ES2869998T3 - Procedimiento sol-gel continuo para la producción de vidrio de cuarzo - Google Patents

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Abstract

Procedimiento sol-gel continuo para la producción de vidrio de cuarzo, que comprende las siguientes etapas: (a) dosificación continua de un alcóxido de silicio en un primer reactor (RI) y al menos hidrólisis parcial mediante la adición de un ácido mineral acuoso para obtener un primer flujo de producto (A); (b) producción continua de una dispersión de ácido silícico acuosa mediante la mezcla continua de agua y ácido silícico en un segundo reactor para obtener un segundo flujo de producto (B); (c) mezcla continua de los flujos de producto (A) y (B) de las etapas (a) y (b) en un tercer reactor (R3) para generar un presol para obtener un tercer flujo de producto (C); (d) adición continua de una base acuosa al flujo de producto (C) de la etapa (c) para obtener un sol; (e) llenado continuo del sol saliente de la etapa (d) en moldes para obtener un aquagel; (f) secado de los aquageles de la etapa(e) para obtener xerogeles; (g) sinterización de los xerogeles de la etapa (f) para obtener el vidrio de cuarzo, donde la etapa (c) prevé adicionalmente la desgasificación del presol.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento sol-gel continuo para la producción de vidrio de cuarzo
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La invención se encuentra en el campo de la química inorgánica y se refiere a un procedimiento continuo para la producción de vidrio de cuarzo.
ESTADO DE LA TÉCNICA
Se pueden producir cuerpos de vidrio de cuarzo tridimensionales de acuerdo con el así llamado procedimiento solgel. El principio de este procedimiento se basa en una hidrólisis catalizada por ácido o base y la posterior gelificación de silanos, siloxanos y organosilanos mediante reacciones de condensación. A este respecto, el sol originalmente líquido pasa a un estado tipo gel y finalmente al estado sólido a través de una dispersión líquida estable de partículas de óxido nanocristalinas. El aquagel así obtenido se seca a continuación formando un xerogel y se sinteriza formando vidrio de cuarzo. El producto final es tipo vidrio. Se pueden ajustar diferentes porosidades y morfologías mediante la adición de distintos aditivos o a través del régimen de secado. A diferencia de la producción convencional de vidrio de cuarzo mediante la fusión de las materias primas a temperaturas muy altas, la conformación en el procedimiento sol-gel tiene lugar a temperatura ambiente. Los cuerpos de vidrio producidos con esta tecnología generalmente ya no tienen que ser reelaborados, lo que es tanto más eficiente respecto al tiempo como también más económico.
Los eductos de una síntesis de sol-gel son compuestos de alcóxido metálico de bajo peso molecular. La hidrólisis de los alcóxidos en presencia de un ácido o base representa el primer paso de esta síntesis. Como resultado de este proceso se originan compuestos hidroxi inestables (a), que a veces pueden oligomerizarse fácilmente. La solución originada es un sol. Se compone en partículas de polímero dispersas que se estabilizan por sus cargas. Los compuestos individuales crecen juntos en una reacción de condensación a través de la formación de puentes de siloxano (Si-O-Si) (b). Este proceso continúa hasta que se consumen todos los monómeros. Aún no se forma una red coherente. En condiciones de reacción adecuadas, todas las partículas originadas están presentes con una distribución de tamaño uniforme de unos pocos nanómetros. Las velocidades de reacción de hidrólisis y condensación se pueden influir a través del medio, el valor de pH y la concentración y se desarrollan en paralelo (c). El procedimiento se ha descrito de forma detallada por Nogami et al. en: Journal of Non-crystalline Solids, 37, págs. 191-201 (1980).
En un entorno adecuado, un sol se puede conservar durante varias semanas, a veces incluso meses. La gelificación se produce por condensación con la configuración de enlaces siloxano. Aquí se alcanza la etapa epónima de la síntesis, la transición sol-gel. A partir de las partículas sueltas del sol se ha formado una red tridimensional, que está impregnada con el disolvente. El sol se ha convertido en gel.
Tras producirse la gelificación, el aquagel se seca formando un xerogel. Debido a la evaporación completa del disolvente se origina una reticulación cruzada más fuerte de toda la red. Esta etapa da como resultado un material compacto, altamente reticulado y resistente:
(a) M(OR)4 + n H2O ^ M(OR)4-n(OH)n + n ROH
(b) (OR)3-a(OH)aM-OH HO-M(OR)3-b(OH)b ^ (OR)3-a(OH)aM-O-M(OR)3-b(OH)b + H2O
(c) (OR)3-c(OH)cM-OR HO-M(OR)3-b(OH)b ^ (OR)3-c(OH)cM-O-M(OR)3-b(OH)b + ROH
M = metal o semimetal, R = resto
n = 1-4
a = 0-3
b = 0-3
c = 0-3
En la última etapa, el xerogel se sinteriza formando vidrio de cuarzo.
Por el estado de la técnica se conoce una pluralidad de procedimientos que se ocupan de la producción de vidrio de cuarzo en general y del procedimiento sol-gel en particular.
A partir de la patente europea EP 0131057 B1 (SEIKO) se conoce un procedimiento discontinuo para la producción de vidrio de cuarzo, en el que se proporciona en primer lugar una solución hidrolizada de un alcóxido metálico de fórmula M(OR)x , a partir de la que se forma un sol (solución coloidal). El sol se seca después de la gelificación formando un xerogel. A continuación, el xerogel se sinteriza formando vidrio de cuarzo.
Según la enseñanza de la patente europea EP 0807610 B1 (LUCENT), se describe un procedimiento para formar un sol de dióxido de silicio, que se compone principalmente en dióxido de silicio no aglomerado, en el que se produce una mezcla de partida a partir de partículas de dióxido de silicio en agua y a partir de mezcla mezclando por cizallamiento se forma el sol de dióxido de silicio. Al sol se le agrega una sustancia alcalina sin un catión metálico para ajustar el valor de pH de 6 a 9.
La patente europea EP 1251106 B1 (FITEL) reivindica un procedimiento en el que se proporciona un sol mezclando partículas de dióxido de silicio y agua, donde las partículas de dióxido de silicio presentan una superficie de 5 a 25 m2/g, y contienen al menos el 85 % de partículas esféricas y la relación en peso de partículas de dióxido de silicio respecto a agua es mayor del 65 %. A continuación se ajusta el valor de pH de 10 a 13 por medio de una base y al sol se le agrega un agente gelificante. Como base se utilizan hidróxido de tetrametilamonio e hidróxido de tetraetilamonio.
De la solicitud de patente europea EP 1258457 A1 (DEGUSSA) se conoce un procedimiento en el que se hidroliza un alcóxido de silicio, al que luego se le añade Aerosil® Ox50, que se utiliza por sus especiales propiedades, su tamaño de partícula y BET.
El objeto de la patente europea EP 1320515 B1 (DEGUSSA) es un procedimiento en el que se producen dos soluciones que se reúnen para la reacción. La solución A es una dispersión ácida acuosa (pH 1,5) de dióxido de silicio pirogénico (por ejemplo, Aerosil® Ox50). La solución B es una dispersión básica acuosa (pH 10,5-13) con igualmente dióxido de silicio pirogénico (por ejemplo, Aerosil® Ox200). La relación molar de H2O a SiO2 y la relación molar del compuesto de silicio en la solución A respecto al compuesto de silicio en la solución B y el valor de pH resultante en la mezcla C (después de reunir ambas soluciones) son las características decisivas para obtener cuerpos tridimensionales que sean mayores de 2 cm.
En la solicitud de patente europea EP 1606222 A1 (DEGUSSA) se reivindica un procedimiento en el que se produce un sol a partir de alcóxido de silicio o un precursor correspondiente a partir de un alcóxido de silicio. A continuación se hidroliza el sol y luego se agrega SiO2 coloidal.
Según la solicitud de patente europea EP 1661866 A1 (EVONIK) se presenta una dispersión acuosa de dióxido de silicio pirogénico (dióxido de silicio coloidal), cuyo pH se ajusta de 2 a 0,5 antes de añadir TEOS. El sol así obtenido se ajusta a continuación de forma básica y se introduce en un molde donde se gelifica formando un gel.
En la solicitud de patente europea EP 1700830 A1 (DEGUSSA) se propone un procedimiento en el que se proporciona en primer lugar una dispersión acuosa de óxido metálico pirogénico, al que se añade un óxido metálico previamente hidrolizado mediante adición de agua. A continuación, el sol obtenido de esta forma se introduce en un molde en el que gelifica.
El objeto de la solicitud de patente europea EP 1770063 A1 (DYNAX) es un procedimiento que se destaca por el uso de componentes de silicio que contienen grupos funcionales tanto hidrolizables como también hidrófobos; se prefiere metiltrimetoxisilano. Igualmente se utiliza un compuesto pirolítico para influir en la microestructura del gel. Como posibles disolventes se utilizan tensioactivos no iónicos (por ejemplo, polioxietilen alquil éteres, polioxipropilen alquil éteres), catiónicos (bromuro o cloruro de cetiltrimetilamonio) o aniónicos (dodecilsulfato sódico).
El procedimiento de la solicitud de patente europea EP 2064159 A1 (DEGUSSA) comprende las siguientes etapas: adición de dióxido de silicio pirogénico al medio acuoso ácido y a continuación adición de un alcóxido de silicio a la dispersión presentada. A este respecto, la relación molar de dióxido de silicio a alcóxido de silicio se debe situar de 2,5 a 5. Es un procedimiento por lotes en el que primeramente se presenta dióxido de silicio pirogénico y luego se agrega el alcóxido de silicio.
En la solicitud de patente europea EP 2088128 A1 (DEGUSSA) se propone un procedimiento en el que se añade dióxido de silicio pirogénico a agua ajustada ácida y se proporciona un tetraalcóxido de silicio a la dispersión obtenida. Se reajusta el valor de pH y la mezcla se coloca en un contenedor, donde el sol gelifica formando el gel. Luego se seca en un xerogel y se sinteriza formando un producto de vidrio.
De la solicitud de patente internacional WO 2013 061104 A2 (DEBRECENI EGYETEM) se conoce un procedimiento continuo para la producción de alcogeles, aerogeles y xerogeles, en el que los silanos se hidrolizan en presencia de catalizadores básicos y un sistema disolvente acuoso-orgánico especial, así como un retardador de gel y en la solución se introducen partículas inertes.
Documento EP 2832690 A1 (EMPA). Este documento tiene por objeto la producción de un aerogel, en el que se produce en primer lugar un sol de óxido de silicio en un solvente alcohólico, se deja que el sol se convierta en un gel, el gel se mezcla con un agente hidrófugo y luego se retira el solvente mediante secado subcrítico. A este respecto, el sol debe contener un agente hidrófugo activable catalíticamente con ácido, como por ejemplo hexametildisiloxano. A este respecto, el sol también se puede formar de forma continua en un reactor de paso continuo.
Documento GB 2,165,234 A (SUWA). La solicitud del año 1984 se refiere a un procedimiento por lotes para la producción de vidrio de silicato dopado. En la primera etapa se produce un sol hidrolizándose un silicato de alquilo, por ejemplo con agua amoniacal, y a continuación añadiendo dióxido de silicio o ácido silícico en polvo muy fino. A partir del sol se obtiene un gel que a continuación se seca y sinteriza formando el vidrio. A este respecto, por ejemplo, se pueden añadir alcóxidos de germanio en cualquier etapa del procedimiento.
Documento US 2003 151163 A1 (WANG). Este documento se refiere a un procedimiento para retirar disolventes de los poros de un monolito sol-gel. Las figuras 7 y 8 dan a conocer un reactor de paso continuo, que por su lado se abastece igualmente con soluciones, que de nuevo se producen de forma continua.
La desventaja de los procedimientos discontinuos del estado de la técnica es que siempre solo se pueden producir cantidades discretas definidas, lo que puede conducir a diferencias en la calidad. La producción por lotes favorece la inclusión de burbujas de aire en el vidrio, lo que conduce a una disminución considerable de la calidad de los productos sinterizados terminados. Además, es desventajosa la amplia limpieza requerida de todos los sistemas después de cada paso. Además, un procedimiento continuo ofrece opciones más sencillas en la dirección de una ampliación.
El objetivo de la presente invención ha consistido en remediar las desventajas descritas anteriormente. Una posibilidad para ello es realizar la síntesis en un procedimiento continuo. A este respecto, se pueden producir cantidades cualesquiera de vidrio de cuarzo de calidad alta y siempre constante.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un procedimiento sol-gel continuo para la producción de vidrio de cuarzo, que comprende las siguientes etapas:
(a) . dosificación continua de un alcóxido de silicio en un primer reactor (R1) y al menos hidrólisis parcial mediante la adición de un ácido mineral acuoso para obtener un primer flujo de producto (A);
(b) . producción continua de una dispersión de ácido silícico acuosa mediante la mezcla continua de agua y ácido silícico en un segundo reactor para obtener un segundo flujo de producto (B);
(c) . mezcla continua de los flujos de producto (A) y (B) en un tercer reactor (R3) para generar un presol para obtener un tercer flujo de producto (C);
(d) . adición continua de una base acuosa al flujo de producto (C) para obtener un sol;
(e) . llenado continuo del sol saliente en moldes para obtener un aquagel;
(f) . secado de los aquageles para obtener xerogeles;
(g) . sinterización de los xerogeles para obtener el vidrio de cuarzo,
con la condición de que, según la invención, la etapa (c) prevea la desgasificación del presol. Además, al menos una de las etapas (a) a (e) puede prever adicionalmente una desgasificación de al menos un insumo utilizado en la misma.
Se ha comprobado que el nuevo procedimiento continuo resuelve los diversos problemas descritos al principio, todos al mismo tiempo y por completo. Aparte del hecho de que el procedimiento permite la producción de cantidades de producto cualesquiera y, por lo tanto, siempre diferentes, la síntesis conduce a productos de alta calidad constante.
Una característica especialmente crítica del procedimiento inventivo consiste en suministrar los insumos a la síntesis en el estado desgasificado. Se ha comprobado que, sin esta etapa, debido a las solubilidades modificadas, los gases disueltos en los eductos son expulsados por la mezcla y, como se explicó al principio, dan lugar a la formación de burbujas. La desgasificación se puede realizar en principio en cualquiera de las etapas del procedimiento (a) a (e), es decir, en la etapa de los eductos, del presol, de la dispersión o del sol mismo. Preferentemente, los eductos ya se desgasifican y se utilizan en la síntesis en esta forma. Por seguridad se pueden desgasificar tanto los eductos como también el presol, la dispersión o el sol. Según la invención, la desgasificación se realiza en la etapa del procedimiento (c), es decir, en la etapa de presol.
Según la invención, la desgasificación se efectúa preferentemente con ultrasonidos. Alternativamente entre en consideración:
• desgasificación al vacío
• destilación
• ciclos de depresión / congelación
• desgasificación térmica
• procedimientos químicos, como por ejemplo la eliminación de oxígeno mediante enlaces químicos;
• eliminación de gases por medio de gas inerte;
• adición de aditivos de desaireación así como
• centrifugación
o una combinación de dos o varias de estas medidas.
Adicionalmente, los eductos se pueden usar eventualmente sin partículas mediante el uso de filtros de succión y cada molde se puede llenar con sol recién producido. Por consiguiente, gracias a la prevención de los rechazos que no cumplen con las especificaciones se aumenta significativamente ante todo la rentabilidad del procedimiento, especialmente porque se prescinde de tiempos de limpieza prolongados, en particular porque los reactores a utilizar de forma preferida se pueden limpiar fácilmente con medios de lavado.
ALCÓXIDOS DE SILICIO E HIDROLISIS
Los alcóxidos de silicio, que entran en consideración como materiales de partida para la producción de los vidrios de cuarzo en el sentido de la invención, siguen preferentemente la fórmula (I)
Si(OR)4 (I)
en el que R representa un resto alquilo con 1 a 6 átomos de carbono. Ejemplos típicos son ortosilicato de tetrapropilo y ortosilicato de tetrabutilo, no obstante, preferiblemente se utilizan ortosilicato de tetrametilo (TMOS) y en particular ortosilicato de tetraetilo (TEOS). Dado que TEOS es insoluble en agua, se pueden utilizar soluciones alcohólicas, especialmente etanólicas, donde al alcohol le compete la función de promotor de fases. Los alcóxidos de silicio también pueden incluir otros compuestos de silicio como aditivos, como por ejemplo, metiltrietilsilano, dimetildietilsilano, trimetiletilsilano y similares.
Si se desean propiedades físicas modificadas (por ejemplo, vidrios de cuarzo coloreados), también se pueden agregar otros compuestos iónicos a la solución en este punto, como por ejemplo los de los elementos Na, Al, B, Cd, Co, Cu, Cr, Mn, Au, Ni, V, Ru, Fe, Y, Cs, Ba, Cd, Zn, Eu, La, K, Sr, Tb, Nd, Ce, Sm, Pr, Er, Tm o Mo. Sin embargo, la adición de estos compuestos se puede realizar igualmente junto con el ácido silícico o en el curso de otras etapas.
La hidrólisis ácida de los alcóxidos de silicio se realiza en el reactor R1 en presencia de ácidos minerales acuosos, tales como ácido sulfúrico, ácido nítrico y ácido clorhídrico, o en presencia de ácido acético. El ácido clorhídrico con una concentración de 0,01 mol/l ha resultado ser especialmente favorable. La relación de volumen preferida de alcóxido : ácido mineral es 10: 1 a 1: 10, de forma especialmente preferida de 3: 1 a 1: 3, de forma muy especialmente preferida de 2,5: 1 a 1: 2,5.
La hidrólisis se lleva a cabo a una temperatura adecuada, transportando los dos eductos por medio de bombas, reuniéndolos y haciéndolos reaccionar en un reactor de paso continuo atemperado. Si los eductos son inmiscibles, se forma un flujo pistón (slug flow) en el reactor de paso continuo. El rango de temperatura de la hidrólisis es de 1 a aproximadamente 100 °C, donde la temperatura preferida se sitúa a aproximadamente 70 a aproximadamente 90 °C.
ÁCIDOS SILÍCICOS Y PRODUCCIÓN DE LA DISPERSIÓN
En la segunda etapa del procedimiento se produce igualmente de forma continua una dispersión acuosa de un ácido silícico altamente disperso en un reactor R2 atemperable. Los ácidos silícicos presentan preferentemente superficies BET en el rango de aproximadamente 30 a aproximadamente 100 m2/g y en particular de aproximadamente 40 a aproximadamente 60 m2/g. Se prefiere especialmente el uso del producto Aerosil® OX50 (EVONIK), que es un ácido silícico hidrófilo pirogénico con una superficie de aproximadamente 50 m2/g, que se compone en más del 99,8 % en peso de SiO2. En un reactor atemperable se dosifica agua y OX50 y se homogeneizan mediante un equipo de dispersión. La desgasificación de la dispersión se puede realizar con la ayuda de un tratamiento de ultrasonidos. La fracción másica de OX50 en la dispersión asciende aproximadamente al 1-60 % en peso, en particular al 33 % en peso. La dosificación de OX50 y agua se puede realizar, por ejemplo, gravimétricamente.
FORMACIÓN DE SOL
Mientras que en la primera etapa del procedimiento se produjo un primer flujo continuo de un compuesto de alcóxido de silicio hidrolizado y en la segunda etapa se generó igualmente de forma continua un segundo flujo de una dispersión acuosa de ácido silícico, en la tercera etapa se realiza ahora la mezcla de los dos flujos y la formación del presol. Para ello, los flujos de producto (A) y (B) se reúnen aguas arriba del reactor R3 por medio de un sistema de mezcla adecuado. Las relaciones de volumen de los dos flujos (A) y (B) se pueden ajustar de forma variable. De este modo se puede influir en las propiedades del producto del vidrio de cuarzo acabado. La relación de mezcla de volumen preferida es de aproximadamente 10: 1 a aproximadamente 1: 10, en particular preferiblemente de aproximadamente 5: 1 a aproximadamente 1: 5, de forma muy especialmente preferida de aproximadamente 2,5: 1 a aproximadamente 1: 2,5. Según el requisito de calidad del vidrio de cuarzo, el presol se desgasifica mediante métodos de desgasificación adecuados, como ultrasonido. La reunión de los flujos de producto (A) y (B) se realiza a temperaturas de 1 a aproximadamente 100 °C, preferentemente de aproximadamente 10 a aproximadamente 50 °C y de manera especialmente preferida a temperatura ambiente.
La posterior gelificación del sol se desencadena por el aumento del valor de pH. Para ello, se añade continuamente una base al presol producido de forma continua. Mientras que el producto de hidrólisis presenta un valor de pH de aproximadamente 1 a 2, este se eleva a aproximadamente 2 a 3 mediante adición de la dispersión de ácido silícico. Sin embargo, ha resultado que la resistencia al agrietamiento del gel durante la contracción se puede mejorar aún más si el valor de pH se eleva más, por ejemplo, a valores en el rango de 3 a 9, preferentemente 4-6. La base puede ser, por ejemplo, amoniaco (solución acuosa o gaseosa), un compuesto amínico orgánico o también piridina. Las bases alcalinas o alcalinotérreas son menos preferidas porque introducen cationes adicionales en el producto que pueden ser indeseables para la producción de vidrios de cuarzo de alta pureza.
REACTORES
Aun cuando la elección de los reactores no es crítica en sí, un modo de realización de la invención ha resultado ser especialmente ventajoso: Se prefiere especialmente que al menos una de las etapas (a), (b) o (c) se lleve a cabo en un reactor de paso continuo, eventualmente con un elemento de mezcla aguas arriba.
En el modo de realización más sencillo, los reactores son mangueras de un material resistente, como por ejemplo, teflón, poliamida, metal, polietileno o polipropileno, que pueden presentar una longitud de aproximadamente 50 a aproximadamente 1000 m, preferentemente de aproximadamente 100 a aproximadamente 800 m y de forma especialmente preferida de 100-500 m, así como en promedio una sección transversal de aproximadamente 1 a aproximadamente 10 mm, preferentemente de aproximadamente 1 a aproximadamente 5 mm. Estas mangueras se pueden enrollar en espiral, lo que reduce considerablemente la necesidad de espacio. Los largos recorridos corresponden al respectivo tiempo de reacción óptimo para un caudal determinado. Tales disposiciones son extremadamente flexibles, ya que las longitudes de las mangueras se pueden alargar o acortar a voluntad y se pueden limpiar con poco esfuerzo. Una gestión semejante de la reacción puede contribuir esencialmente a la rentabilidad del procedimiento.
FORMACIÓN DE GEL
El presol se saca continuamente del reactor R3, se mezcla con amoniaco y se llena en moldes en los que puede tener lugar la formación de gel. Dado que los aquageles obtenidos de esta manera se encogen en el molde durante el envejecimiento, se tiene que poder deslizar fácilmente en el recipiente. Por esta razón, los recipientes de un material hidrófobo como polietileno, polipropileno, teflón, PVC o poliestireno son especialmente adecuados aquí.
Los aquageles se deben retirar del molde para la preparación y secarse formando xerogeles. El desmoldeo se puede realizar en determinadas condiciones, por ejemplo, bajo agua. En el caso de aquageles más grandes, el etanol se puede sustituir parcialmente por agua permaneciendo en el agua. Esto permite un secado sin grietas de aquageles más grandes (por ejemplo: 8x8x8 cm). Adicionalmente, el baño de agua también se puede utilizar para difundir diversos elementos en el aquagel. De esta manera, por ejemplo, son accesibles los vidrios de cuarzo coloreados. Las condiciones de secado se influyen por la velocidad de evaporación del disolvente en el gel, es decir, agua y alcohol. Una reducción en la velocidad de evaporación mientras manteniendo una tasa de evaporación baja contribuye a proteger el gel de la formación de grietas. Por el contrario, los tiempos de secado prolongados encarecen el procedimiento, de modo que aquí se debe encontrar un compromiso.
SINTERIZACIÓN
La sinterización se puede llevar a cabo de una manera conocida en sí. Durante la sinterización se retiran los disolventes restantes, todavía contenidos en los xerogeles y se cierran los poros en el sistema. La temperatura de sinterización es de hasta 1400 °C y se puede llevar a cabo en atmósfera normal para la mayoría de los productos. Preferiblemente según la invención, la sinterización se lleva a cabo de la siguiente manera:
1) eliminación de los disolventes;
2) eliminación de compuestos orgánicos no deseados eventualmente contenidos;
3) cierre de los poros posiblemente eventualmente presentes con formación de vidrio de cuarzo.
Para la retirada de los disolventes en la subetapa 1 se utilizan temperaturas de aproximadamente 20 °C a aproximadamente 200 °C, preferentemente de aproximadamente 70 a aproximadamente 150 °C y de forma especialmente preferida de aproximadamente 90 a aproximadamente 110 °C. La retirada de compuestos orgánicos no deseados en la etapa 2, que se originan por la descomposición de eductos / productos que contienen carbono, se lleva a cabo a temperaturas en el rango de aproximadamente 800 a aproximadamente 1100 °C, preferentemente de aproximadamente 850 a aproximadamente 1050 °C y de forma especialmente preferida de aproximadamente 900 a aproximadamente 1000 °C. En la etapa 3, el cierre de los poros se realiza a temperaturas entre aproximadamente 1100 a aproximadamente 1400 °C, preferentemente aproximadamente 1150 a aproximadamente 1350 °C y de manera especialmente preferida aproximadamente 1200 a aproximadamente 1300 °C.
EJEMPLO 1
El TEOS se puso a disposición a través de una primera bomba y el HCl acuoso (0.010 mol/l) a través de una segunda bomba. Ambos insumos se habían desgasificado previamente mediante ultrasonidos. Las dos soluciones se guiaron a través de mangueras y se reunieron con la ayuda de una pieza en T. La mezcla presentó la siguiente composición:
TEOS 66,66 % en volumen
HCl 33,33 % en volumen
A 75 °C, la mezcla entró en una primera manguera de PA (reactor R1) que presentó una longitud de 300 m y un diámetro interior de 2,7 mm; el tiempo de permanencia en la manguera fue de aproximadamente 30 minutos. El valor pH fue de 1,5.
La dispersión de OX50 se produjo en el segundo reactor incorporando 500 g de OX50 a 1000 g de agua. El agua se había desgasificado previamente mediante ultrasonidos. Se utilizó un Ultra Turrax para homogeneizar la dispersión. La dispersión así obtenida con wOX50 de 33,33 % en peso se colocó luego en la siguiente etapa por medio de una bomba. Ambos flujos se reunieron a través de otra pieza en T y se mezclaron continuamente por medio de un tubo de mezcla estático, donde el valor de pH fue de aproximadamente 2,5. A continuación, se desgasificó el presol con ultrasonidos. Luego se dosificó continuamente amoniaco acuoso en el presol para ajustar el valor de pH a 4-5. Después, el sol se llenó inmediatamente en moldes de PE (2x2x2 cm) y estos se cerraron herméticamente. La gelificación comenzó después de aproximadamente 10 segundos. Después de un tiempo de permanencia de 20 horas en los moldes cerrados, los aquageles se sacaron del molde bajo agua y, después de dos horas, se secaron al aire en un baño de agua formando xerogeles. Luego, los xerogeles se sinterizaron a continuación formando vidrio de cuarzo por medio de la siguiente rampa de temperatura: RT-100 °C (4 h), 100 °C (3h) 100-950 °C (4h), 950 °C (2h), 950-1 250 °C (6h), 1250 °C (1h).

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento sol-gel continuo para la producción de vidrio de cuarzo, que comprende las siguientes etapas:
(a) dosificación continua de un alcóxido de silicio en un primer reactor (RI) y al menos hidrólisis parcial mediante la adición de un ácido mineral acuoso para obtener un primer flujo de producto (A);
(b) producción continua de una dispersión de ácido silícico acuosa mediante la mezcla continua de agua y ácido silícico en un segundo reactor para obtener un segundo flujo de producto (B);
(c) mezcla continua de los flujos de producto (A) y (B) de las etapas (a) y (b) en un tercer reactor (R3) para generar un presol para obtener un tercer flujo de producto (C);
(d) adición continua de una base acuosa al flujo de producto (C) de la etapa (c) para obtener un sol; (e) llenado continuo del sol saliente de la etapa (d) en moldes para obtener un aquagel;
(f) secado de los aquageles de la etapa(e) para obtener xerogeles;
(g) sinterización de los xerogeles de la etapa (f) para obtener el vidrio de cuarzo,
donde la etapa (c) prevé adicionalmente la desgasificación del presol.
2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la desgasificación se lleva a cabo mediante ultrasonidos, desgasificación al vacío, destilación, ciclos de depresión / congelación, desgasificación térmica, procedimientos químicos, eliminación de gases por medio de gas inerte; adición de aditivos de desgasificación y centrifugación o una combinación de dos o varias de estas medidas.
3. Procedimiento de acuerdo con las reivindicaciones 1 y/o 2, caracterizado por que en la etapa (a) se utilizan alcóxidos de silicio, que siguen la fórmula (I)
Si(OR)4 (I)
en la que R representa un resto alquilo con 1 a 6 átomos de carbonos.
4. Procedimiento de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que en la etapa (a) como alcóxido de silicio se utiliza ortosilicato de tetraetilo (TEOS).
5. Procedimiento de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que en la etapa (a) se utiliza aproximadamente 1 a aproximadamente el 60 % en peso de ácido mineral referido a los alcóxidos de silicio.
6. Procedimiento de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que en la etapa (a) se lleva a cabo la hidrólisis de los alcóxidos de silicio a una temperatura en el rango de aproximadamente 1 a aproximadamente 100 °C.
7. Procedimiento de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que en la etapa (b) se utilizan ácidos silícicos muy dispersivos que presentan superficies BET en el rango de aproximadamente 30 a aproximadamente 100 m2/g.
8. Procedimiento de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que en la etapa (b) se produce una dispersión acuosa que contiene de aproximadamente 1 a aproximadamente el 60 % en peso de ácido silícico.
9. Procedimiento de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que los flujos de producto (A) y (B) se mezclan en una relación en volumen de alcóxido respecto a ácido silícico de aproximadamente 10: 1 a aproximadamente 1:10.
10. Procedimiento de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que los flujos de producto (A) y (B) se mezclan a temperaturas en el rango de aproximadamente 0 a aproximadamente 80 °C.
11. Procedimiento de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que una base se dosifica continuamente en el reactor (R3) formando el presol.
12. Procedimiento de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por que al menos una de las etapas (a), (b) o (c) se lleva a cabo en un reactor de paso continuo, eventualmente con un elemento de mezcla aguas arriba.
13. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado por que se utilizan reactores de paso continuo que presentan una longitud de aproximadamente 50 a aproximadamente 1000 m y una sección transversal de aproximadamente 1 a 10 mm.
14. Procedimiento de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por que la formación de gel se lleva a cabo a una temperatura en el rango de 0 a 100 °C.
15. Procedimiento de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado por que el secado se lleva a cabo a una temperatura en el rango de 0 a 150 °C.
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