuerpo moldeado es de hecho sólo poco inflamable, pero desprende gases de humo y exhibe además una estabilidad deficiente al agua (primer desprendimiento de partículas al cabo de 3 días, descomposición total después de 35 días).

Los cuerpos moldeados de vermiculita de los Ejemplos 3, 4 y 6 producidos de acuerdo con la invención exhiben frente a los cuerpos moldeados producidos en los Ejemplos Comparativos 1 y 2 sin post-tratamiento, por una parte mayor resistencia mecánica y mayor estabilidad al agua, y por otra parte son ininflamables y no desprenden cantidad alguna de gases de humo.

Ejemplo comparativo 3

Producción de un cuerpo moldeado de vermiculita con vidrio soluble de potasio 35 como primer y segundo aglomerante

Para fines comparativos adicionales se produce un cuerpo moldeado basado de vermiculita con vidrio soluble de potasio o de sodio como primer y segundo aglomerante.

Según un procedimiento de acuerdo con los Ejemplos 3, 4 y 6, se obtiene un cuerpo moldeado (23% en peso de proporción de aglomerante referida al peso total del cuerpo moldeado) con muy buena resistencia mecánica
(> 20 kp). El cuerpo moldeado es ininflamable y no desprende cantidad alguna de gases de humo. Sin embargo, exhibe una deficiente estabilidad al agua (primer desprendimiento de partículas al cabo de 3 días, descomposición total después de aprox. 50 días). Adicionalmente, aparecen masas aglomeradas en la herramienta de prensado.

Los cuerpos moldeados de vermiculita de los Ejemplos 3, 4 y 6 de acuerdo con la invención exhiben frente al cuerpo moldeado aglomerado sólo con vidrio soluble de potasio del Ejemplo Comparativo 3 una estabilidad claramente mejor al agua para valores de resistencia mecánica y comportamiento de combustión igualmente satisfactorios por lo demás.

Ejemplo comparativo 4

Producción de un cuerpo moldeado de mica con un aglomerante de silicato con módulo 10 sin post-tratamiento

Para fines comparativos adicionales se produce un cuerpo moldeado de mica con un aglomerante de módulo 10 sin post-tratamiento.

60 partes en peso de mica (tipo como en el Ejemplo 8) se mezclan con 25 partes en peso de una solución que contiene un primer aglomerante de silicato de acuerdo con el Ejemplo 7 (una solución acuosa de silicato alcalino con un módulo de 10 y un contenido de sólidos de 33% en peso) de acuerdo con el procedimiento del Ejemplo 3, se prensan, y se secan. El proceso ulterior se realiza de acuerdo con el Ejemplo Comparativo 1.

Se obtiene un cuerpo moldeado (12% en peso de proporción de aglomerante referida al peso total del cuerpo moldeado con medidas por lo demás iguales a las del Ejemplo 8) con resistencia mecánica deficiente (4 kp) y estabilidad muy deficiente al agua (primeros desprendimientos de partículas al cabo de 1 día, descomposición total después de 50 días). El cuerpo moldeado es ininflamable y no desprende cantidad alguna de gases de humo.

El cuerpo moldeado de mica del Ejemplo 8 producido de acuerdo con la invención exhibe, frente al cuerpo moldeado del Ejemplo Comparativo 4 aglomerado en una sola etapa sin post-tratamiento, resistencia mecánica y estabilidad al agua claramente mejores.

Claims

1. Proceso para la producción de un cuerpo moldeado, caracterizado porque un material sólido de silicato se mezcla con una solución que contiene un primer aglomerante de silicato y la mezcla se prensa luego, y a continuación el cuerpo moldeado prensado se somete a post-tratamiento con una solución que contiene un segundo aglomerante de silicato, y el segundo aglomerante de silicato tiene un módulo mayor que el primer aglomerante de silicato.

2. Proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque como el primer aglomerante de silicato se emplea un producto de este tipo con un módulo de 50 como máximo.

3. Proceso según al menos una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque como primer aglomerante de silicato se emplea un producto de este tipo con un módulo de 1,5 a 15.

4. Proceso según al menos una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque como segundo aglomerante de silicato se emplea un producto de este tipo con un módulo de al menos 10.

5. Proceso según al menos una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque como segundo aglomerante de silicato se emplea un producto de este tipo con un módulo de 20 a 1000.

6. Proceso según al menos una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la solución que contiene el primer aglomerante de silicato tiene un contenido de sólidos de 5 a 60% en peso.

7. Proceso según al menos una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la solución que contiene el segundo aglomerante de silicato tiene un contenido de sólidos de 5 a 60% en peso.

8. Proceso según al menos una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el post-tratamiento se realiza con la solución que contiene el segundo aglomerante de silicato por impregnación, pulverización o extensión y secado subsiguiente.

9. Proceso según al menos una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el material sólido de silicato es preferiblemente un silicato laminar.

10. Proceso según al menos una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el material sólido de silicato es una vermiculita, perlita o mica.

11. Proceso según al menos una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el material sólido de silicato es una vermiculita.