MX2007010811A

MX2007010811A - Proceso para la produccion de monolitos por medio del proceso de sol-gel invertido.

Info

Publication number: MX2007010811A
Application number: MX2007010811A
Authority: MX
Inventors: Giulio Boara; Fulvio Costa; Andreas Ruckemann
Original assignee: Gegussa Novara Technology Spa
Priority date: 2005-03-09
Filing date: 2006-02-14
Publication date: 2008-02-22
Also published as: US20080223078A1; WO2006094874A1; CA2600667A1; JP2008532899A; EP1700830A1; CN101137586A; TW200639129A; IL185780A0; EP1858815A1; AU2006222082A1

Abstract

El proceso para la produccion de monolitos, en particular de vidrio, por medio del proceso sol-gel invertido, caracterizado porque comprende los siguientes pasos: a) dispersion de un oxido preparado pirogenicamente de un metal y/o un metaloide para formar una dispersion acuosa o que contiene agua. b) adicion del alcoxido de metal y/o alcoxido de metaloide para la dispersion, la cual es hidrolizada opcionalmente por medio de agua antes de la adicion. c) mezclado de los componentes para formar una sol coloidal homogenea. d) extraccion opcional del contenido grueso de la sol coloidal. e) gelificacion de la sol coloidal en un molde. f) Reemplazo del agua contenida en el aerogel por un solvente organico. g) secado del aerogel. h) tratamiento termico del gel seco.

Description

PROCESO PARA LA PRODUCCIÓN DE MONOLITOS POR MEDIO DEL PROCESO DE SOL-GEL INVERTIDO CAMPO DE LA INVENCION La invención se relaciona con un proceso para la producción de monolitos, en particular monolitos de vidrio, por medio del proceso "sol-gel-invertido" . ANTECEDENTES DE LA INVENCION Se sabe que para producir vidrio sintético por la preparación de una pasta que tiene un pH de menos de 2.2 de sílices preparados pirogénicamante, agua y ácido, se mezcla un alcoxisilano en esta pasta, se agrega una base para establecer un pH de 2.8 a 3.6, se forma un gel de la sol, se seca el gel bajo condiciones supercríticas, se calienta el gel seco primero a una temperatura de 950 a 1,200°C en una atmósfera de gas de cloro y después en una atmósfera libre de cloro, para liberar el gel seco del cloro, y posteriormente se calienta el gel a una temperatura la cual es suficiente para convertir el gel en un vidrio de dióxido de silicio (WO 02/074704) . Además se sabe que para producir objetos de vidrio sintético de dióxido de silicio se mezcla una suspensión acuosa de dióxido de silicio con una solución de alcóxido de silicio, se hidroliza la mezcla para formar una sol, se gelifica la sol para formar un gel mojado, se seca el gel mojado para formar un gel seco y sinteriza el gel seco para formar un objeto de vidrio (WO 01/53225) .

REF. :184900 SUMARIO DE LA INVENCION La invención se relaciona con un proceso para la producción de monolitos por medio del proceso de sol-gel invertido, que comprende los siguientes pasos: a) Dispersión de un óxido preparado pirogenicamante de un metal y/o un metaloide para formar una dispersión acuosa o que contiene agua. b) Adición del alcóxido de metal y/o alcóxido de metaloide para la dispersión, la cual es hidrolizada opcionalmente por medio de agua antes de la adición. c) Mezclado de los componentes para formar una sol coloidal homogénea. d) extracción del contenido grueso de la sol coloidal. e) Gelificación de la sol coloidal en un molde. f) Reemplazo del agua contenida en el aerogel por un solvente orgánico. g) Secado del aerogel. h) Tratamiento térmico del aerogel seco. El proceso sol-Gel Invertido es un proceso sol-gel en el cual los pasos de la hidrólisis y de la dispersión de sílice ahumada se invierten con respecto a los procesos sol-gel más convencionales (ver Patente EP 705 797; Patente Norteamericana 6,567,210; Patente Norteamericana 5,948,535; Patente EP 5 860 13; Patente Norteamericana 5,236,483; Patente Norteamericana 4,801,318) .

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCION La descripción de los pasos individuales es como sigue, a) Dispersión de un óxido preparado pirogénicamente de un metal y/o un metaloide para formar una dispersión acuosa o que contiene agua Todos los óxidos conocidos de metales y/o metaloides los cuales son preparados por la ruta pirogénica pueden ser agregados como los óxidos preparados pirogénicamente de un metal y/o un metaloide. El proceso pirogénico para la preparación de óxidos de metales y/o metaloides se conoce de Ullmann' s Enzyklopádie der technischen Chemie, 4ta edición, volumen 21, páginas 462 a 475 (1982) . En la preparación pirogénica de los óxidos de metales y/o metaloides, los compuestos vaporizables, tales como, por ejemplo, cloruros, pueden ser mezclados con un gas combustible, tal como, por ejemplo, hidrógeno, y un gas que contiene oxígeno, tal como, por ejemplo, aire, y los componentes entonces pueden ser reaccionados juntos en una llama. Los óxidos preparados pirogénicamente de metales y/o metaloides pueden ser empleados como un polvo, como granulos, como pastas y/o como una dispersión. La preparación de las pastas y/o dispersiones puede ser llevada a cabo por una ruta conocida al introducir el óxido pulverulento pirogénicamente preparado de metales y/o metaloides en el medio de dispersión, tal como, por ejemplo, agua, y tratar la mezcla mecánicamente con un dispositivo apropiado. Los dispositivos apropiados pueden ser: Ultra-Turrax, molino de chorro, nanomizer, etc. El contenido de sólidos de la dispersión/pasta puede ser de 5 a 80 % en peso. La dispersión y/o pasta pueden contener una base, tal como, por ejemplo, NH4OH o aminas orgánicas o compuestos de amonio cuaternario . Los óxidos preparados pirogénicamente de metales y/o metaloides pueden ser agregados al hidrolizado en la forma de granulos. En Particular, los granulos basados en dióxido de silicio de acuerdo con la Patente DE 196 01 415 Al pueden ser utilizados. Estos granulos tienen los datos característicos: Diámetro de la partícula promedio: 25 a 120 µm Área superficial BET: 40 a 400 m2/g Volumen del poro: 0.5 a 2.5 ml/g Distribución del poro: Ningún poro < 5 nm pH : 3.6 a 8.5 Densidad apisonada: 220 a 700 g/1. Son preparados al dispersar el dióxido de silicio preparado pirogénicamente en agua y secar por rocío la dispersión. Además para una mejor facilidad de manejo, el uso de granulos tiene la ventaja de menos aire incluido y por lo tanto pocas burbujas de aire se introducen en la sol y por consiguiente también en el gel . Una concentración dióxido de silicio mayor además puede ser lograda por el uso de granulos. Como resultado, el factor de contracción es más bajo, y los componentes de vidrio más grandes pueden ser producidos con el mismo equipo. La cantidad de óxido preparado pirogénicamente de metales y/o metaloides que es producida junto con el hidrolisato puede ser tan alta como de 20 a 40% en peso. El factor de contracción durante la producción del vidrio puede ser ajustado por el contenido de óxidos preparados pirogénicamente de metales y/o metaloides en la sol para ser preparada de acuerdo con la invención. De acuerdo con la invención, un factor de contracción de 0.45 a 0.55 puede ser establecido de forma ventajosa. Los óxidos de acuerdo con la tabla 1 pueden ser empleados como óxidos preparados pirogénicamente de metales y/o metaloides : Tabla 1 : Datos f isico-químicos del Aerosil 10 15 20 de acuerdo con DIN 66131 de acuerdo con DIN ISO 787/XI, JIS K 5101/18 (no tamizado) de acuerdo con DIN ISO 181/XI, ASTM D 1208, JIS K 5101/23 de acuerdo con DIN 55921, ASTM D 1208, JIS K 5101/23 de acuerdo con DIN ISO 787/IX, ASTM D 1208, JIS K 5101/24 de acuerdo con DIN ISO 787/XVIII, JIS K 5101/20 basado en la sustancia secada por 2 horas a 105 °C basado en la sustancia encendida por 2 horas a 1,000 °C protección de empaquetamiento especial contra la humedad -J 10 10) El contenido de HCl es un componente de la pérdida sobre ignición, En una forma preferida de la invención, puede ser empleado el dióxido de silicio Aerosil OX 50 preparado pirogénicamente, el cual es asimismo enumerado en la tabla 1. En particular, el dióxido de silicio Aerosil OX 50 preparado pirogénicamente puede ser empleado si una transparencia de UV alta no es necesaria. El dióxido de silicio preparado pirogénicamente tiene las propiedades fisicoquímicas siguientes las cuales son conocidas de acuerdo con la Patente EP 1 182 168 Al adicionalmente puede ser empleado como el preparado óxido pirogénicamente de metales y/o metaloides: 1. Tamaño de partícula promedio (valor D50) sobre D50 = 150 nm (dispersión ligera dinámica, 30 % en peso) 2. Viscosidad (5 rpm, 30 % en peso) ? = 100 m.Pas 3. Tixotropía del Ti < 2 4. Área superficial BET /g 5. Densidad apisonada TD = 100 a 160 g/1 6. pH original = 4.5 Estas propiedades fisicoquímicas son determinadas por medio de los métodos de medición siguientes: Tamaño de partícula Método de medición: La espectroscopia de la correlación del fotón (PCS, por sus siglas en inglés) es un método de luz dispersa dinámica con el cual las partículas en el rango de aproximadamente 5 nm a 5 µm pueden ser detectadas. Además para el diámetro de la partícula promedio, una distribución de tamaño de partícula también puede ser calculado como el resultado de la medida. Fuente de luz: láser de diodo de 650 nm Geometría 180° dispersión homodina Cantidad de muestra: 2 ml Calculo de la distribución de acuerdo con la teoría de Mié Procedimiento: 2 ml de dispersión (30% mol) son introducidos en una célula de medición, la sonda de temperatura es insertada y la medición es iniciada. La medición ocurre a temperatura ambiente. Viscosidad Método de la medición: Un reómetro programable para el análisis de las propiedades de flujo complejas equipado con ejes de rotación estándares está disponible. Velocidad de cizallamiento: 5 a 100 rpm temperatura de Medición: temperatura ambiente (23°C) Concentración de la dispersión de la: 30% mol Procedimiento: 500 ml de dispersión se introducen en un vaso de precipitados de vidrio de 600 ral y analizado a temperatura ambiente (registro estadístico de la temperatura por medio de una sonda de medición) a diferentes velocidades de cizallamiento. BET: de acuerdo con DIN 66131 Densidad apisonada: de acuerdo con DIN ISO 787/XI, K 5101/18 (no tamizada) pH: de acuerdo con DIN ISO 787/XI, ASTM D 1280, JIS K El dióxido de silicio preparado pirogénicamente que puede ser empleado de acuerdo con la invención puede ser preparado al mezclar un compuesto de silicio volátil, tal como, por ejemplo, tetracloruro de silicio o triclorometilsilano, con un gas que contiene oxígeno e hidrógeno y quemando esta mezcla de gas en una llama. El dióxido de silicio preparado pirogénicamente el cual puede ser empleado de acuerdo con la invención puede ser ventajosamente empleado en el proceso sol-gel de acuerdo con la invención en la forma de dispersiones en solventes acuosos y/o no acuosos. Puede ser empleado en forma ventajosa si los vidrios tienen una transparencia UV alta para ser producidos.

En el caso de los requerimientos de pureza particularmente alta del vidrio, un dióxido de silicio preparado pirogénicamente, altamente puro, el cual está caracterizado por un contenido de metales de menos de 9 ppm además puede ser empleado como el óxido de metales y/o metaloides. Se describe en la solicitud de patente DE 103 42 828.3 (030103 FH) . En una modalidad preferida de la invención, el dióxido de silicio altamente puro, preparado pirogénicamente puede ser caracterizado por el contenido siguiente de metales: Li ppb < = 10 Na ppb < = 80 K ppb < = 80 Mg ppb < = 20 Ca ppb < = 300 Fe ppb < = 800 Cu ppb < = 10 Ni ppb < = 800 Cr ppb < = 250 Mn ppb < = 20 Ti ppb < = 200 Al ppb < = 200 Zr ppb < = 600 V ppb < = 5 El contenido de metal total entonces puede ser 3,252 ppb (-3.2 ppm) o menos. En una modalidad adicional preferida de la invención, el dióxido de silicio preparado pirogénicamente altamente puro puede ser caracterizado por el contenido siguiente de metales: Li ppb < = 1 Na ppb < = 50 K ppb < = 50 Mg ppb < = 10 Ca ppb < = 90 1 Fe ppb < = 200 Cu ppb < = 3 Ni ppb < = 80 Cr ppb < = 40 Mn ppb < = 5 Ti ppb < = 150 Al ppb < = 350 Zr ppb < = 3 V ppb < = 1 El contenido de metal total entonces puede ser 1033 ppb (-1.03 ppm) o menos. La preparación del dióxido de silicio preparado pirogénicamente altamente puro, el cual puede ser empleado de acuerdo con la invención puede ser llevada a cabo al convertir el tetracloruro de silicio en dióxido de silicio por medio de hidrólisis de alta temperatura en una llama de una forma conocida y con el uso aquí de un tetracloruro de silicio el cual tiene un contenido de metal de menos de 30 ppb. En una modalidad preferida de la invención, puede ser empleado un tetracloruro de silicio el cual, además del tetracloruro de silicio, tiene el siguiente contenido de metales : Al menos de 1 ppb B menos de 3 ppb Ca menos de 5 ppb Co menos de 0.1 ppb Cr menos de 0.2 ppb Cu menos de 0.1 ppb Fe menos de 0.5 ppb K menos de 1 ppb Mg menos de 1 ppb Mn menos de 0.1 ppb Mo menos de 0.2 ppb Na menos de 1 ppb Ni menos de 0.2 ppb Ti menos de 0.5 ppb Zn menos de 1 ppb Zr menos de 0.5 ppb El tetracloruro de silicio que tiene este contenido de metal bajo puede ser preparado de acuerdo con la Patente DE 100 30 251 o de acuerdo con la Patente DE 100 30 252. El proceso principal para la preparación de dióxido de silicio pirogénico a partir del tetracloruro de silicio, el cual es reaccionado en una mezcla con hidrógeno y oxígeno, se conoce de Ullmanns Enzy lop die technischen Chemie, 4ta edición, volumen 21, página 464 et seq. (1982) . El contenido de metal del dióxido de silicio de acuerdo con la invención está en el rango de ppm y debajo (rango de ppb) . El dióxido de silicio preparado pirogénicamente el cual puede ser empleado de acuerdo con la invención es ventajosamente apropiado para la producción de vidrios especiales que tienen propiedades ópticas excepcionales. Los vidrios producidos por medio del dióxido de silicio de acuerdo con la invención tienen una adsorción particularmente baja en el rango de UV inferior. El dióxido de silicio preparado pirogénicamente altamente puro que puede ser empleado de acuerdo con la invención puede ser preparado, por ejemplo, por la vaporización de 500 kg/h de SiCl4 que tiene una composición de acuerdo con la tabla 1 a aproximadamente 90 °C y transferirlo en el tubo central de un quemador de construcción conocida. 190 Nm3/h de hidrógeno y 326 Nm3/h de aire que tiene un contenido de oxígeno de 35 % en vol. se introducen adicionalmente dentro de este tubo. Esta mezcla de gas es encendida y se quema en el tubo de la llama del quemador enfriado por agua. 15 Nm3/h de hidrógeno son introducidos adicionalmente dentro de una chaqueta de chorro que rodea el chorro central para evitar apelmazarse. 250 Nm3/h de aire de la composición normal por otra parte se introducen adicionalmente en el tubo de la llama. Después de que los gases de reacción se han enfriado, el polvo de dióxido de silicio pirogénico es separado fuera del ácido hidroclórico que contiene gases por medio de un filtro y/o un ciclón. El polvo de dióxido de silicio pirogénico es tratado con vapor de agua y aire en una unidad de desacidificación para liberarlo del ácido hidroclórico que se adhiere. Los contenidos de metal son reproducidos en la tabla 2 Tabla 1: Composición de SiCl4 Tabla 2: Contenidos de metal de los dióxidos de silicio (ppb) Un polvo de dióxido de silicio pirogénicamente preparado conocido de la Patente WO 2004/054929 que tiene - un área superficial de 30 a 90 m2/g, - un número DBP de 80 o menos, - un área agregada promedio de menos de 25,000 nm2, - una circunferencia agregada promedio de menos de 1,000 nm, por lo menos el 70% de los agregados que tienen una circunferencia de menos de 1,300 nm, adicionalmente puede ser utilizado de acuerdo con la invención como el óxido preparado pirogénicamente de un metal y/o un metaloide . En una modalidad preferida, el área superficial BET puede estar entre 35 y 75 m2/g. Los valores entre 40 y 60 m2/g pueden ser particularmente preferidos. El área superficial BET es determinada de acuerdo con DIN 66131. En una modalidad preferida, el número DBP puede estar entre 60 y 80. En la absorción DBP, se mide el consumo de energía, o la torsión (en Nm) , de las paletas que giran del aparato de medición del DBP en la adición de cantidades definidas de DBP, de una manera comparable a una titulación. Para el dióxido de silicio el cual puede ser empleado de acuerdo con la invención, un máximo pronunciado agudamente con una gota subsiguiente en una adición particular de DBP resulta aquí . En una modalidad preferida adicional, el polvo de dióxido de silicio que puede ser empleado de acuerdo con la invención puede tener un área agregada promedio de no más de 20,000 nm2. Un área agregada promedio de entre 15,000 y 20,000 nm2 puede ser particularmente preferida. El área agregada puede ser determinada, por ejemplo, por el análisis de imagen de las imágenes TEM. En el contexto de la invención, el agregado debe ser entendido como que significa partículas primarias de estructura y tamaño similares que se han fundido juntas, el área superficial de la cual es menor que la suma de la de las partículas primarias aisladas individuales. Las partículas primarias se entiende como que significan partículas que son inicialmente formadas en la reacción y pueden crecer juntas para formar los agregados en el curso adicional de la reacción. En una modalidad adicional preferida, el polvo de dióxido de silicio que puede ser empleado de acuerdo con la invención puede tener una circunferencia agregada promedio de menos de 1,000 nm. Una circunferencia agregada promedio de entre 600 y 1,000 nm puede ser particularmente preferida. La circunferencia agregada puede ser determinada igualmente por el análisis de imagen de las imágenes TEM. Una modalidad en la cual por lo menos el 80%, particularmente preferiblemente por lo menos el 90% de los agregados tienen una circunferencia de menos de 1,300 nm puede ser preferida. En una modalidad preferida, el polvo de dióxido de silicio que puede ser empleado de acuerdo con la invención puede asumir, en una dispersión acuosa, un grado de llenado de hasta 90 % en peso. El rango entre 20 y 40 % en peso puede ser particularmente preferido.

La determinación del grado máximo de llenado en una dispersión acuosa es llevada a cabo al incorporar el polvo en el agua en porciones por medio de un disolvente, sin la adición de aditivos adicionales. El grado máximo de llenado se logra cuando, a pesar de una salida del agitador increraentada, ningún polvo adicional se toma en la dispersión, en este caso el polvo permanece seco sobre la superficie de la dispersión, o la dispersión se convierte en sólido o la dispersión empieza a formar grumos . El polvo de dióxido de silicio que puede ser empleado de acuerdo con la invención puede además tener una viscosidad de menos de 100 mPas, basada en un 30 % en peso de la dispersión acuosa a una velocidad de cizallamiento de 5 revoluciones/minuto. En modalidades particularmente preferidas, la viscosidad puede ser menos de 50 mPas . El pH del polvo del dióxido de silicio que puede ser empleado de acuerdo con la invención, medido en un 4 por ciento de la dispersión acuosa, puede estar entre 3.8 y 5. El polvo del dióxido de silicio que puede ser empleado de acuerdo con la invención puede ser empleado en la forraa de una dispersión acuosa. La dispersión acuosa que puede ser empleada de acuerdo con la invención puede tener un contenido de polvo de dióxido silicio de entre de 5 y 80 % en peso. Las dispersiones que tienen un contenido de polvo de dióxido de silicio de entre 20 y 40 pueden ser particularmente preferidas. Estas dispersiones tienen una alta estabilidad con una estructura comparativamente baja. Una dispersión de aproximadamente 30 % en peso puede ser muy particularmente preferida. En una modalidad preferida, una dispersión acuosa que puede ser empleada de acuerdo con la invención con 30 % en peso de polvo de dióxido de silicio pueden tener una viscosidad la cual es menor de 150 mPas a una velocidad de cizallamiento de 50 rpm. El rango debajo de 80 mPas puede ser particularmente preferido. La dispersión acuosa que puede ser empleada de acuerdo con la invención puede tener preferiblemente un tamaño de partícula promedio de los agregados del polvo de dióxido de silicio que es menor de 200 nm. Para usos particulares, un valor de menos de 150 nm puede ser particularmente preferido. La dispersión que puede ser empleada de acuerdo con la invención puede ser estabilizada por la adición de bases o polímeros catiónicos o sales de aluminio o una mezcla de polímeros catiónicos y sales de aluminio o ácidos. Las bases que pueden ser empleadas son amonio, hidróxido de amonio, hidróxido de tetrametilamonio, aminas orgánicas primarias, secundarias o terciarias. b) Adición de alcóxido de metal y/o alcóxido de metaloide para la dispersión Cualquier alcóxido de metal deseado puede ser empleado como el alcóxido. En particular, TEOS (tetraetoxisilano, por sus siglas en inglés) puede ser empleado. Alcóxidos adicionales pueden ser: Dynasil 40 Opcionalmente la hidrólisis puede ser iniciada al tratar el etoxisilano con un ácido diluido, es formado un hidrolisato. La hidrólisis del alcóxido o del Dynasil 40 se hace preferiblemente en el rango entre 21 y 25°C y el pH entre 1.5 y 3, pero estos rangos pueden ser prolongados hasta las condiciones en donde la reacción de hidrólisis se logra en menos de 4 h para un volumen de aproximadamente 30 1 y no hay reacciones de policondensación laterales produciendo aglomerados de SiC02 oligomericos bastante grandes para obstruir una malla de 10 micrones. La relación molar de TEOS/agua debe ser suficiente para tener una reacción de hidrólisis completa en el caso del TEOS o para completar la formación final de ácido (poli) silícico en el caso de Dynasil 40. Varios ácidos pueden ser utilizados para activar la hidrólisis: Los ácidos inorgánicos como: HCl, HN03, H2S04 , HF que son conocidos en el estado previo de la técnica. Generalmente para los ácidos fuertes el pH es 2. Los ácidos orgánicos como: ácido cítrico, ácido malónico, ácido oxálico, ácido succínico (la reacción de hidrólisis para este último ácido necesita el uso de ultrasonido para proceder) . El ácido tartárico también fue utilizado pero la sal producida después de la titulación no es tan soluble y los cristales estaban presentes en el gel. El trabajo adicional mostró que esta dificultad puede ser superada. El uso de otros ácidos orgánicos no debe ser excluido. La ventaja de usar tales ácidos es que los geles que resultan se separan fácilmente de moldes de acero inoxidable. El hidrolisato puede ser pasado a través de un filtro. El filtro puede tener un diámetro de poro de 1 a 12 micrómetros, preferiblemente de 9 a 11 micrómetros. Después de la hidrólisis, el alcohol formado puede ser extraído de la solución acuosa (hidrolisato) bajo condiciones de presión reducida . c) Mezclado de los componentes para formar una sol coloidal homogénea El mezclado del alcóxido u opcionalmente del hidrolisato con el óxido de metales y/o metaloide preparado por la ruta pirogénica puede ser llevado a cabo inicialmente al introducir la suspensión o dispersión de óxido en el recipiente de mezclado y agregar el alcóxido o el hidrolisato con buen mezclado para conseguir un líquido dispersado homogéneamente y una suspensión coloidal estable capaz de ir a los pasos siguientes sin producir demasiadas aglomeraciones, preferiblemente no produciendo ninguna aglomeración en todo. La temperatura a la cual se lleva a cabo la adición del alcóxido al óxido puede ser 30°C, preferiblemente en el rango de 10 a 25°C. El dispositivo de mezclado puede ser preferiblemente un dispositivo del tipo Ultra Turrax, como resultado del cual las grietas en el gel son reducidas ventajosamente. Una sol coloidal es obtenida al mezclar el hidrolisato con el óxido preparado pirogénicamente del metal y/o metaloide. El mezclado del hidrolisato con el óxido preparado pirogénicamente de metales y/o metaloides preferiblemente debe ser llevado a cabo de forma que una dispersión homogénea o una sol homogénea sea obtenida. d) La extracción opcional del contenido grueso de la sol coloidal La centrifugación es llevada a cabo opcionalmente para: - obtener una sol más homogénea capaz de ofrecer un proceso de gelificación más homogéneo y un gel que tiene características mejores para los pasos siguientes - separar las partículas presentes en la sol que puede dar lugar a impurezas en el gel - eliminar los agregados que han sido producidos por la gelificación local activada por condiciones particulares de temperatura o concentración de sílice u otras razones, como las fluctuaciones físicas o químicas (policondensación lenta) , que ocurrieron durante los pasos anteriores del proceso. Las condiciones del tiempo de centrifugación y el campo de fuerza de centrifugación, deben ser tales que no más del 15% en peso del material es separado y preferiblemente no más del 5 % en peso. Esta sol coloidal puede contener partículas gruesas indeseables que pueden conducir a heterogeneidades en el cuerpo de vidrio. Estas heterogeneidades causan dificultades sobretodo si el vidrio es para ser utilizado para la producción de fibras que conducen luz. La extracción del contenido grueso de la sol coloidal puede ser llevada a cabo al centrifugar la sol coloidal. Las partículas que son más grandes o tienen una densidad más alta son separadas por centrifugación. El paso de centrifugación puede ser ventajoso si las muestras en blanco deben ser producidas para la producción de fibras ópticas de la sol coloidal. Después de la hidrólisis del alcóxido y/o después de la adición del óxido preparado por la ruta pirogénica, el alcohol formado durante la hidrólisis del alcóxido, tal como, por ejemplo, etanol, puede ser evaporado fuera de la solución o de la mezcla. La evaporación de etanol se hace para alcanzar condiciones de gelificación que producen un gel que tiene propiedades deseables para el resto del proceso, como intercambio de solvente más rápido. La evaporación se hace de una manera tal que durante esta no haya una aceleración de la reacción de policondensación. Si se realiza en un evaporador que gira, el vacío debe ser no tan alto tal como para producir ebullición la cual puede producir líquido en las zonas en donde el evaporador no puede actuar más en ellas y no tan bajo para ser no práctico para los propósitos de la evaporación. Como una primera indicación la evaporación puede ser realizada hasta cuando la concentración de alcohol (etanol) en la solución es debajo de 10% por peso, siempre que la concentración de sílice en la solución permanezca suficientemente baja de forma que ningunos obstáculos o aglomerados sean espontáneamente formados en la solución bajo evaporación. La evaporación adicional puede ser realizada, a condición de que si hay una formación de agregados en la forma de obstáculos o escamas, pueden ser eliminados por filtración o centrifugación. e) Gelificación de la sol coloidal que resulta en un molde . La activación de la gelificación puede ser realizada al aumentar la temperatura o aumentar el pH. Las temperaturas y el pH que serán alcanzados son elegidos así para cambiar la parte real de la función de la respuesta viscoelástica de la sol gel, medida con un reómetro oscilatorio, desde abajo de por lo menos 10"2 Pa, a valores por arriba de 500 Pa y preferiblemente por arriba de 10000 Pa en un período de tiempo entre algunos minutos y no más de 20 horas, en donde la muestra que resulta puede ser considerada un gel. La gelificación de la sol coloidal puede ser iniciada por una cambio en el pH. El pH puede cambiar aquí por la adición de una base . En una modalidad preferida de la invención, la solución de amonio acuosa puede ser agregada a la sol coloidal . La adición puede ser llevada a cabo gota a gota. Esta puede ser terminada cuando se alcanza un pH de 4 ± 0.3. La base puede ser agregada con agitación constante, las heterogeneidades locales en la distribución de la base en la sol coloidal son evitadas . Las heterogeneidades en la distribución de la base pueden tener el efecto localmente de la gelificación demasiado severa, y por lo tanto el deterioro de la homogeneidad de la sol o gel . Por lo tanto esto puede ser ventajoso si la concentración local del ácido en la adición de la base no dura bastante tiempo para generar la gelificación local. En una modalidad preferida de la invención, la urotropina (hexametilenotetramina) puede ser empleada como la base. Una temperatura de 25 ± 1 °C puede ser mantenida en la sol coloidal durante la adición de la base. Si los parámetros de la adición de la base son mantenidos, una fase de gelificación de varias horas puede ser establecida. Esta fase de gelificación puede ser necesaria para prevenir la condensación prematura de la sol fuera del molde.

Durante la fase de gelificación inducida por una base, la sol coloidal puede ser introducida en un molde que determina la forma final del monolito. Una temperatura de 25 ± 2 °C puede ser mantenida durante el llenado del molde. Además, el llenado debe ser efectuado de forma que no se forme ninguna burbuja. El molde mismo puede ser producido de los politetrafluoroetilenos, polietilenos, policarbonatos, metacrilatos de polimetilo o cloruro de polivinilo. Un material poroso elegido del grupo que consiste de grafito, carburo de silicio, carburo de titanio, carburo de tungsteno y mezclas de los mismos pueden ser utilizadas, si se desea el secado para el xerogel. Materiales adicionales pueden ser: varios plásticos, vidrio, metal, fibra de vidrio, metal revestido, cerámica y madera. El plástico puede ser: poliestireno, polipropileno, polimetilpentano, plásticos que contienen flúor, tales como, por ejemplo, TEFLON®, y caucho de silicona. La superficie del molde debe ser lisa. Si el molde es producido del vidrio, es recomendable tratar la superficie de vidrio con un agente de tratamiento, tal como, por ejemplo, alcohol o un ácido orgánico de cadena larga. El ácido undecanoico, por ejemplo, puede ser empleado como el ácido orgánico de cadena larga. Estos agentes de tratamiento pueden ser diluidos en una mezcla con acetona, etanol u otros agentes probados. f) Reemplazo opcional del agua contenida en el acuagel que resulta por un solvente orgánico. El reemplazo del agua en la sol gelificada es necesario debido a que el agua tiene un punto crítico demasiado alto. A la temperatura de la fase de secado, el agua puede ser agresiva tanto hacia el acero inoxidable como hacia la estructura de Si02 de la sol. Durante el reemplazo del agua con un solvente, el solvente puede ser agregado por un proceso de intercambio, el proceso de intercambio es terminado, cuando el agua dentro de la sol/gel se ha reducido totalmente a un nivel de ningún daño para el gel en la fase de secado. Los solventes que pueden ser utilizados son cetonas, alcoholes, acetatos y alcanos. Esto puede ser ventajoso si se utiliza un solvente que es miscible con agua. La acetona en particular puede ser preferiblemente utilizada. Esto puede ser ventajoso si el reemplazo del agua contenida en el aerogel por un solvente orgánico es llevado a cabo a un pH de aproximadamente 4. Esto significa, enjuagar los oligomeros de Si02 que todavía no se han condensado completamente y puede ser prevenida una contracción demasiado severa. Una modalidad de la invención puede comenzar con una concentración baja de acetona en una mezcla de agua y acetona.

El contenido de acetona no debe exceder el 30%. El contenido de agua de la mezcla de agua y acetona no debe tender súbitamente hacia cero durante el proceso de reemplazo. Sin embargo, tan pronto como el contenido de agua de la mezcla de acetona/agua que sale es menor que aproximadamente 2%, el reemplazo puede ser continuado con la acetona anhidra. El proceso para el reemplazo del agua por acetona puede ser llevado a cabo en recipientes individuales. Esto también es posible para colocar varios recipientes en serie en un arreglo y para pasar la mezcla de agua y acetona sucesivamente a través de los recipientes conectados. En otra modalidad del procedimiento es preferible tener un primer flujo de agua al mismo pH y temperatura en el gel como el que es utilizado para provocar la gelificación. Entonces el pH del agua de lavado se lleva lentamente a 7. Este procedimiento opcional se hace para extraer las sales del agua integrada en el gel que puede causar, si no se extrae, centros de nucleación durante la consolidación que dan lugar a la cristalización y en consecuencia material no homogéneo u otros compuestos que pueden dar origen a impurezas en el vidrio final. El proceso actual inicia al intercambiar el agua con una solución de acetona/agua de la cual se mantiene la concentración que incrementa con el tiempo. Las formas de realizar el intercambio de solvente pueden ser clasificadas en dos familias. Los procedimientos se detienen cuando se alcanza una concentración específica de agua y no cambian significativamente después de un período de reposo. Existen varios procedimientos de intercambio que pueden ser realizados, en este caso un flujo continuo o un procedimiento de llenado-vaciado. A. Flujo continuo Un flujo continuo de solvente lava el gel. La velocidad del flujo es una función de la forma y tamaño. La concentración de acetona en el flujo aumenta con el tiempo. Usualmente muchas muestras están conectadas en serie. El valor de flujo es elegido en función del tamaño y forma de la muestra. Los criterios son que el flujo debe ser no tan pequeño para durar un tiempo muy largo haciendo el procedimiento impráctico pero no tan rápido como para consumir mucho solvente. En la práctica el flujo puede ser iniciado desde pocos ml/h y aumentar hasta decenas o centenares de ml/min si la concentración de agua en el lado de la salida, después de tener el flujo "lavado" la muestra (s) es incrementada. La temperatura no debe ser demasiado alta como para inducir la formación excesiva de gas en el solvente y especialmente en los poros y no tan bajo como para retrasar el proceso de transporte del solvente. En la práctica el rango de temperatura es elegido por un procedimiento que inicia con la temperatura ambiente y es optimizado al incrementarla cuando la velocidad de cambio en la concentración de agua disminuye por una orden de la magnitud o más . Esto ocurre en las f ses posteriores del proceso cuando la concentración de agua está debajo de por lo menos 50% en volumen. B . Llenado-Vaciado de Fluido Los recipientes en donde las muestras son contenidas se llenan con solvente a una concentración de acetona dada, dejados ahí y después se vacían bajo una atmósfera saturada. Los recipientes entonces son rellenados con otra solución a una concentración más alta de acetona. Este procedimiento se repite varias veces . Los criterios para elegir la frecuencia de los cambios son dados por el hecho de que es conveniente hacer pocos cambios frecuentes pero la diferencia en la concentración entre el baño nuevo y la medida de la concentración de la acetona real tiene que ser tan alta como sea posible. Esto tiene que ser compatible con el hecho de que una diferencia demasiado alta puede inducir tensiones que pueden dañar el gel. En la práctica una diferencia de 20% es apropiada pero incluso el 40% puede ser admitido. Los criterios para elegir la temperatura de operación son similares a los que están descritos en la sección anterior. C. Señal de detención - contenido de agua El procedimiento generalmente seguido prevee que la concentración de agua que permanece en el gel antes de ir al paso de secado debe ser cerca del 0.5% para evitar el agrietado del gel. Se ha observado sin embargo que algunas muestras grandes (los tubos de gel de 160 milímetros de diámetro) no se agrietan incluso para las concentraciones de agua en el rango de 2-4%. Una experimentación significativa y sistemática sobre este resultado todavía debe ser realizada. Tiene que ser expresado que aproximadamente 1/3 del tiempo de intercambio de solvente es consumido en bajar la concentración de agua desde un % bajo al punto fijo de 0.5%. Además, se ha observado que la distribución de la concentración de agua dentro del gel puede ser totalmente carente de homogeneidad (aproximadamente de un orden de diferencia de magnitud entre la concentración medida en la superficie y en la parte interna del cuerpo del gel, dependiendo del tamaño de la muestra y el procedimiento particular) . Los resultados muestran que teniendo una distribución más homogénea puede ser tan importante como tener un nivel bajo de agua. Así en las muestras de práctica con altas concentraciones de agua del 4% o superior en el gel pueden ser apropiadas para ir al paso de secado si se deja suficiente tiempo para permitir una homogeneización de la concentración de agua dentro de la muestra. Para alcanzar esto puede no haber necesidad de fluir. Los criterios para elegir la temperatura de operación son similares a los que están descritos en la sección anterior.

En una modalidad preferida de la invención, un paso de purificación puede ser llevado a cabo entre los recipientes individuales para extraer cualquier partícula de gel/sol presente en la mezcla de agua y acetona. Este paso de purificación puede ser llevado a cabo por medio de un filtro. g) Secado del acuagel El secado del acuagel obtenido puede ser llevado a cabo en una autoclave. Las condiciones de secado, tales como presión y temperatura, pueden ser ajustadas a valores supercríticos o críticos-inferiores. Este objetivo del procedimiento es secar el gel sin introducir/aumentar la tensión en el gel que puede dar origen a las grietas o fracturas en este o los siguientes pasos en el gel seco o en el vidrio. Las muestras son introducidas en un recipiente cerrado que puede soportar presión y/o temperatura, generalmente una autoclave. Eventualmente una cantidad dada de solvente de la misma naturaleza como la que está presente en los poros de gel se agrega en el recipiente. La cantidad se elige para conseguir la presión deseada dentro del recipiente cerrado cuando la temperatura máxima de la operación es alcanzada. La presión primero es aumentada al introducir un gas químicamente inerte. El nitrógeno es utilizado por razones económicas. La presión a ser alcanzada es una función de la presión total máxima deseada, la cual puede estar arriba o debajo de la presión crítica del solvente en el gel. Esta tiene que estar suficiente arriba para obtener un gel integro sin grietas en el final del proceso. El valor se toma generalmente para ser bajo para varias decenas de barras y en cualquier caso está debajo de la presión crítica del solvente en el gel. Una vez que la presión se ha incrementado la temperatura es elevada incluso hasta valores sobre el punto de ebullición del solvente incrustado en el gel para la presión presente en el recipiente. Esto se recomienda para alcanzar temperaturas en el rango de la temperatura crítica del solvente en el gel pero también se ha mostrado que si las condiciones del gel mojado original: - homogeneidad de la concentración de agua - concentración de agua residual en el gel - tensión baja en el gel mojado - resistencia de la red de sílice de gel mojado son apropiadas para ser alcanzadas la temperatura puede ser varios grados K más bajo que la crítica y aún el gel seco que resulta no es agrietado. Entonces la muestra se deja por algunos minutos en aquellas condiciones termodinámicas y después la presión es liberada. El velocidad de liberación es elegida para ser rápidamente suficiente para reducir el tiempo de proceso total pero no tan rápida como para agrietar el gel debido a los gradientes de presión demasiado fuertes dentro del gel seco (aerogel) . Las condiciones utilizadas actualmente se indican esquemáticamente en el siguiente Atmósfera de N2 Incremento de temperatura generalmente ». a 5 °C/h hasta por lo menos 225°C pero generalmente hasta 250°C. La presión arriba de 45 bar alcanzada es generalmente 58 bar. Se ha observado que también el secado puede ser realizado a 30 bar (ver solicitud NO2003A000001. La presión es liberada a 5 bar/h.

Se ha observado que el solvente en el gel mojado experimenta reacciones químicas en la autoclave que producen fracciones orgánicas de peso molecular alto (una brea negra/marrón) las cuales también pueden permanecer dentro del gel seco. Esto es conveniente para minimizar la cantidad de tales fracciones para reducir la cantidad de calcinaciones que serán realizadas y la cantidad de energía liberada por tal reacción dentro del horno y la cantidad de gas (CO, C02, H20) producido en el siguiente tratamiento de calor durante la calcinación. Se ha observado que reducir la temperatura máxima alcanzada a abajo de 250°C por varios °C puede reducir significativamente tales fracciones. Después de que la presión es reducida a presión atmosférica se aplica vacío para retirar tanto gas orgánico adsorbido (solvente residual y productos de reacción eventuales formados en la autoclave durante el ciclo anterior) como sea posible, siguiendo por lavado de Nitrógeno. Este procedimiento de lavado es repetido varias veces. Los procedimientos más rápidos con índices caloríficos de mas de 20°C/h y la duración total de 14 h también se han aplicado pero no suficientes estadísticas para concluir sobre los rendimientos. El gel seco es llamado aerogel. h) Tratamiento térmico de aerogel seco El proceso se divide usualmente en tres etapas . 1. Calcinación en la atmósfera que contiene oxígeno. La muestra es colocada en el horno. Se aplica un vacío seguido por una atmósfera de oxígeno. La temperatura es elevada hasta 800°C a una velocidad bastante lenta para evitar la generación excesiva de gas debido a los productos combustibles los cuales pueden causar presión dentro del gel/aerogel con la consecuencia del aerogel. Varios ciclos de vacío/oxígeno son aplicados . 2. Deshidratación/purificación. Realizada en una atmósfera que contiene cloro a 800°C (HCl o/y S0C12 usando He como gas portador en una concentración de He: HCl de aproximadamente 10:1) . Este ciclo dura varios días para los tubos más grandes de vidrio de 80 mm. 3. Consolidación. Realizado en He más una cantidad eventualmente ligera de oxígeno arriba de 1300°C y abajo de 1450°C. Estos procesos se realizan con el uso de vacío durante el tratamiento de calor, de acuerdo con lo descrito en la solicitud de patente NO2001A000006, para evitar (disminuir) la formación de burbujas en los cuerpos de vidrio, particularmente burbujas de temperatura alta durante el estiramiento de fibras ópticas. Además el proceso puede ser realizado como sigue: Un vacío se crea en el horno en donde se coloca la muestra. Después a temperatura ambiente se introduce una atmósfera mezclada 02/HCl. Las proporciones son elegidas para ser primero suficientemente ricas en oxígeno para comenzar las calcinaciones de los orgánicos, pero al mismo tiempo para tener HCl introducido en los poros de aerogel desde el principio. Después la temperatura se incrementa en varios pasos a temperaturas debajo de 800°C, aplicando vacío a esas temperaturas intermedias y después introduciendo la atmósfera mezclada 02/HCl con el aumento de la concentración de HCl. Finalmente cuando la temperatura alcanza aproximadamente 800°C la atmósfera es HCl puro. La duración total del ciclo hasta este punto es de pocas a varias horas, dependiendo del tamaño de la muestra y del índice calorífico del horno. Si la cámara del horno, en donde el Aerogel es tratado con calor, tiene zonas frías u otras zonas, en donde H20 está presente, es introducida una sustancia que reacciona con agua produciendo un gas que no condensa a temperaturas bajas, como S0C12. En este último caso la temperatura se reduce abajo de 600°C y preferiblemente abajo de 450°C para evitar la ocurrencia de reacciones indeseadas. La cámara del horno se limpia otra vez con vacío y después la temperatura se incrementa hasta sobre 1300°C en la atmósfera de He más opcionalmente oxígeno para consolidar el aerogel al vidrio. La duración total de este ciclo está entre 21 a 28 horas dependiendo del tamaño de la muestra (la más grande, la más extensa) y sobre las características del horno. Al mejorar las características del horno como tiempos de enfriamiento abajo/calentamiento arriba y reduciendo las zonas frías, en donde el agua puede condensar, la duración total puede ser adicionalmente reducida. Los procedimientos anteriores pueden ser adicionalmente modificados para alcanzar algunas variaciones de características en las propiedades del vidrio. Se ha observado que el uso de oxígeno a 800°C antes del calentamiento hasta alcanzar la consolidación y/o el uso de una atmósfera de He/02 durante la consolidación puede dar variaciones para las propiedades del material incluyendo: una viscosidad más alta un índice de refracción más bajo un comportamiento mejor durante el estiramiento Los resultados muestran que el uso de S0C1 como un agente de cloración a 800°C puede dar un material de vidrio con menos dispersión de luz. El tratamiento térmico del aerogel seco es llevado a cabo para producir un cuerpo de vidrio sinterizado del objeto del aerogel poroso. El tratamiento térmico puede comprender los cuatro pasos siguientes: A. extracción de los contenidos de solvente residual los cuales se adhieren al aerogel por medio de calcinación, B. purificación del aerogel, C. consolidación del aerogel para obtener un cuerpo de vidrio, D. enfriamiento del cuerpo de vidrio. El tratamiento térmico puede ser llevado a cabo bajo una atmósfera de gas separado, esto es posible para la atmósfera de gas para ayudar el propósito particular de los pasos del tratamiento térmico. La calcinación de acuerdo con el paso A) , el cual es previsto para servir para extraer los solventes orgánicos, puede ser llevado a cabo bajo una atmósfera de oxígeno a una temperatura de 550°C hasta 800°C. Este paso de calcinación puede ser terminado cuando no se detecta ninguna evolución adicional del CO o C02. La purificación del aerogel de acuerdo con el paso B) puede ocurrir con el uso de un agente de cloración. De esta forma, por ejemplo, HCl, Cl2, S0C12 y otros pueden ser utilizados como el agente de cloración. Si es apropiado, un gas noble, tal como, por ejemplo, el helio, puede ser utilizado adicionalmente como gas portador. Si es apropiado, si el cuerpo de vidrio a ser producido debe tener una transparencia IR, la deshidratación completa del aerogel puede ser alcanzada al llevar a cabo la purificación en una atmósfera anhidra. En una modalidad preferida de la invención, la purificación puede ser llevada a cabo por medio de S0C12 a una temperatura de 200 hasta 600 °C. Una pureza más extensa del vidrio y una transparencia más alta, en particular en el rango UV, puede ser obtenido si un dióxido de silicio preparado pirogénicamente Aerosil® VP EG-50 es utilizado como la sustancia de partida. La consolidación del aerogel de acuerdo con el paso C) para obtener un cuerpo de vidrio puede ser llevado a cabo bajo una atmósfera de gas noble, con, por ejemplo, helio en una mezcla con oxígeno, esto es posible para que la concentración de oxígeno sea de 2 a 5%. La consolidación puede ser llevada a cabo a una temperatura de 600 a 1,400°C. Durante la fase de calentamiento, el vacío puede ser aplicado para extraer cualquier burbuja contenida en el aerogel. Esta fase de calentamiento es particularmente apropiada en el rango de temperatura desde 600 hasta 800°C. La fase de consolidación real puede ser iniciada con el calentamiento desde 600 hasta 800°C a una temperatura de 1,300 hasta 1,400°C, esto entonces es posible para este rango de temperatura para ser conservada por un período suficiente de tiempo. El enfriamiento del cuerpo de vidrio que resulta de acuerdo con el paso D) puede ser llevado a cabo a una velocidad de hasta 5°C/minuto, preferiblemente de 4 a l°C/minuto, en el rango desde 1,400 hasta 900°C. Ejemplos : Ejemplo 1 A 14.3 1 de HCl 0.01 N se agrega bajo agitación vigorosa usando un mezclador Ultra-Turrax 3.81 kg de polvo de sílice coloidal (Aerosil OX 50 de Degussa AG) preparado de tetracloruro de silicio por oxidación a temperaturas altas. Esta dispersión se transfiere a un reactor en donde bajo agitación vigorosa se agregan 7.12 1 de tetraetilortosilicato (TEOS) . Después de aproximadamente 60 minutos se agrega a esta dispersión una solución de hidróxido de amonio 0.1 N gota a gota bajo agitación, hasta que un pH de aproximadamente 5 es alcanzado.

Esta solución coloidal se vierte en varios recipientes cilindricos de vidrio con un diámetro de 8 cm y se llenan hasta una altura de 50 cm, los cuales después se cierran. Después de aproximadamente 12 horas el lavado en agua comienza. Después de varios lavados el gel, que es obtenido, es lavado con una mezcla de aproximadamente 10 % en peso de acetona en agua. Posteriormente la concentración de acetona en las mezclas siguientes utilizada para lavar es gradualmente lavaba elevada hasta acetona anhidra que es utilizada para los lavados finales. Las muestras entonces se secan en una autoclave a una temperatura de 250°C y 59 bar. La autoclave entonces es presurizada con nitrógeno a temperatura ambiente hasta la presión de 50 bar. El calentamiento de la autoclave es iniciado, hasta que se alcanza la temperatura de 250°C. Con el aumento de los valores de temperatura, la presión dentro de la autoclave aumenta hasta 60 bar, y tal valor de presión se mantiene constante al actuar en las válvulas de ventilación. Con la temperatura que aún se mantiene constante a 250°C, al actuar en la válvula de ventilación, la presión dentro de la autoclave entonces es producida para disminuir a presión ambiental, a la velocidad de 4 bar/hora. El solvente contenido dentro de la autoclave es de esta forma extraído. Los últimos rastros de tal solvente son extraídos al lavar la autoclave con una corriente lenta de nitrógeno por aproximadamente 15 minutos y/o usando vacío. Se obtiene un gel seco, llamado aerogel, que es calcinado a una temperatura de 800 °C en una atmósfera oxidante. Durante el calentamiento, los productos orgánicos residuales que vienen del tratamiento en la autoclave se queman . El disco de aerogel de sílice, después de la calcinación, se sujeta a una corriente de helio que contiene 2% de cloro, a una temperatura de 800°C y por una duración de 30 minutos para extraer los grupos silanolicos presentes; el disco de aerogel finalmente se calienta en una atmósfera de helio a una temperatura de 1400°C por una hora de duración de forma que el silicio alcance la densificación completa. Después de enfriarse, el disco alcanza las dimensiones finales deseadas (diámetro de 2.5 cm y altura de 1.0 cm) , manteniendo una proporción homotética con la forma del aerogel inicial determinado por el molde inicial. El material densificado tiene las características fisicoquímicas del vidrio de sílice. Ejemplo 2 A 10.9 1 de HCl 0.01 N se agregan bajo agitación vigorosa en un reactor, 10.62 1 de dispersión de sílice coloidal, 30% en peso de agua y 7.12 1 de tetraetilortosilicato (TEOS) . Después de aproximadamente 60 minutos la dispersión es introducida en un evaporador que gira de capacidad suficiente.

La evaporación dura hasta que aproximadamente 9.82 1 de una mezcla de agua y etanol de la solución se retiran. A esta dispersión una solución de hidróxido de amonio 0.1 N se agrega gota a gota bajo agitación, hasta que un pH de aproximadamente 4 es alcanzado. Esta solución coloidal se vierte en recipientes cilindricos de vidrio con un diámetro de 16 cm y se llena hasta una altura de 100 cm, los cuales entonces se cierran. El procedimiento de secado-lavado es realizado como en el ejemplo 1. Entonces se obtiene un aerogel. Ejemplo 3 A 27 1 de HCl 0.01 N se agregan bajo agitación fuerte usando un mezclador Ultra-Turrax, 5.19 kg de polvo de sílice coloidal (Aerosil OX 50 de Degussa AG) preparado del tetracloruro de silicio por oxidación a temperaturas altas. A esta dispersión y bajo agitación vigorosa se agregan 9.71 1 de tetraetilortosilicato (TEOS) . Después de aproximadamente 60 minutos la dispersión se introduce en un evaporador que gira de capacidad suficiente. La evaporación dura hasta que aproximadamente 12.77 1 de una mezcla de agua y etanol de la solución se retiran. A esta dispersión una solución de hidróxido de amonio 0.1 N se agrega gota a gota bajo agitación, hasta que un pH de aproximadamente 4 es alcanzado .

Esta solución coloidal se vierte en un envase cilindrico de vidrio con un diámetro de 16 centímetros y una altura de 100 centímetros, los cuales entonces se cierran. Después de aproximadamente 12 horas se inició el lavado con las soluciones de acetona en agua. Inicialmente una solución de acetona: agua (1:10 en peso) se hace fluir a 10 ml/min a través de las muestras. La concentración de la acetona se incrementa gradualmente hasta cuando es necesario retirar el agua adicional. El flujo de la solución de acetona es alternado con períodos sin fluir. Este tratamiento se paró cuando la concentración de agua en el flujo hacia fuera de la muestra estaba constantemente debajo de 0,3% en peso. Las muestras entonces se introducen en un recipiente cerrado, una autoclave, que puede soportar presiones por lo menos 60 bar y puede ir a temperaturas de por lo menos 260°C. La autoclave entonces se presuriza con nitrógeno a temperatura ambiente hasta la presión de 50 bar. El calentamiento de la autoclave entonces se inicia, hasta que se alcanza la temperatura de 260°C. Con el aumento de los valores de la temperatura, la presión dentro de la autoclave incremenó hasta 60 bar, y tal valor de presión se mantiene constante al actuar sobre las válvulas de ventilación. Con la temperatura que aún se mantiene constante a 260°C, al actuar sobre la válvula de ventilación, la presión dentro de la autoclave entonces es motivada a disminuir hasta presión ambiental, a la velocidad de 15 bar/hora. El solvente contenido dentro de la autoclave es de esta forma extraído. Los últimos rastros de tal solvente son extraídos al lavar la autoclave con una corriente lenta de nitrógeno por aproximadamente 15 minutos y usando vacío en alternancia con el nitrógeno que se lava por pocas veces . Entonces se obtiene un aerogel. Ejemplo 4 Los aerogeles obtenidos de acuerdo con lo descrito en el ejemplo 2 se calientan gradualmente en el aire hasta la temperatura de 400°C a la velocidad de calentamiento de 2°C/minuto, y se mantienen a la temperatura de 400°C por algunas horas. Después se aplica vacío y después se introduce oxígeno puro. El horno es calentado adicionalmente hasta 800°C. A tal temperatura se aplica vacío seguido por la introducción de oxígeno. Este último procedimiento se repite algunas veces . He: HCl en una proporción 10:1 en volumen se hace fluir en el horno, mientras que la temperatura se mantiene a 800°C, después de algunas horas el flujo se para y después se aplica vacío. Después de que el último procedimiento se aplica varias veces, se aplica un flujo de He y la temperatura se incrementa en 2 °C /min hasta 1380 °C. Tal tratamiento térmico causa la sinterización del aerogel y produce cuerpos transparentes, como cuerpos de vidrio de 2,2 g/cm3 de densidad y tiene características análogas a las del sílice fundido. Ejemplo 5 El aerogel obtenido de acuerdo con lo descrito en el ejemplo 3 se calienta gradualmente en un horno cerrado hasta la temperatura de 300°C a la velocidad de calentamiento de 2 °C/minute, mientras que una mezcla de 02 y un HCl es colada en el horno. Después se aplica vacío. La temperatura se eleva otra vez en varios pasos hasta 800°C, en cada paso se aplica vacío y la concentración de HCl se aumenta hasta cuando la muestra está en una atmósfera de HCl puro. El horno se deja para bajar su temperatura hasta aproximadamente 400°C. A tal temperatura de vacío se aplica un flujo de He que lleva S0C12. Una cantidad de S0C12 de la orden de 200 g se introduce en esta forma en el horno. La temperatura es incrementada otra vez en una atmósfera de He hasta 800°C en donde varios ciclos de vacío seguidos otra vez por el llenado del horno con He y por lo menos se repite una vez con el 02. Después se aplica un flujo de He y la temperatura se incrementa en 2°C/min hasta 1390°C. Las muestras se dejan a 1390°C por 10 minutos y después la temperatura del horno se baja inicialmente en un rango de 2°C y debajo de 1300°C en rangos más rápidos .

Tal tratamiento térmico causa la sinterización del aerogel y produce cuerpos transparentes, como cuerpos de vidrio de 2,2 g/cm3 de densidad y tiene características a las de sílice fundido. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por el solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones :

1.- El proceso para la producción de monolitos, en particular de vidrio, por medio del proceso sol-gel invertido, caracterizado porque comprende los siguientes pasos: a) Dispersión de un óxido preparado pirogénicamante de un metal y/o un metaloide para formar una dispersión acuosa o que contiene agua. b) Adición del alcóxido de metal y/o alcóxido de metaloide para la dispersión, la cual es hidrolizada opcionalmente por medio de agua antes de la adición. c) Mezclado de los componentes para formar una sol coloidal homogénea. d) extracción opcional del contenido grueso de la sol coloidal . e) Gelificación de la sol coloidal en un molde. f) Reemplazo del agua contenida en el aerogel por un solvente orgánico. g) Secado del aerogel. h) Tratamiento térmico del gel seco.