ES2324595T3 - Silice de precipitacion hidrofoba con alto grado de blancura y absorcion de humedad extremadamente baja. - Google Patents

Silice de precipitacion hidrofoba con alto grado de blancura y absorcion de humedad extremadamente baja. Download PDF

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Abstract

Sílices de precipitación hidrófobas, caracterizadas por las propiedades siguientes: ** ver tabla**.

Description

Sílice de precipitación hidrófoba con alto grado de blancura y absorción de humedad extremadamente baja.
La invención se refiere a una sílice de precipitación hidrófoba con absorción de agua extraordinariamente baja, alto grado de blancura y propiedades espesantes reducidas en composiciones de caucho de silicona con efecto reforzante elevado en los vulcanizados de silicona.
El tratamiento de sólidos finamente divididos, óxidos metálicos y silicatos con compuestos orgánicos de silicio, como organopolisiloxanos es conocido p.ej. por DE 30 85 905. El proceso de atemperación realizado en este caso se realiza bajo inertización con nitrógeno. Adicionalmente, se conocen silicatos hidrófobos por ejemplo por DE
24 35 860, DE 22 42 728 y DE 25 13 608.
En estos documentos se hidrofobizan silicatos y sílices de precipitación hidrófilos, efectuando una conversión de los silicatos y sílices de precipitación con compuestos orgánicos de silicio. Como agentes de hidrofobización se emplean p.ej. compuestos organohalosilanos u organopolisiloxanos.
En DE 26 28 975 y DE 27 29 244 se describe la producción de sílices hidrófobas haciendo reaccionar una sílice de precipitación hidrófila que tiene una capacidad de absorción de agua pequeña con aceite de silicona o dimetildiclorosilano. En el proceso de acuerdo con DE 26 28 975 se efectúa la conversión añadiendo el agente de hidrofobización (aceite de silicona) a la sílice de precipitación seca. En el proceso según DE 27 29 244 se añade directamente el agente de hidrofobización (dimetildiclorosilano) a la suspensión de sílice de precipitación. En ambos casos se efectúa después del paso de hidrofobización una atemperación a temperaturas elevadas, a saber entre 200 y 400ºC.
Un inconveniente de este proceso es que la sílice de precipitación hidrofobizada de este modo sufre cambio de color a las temperaturas necesarias para el proceso. La alteración del color de la sílice se hace notar de modo especialmente inconveniente en el caso de la adición a composiciones de silicona, es decir en el caso de la adición de estas sílices de precipitación hidrófobas a composiciones de caucho de silicona o en mezclas antiespumantes basadas en aceite de silicona.
Como medida de la alteración del color puede servir el denominado valor de reemisión. Por la medida de la reemisión se estudia el poder de reflexión difusa de una muestra. Cuanto más alto es el poder de reflexión difusa de una muestra, tanto mayor es su valor de reemisión y con ello el grado de blancura de la muestra.
Las sílices de precipitación tienen por regla general un valor de reemisión de 97% como máximo. Una finalidad de la presente invención es por tanto realizar una hidrofobización de sílices de tal modo que el valor de reemisión de la sílice original se mantenga en el caso ideal.
Las alteraciones del color aparecen particularmente cuando las sílices de precipitación se hidrofobizan fuertemente, es decir, cuando exhiben una elevada humectabilidad con metanol y altas cargas de carbono. Precisamente estas propiedades son sin embargo deseables en muchos casos (p.ej. en composiciones de caucho de silicona).
En el documento US 6.197.384 se describe un proceso para la hidrofobización de sílice precipitada en suspensión acuosa. Las sílices hidrófobas obtenidas exhiben una absorción de agua excesivamente alta para aplicaciones de caucho de silicona. Adicionalmente, los agentes de hidrofobización de silano empleados conducen durante una atemperación a alteraciones del color indeseables.
Un inconveniente adicional de los procesos conocidos es que en estos casos solamente puede unirse covalentemente una cantidad limitada de agente de hidrofobización a la sílice. Precisamente en las composiciones de caucho de silicona son sin embargo deseables cargas de carbono altas, dado que con ello pueden mejorarse decisivamente las propiedades reológicas, tales como el espesamiento, es decir el límite de fluidez reducido y la baja viscosidad de los compuestos.
Como medida del espesamiento puede servir el denominado índice DBP. El índice DBP da la capacidad de absorción de DBP de una sílice. El proceso de medida indica para cuántos g de ftalato de dibutilo en 100 g de muestra puede observarse un aumento inesperado de potencia en la amasadora.
Las cargas altas de carbono no pueden alcanzarse tampoco por utilización de diorganodiclorosilanos, o productos de hidrólisis de diorganodiclorosilanos o con los diorganopolisiloxanos correspondientes en exceso respecto a los grupos silanol presentes, dado que la cantidad total de los compuestos orgánicos de silicio ya no se une covalentemente a la sílice. En el caso de sílices hidrofobizadas con proporciones de agente de hidrofobización unido no covalentemente existe el riesgo de que estas moléculas pueden exhibir una movilidad acusada, lo cual puede resultar muy inconveniente en muchas aplicaciones (p.ej. en aplicaciones de caucho de silicona para fines medicinales o para artículos de uso corriente genuino en productos alimenticios tales como chupetes para bebés, etc.).
Inconveniente en los procesos de acuerdo con la técnica anterior es además, que los contenidos de carbono relativamente bajos inferiores a 3,1% conducen a sílices hidrófobas, que en las composiciones de caucho de silicona actúan fuertemente como espesantes. En DE 26 28 975 se proporcionan datos para el ensayo de la sílice de precipitación hidrófoba en composiciones de caucho de silicona, en las cuales la sílice de precipitación hidrófoba se emplea en proporciones crecientes en peso en composiciones de caucho de silicona. En el mismo se aprecia claramente que ya para un contenido de 15% de la sílice hidrófoba en el caucho se pierden las propiedades autonivelantes de la sílice, y que para 20% ya no pueden obtenerse en ningún caso composiciones fluidas. En todas las tablas puede verse claramente, que todas las propiedades mecánicas mejoran con el contenido creciente de carga. Por consiguiente, sería deseable producir composiciones de caucho de silicona que presenten proporciones elevadas de sílices hidrófobas para la mejora de las propiedades mecánicas, pero que sean al mismo tiempo todavía fluidas.
Objeto de la presente invención fue por tanto proporcionar una sílice de precipitación que exhibe una alta carga de carbono unido covalentemente, una absorción de agua reducida, un efecto espesante reducido con propiedades reforzantes satisfactorias en composiciones de caucho de silicona y un alto grado de blancura. Sorprendentemente, se ha encontrado que puede obtenerse una sílice hidrófoba con las propiedades requeridas por distribución de un polisiloxano sobre una sílice hidrófila con acondicionamiento y atemperación en condiciones oxidantes subsiguientes.
Objeto de la presente invención son por tanto sílices de precipitación hidrófobas caracterizadas por las propiedades siguientes:
1
\vskip1.000000\baselineskip
Los intervalos preferidos citados pueden ajustarse independientemente unos de otros.
Las sílices hidrófobas correspondientes a la invención pueden caracterizarse adicionalmente en cada caso y con independencia unas de otras por las propiedades siguientes
2
\vskip1.000000\baselineskip
La conductividad puede ser inferior a 100, 60, 30 o incluso inferior a 20 \muS.
Las sílices de precipitación hidrófobas correspondientes a la invención pueden producirse según un proceso caracterizado por los pasos siguientes:
a) producción de una mezcla de un derivado de organopolisiloxano y una sílice de precipitación,
b) realización de un acondicionamiento de la mezcla a 10 hasta 150ºC durante un periodo de 0,5 a 72 h y
c) realización de una atemperación en condiciones oxidantes a temperatura superior a 300ºC con un gas oxidante.
La sílice de precipitación hidrófoba correspondiente a la invención se caracteriza por las propiedades siguientes:
-
un grado de blancura extraordinariamente alto (reemisión superior a 94%)
-
incluso a temperaturas superiores a 300ºC al aire no sufre alteración alguna del color
-
una absorción de humedad extraordinariamente reducida, que se encuentra al nivel de las sílices pirogénicas
-
una hidrofobización muy homogénea, es decir una curva empinada de humectabilidad con metanol
-
alta humectabilidad con metanol (> 60%)
-
alto contenido de carbono firmemente unido (> 3,1%)
-
efecto espesante reducido en el caucho de silicona
-
contiene pocas impurezas iónicas, es decir conductividad reducida < 150 \muS
-
no contiene cantidad alguna de agentes tensioactivos, emulsionantes o disolventes orgánicos, que puedan conducir a la alteración del color a temperaturas elevadas.
El proceso para producción de la sílice correspondiente a la invención permite prescindir del empleo de disolventes (a excepción de agua), emulsionantes, agentes tensioactivos u otras sustancias moleculares con actividad superficial en el agente de hidrofobización y obtener a pesar de ello una distribución homogénea del agente de hidrofobización, de tal modo que esta sílice asocia propiedades espesantes reducidas sin alteración del color.
La distribución satisfactoria del agente de hidrofobización y el alto grado de hidrofobización de la sílice de precipitación correspondiente a la invención causan p. ej. en las composiciones de caucho de silicona un espesamiento muy reducido - que no se deteriora tampoco por almacenamiento prolongado - para propiedades mecánicas y ópticas simultáneamente satisfactorias de los vulcanizados.
La sílice correspondiente a la invención se produce preferiblemente con un solo polisiloxano, por lo que la misma contiene después de la atemperación como restos orgánicos exclusivamente grupos metilo, lo que va acompañado con una resistencia muy alta a la fatiga térmica (> 300ºC con entrada de aire no conducen a alteración alguna del color).
El proceso para la producción de las sílices correspondientes a la invención permite hidrofobizar particularmente sílices con concentración reducida de grupos silanol (como medida de la cantidad de grupos silanol sirve el índice Sears, es decir el consumo de álcali en una titulación ácido-base. Considerado juntamente con la superficie BET pueden compararse entonces las concentraciones relativas de grupos silanol) y obtener en la sílice resultante correspondiente a la invención un alto grado de blancura (reemisión > 94%).
La muy reducida absorción de agua para una sílice de precipitación de la sílice de precipitación hidrófoba correspondiente a la invención se hace posible por la elección de una sílice de precipitación hidrófila con concentración muy reducida de grupos silanol y por una hidrofobización muy homogénea con compuestos orgánicos de silicio. Como medida para la concentración de grupos silanol sirve el índice Sears en relación con la superficie BET.
Las condiciones de reacción empleadas en el proceso para la producción de las sílices correspondientes a la invención no conducen a carbonización y con ello producen apenas alteración del color. Para ello es importante que la sílice hidrófila base no contenga impurezas orgánicas de ningún tipo, dado que en caso contrario se produce la alteración del color. Dado que los productos de disociación gaseosos que se forman por la atemperación en las condiciones del proceso pueden causar también en atmósfera oxidante cierta alteración del color, es importante que estos productos de disociación se separen del producto por medio de un caudal de gas suficiente.
La utilización de polisiloxano líquido, con preferencia polidimetilsiloxano que tenga preferiblemente 30-100 cSt permite una distribución óptima sobre la sílice base. En las condiciones oxidantes de la reacción, los polidimetilsiloxanos empleados pueden resinificarse. Esto presenta la gran ventaja de que el agente de hidrofobización puede distribuirse en forma líquida sobre la sílice y fijarse a continuación. Por la atemperación oxidante puede aumentarse notablemente la cantidad de carbono fijado.
Las sílices correspondientes a la invención exhiben curvas empinadas de humectabilidad con metanol, es decir que tiene lugar una hidrofobización homogénea (Fig. 1). Fig. 2 muestra la humectabilidad con metanol de sílices hidrófobas convencionales, que se atemperaban sin el acondicionamiento correspondiente a la invención.
Las altas cargas de carbono y altas humectabilidades por metanol mejoran sensiblemente las propiedades de las sílices en las composiciones de caucho de silicona. La disminución adicional de la capacidad de absorción de humedad hace posible vulcanizaciones a la presión atmosférica a temperaturas superiores a 100ºC en composiciones de caucho de silicona, dado que no se forman en ningún caso en el vulcanizado burbujas de vapor inconvenientes. Las sílices correspondientes a la invención que contienen carbono exhiben en las composiciones de caucho de silicona propiedades reológicas sensiblemente mejoradas, es decir que las mismas causan sólo pequeño espesamiento y exhiben límites de fluidez reducidos. Este pequeño efecto de espesamiento hace posible producir composiciones de caucho de silicona fluidas, que están cargadas con más de 20% de sílice de precipitación hidrófoba y a pesar de ello pueden trabajarse en el proceso de moldeo por inyección. Adicionalmente, el mayor grado de blancura conduce a propiedades mecánicas claramente mejoradas de los vulcanizados.
La sílice de precipitación hidrófoba correspondiente a la invención puede emplearse por consiguiente en las aplicaciones siguientes:
\vskip1.000000\baselineskip
1. Como carga en composiciones de caucho de silicona
La sílice correspondiente a la invención puede, sin hidrofobización adicional, emplearse en todas las clases de caucho de silicona. La reducida absorción de agua reprime el desarrollo de vapor en sistemas que se reticulan a temperatura elevada como los cauchos de silicona LSR y HTV, y hace posible vulcanizados exentos de poros. El índice DBP reducido conduce a viscosidades reducidas de las composiciones, lo que puede aprovecharse ventajosamente en las composiciones LSR y RTV2. Las composiciones exhiben una alta estabilidad al almacenamiento, reprimiéndose la denominada post-rigidificación. Debido a la reducida absorción de humedad, la sílice correspondiente a la invención puede emplearse también en sistemas endurecibles por la humedad atmosférica, como las composiciones RTV1. Las composiciones exhiben asimismo una alta estabilidad al almacenamiento. Dado que el contenido de humedad de la sílice correspondiente a la invención es notablemente reducido, se reprime el endurecimiento indeseable durante el almacenamiento.
Debido al alto grado de blancura de la sílice, pueden obtenerse vulcanizados blancos excelentes. La reducida absorción de agua de la sílice conduce a una absorción de humedad reducida de los vulcanizados. Esto da lugar a una alta resistencia eléctrica y un aumento de la estabilidad al envejecimiento, en especial a temperaturas elevadas. Estas propiedades son particularmente valiosas en aislantes eléctricos y en empaquetaduras.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Como componente de antiespumantes
Se sabe, p.ej. por los documentos DE 28 29 906, US 4.377.493, DE 34 11 759, US 4.344.858 y WO 95/05880, que pueden emplearse sílices hidrófobas en formulaciones antiespumantes. En estos casos es ventajoso el alto carácter hidrófobo e - incluso en el caso de moléculas de mayor tamaño - una gran superficie fácilmente accesible de la sílice correspondiente a la invención para un alto poder antiespumante. El alto carácter hidrófobo de la sílice correspondiente a la invención asegura adicionalmente una elevada resistencia a los álcalis y conduce, particularmente en medios alcalinos, a tiempos de duración claramente mayores.
Los altos valores de reemisión de las sílices correspondientes a la invención aseguran formulaciones antiespumantes atractivas y exentas de alteración del color, particularmente en formulaciones basadas en aceite mineral y aceite de silicona.
\vskip1.000000\baselineskip
3. Como agente de fluidez
Se sabe (p.ej. por la serie de documentos de Degussa AG, Fällungskieselsäuren und Silikate, 1984) que las sílices hidrofobizadas pueden utilizarse como adyuvantes de fluidez. Debido a la reducida absorción de agua, la sílice correspondiente a la invención es particularmente adecuada como adyuvante de fluidez para materiales sensibles a la hidrólisis. Los altos valores de reemisión de las sílices correspondientes a la invención representan también en este caso una ventaja adicional.
Adicionalmente, la sílice correspondiente a la invención puede utilizarse como sustancia vehículo, particularmente para insecticidas, como insecticida propiamente dicho, como adyuvante antibloqueo o como carga en mezclas de caucho de silicona endurecibles por la humedad atmosférica.
La producción de las sílices de precipitación hidrófobas correspondientes a la invención se realiza en tres pasos:
-
en primer lugar se realiza una pre-distribución física de un derivado de polisiloxano líquido sobre la superficie de la sílice. Si la distribución previa se realiza en medios acuosos, es decir suspensiones o sílice con un contenido de agua superior a 70%, ésta es típicamente inestable. Por consiguiente, después de la predistribución debe separarse rápidamente por filtración y/o realizarse un secado breve (p.ej. secador "spin-flash" o secador de torre de inyección). Esto conduce a una conservación de la distribución de las gotitas de organopolisiloxano sobre la sílice e impide la segregación en agua, aceite de silicona y sílice.
-
A continuación, por un paso de proceso de acondicionamiento controlado b) se mejora adicionalmente la distribución del agente de hidrofobización y se consigue una adsorción del derivado de polisiloxano sobre la superficie de la sílice. La distribución es estable incluso en medios acuosos. Después del paso de proceso b) el derivado de polisiloxano ya no se separa de la sílice. Las sílices así acondicionadas pueden ajustarse continuamente para contenidos de carbono \geq 3,1 y para una humectabilidad con metanol hasta 55%. Después de este paso de proceso, la relación BET/CTAB es < 1. La unión del polisiloxano a la sílice tiene lugar probablemente por la formación de enlaces múltiples de puentes de hidrógeno entre los puentes siloxano de las moléculas de polisiloxano y los grupos silanol de la superficie de la sílice.
-
A continuación se realiza una atemperación en atmósfera oxidante, que reprime los fenómenos de alteración del color, asegura una unión covalente del agente de hidrofobización y - probablemente por la formación de productos de disociación gaseosos - acrecienta todavía más la distribución del agente de hidrofobización. Las sílices atemperadas tienen - para un contenido más reducido de carbono que las sílices acondicionadas respectivas - una mayor humectabilidad con metanol. La atemperación en atmósfera oxidante favorece la resinificación de los polisiloxanos, por lo que pueden fijarse covalentemente cantidades claramente mayores de agente de hidrofobización a la sílice. La relación BET/CTAB se ha invertido y es ahora > 1.
Como derivados de organopolisiloxano pueden emplearse todos los organosilanos u organohalogenosilanos que se utilizan habitualmente para la hidrofobización de las sílices de precipitación.
El paso de proceso a) del proceso puede realizarse con las variantes siguientes:
-
adición del derivado de organopolisiloxano a una sílice de precipitación con un contenido de agua de 1,0 a 80% en peso, preferiblemente 20 a 60% en peso.
-
Adición del derivado de organopolisiloxano a una dispersión de la sílice de precipitación, es decir después de realizada la precipitación del silicato con un ácido p.ej. con un mezclador Rhein-Hütte o sirena mezcladora Kothof, o Ultra-Turrax. Esto proporciona una filtración rápida o un secado breve (secador "spin-flash", secador de pulverización, torre de inyección) después de la conversión.
-
Adición del derivado de organopolisiloxano a una sílice de precipitación con un contenido de agua de 70 a 99% en peso, con separación subsiguiente del sólido y el agua. La separación puede realizarse por filtración, torre de inyección, "spin-flash" o cualquier otro tipo de secado breve. Cuanto mayor sea el contenido de agua, tanto más rápidamente debería realizarse la separación. Debe evitarse una segregación.
-
Adición simultánea de la sílice de precipitación o sílice acuosa y del derivado de organopolisiloxano en un secador "spin-flash".
-
Mezcladura de la sílice de precipitación seca con polisiloxano (p.ej. en un mezclador Gericke).
Alternativamente, puede producirse en primer lugar una mezcla madre, es decir una sílice de precipitación acondicionada, obtenida según los pasos de proceso a) y b), y mezclarse con una sílice de precipitación (hidrófila) o acuosa (p.ej. torta de filtración, suspensión o dispersión de sílice).
El contenido de agua de la sílice de precipitación hidrófila puede fluctuar dentro de los intervalos ya mencionados.
La sílice base puede recubrirse p.ej. en la relación de masas 1:1 a 1:3 con aceite de silicona, p.ej. DOW CORNING (R) 200 FLUID 50 CS (dimetilpolisiloxano de 50 mPas, terminado con grupos trimetilsililo, contenido de carbono aprox. 33%) (paso a)). El polvo así formado se acondiciona p.ej. durante media hora a una temperatura superior a 100ºC. El acondicionamiento (paso b) se efectúa en este caso hasta que se forma un material que es de hecho humectable por el agua (humectabilidad con metanol < 20, para la definición de la humectabilidad con metanol véase el procedimiento de medida), pero del que ya no pueden separarse uno de otro la sílice y el aceite de silicona por incorporación en agua (si el paso c) se efectúa inmediatamente a continuación del paso b), se prefiere una humectabilidad con metanol > 20). Por mezcladura de esta mezcla madre (v.g. 50% en peso de sílice y 50% en peso de aceite de silicona) con dispersiones acuosas o suspensiones acuosas de sílice se forman mezclas estables, en las cuales el aceite de silicona ya no se separa de la sílice. La mezcla total contiene típicamente 1 parte en peso de aceite de silicona, aprox. 4-8 partes en peso de sílice y 20-60 partes en peso de agua. Para la producción de una suspensión de este tipo puede p.ej. mezclarse intensivamente la mezcla madre (v.g. 50% sílice y 50% de aceite de silicona) con aprox. una cantidad 10 a 16 veces mayor de torta de filtración (contenido de sólidos aprox. 20%) y aprox. una cantidad 10-20 veces mayor de agua adicional. La ventaja se este procedimiento estriba en que la mezcla madre humectable con el agua (¡que contiene hasta 75% de organopolisiloxano hidrófobo!) puede distribuirse muy finamente y de manera estable inmediatamente en las suspensiones de precipitación de sílice o alimentaciones de sílice, sin que se requiera el empleo de emulsionantes o agentes tensioactivos. Después de secado o filtración y secado subsiguiente de una mezcla de este tipo, la sílice que contiene organopolisiloxano así obtenida puede acondicionarse nuevamente
(paso b).
Estos pasos pueden realizarse por separado, opcionalmente con una molienda previa. La molienda no debería realizarse sin embargo antes del revestimiento a). Es asimismo posible, realizar varias - es decir iguales o diferentes - de estas variantes sucesivamente. Pueden contemplarse también las siguientes formas de realización del proceso:
-
Uno de los pasos de proceso a), b) y c) se realiza varias veces (de 2 a 5 veces) sucesivamente.
-
Los pasos de proceso a) y b) se realizan varias veces (2 a 5 veces) sucesivamente.
-
Todos los pasos de proceso a), b) y c) se realizan varias veces (2 a 5 veces) sucesivamente, es decir se recorre varias veces todo el proceso.
El paso b) del proceso se realiza preferiblemente por un tratamiento térmico de 100-150ºC en el transcurso de 0,5 a 2 horas. Después del acondicionamiento, puede estar presente una sílice parcialmente hidrófoba con una humectabilidad con metanol de 20% y mayor. En principio, puede diferenciarse entre hidrofobización húmeda y seca.
La hidrofobización húmeda significa que en el caso de las materias primas silicatadas se trata de suspensiones acuosas de sílice, alimentaciones de sílice o tortas de filtración de sílice fuertemente acuosas, que están recubiertas con los agentes de hidrofobización respectivos, como se describe p.ej. en DE 27 29 244 para suspensiones de precipitación con organohalogenosilanos.
Hidrofobización seca significa que en el caso de las materias primas silicatadas se trata de polvos de sílice con contenidos de humedad diferentes de 1 a 75%, que están recubiertas con los agentes de hidrofobización respectivos. Este proceso se describe p.ej. en DE 26 28 975.
Para la producción de la sílice correspondiente a la invención se emplean derivados de organopolisiloxano; no obstante, pueden utilizarse también otros compuestos de silicio, que reaccionan en las condiciones de reacción seleccionadas para dar organopolisiloxanos (v.g. diclorodimetilsilano en ambiente acuoso).
Como reactivos de hidrofobización sirven derivados de organopolisiloxano o se utilizan sus precursores, p.ej. de la composición R_{4-n}SiX_{n} (con n = 1, 2, 3), [SiR_{x}X_{y}O]_{z} (con 0 \leq x \leq 2, 0 \leq y \leq 2, 3 \leq z \leq 10 con x + y = 2), [SiR_{x}X_{y}N]_{z} (con 0 \leq x \leq 2, 0 \leq y \leq 2, 3 \leq z \leq 10 con x + y = 2), SiR_{n}X_{m}OSiR_{o}X_{p} (con 0 \leq n \leq 3, 0 \leq m \leq 3, 0 \leq o \leq 3, 0 \leq p \leq 3, con n + m = 3, o + p = 3), SiR_{n}X_{m}NSiR_{o}X_{p} (con 0 \leq n \leq 3, 0 \leq m \leq 3, 0 \leq o \leq 3, 0 \leq p \leq 3, con n + m = 3, o + p = 3), SiR_{n}X_{m}[SiR_{x}X_{y}O]_{z}SiR_{o}X_{p} (con 0 \leq n \leq 3, 0 \leq m \leq 3, 0 \leq x \leq 2, 0 \leq y \leq 2, 0 \leq o \leq 3, 0 \leq p \leq 3, 1 \leq z \leq 10.000 con n + m = 3, x + y = 2, o + p = 3). En el caso de estos compuestos puede tratarse de compuestos lineales cíclicos y ramificados de silano, silazano y siloxano. En el caso de R puede tratarse de restos alquilo y/o arilo, que pueden estar sustituidos con grupos funcionales como el grupo hidroxi, el grupo amino, poli-éteres como óxido de etileno y/u óxido de propileno y grupos halogenuro como fluoruro. R puede contener también grupos tales como grupos hidroxi, amino, halogenuro, alcoxi, alquenilo, alquinilo y arilo, y grupos que contienen azufre. En cuanto a X puede tratarse de grupos reactivos como los grupos silanol, amino, mercapto, halogenuro, alcoxi, alquenilo e hidruro.
Preferiblemente, se utilizan polisiloxanos lineales de la composición SiR_{n}X_{m}[SiR_{x}X_{y}O]_{z}SiR_{0}X_{p} (con 0 \leq n \leq 3, 0 \leq m \leq 3, 0 \leq x \leq 2, 0 \leq y \leq 2, 0 \leq o \leq 3, 0 \leq p \leq 3, 1 \leq z \leq 10.000 con n + m = 3, x + y = 2, o + p = 3), en los cuales R está representado preferiblemente por metilo.
De modo particularmente preferible, se utilizan polisiloxanos de la composición SiR_{n}X_{m}[SiR_{x}X_{y}O]_{z}SiR_{o}X_{p} (con 0 \leq n \leq 3, 0 \leq m \leq 1, 0 \leq x \leq 2, 0 \leq y \leq 0,2, 0 \leq o \leq 3, 0 \leq p \leq 1, 1 \leq z \leq 1000 con n + m = 3, x + y = 2,
o + p = 3), en los cuales R está representado preferiblemente por metilo. Por razón del proceso correspondiente a la invención seleccionado, pueden emplearse también sin embargo específicamente polisiloxanos difícilmente volátiles, que no contienen grupo funcional alguno.
Debido a la presencia de determinados grupos funcionales en los derivados de organopolisiloxano, pueden formarse sales o materiales de peso molecular inferior tales como NH_{3}, aminas, alcoholes, etc., que pueden conducir a impurezas perturbadoras. Una excepción importante representan en este caso los polisiloxanos funcionalizados con silanol, dado que en este caso se forma como impureza exclusivamente agua, que puede separarse fácilmente en las condiciones de proceso seleccionadas.
Preferiblemente, puede tratarse en cuanto al agente de hidrofobización de un polidimetilsiloxano terminado en metilo, particularmente uno que tiene una viscosidad de 30-100 mPas, preferiblemente 40-60 mPas. Un polisiloxanol apropiado es p.ej. DOW CORNING (R) 200 FLUID 50 CS.
Dado que en el caso de los agentes de hidrofobización mencionados se trata de compuestos difícilmente volátiles, las fuerzas capilares y los fenómenos de difusión juegan un papel importante para la distribución previa de los agentes de hidrofobización sobre la superficie de la sílice en el límite de las fases líquido/sólido.
Incluso cuando los agentes de hidrofobización empleados preferiblemente en el transcurso de un tratamiento térmico exhiben cierta volatilidad, la distribución líquido/sólido es a pesar de ello importante. Por esta razón se distingue aquí entre predistribución física, acondicionamiento y atemperación.
La atemperación, es decir el paso de proceso c) se realiza al menos a 300, preferiblemente por encima de 350, y de modo muy particularmente preferible por encima de 360-370ºC con un gas oxidante. Este puede ser aire, Cl_{2}, No_{x} (NO_{2}, N_{2}O_{5}, NO, N_{2}O), O_{3}, O_{2}, Br_{2}, F_{2} o una mezcla de estos gases con otros gases inertes tales como CO_{2}, N_{2} o gases residuales de combustión, preferiblemente en cada caso en proporción no inferior a 1% en volumen.
El gas oxidante puede contener opcionalmente además hasta 80, preferiblemente hasta 50% en volumen, y de modo particularmente preferible 20-40% en volumen de agua.
En cada caso debe procurarse un caudal satisfactorio de gas; el gas debe alcanzar a ser posible todas y cada una de las partículas de sílice. Para ello son apropiados p.ej. hornos de rejilla metálica, hornos de mufla o reactores de cinta.
En un horno de mufla, la altura de lecho debería ser 1 a 2 cm.
Es posible combinar varios de estos tipos de reactor. El proceso puede realizarse por lotes o de manera continua.
A título de ejemplo se describen a continuación con mayor detalle las condiciones en un reactor de cinta y un horno de mufla.
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Atemperación de un lecho de granulado (en el reactor de cinta)
La atemperación se realiza para caudales de gas de proceso relativamente altos (> 5 m^{3}/[h-kg], aporte de energía por los gases de proceso) a través de un lecho de sílice tratada con polisiloxano. Para ello la sílice debe estar granulada previamente. Dado que el aporte de energía se realiza en este caso por medio de los gases de proceso, pueden evitarse también en este caso con relativa facilidad los sobrecalentamientos locales. Aunque los volúmenes elevados de gas de proceso causan una concentración reducida de productos de disociación en el gas de proceso, ello no conduce a una hidrofobización deteriorada en la fase gaseosa, dado que en los fragmentos de granulado existen concentraciones esencialmente mayores de productos de disociación que entre los fragmentos de granulado. A pesar de ello, los productos de disociación en exceso pueden ser desalojados fácilmente de los fragmentos de granulado, con lo que pueden obtenerse también en este caso productos hidrofobizados óptimos de alta blancura. Este tipo de reactor puede hacerse funcionar sin riesgo a concentraciones de oxígeno de 4-21%. Las granulometrías preferidas están comprendidas para granulados esféricos en el intervalo de 2-20 mm, y para granulados en forma de varillas de 2-20 mm de anchura y 2-40 mm de longitud. La atemperación de un lecho granulado puede realizarse por lotes o continuamente (el denominado reactor de cinta).
Los tiempos de atemperación preferidos están comprendidos entre 0,15 y 3,5 h y a temperaturas de 320-400ºC, con una duración de 0,15-4 h.
Las dimensiones del reactor pueden alcanzar desde la escala de laboratorio (alcance de relleno hasta 100 g), pasando por la escala técnica (alcance de relleno hasta 100 kg) hasta la producción en gran escala (relleno > 100 kg).
En el caso del empleo de este tipo de reactor se efectúa típicamente a continuación de la atemperación una molienda de los granulados.
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Atemperación en horno de mufla
La atemperación de la sílice recubierta con polisiloxano se realiza preferiblemente en bandejas planas con una altura de lecho de 2 cm. La atemperación se realiza al aire. La altura de lecho seleccionada garantiza por una parte una concentración de producto de disociación suficientemente alta en el interior del lecho (esto hace posible una hidrofobización satisfactoria con ayuda de los productos de disociación gaseosos), pero por otra parte permite además la separación sin impedimento de los productos de disociación en exceso.
La atemperación en el horno de mufla puede realizarse a 330-380ºC con una duración de al menos 15 min pero como máximo 4 h.
Opcionalmente, la sílice hidrofobizada se muele después del paso de acondicionamiento o atemperación. En cambio, una molienda antes del paso de recubrimiento a) no está indicada, ya que conduciría a productos de menor valor con hidrofobización heterogénea.
Después de la molienda opcional, se obtiene una sílice con un parámetro d_{4.3} de 8-25 \mum, preferiblemente
8-15 \mum.
La utilización de las sílices de precipitación correspondientes a la invención como carga en composiciones de caucho de silicona, en mezclas de elastómeros, polímeros (p.ej. PVC, poliuretanos), neumáticos o composiciones para juntas, como antiespumante o como adyuvante de fluidez es asimismo objeto de esta invención.
Las composiciones de caucho de silicona requieren cargas reforzantes activas para el desarrollo pleno de sus propiedades mecánicas. Para ello se emplean habitualmente sílices altamente dispersas. Debido a la fácil transformación mecánica de las formulaciones de caucho de silicona LSR (caucho de silicona líquido) - especialmente en el proceso de moldeo por inyección - se sustituyen cada vez en mayor grado las formulaciones de caucho de silicona HTV (caucho vulcanizable en caliente) por mezclas LSR-caucho de silicona. En este caso, la carga reforzante debe producir propiedades mecánicas satisfactorias en el vulcanizado, sin deterioro de las propiedades reológicas de las composiciones de caucho de silicona. Las composiciones de caucho de silicona deben ser fluidas después de la preparación de la composición y no deben experimentar post-rigidificación incluso después de un almacenamiento prolongado.
Las composiciones HTV- y LSR-caucho de silicona se trabajan a temperaturas muy superiores a 100ºC. Por esta razón las cargas acuosas pueden conducir a una formación perturbadora de burbujas de vapor en la formulación de silicona. En el caso de las composiciones de caucho de silicona endurecibles por la humedad atmosférica, un contenido demasiado alto de agua de la carga conduce a un endurecimiento indeseable durante el almacenamiento. Por esta razón, la característica de absorción de agua, es decir las cantidades de agua adsorbidas para humedades atmosféricas relativas diferentes representa una medida de la aptitud de procesamiento de la carga.
La dificultad de la formación de burbujas de vapor aparece particularmente en el caso de las sílices de precipitación hidrófilas. Incluso las sílices de precipitación hidrófobas no exhiben típicamente las características de absorción de agua reducida de las sílices pirogénicas.
La sílice de precipitación hidrófoba correspondiente a la invención exhibe sin embargo una característica de absorción de agua, que es comparable a las sílices pirogénicas, no exhibe alteración alguna del color y presenta además propiedades espesantes reducidas en las composiciones de caucho de silicona.
Estas propiedades se derivan de la clase de sílice base utilizada y del tipo de hidrofobización. En lo que respecta a la sílice base se trata preferiblemente de una sílice de precipitación que exhibe una concentración de grupos silanol muy reducida (como medida de la concentración de grupos silanol se utiliza el índice Sears considerado junto con la superficie BET). La concentración reducida de grupos silanol de la sílice base se expresa también en una pérdida reducida por calcinación de 3,0 \pm 0,5 para una superficie BET de aprox. 160 m^{2}/g.
Para mezclas de caucho de silicona, que se transforman a temperaturas de casi 200ºC con entrada de aire, es importante que no exista en la sílice ningún componente orgánico que pueda sufrir alteración del color a estas temperaturas por influencia del oxígeno. Ahora bien, los compuestos orgánicos de silicio que contienen exclusivamente metilo, fenilo, fluorocarbono o hidrocarburos fluorados como restos orgánicos, son térmicamente estables por regla general incluso en presencia del oxígeno atmosférico. A fin de disociar eficazmente sin embargo los puentes siloxano estables de los compuestos de siloxano y unirlos covalentemente con la sílice, son necesarias temperaturas superiores a 300ºC. A estas altas temperaturas los compuestos de siloxano, particularmente en el caso de las sílices de precipitación con concentración reducida de grupos silanol, conducen habitualmente a fenómenos de alteración del color en la sílice. El proceso de producción descrito previamente hace posible reprimir estas alteraciones del color. Estos fenómenos de alteración del color se determinan por medidas de la reemisión con un procedimiento de medida óptico, al que se hace referencia como reflexión difusa. Si los valores de reemisión de la sílice son mayores que 94%, la composición de caucho de silicona cargada con la sílice aparece de color blanco puro. Dado que los índices de refracción de la sílice y el caucho de silicona están próximos uno a otro, incluso impurezas mínimas y alteraciones del color de la sílice de caucho de silicona son claramente apreciables. Una reemisión de 93% conduce ya a una clara alteración apreciable a simple vista en el caucho de silicona, aunque el polvo de sílice no incorporado aparece blanco puro para el observador.
Por mezcla de la sílice correspondiente a la invención con diorganopolisiloxanos y opcionalmente otros materiales a la temperatura ambiente o a temperatura sólo ligeramente elevada, pueden producirse opcionalmente después de la adición de agentes de reticulación composiciones endurecibles para dar elastómeros. La sílice correspondiente a la invención actúa como espesante en grado reducido, por lo que las composiciones en los sistemas LSR pueden trabajarse en máquinas de moldeo por inyección. La mezcladura puede realizarse de manera conocida, p.ej. en mezcladores mecánicos.
Preferiblemente, las cargas utilizadas de acuerdo con la invención se emplean en cantidades de 5 a 50% en peso, preferiblemente % (sic) a 40% en peso, referido al peso total de las composiciones endurecibles para dar elastómeros. En el caso de los elastómeros de organopolisiloxano-HTV puede emplearse hasta 50% en peso.
Evidentemente, las composiciones endurecibles para dar elastómeros pueden contener además de diorganopolisiloxanos, la sílice de precipitación hidrofobizada correspondiente a la invención, agentes de reticulación y catalizadores de reticulación, de modo opcional y convencionalmente en la mayoría de los casos o con frecuencia cargas utilizadas en composiciones endurecibles para dar elastómeros. Ejemplos de tales materiales son cargas con una superficie inferior a 50 m^{2}/g, como polvo de cuarzo, tierra de diatomeas, además de silicato de circonio y carbonato de calcio, y adicionalmente dióxido de silicio sin tratar obtenido pirogénicamente, resinas orgánicas, como polvo de poli(cloruro de vinilo), resinas de organopolisiloxano, cargas fibrosas tales como asbesto, fibras de vidrio y pigmentos orgánicos, colorantes solubles, perfumes, inhibidores de corrosión, agentes estabilizadores de las composiciones frente a la influencia del agua, como anhídrido acético, agentes retardantes del endurecimiento como benzotriazol y plastificantes, así como dimetilpolisiloxanos bloqueados terminalmente por grupos trimetilsiloxi.
La combinación indicada de datos materiales físico-químicos de las sílices de precipitación hidrófobas correspondientes a la invención conduce a una carga reforzante excelente. El contenido de humedad en equilibrio claramente reducido frente a las sílices de precipitación conocidas proporciona ventajas en la transformación, v.g. en el caso de la vulcanización a la presión atmosférica, en el cual, en comparación con el empleo de las sílices de precipitación hidratadas conocidas, se producen vulcanizados exentos de poros. El valor de pH óptimo ajustado y el índice DBP reducido conducen a tiempos de laminación sensiblemente acortados. El contenido reducido de electrólitos en combinación con el contenido reducido de humedad conduce finalmente a propiedades eléctricas satisfactorias de los vulcanizados.
En las composiciones para juntas de caucho de silicona endurecibles por la humedad atmosférica, la sílice de precipitación hidrófoba correspondiente a la invención presenta ventajas debido a su contenido reducido de agua en cuanto a la estabilidad al almacenamiento de las composiciones no endurecidas.
Los ejemplos que siguen deben ilustrar adicionalmente la presente invención, sin limitar el alcance de la misma.
Ejemplos
Como materia prima silicatada se emplean preferiblemente sílices de precipitación que poseen una concentración de grupos silanol muy reducida, es decir una relación reducida consumo de álcali/superficie BET, una superficie CTAB relativamente alta para superficie BET aproximadamente igual y un elevado grado de blancura y pureza.
Producción - Sílice Base
En un recipiente de reacción se cargan inicialmente 50,0 m^{3} de agua. Se añaden lentamente a la carga inicial 9,2 m^{3} de solución de vidrio soluble y 0,9 m^{3} de H_{2}SO_{4} con agitación, manteniendo en la mezcla durante la adición un valor de pH alcalino. Una vez terminada la adición del vidrio soluble y el H_{2}SO_{4}, el valor de pH de la suspensión obtenida se encuentra en el campo alcalino. Se acidifica la suspensión, se filtra y se lava con agua desionizada. El secado de la sílice base hidrófila puede realizarse preferiblemente por medio de un secado breve. Los datos siguientes se refieren a la sílice de precipitación seca así obtenida:
3
La mezcladura de la sílice base y el polisiloxano se realiza hasta un contenido determinado de carbono, es decir que la relación de mezcla se obtiene a partir de la relación calculada para el ajuste del contenido de carbono requerido.
1. Proceso de medida 1.1 Humectabilidad con metanol
Las sílices cuyas superficies no están modificadas con grupos orgánicos hidrolizables, en la mayoría de los casos no son mojadas por el agua.
Estas sílices hidrófobas pueden sin embargo ser mojadas por una mezcla metanol/agua. La proporción de metanol en esta mezcla - expresada en porcentajes en peso - es una medida del carácter hidrófobo de la sílice modificada. Cuanto mayor es la proporción de metanol, tanto más hidrófoba es la sustancia.
Realización de la determinación
En seis vasos de centrífuga de 15 ml de capacidad se pesan respectivamente 200 mg de sílice hidrófoba o silicato, y se trata cada uno de los vasos con 8 ml de una mezcla metanol-agua con concentración creciente de metanol. La concentración de metanol de las mezclas depende de la humectabilidad con metanol a esperar. Los vasos de centrífuga se cierran herméticamente y se agitan luego enérgicamente (10 sacudidas hacia arriba y hacia abajo). Para la separación de las proporciones de sílice-silicato humectadas se centrifugan después los vasos durante 5 minutos a 2500 rpm. Las proporciones humectadas forman un sedimento, cuyos volúmenes se leen en la escala de los vasos de centrífuga. Los volúmenes de sedimento se representan en un gráfico frente a la concentración de la mezcla metanol-agua. Estos valores de medida individuales permiten obtener una curva, cuya forma y pendiente caracterizan el grado de hidrofobización de la muestra investigada.
Aparatos
\quad
Balanza de precisión
\quad
Centrífuga
\quad
Vasos de centrífuga, graduados
\quad
Dispensadores
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1.2 Absorción de DBP
La absorción de DBP (índice DBP), que es una medida de la capacidad de absorción de la sílice de precipitación, se determina como sigue:
La determinación del índice de ftalato de dibutilo se realiza con el plastógrafo Brabender. El índice DBP es una medida de la capacidad de absorción o del poder absorbente de líquido de un producto pulverizado. El poder absorbente depende del contenido de humedad, de la granulometría y de la pesada inicial del material investigado.
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Aparatos y reactivos
Plastógrafo Brabender con dispositivo de inscripción Multi-Dosimat E 415 (50 l) de la firma Metrohm. Ftalato de dibutilo.
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Realización
Se introducen 12,5 g de sílice en la amasadora del plastógrafo Brabender. Bajo mezcladura constante (velocidad de giro de las paletas de la amasadora 125 rpm) se añade ftalato de dibutilo con una velocidad de 4 ml/minuto a la mezcla. La mezcladura requiere solamente un pequeño consumo de energía. Hacia el final de la determinación, la mezcla es difícilmente fluida. Este hecho se documenta por un aumento del consumo de energía, que se representa en una escala. Para una desviación de la escala de 300, la dosificación de DBP se interrumpe automáticamente.
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Evaluación
La densidad del DBP es 1,047 g/ml. La absorción de DBP se refiere a la sustancia anhidra seca. En el caso de utilización de sílices de precipitación con contenidos de humedad más altos, cuando estas sílices de precipitación no se secan antes de la determinación del índice DBP, el valor debe corregirse por medio de la tabla de corrección.
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Tabla de corrección para la absorción de ftalato de dibutilo - anhidro
4
\vskip1.000000\baselineskip
El valor de corrección correspondiente al contenido de agua debe sumarse al valor DBP determinado experimentalmente; v.g. un contenido de agua de 5,8% significaría un recargo de 33 g/100 g para la absorción de DBP.
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1.3 Tamaño de partícula
En tamaño de partícula se determina con un "Malvern Mastersizer" en etanol después de un tratamiento por ultrasonidos durante 5 minutos. La medida se realiza automáticamente y proporciona el tamaño medio de partícula d_{4.3} a partir de una distribución volumétrica.
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1.4 Determinación del valor de color normal R_{y} según DIN 5033 Aplicación
El valor de color normal R_{y} para sílices, silicatos y zeolitas (suspensión de polvo) se determina con el espectrofotómetro Datacolor 3890.
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Realización de la determinación
La sílice a medir se muele en primer lugar hasta un diámetro medio de partícula de aprox. 8 a 15 \mum, y se prensa a continuación con una prensa de polvos para formar una tableta. La cantidad requerida depende de la finura de partícula del polvo. Se introduce polvo hasta que la rosca del tapón de prensado alcanza el último paso de rosca.
Para ello se introducen las muestras en el aparato de medida y se selecciona en el ordenador de control el punto de menú medida del grado de blancura R_{y} y R_{460}. Después de la introducción de la designación de las muestras se pulsa la tecla de la barra espaciadora para comienzo de la medida.
Después de la introducción del código de memoria se expresan los valores de medida.
El cálculo de los valores se realiza automáticamente según la fórmula:
6
donde significan:
Y
(\lambda) la función de valor espectral normal
S
(\lambda) distribución de radiación espectral relativa de la fuente de iluminación y
R
(\lambda) el grado de reemisión espectral de la muestra.
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1.5 Determinación del índice Sears de sílices, silicatos y sílices hidrófobas 1. Aplicación
Por titulación con KOH 0,1 N en el campo de pH 6 a pH 9 pueden registrarse los grupos OH libres.
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2. Aparatos
\quad
2.1 Balanza de precisión con exactitud de 0,01 g
\quad
2.2 Memotitulador DL 70, firma Mettler, provisto de bureta de 10 ml y 20 ml, un electrodo de pH y una bomba {}\hskip0,5cm (p.ej. bomba B. NOUVAG, tipo SP40/6)
\quad
2.3 Impresora
\quad
2.4 Vaso de titulación de 250 ml, firma Mettler
\quad
2.5 Ultra-Turrax 8.000-24.000 rpm
\quad
2.6 Baño de agua termostatizado
\quad
2.7 Dos dispensadores de 10-100 ml para la dosificación de metanol o agua desionizada
\quad
2.8 Un dispensador de 10-50 ml para la dosificación de agua desionizada
\quad
2.9 Una probeta graduada de 100 ml y
\quad
2.10 Molino universal IKA M 20
\vskip1.000000\baselineskip
\global\parskip0.930000\baselineskip
3. Reactivos
\quad
3.1 Metanol para análisis
\quad
3.2 Solución de cloruro de sodio (250 g NaCl para análisis en 1000 ml de agua desionizada)
\quad
3.3 Ácido clorhídrico 0,1 N
\quad
3.4 Hidróxido de potasio 0,1 N
\quad
3.5 Agua desionizada
\quad
3.6 Soluciones tampón de pH 7 y pH 9
\vskip1.000000\baselineskip
4. Realización
\quad
4.1 Preparación de la muestra
\quad
Se muelen aprox. 10 g de muestra durante 60 segundos en el molino universal IKA M 20.
\quad
Importante: Dado que sólo las muestras molidas muy finamente conducen a resultados reproducibles, estas condiciones deben mantenerse exactamente.
\vskip1.000000\baselineskip
\quad
4.2 Realización del análisis
\quad
4.2.1 Se introducen por pesada 2,50 g de la muestra preparada según el punto 4.1 en un vaso de titulación {}\hskip0,75cm de 250 ml
\quad
4.2.2 Se dosifican 60 ml de metanol para análisis.
\quad
4.2.3 Después de humectación completa de la muestra se añaden 40 ml de agua desionizada
\quad
4.2.4 Por medio del Ultra-Turrax se dispersa durante 30 segundos a una velocidad de rotación de aprox. {}\hskip0,75cm 18.000 rpm.
\quad
4.2.5 Con 100 ml de agua desionizada se lavan las partículas de muestra que se adhieren al borde del vaso {}\hskip0,75cm y al agitador, añadiéndolas a la suspensión.
\quad
4.2.6 Se atempera la muestra en un baño de agua termostatizado a 25ºC (al menos 20 minutos).
\quad
4.2.7 Se calibra el electrodo de pH con las soluciones tampón de pH 7 y pH 9.
\quad
4.2.8 Se titula la muestra según el método S 911 en el Memotitulador DL 70. En el caso de un transcurso {}\hskip0,75cm poco claro de la titulación se realiza posteriormente una doble determinación.
\quad
Como resultados, se expresan:
\quad
pH
\quad
V_{1} en ml/5 g
\quad
V_{2} en ml/5 g
\vskip1.000000\baselineskip
5. Cálculo
7
V_{1} = ml KOH o ml HCl hasta pH 6/5 g de sustancia
V_{2} = Consumo de KOH en ml hasta pH 9/5 g de sustancia
E = pesada inicial
\global\parskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Principio
Se mide en primer lugar el valor de pH inicial de la suspensión, y se ajusta a continuación el valor de pH a 6 dependiendo del resultado con KOH o HCl. Se añaden a ello 20 ml de solución de NaCl. Se continúa luego la titulación con KOH 0,1 N hasta valor de pH 9.
Indices Sears
8
\vskip1.000000\baselineskip
1.6 Determinación de la densidad con apisonado basada en DIN/ISO 787/11 Realización de la determinación
Se pesan 10 g de la muestra a estudiar en la balanza de precisión con exactitud de 0,01 g, y se introducen en la probeta de vidrio graduada de 250 ml del volumen apisonado. Después de 1250 apisonamientos se lee el volumen del material apisonado.
\vskip1.000000\baselineskip
Cálculo
9
E = pesada inicial en g
I: contenido en ml
\vskip1.000000\baselineskip
Aparatos
Balanza de precisión
Medidor del volumen apisonado, Firma Engelsmann, Ludwigshafen
Probeta de vidrio graduada de 250 ml, Firma Engelsmann, Ludwigshafen
\vskip1.000000\baselineskip
Observaciones
En casos especiales, el material puede tamizarse antes de la pesada inicial a través de un tamiz de 500 \mum, o puede aumentarse la pesada. Esto debe indicarse en el informe del ensayo.
\vskip1.000000\baselineskip
1.7 Determinación de la superficie CTAB 1. Aplicación
El método se basa en la adsorción de CTAB (bromuro de N-cetil-N,N,N-trimetilamonio) en la superficie "externa", que se designa también como "superficie de caucho activo".
La adsorción de CTAB se realiza en solución acuosa a pH = 9 con agitación y tratamiento por ultrasonidos. El exceso de CTAB no adsorbido se determina por titulación por retroceso con NDSS (solución de sulfosuccinato de dioctilsodio) con un procesador de titulación, viniendo dado el punto final por el máximo de enturbiamiento de la solución y determinándose con un Phototrode.
Para el cálculo se supone una necesidad de espacio de 0,35 nm^{2} por molécula de CTAB.
La determinación se realiza basándose en ASTM 3765.
Para cada serie de medidas debe realizarse una comprobación con una muestra estándar de la sílice tipo VN 3.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Ecuación de reacción: (titulación por retroceso)
\vskip1.000000\baselineskip
10
\vskip1.000000\baselineskip
3. Aparatos
\quad
3.1 Molino, v.g. fabricado por IKA, tipo: M 20
\quad
3.2 Balanza analítica
\quad
3.3 Agitador magnético
\quad
3.4 Varillas de agitación magnética
\quad
3.5 Procesador de titulación, v.g. METTLER, tipo DL 55 o DL 70, provisto de:
\quad
electrodo de pH, v.g. fabricado por Mettler, tipo DG 111
\quad
Phototrode, v.g. fabricado por Mettler, tipo DP 550 y
\quad
bureta de émbolo, capacidad 20 ml para solución de NDSS
\quad
Bureta de émbolo, capacidad 10 ml para KOH, 0,1 N
\quad
3.6 Vaso de titulación de 100 ml, de polipropileno
\quad
3.7 Vaso de titulación de vidrio, capacidad 150 ml, que puede cerrarse con tapón de resorte
\quad
3.8 Matraz Erlenmeyer, de 100 ml de capacidad, que puede cerrarse con cierre roscado o tapón NS
\quad
3.9 Baño de ultrasonidos
\quad
3.10 Aparato de filtración a presión
\quad
3.11 Filtro de membrana de nitrato de celulosa, tamaño de poro 0,1 \mum, \diameter de 47 mm, p.ej. Sartorius, tipo 113 {}\hskip0,65cm 58
\quad
3.12 Pipetas, 5 ml, 100 ml
\vskip1.000000\baselineskip
4. Reactivos
\quad
4.1 Hidróxido de potasio, 0,1N
\quad
4.2 Solución de CTAB, 0,0151 mol/l
\quad
En un vaso de precipitados se disuelven 5,50 g de CTAB en aprox. 800 ml de agua desmineralizada moderadamente caliente (aprox. 30-40ºC), con agitación (agitador magnético), se pasan a un matraz graduado de 1 l, se llena con agua desmineralizada hasta el enrase después de enfriamiento a 23-25ºC y se trasvasa a un frasco de reserva.
\vskip1.000000\baselineskip
\quad
Observación
\quad
La conservación de la solución y realización de la determinación deben realizarse a \geq 23ºC, dado que el CTAB cristaliza por debajo de esta temperatura. La solución debería prepararse de 10 a 14 días antes de su utilización.
\vskip1.000000\baselineskip
\quad
4.3. Solución de NDSS de 0,00426 mol/l
\quad
Se mezclan 1,895 g de NDSS (sulfosuccinato de dioctilsodio) en un vaso de precipitados con aprox. 800 ml de agua desmineralizada y se agita con un agitador magnético, hasta que se ha disuelto todo. A continuación se pasa la solución a un matraz graduado de 1 l, se llena con agua desmineralizada hasta el enrase y se trasvasa a un frasco de reserva.
La solución de NDSS se degrada biológicamente con facilidad. Por esta razón, la solución preparada debe cerrarse bien y no debería guardarse durante más de 3 meses.
La concentración de la solución de CTAB es exactamente como se indica: 0,0151 mol/l.
La concentración de la solución de NDSS debe comprobarse diariamente por un "ensayo en blanco".
\vskip1.000000\baselineskip
5. Realización
\quad
5.1 Ensayo en blanco (determinación de la concentración de la solución de NDSS).
\quad
5.2 El consumo de solución de NDSS para 5 ml de solución de CTAB debe comprobarse una vez al día antes {}\hskip0,5cm de cada serie de medidas (ensayo en blanco).
\quad
5.1.2. Se pipetean exactamente 5 ml de solución de CTAB en el vaso de precipitados.
\quad
5.1.3. Se añaden aprox. 50 ml de agua desmineralizada.
\quad
5.1.4. Titulación con el procesador de titulación hasta el final de la titulación.
\quad
Cada ensayo en blanco se realiza como determinación doble, y en el caso de valores no coincidentes deben realizarse titulaciones adicionales hasta que se alcanza la reproducibilidad de los resultados.
\vskip1.000000\baselineskip
\quad
5.2. Adsorción
\quad
5.2.1 Las muestras granuladas y de grano grueso se muelen en un molino. (La cuchilla de impacto del molino {}\hskip0,7cm debe estar recubierta).
\quad
5.2.2 Se pesan exactamente 500 mg de la muestra molida en la balanza analítica con una exactitud de 0,1 mg.
\quad
5.2.3 Se pasa cuantitativamente la cantidad de muestra pesada a un vaso de titulación de 150 ml con varillas de {}\hskip0,7cm agitación magnética.
\quad
5.2.4 Se dosifican exactamente 100 ml de solución de CTAB, se cierra el vaso de titulación con el tapón y se {}\hskip0,7cm agita durante 15 minutos en el agitador magnético.
\quad
5.2.5 Se fija por roscado el vaso de titulación en el procesador de titulación y se ajusta el valor de pH de la {}\hskip0,7cm suspensión con KOH, de 0,1 mol/l, a un valor de 9,0 \pm 0,05.
\quad
5.2.6 Se trata la suspensión durante 4 minutos en el baño de ultrasonidos.
\quad
5.2.7 Se filtra a través de un filtro de presión equipado con un filtro de membrana. Durante la adsorción es {}\hskip0,7cm indispensable prestar atención a que la temperatura se mantengan dentro del intervalo de 23ºC a 25ºC.
\vskip1.000000\baselineskip
\quad
5.3 Titulación
\quad
5.3.1 Se pipetean 5 ml de filtrado (véase el punto 5.2.7) en el vaso de titulación de 100 ml y se llena con agua {}\hskip0,7cm desmineralizada hasta aprox. 50 ml.
\quad
5.3.2 Se fija por roscado el vaso de titulación al titulador.
\quad
5.3.3 Se titula con solución de NDSS según el método de medida predeterminado hasta enturbiamiento máximo.
\quad
Cada medida de turbidez debe expresarse como determinación doble, y en caso de valores no coincidentes deben realizarse titulaciones adicionales, hasta que se alcanza la reproducibilidad de los resultados.
\vskip1.000000\baselineskip
6. Cálculo
11
V_{1}
= ensayo en blanco (ml NDSS en caso de utilización de 5 ml CTAB)
V_{2}
= consumo (ml NDSS en caso de utilización de 5 ml de filtrado)
E
= pesada inicial g CTAB/l (5,5 g)
\quad
578,435 = {}\hskip0,3cm necesidad de espacio de 1 g CTAB en m^{2}.
El valor de medida se corrige habitualmente para referirlo a la sustancia anhidra:
12
Si el valor de medida se desvía de la muestra estándar en más de 3 \pm m^{2}/g (sic) del valor teórico, debe repetirse la serie total de medidas.
\vskip1.000000\baselineskip
7. Observaciones
\quad
a 1. En la bibliografía se denomina también el NDSS (sulfosuccinato de dioctilsodio) como Aerosol OT.
\quad
En las muestras con un valor de pH > 9, como p.ej. Extrusil, se mide el valor de pH pero no se corrige, porque el ácido puede alterar la superficie.
\quad
El Phototrode se ajusta antes del comienzo de la titulación a 1000 mV, correspondiente a una transparencia de 100%.
\quad
a 3. Para la medida de los diferentes volúmenes predeterminados de la solución de CTAB pueden utilizarse {}\hskip0,6cm también dispensadores o pipetas de émbolo, siempre que éstas se calibren regularmente.
\quad
a 4. Las soluciones indicadas bajo los puntos 4.1 y 4.3 pueden adquirirse también como soluciones listas para {}\hskip0,6cm utilización. El suministrador es actualmente la firma Kraft, Duisburgo.
\quad
Teléfono: 0203-58-3025.
-
\vtcortauna No. de pedido 6056.4, solución de CTAB de 0,0151 ml/l
-
\vtcortauna No. de pedido 6057.4, solución de NDSS de 0,00423 mol/l.
\quad
(en matraces de vidrio de 2,5 litros)
\quad
a 5.2.4 Las muestras hidrófobas, que no están humidificadas después de la agitación, se dispersan cuidadosa- {}\hskip1cm mente antes del ajuste del valor de pH con un ULTRA-TURRAX, a fin de humidificarlas.
\quad
a 5.2.5 Para el ajuste del valor de pH se recomienda la utilización de un titulador. La titulación se realiza según {}\hskip1cm el método del punto final.
\quad
a 5.2.7 Para la filtración se utiliza nitrógeno procedente de una botella de gas a presión, debiendo ajustarse una {}\hskip1cm presión inicial de 4-6 bar.
\quad
a 6. Para una repetición eventualmente necesaria de una serie de medidas, debe prestarse particularmente {}\hskip0,6cm atención a que el medidor de pH utilizado para el ajuste del valor de pH debe calibrarse también nue- {}\hskip0,6cm vamente.
\vskip1.000000\baselineskip
1.8 Determinación de la absorción de vapor de agua (isotermas de vapor de agua)
Para la determinación de la absorción de vapor de agua, se expone la muestra a temperatura constante (30ºC) a humedades relativas diferentes. Se espera hasta que se ha ajustado un peso constante.
Se comienza con aire totalmente seco (es decir, humedad relativa aproximadamente igual a cero). Una vez alcanzado el equilibrio, se toma este peso como punto de referencia, es decir la absorción de vapor de agua para una humedad elevada del aire se expresa como diferencia entre el peso de la muestra en aire totalmente seco (después del ajuste del equilibrio) y el peso de la muestra en aire húmedo (después de ajuste del equilibrio). La humedad del aire se hace variar en pasos de 10%.
A fin de excluir los efectos de histéresis, se miden tanto la adsorción de agua como la desorción de vapor de agua.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 1
La sílice base hidrófoba se recubrió en seco con aceite de silicona (polidimetilsiloxano terminado en metilo, viscosidad 50 mPas, p.ej. DOW CORNING (R) 200 FLUID 50 CS, contenido de carbono de aprox. 33% y se acondicionó por un envejecimiento durante más de 48 horas (3 días) a la temperatura ambiente, hasta que se alcanza una humectabilidad con metanol de al menos 20%. La atemperación del material se realiza en condiciones oxidantes en el horno de mufla con una altura de lecho de 2 cm como máximo, con una temperatura dentro de 330-360ºC durante 1 hora. Los datos analíticos del material resultante se presentan en la Tabla 1.1.
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 1.1
\vskip1.000000\baselineskip
13
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 2
La sílice base se reviste en el mezclador Gericke en la relación másica 1:1 con aceite de silicona (dimetilpolisiloxano terminado en metilo, 50 mPas, p.ej. DOW CORNING (R) 200 FLUID 50 CS, contenido de carbono de aprox. 33%). El polvo así formado se acondiciona durante una hora a una temperatura de 105ºC. De este modo se forma un material, que es de hecho humectable por el agua, pero en el cual, sin embargo, no pueden separarse ya uno de otro la sílice y el aceite de silicona en agua. Por mezcladura de esta mezcla madre con la torta de filtración de la sílice base se producen composiciones estables, en las cuales el aceite de silicona ya no puede separarse de la torta de filtración hidrófila. Una mezcla madre hidrófoba así producida y una torta de filtración hidrófila (contenido de sólidos de aprox. 20%) se conducen juntas al secador "spin-flash", se mezclan en el mismo (en la reacción másica de aprox. 1:12) y se secan. La sílice tratada con dimetilsiloxano se acondiciona por un envejecimiento de al menos 48 horas (aprox. 3 días) a la temperatura ambiente, hasta que se ha alcanzado una humectabilidad con metanol de al menos 20%. Los datos analíticos de la sílice acondicionada se presentan en la Tabla 2.1.
TABLA 2.1
14
La atemperación de la sílice de precipitación acondicionada se realiza en condiciones oxidantes en el horno de mufla con una altura de lecho de 2 cm como máximo, a una temperatura dentro de 330-360ºC durante 1 h. Los datos analíticos de la sílice de precipitación atemperada en condiciones oxidantes se presentan en la Tabla 2.3.
TABLA 2.3
15
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 3
La distribución previa de aceite de silicona (viscosidad de 50 mPas, terminado en metilo, p.ej. DOW CORNING (R) 200 FLUID 50 CS, contenido de carbono de aprox. 33%) sobre la sílice (en forma de torta de filtración) - en el caso de secado simultáneo - se realiza en el secador "Spin-Flash". La sílice tratada con dimetilsiloxano se acondiciona por un envejecimiento de al menos 48 horas (aprox. 3 días) a la temperatura ambiente, hasta que se ha alcanzado una humec-
tabilidad con metanol de al menos 20%. Los datos analíticos de la sílice acondicionada se presentan en la Tabla 3.1.
TABLA 3.1
16
La atemperación del material se realiza en condiciones oxidantes en el horno de mufla con una altura de lecho de 2 cm como máximo, a una temperatura entre 330 y 360ºC durante 1 hora. Los datos analíticos de la sílice precipitada atemperada en condiciones oxidantes se presentan en la Tabla 3.2.
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 3.2
\vskip1.000000\baselineskip
17
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 4
La sílice base se recubre en la relación másica 1:1 con aceite de silicona DOW CORNING (R) 200 FLUID 50 CS (dimetilpolisiloxano de 50 mPas, terminado con grupos trimetilsililo, contenido de carbono aprox. 33%). El polvo así formado se acondiciona durante una hora a una temperatura superior a 100ºC. De este modo se forma un material, que es de hecho humectable por el agua, pero en el cual ya no pueden separarse con agua la sílice y el aceite de silicona. Por mezcladura de esta mezcla madre (es decir 50% de sílice y 50% de aceite de silicona) con dispersiones acuosas de sílice se forman suspensiones estables, en las cuales el aceite de silicona ya no se separa de la sílice. La mezcla total contiene típicamente 1 parte en peso de aceite de silicona, aprox. 4-8 partes en peso de sílice y 20-60 partes en peso de agua. Para la producción en una suspensión de este tipo, la mezcla madre (es decir 50% de sílice y 50% de aceite de silicona) se mezcla intensivamente con una cantidad aprox. 14-16 veces mayor de torta de filtración (contenido de sólidos aprox. 20%) y aprox. una cantidad 11-13 veces mayor de agua adicional. Los datos analíticos de la dispersión se presentan en la Tabla 4.1, y los de la sílice acondicionada correspondientemente en la Tabla 4.2.
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 4.1
\vskip1.000000\baselineskip
18
\vskip1.000000\baselineskip
El secado de la suspensión se realiza en un secador de pulverización. La sílice tratada con dimetilsiloxano se acondiciona por un envejecimiento de al menos 48 horas (aprox. 3 días) a la temperatura ambiente, hasta que se ha alcanzado una humectabilidad con metanol de al menos 20%. Los datos analíticos de la sílice acondicionada se presentan en la Tabla 4.2.
TABLA 4.2
19
\vskip1.000000\baselineskip
La atemperación de la sílice de precipitación acondicionada se realiza en condiciones oxidantes en el horno de mufla con una altura de lecho de 2 cm como máximo, a una temperatura comprendida entre 330 y 360ºC durante 1 hora. Los datos analíticos de la sílice de precipitación atemperada en condiciones oxidantes se presentan en la
Tabla 4.3.
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 4.3
20
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo 5
En una suspensión en ácido silícico de la sílice base (12,8% de contenido de sólidos) se suspende con ayuda de un mezclador de alto cizallamiento un aceite de silicona de polidimetilsiloxano, 50 mPas, p.ej. DOW CORNING (R) 200 FLUID 50 CS, contenido de carbono de aprox. 33%). La distribución del aceite de silicona en la suspensión de sílice se conserva por un secado por pulverización inmediato. La sílice tratada con dimetilsiloxano se acondiciona por un envejecimiento de al menos 48 horas (aprox. 3 días) a la temperatura ambiente, hasta que se ha alcanzado una humectabilidad con metanol de al menos 20%. Los datos analíticos de la sílice acondicionada se presentan en la
Tabla 5.1.
TABLA 5.1
21
\vskip1.000000\baselineskip
La atemperación del material se realiza en condiciones oxidantes en el horno de mufla con una altura de lecho de 2 cm como máximo, a una temperatura comprendida entre 330 y 360ºC durante 1 hora. Los datos analíticos de la sílice de precipitación atemperada en condiciones oxidantes se presentan en la Tabla 5.2.
\vskip1.000000\baselineskip
TABLA 5.2
22

Claims (14)

1. Sílices de precipitación hidrófobas,
caracterizadas por las propiedades siguientes:
23
\vskip1.000000\baselineskip
2. Sílice de precipitación hidrófoba según la reivindicación 1, caracterizada por un índice Sears < 1,6.
3. Sílice de precipitación hidrófoba según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada por un valor de pH de 5,0-9,0.
4. Sílice de precipitación hidrófoba según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada por un contenido de agua de < 2%.
5. Sílice de precipitación hidrófoba según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada por una conductividad de < 150 \muS.
6. Sílice de precipitación hidrófoba según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por una pérdida por calcinación de > 3%.
7. Utilización de las sílices de precipitación hidrófobas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 como carga en polímeros.
8. Utilización de las sílices de precipitación hidrófobas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 en elastómeros, neumáticos y composiciones para juntas.
9. Utilización de las sílices de precipitación hidrófobas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 en composiciones de caucho de silicona.
10. Utilización de las sílices de precipitación hidrófobas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 en antiespumantes.
11. Utilización de las sílices de precipitación hidrófobas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 en adyuvantes de fluidez.
12. Utilización de la sílice de precipitación hidrófoba según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 como sustancia vehículo.
13. Utilización de la sílice de precipitación hidrófoba según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 como adyuvante antiadherencia.
14. Utilización de la sílice de precipitación hidrófoba según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 como insecticida o como material vehículo para insecticidas.
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