MXPA99008931A - Aerogeles basados en poliisocianato - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere:Un proceso para elaborar aerogeles basados en poliisocianato por trimerización de un poliisocianato orgánico en un solvente orgánico, en presencia de un (co)polímero que contiene un grupo isocianato-reactivo, gelificación, (solidificación por enfriamiento) y secado supercrítico del sol-gel obtenido.

Description

AEROGELES BASADOS EN POLI I SOCIANATO DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con aerogales basados en poliisocianatos y con los métodos para su preparación. Los aerogeles son una clase única de espumas de celda abierta de bajá densidad y de tamaño de celda ultrafino. Los aerogeles presentan una porosidad continua y su mi c r oe s t r uc t ur a con tamaños de poro por debajo del paso libre de aire promedio (tamaños de poro en el rango de nanómetros) es la responsable de sus propiedades térmicas poco c o une s . Las siguientes referencias permiten una comprensión mas profunda de la textura y terminología de los aerogeles D. Schaefer, "Structure of me sopor ous aerogeles" MRS Bulletin. April 1994, p. 49-53 R . Pekala. D.A. Schaefer, "Structure of organic aerogels. 1. Morphology and Scaling", Macr omolecul es 1993, 26, p. 5487-5993; . Eoret. A. Chougrani, R. Vacker. J. Pelous, "From colloidal-silica solé to aerogeles and xerogels", Journal de Physique IV. Collogue C2, Supple ent au Journal de Physique III, Volumen 2, octubre de 1992, p. 135-139; R. . 2e.Ka a, C.T. Alviso, "Carbón aerogels and xerogels", Mat . Res. Soc. Symp. Proc. Vol. 270. 1992, p. 9; Journal of Non Crystalline Solids, Vol. 186, 2 de junio 1995, Capitulo L . Los aerogeles orgánicos basados en la química de los poliisocianatos se describen en las publicaciones WO 95/03358, WO 96/36654 y WO 96/37539. Se preparan mezclando un poliisocianato y un catalizador en un solvente adecuado y manteniendo dicha mezcla en estado quiescente o de reposo durante un periodo suficientemente prolongado como para formar un gel polimérico. A continuación se seca de forma supercrítica el gel así formado. Durante el proceso de secado rápido s up e r c í t i co , el gel se encoge sustancialmente lo cual conduce a un aumento en la densidad del aerogel obtenido . Por lo tanto uno de los objetivos de la presente invención es proveer un método para preparar aerogeles orgánicos basados en poliisocianato de baja densidad. Por consiguiente, la presente invención provee un método para preparar un aerogel orgánico basado en poliisocianato que comprende los pasos de a) mezclar un poliisocianato orgánico y un catalizador de la tr ime r i z ac i ón de isocianato y opcionalmente un i s oc i ana t o- r eac t i vo po 1 i f une i ona 1 en un solvente adecuado, b) mantener dicha mezcla en un estado quiescente o de reposo durante un periodo de tiempo suficiente como para formar un gel polimérico y c) secar de forma supercrítica el gel obtenido, en el cual se mezcla un (co) polímero que contiene por lo menos un grupo i s oc i ana t o - r eac t i vo con los otros ingredientes en el paso a) . El grupo i soci ana t o - reactivo presente en el copolímero es un grupo OH, COOH, NH2 o NHR, se prefiere que sea un grupo OH. Los monómeros cons i uyen es puede ser derivado de cualquier compuesto etilénicamente insaturado; se prefieren los estírenos, el ácido a c r í 1 Le o y los derivados éster del ácido acrílico como los esteres de me t i lacr i la to , esteres de h i dr oxi a cr il a t o s y esteres de acrilatos parcialmente f 1 uo rado s . El (co)polímero que se puede utilizar en la presente invención posee un valor de OH entre 30 y 800 mg KOH/g, con preferencia entre 10O y 500 mg KOH/g, y una temperatura de transición vitrea entre -50 y 150 °C, con preferencia entre 0 y 80 °C. El peso molecular del (co) polímero se encuentra preferentemente entre 500 y 10.000, con mayor preferencia entre 4000 y 6000. Los ( co ) po 1 ime r o s preferidos para la presente invención son los copolímeros de estireno e h i dr oxiacr i 1 a t o , y optativamente también acrilato. Dichos copolímeros se encuentran disponibles comercialmente, por ejemplo, como Reactol 180, Reactol 255 y Reactol 100 (todos de Laster I ternational) . Los ( co ) po 1 ime r o s preferidos para la presente invención son los copolímeros de estireno e hi dr oxiacr ilat o , y optativamente también acrilato. La cantidad de ( co ) p o 1 íme r o s que se emplean en el presente proceso es tal que la relación entre los grupos funcionales en el poliisocianato (NCO) y en el (co)polímero (OH) se encuentra entre 1:1 y :1, con preferencia entre 3:1 y 7:1. El uso de los ( co ) po 1 ime r o s anteriores en el proceso de preparación permite obtener bloques de aerogel monolítico que poseen densidades menores que los aerogeles de poliisocianato del arte anterior. Las densidades de los aerogeles obtenidos mediante el uso del proceso de la presente invención se encuentran en general en el rango de 1 a 1000 kg/m , con mayor preferencia en el rango de 10 a 800 kg/m3 y con mayor preferencia aún en el rango de 20 a 400 kg/m3 o aún de 30 a 300 kg/m3 o aún de 50 a 150 kg/m3. Los aerogeles preparados de acuerdo con el proceso de la presente invención presentan, en general, tamaños de poro en el rango de 1 a 100 nm, con mayor preferencia en el rango de 5 a 50 nm y con mayor preferencia aún en el rango de 5 a 25 nm . Las áreas superficiales de los aerogeles preparados de acuerdo con el proceso de la presente invención se encuentran en general en el rango de 1 a 1500 m2/g, con mayor preferencia en el rango de 5 a 1200 ra2 / g y con aún más preferencia en el rango de 10 a 800 m2/g o aún 15 a 500 m2/g. Los poliisocianatos que se pueden emplear en el presente método para preparar los aerogeles basados en poliisocianatos incluyen poliisocianatos alifáticos, ci cloali fá t i co s , aralifáticos y aromáticos conocidos en el arte por su uso exclusivo en la producción de materiales de po 1 iur e t ano /po 1 i is ocianur a t o . Son de particular importancia los poliisocianatos aromáticos tales como diisocianato de di f eni lme t ano y tolueno en sus formas pura, modificada y cruda, en particular el diisocianato de di f eni Ime t ano (MDI) en la forma de sus isómeros 2,4'-, 2,2'- y 4,4'- (MDI puro) y mezclas de las mismas conocidas en el arte como MDI (polifenilen-polimetilen-poliisocianatos) "crudo" o polimérico que poseen una funcionalidad isocianato mayor que 2 y las denominadas variantes de MDI (MDI modificado por la introducción de residuos de uretano alofanato, urea, biuret, carbodi imida , uretonimina o is ocianur a t o ) . El poliisocianato se utiliza en cantidades que varían de 0,5 a 30% en peso, con preferencia de 1,5 a 20% en peso y con mayor preferencia de 3 a 15% en peso basado en la mezcla de reacción total. Los catalizadores de t r ime r i z a c i ón que se pueden emplear en el presente método de preparación incluyen cualquier catalizador de r ime r i z a ci ón de isocianato conocido en el arte, como hidróxidos de amonio cuaternario, hidróxidos de metales alcalinos y metales alcalino férreos, alcóxidos y ca rboxi 1 a t o s , por ejemplo, acetato de potasio y 2 - e t ilhexoa t o de potasio, ciertas aminas terciarias y carboxilatos de metales no básicos, por ejemplo octoafo de plomo, y derivados de triazina simétrico. Los catalizadores de t r ime r i z ación específicamente preferidos que se pueden emplear en el presente método son Policat 41, disponible de Abbott Laboratories, y DABCO TMR, TMR-2, T R-4 y T 45 disponible de Air Products, y sales de potasio como octoato de potasio y hexanoato de potasio. Además del catalizador de t r ime r i za ci ón se puede utilizar un catalizador de uretano conocido en el ar t e . La relación de peso entre po 1 i i s oc iana t o / ca t aliz ador varía entre 5 y 1000 con preferencia entre 5 y 500, con mayor preferencia entre 10 y 100. La relación de peso preferida entre po 1 iis ociana t o / ca t ali z ador depende de la cantidad de p o 1 i i s-o cianato utilizada, la temperatura de reacción/curado, del solvente utilizado, de los aditivos empleados. El solvente que se puede utilizar en el método de preparación acorde con la presente invención debe ser un solvente apto para el ( co ) po 1 íme r o , el catalizador y el poliisocianato monomérico (no reaccionado) así como para el polilsocianato polimérico (reaccionado) . El poder del solvente debe ser tal que permita la formación de una solución homogénea con los compuestos que no reaccionaron y la disolución del producto de la reacción o por lo menos que impida la floculación del producto de la reacción. Los solventes con un parámetro de solubilidad d entre 0 y 25 MPa+ y con un parámetro de unión de hidrógeno dH entre 0 y 15 MPa+ son los más adecuados. Los solventes adecuados para su uso en el método acorde con la presente invención incluyen hidro c_a rburos, éteres de dialquilo, éteres cíclicos, cetonas, alquilalcanoa t os , hidro f 1 uor ocarburo s alifáticos y c i c 1 o al i f át i co s , hidr ocl or o f luo r o -carburos, c 1 o r o flúorocarburo s , hidroc lo rocarburo s , éteres que contienen flúor y aromáticos halogenados. También se pueden emplear las mezclas de dichos c o p ue s t o s . Los solventes hidr ocarbonado s adecuados incluyen los hidrocarburos inferiór.Jß-s alifáticos o cíclicos, tales como etano, propano, n-butano, isobutano, n-pentano, isopentano, c i cl open t ano , neopentano, hexano y ciclohexano. Los éteres de dialquilo adecuados que se pueden emplear como solvente incluyen los compuestos que poseen de 2 a 6 átomos de carbono. Como ejemplos de éteres adecuados se pueden mencionar: dimetiléter, me t i 1 e t il é t e r , dietiléter, metilpropil-éter, me t i 1 i s op r op i 1 é t e r , e t i Ipr opi lé t e r , etiliso-propiléter, dip r opi lé t er , pr op il i s opr op i 1 é t e r , disopropilé t er , me t i lbu t i lé t e r , me t i 1 i s obu t i 1 é t er , metil t-butiléter, e t i Ibu t i 1 é t e r , e t i 1 i s obu t i lé t er y etil t_-butiléter . Los éteres cíclicos adecuados incluyen tetrahidrofurano . Las di alquilce t ona s adecuadas que se pueden emplear como solventes incluyen acetona, c i c 1 ohexanon a , metil t -but i 1 ce t ona y me t i 1 t i 1 c e t ona . Los a lquilal canoat os adecuados que se pueden emplear como solvente incluyen me t i 1 f ormi a t o , me t i 1 ace t a to , e t il formia to , butilacetato y etilacetato . Los hi dr o flúor ocarbur o s adecuados que se pueden emplear como solvente incluyen h i dr o flúor oal cano s inferiores, por ejemplo di flúor orne taño 1 , 2 -dif luor oe t ano , 11,1,4,4,4-hexa f luorobu t ano , pen t a flúor oe taño , 1,1,1,2-t e trafluor oe taño , 1 , 1 , 2 , 2 - t e t r a f luo r oe t ano , p en t a f luo robu t ano y sus isómeros, t e t r a f 1 uor opr opano y sus isómeros y pen t a f luoropr opano y sus isómeros. También se pueden emplear los ( c i cl o ) a 1 canos sustancialmente fluorados o perfluorados que poseen de 2 a 10 átomos de carbono.

Los hi droc loro flúor oca rbur os adecuados que se pueden emplear como solvente incluyen clorodifluorometano, 1, l-dicloro-2, 2, 2-trifluoro-etano, 1 , 1 -dicloro - 1- flúor oe tañe , l-cloro-1,1-di f 1 uor oe t ano , 1 -cloro - 2 - flúor oe taño y 1,1,1,2-tetrafluoro-2-cloroetano . Los c 1 o ro flúorocarburo s adecuados que se pueden emplear como solvente incluyen diclorofluorometano, diclorodifluorometano, t r i c lo r o t r if luor oe tano y t et r a flúor odicloroe taño . Los hidr oclor o carburo s adecuados que se pueden utilizar como solvente incluyen 1- y 2-cloropropano y diclorometano. Los aromáticos halogenados adecuados incluyen monoc lo roben z eno y di cío r obenceno . Los éteres que contienen flúor adecuados que se pueden emplear como solvente incluyen bi- ( t r i fin o óme til) éter, trifluorometildifluorometil-éter, me t i 1 f luoromet ilé t er , me t i 11 r i f luor orne t i lé t e r , b i ( d i fluor orne t il ) é t e r , f luor orne t i Idi f luor oe t i 1 é t e r , me tildif luor orne t ilé ter , b i - ( f 1 uo r orne t i 1 ) é t e r , 2,2,2-t r i f luoroe t il dif luor orne t i 1 éter pe t a f luor oe t i 1 -trif luoromet ilé ter, pentafluoroetildifluoro-metiléter, 1,1,2,2-tetrafluoroetil di f1 u_o r orne t i 1 éter, 1 , 2 , 2 , 2 - t e t r a f luor oe t i 1 f luo r orne t i lé t er , 1,2,2-t r if luoroe til di f 1 uoro e t i 1 éter, 1 , 1 -di f 1 uo r oe t i 1 -metiléter, 1,1,1,3,3, 3- exaf luoroprop-2-il-fluorometiléter . Los solventes preferidos que se pueden emplear en el método acorde con la presente invención son diclorometano, me t i le t ilce t ona , acetona, tetrahidrofurano, monoc 1 orob enceno , t riclorofluor orne taño (CFC 11) , c lorodi flúororne taño (HCFC 22) , 1 , 1 , 1-trif luoro-2-f luoroetano (BFC 134a) , 1 , 1 -di cloro - 1- f 1 uoroe taño (HCFC 141) y mezclas de los mismos, tales como mezclas de HCEC 141b/CEC 11, 1 , 1 , 1 , 3 , 3-pentaf luoropropano (HEC 245Ea), 1,2-di f luoroetano (BEC L52) , di f 1 uo r orne taño (HEC 32) y 1 , 1 , 1 , 3 , 3 -pen t a f luor obut ano (HEC 365mfc) . Otro solvente adecuado es el dióxido de carbono líquido (C02) . El dióxido de carbono líquido se puede utilizar con diversas presiones (superiores a 63 bar) y temperaturas. También se puede utilizar dióxido de carbono sub- o supercrítico como solvente. El poder solvente del dióxido de carbono sub- o supercrítico se puede ajustar añadiendo modificadores adecuados, tales como alcanos inferiores (C1-C4) , metanol, etanol, acetona, HCFC 22, diclorometano a niveles de 0,1 a 50% en volumen.

En el caso en que se utilice dióxido de carbono líquido como solvente se ha demostrado que resulta ventajoso emplear, como poliisocianato en la preparación de los aerosoles de la invención, un prepolímero terminado con isocianato fluorado elaborado a partir de un poliisocianato y un compuesto i s oc iana to - reac t ivo fluorado, tal como un monol o diol fluorado. Como alternativa se pueden emplear idrofluorocarburos sub- o s upe r c r i t i co s como solvente único o mezclado con C02. A continuación se elabora una solución a partir de un poliisocianato, el (co)polímero y el solvente. Luego se añade el catalizador a esta solución. Como alternativa el poliisocianato y el (co) polímero se disuelve en una parte del solvente; después se agrega la solución del catalizador en la cantidad residual de solvente a esta mezcla. El mezclado se puede llavar _a cabo a temperatura ambiente o a temperaturas algo mayores. En el caso de solventes de bajo punto de ebullición (punto de ebullición por debajo de temperatura ambiente) , por ejemplo HCFC 22, el solvente que contiene al catalizador se añade al recipiente de presión que contiene al poliisocianato y al (co)polímero con su propia presión de vapor. El contenido de sólidos de la mezcla de reacción se encuentra con preferencia entre 2 y 30% en peso, con mayor preferencia entre 4 y 20% en peso, con mayor preferencia aún entre 5 y 15% en peso. El uso de los ( co ) pol ime r o s mencionados en el proceso para elaborar aerogeles permite emplear un contenido de sólidos menor, lo cual conduce a aerogeles de menor densidad. Después la mezcla se deja en reposo durante un cierto periodo de tiempo para formar un gel polimérico. Este período varía de 10 segundos a varias semanas dependiendo del sistema y la densidad y el tamaño de huecos buscados. Las mezclas de reacción de la presente invención que contienen el (co)polímero forman un sol-gel más rápidamente que las del arte anterior que no contienen dicho copolimero. En general. La gelificación se logra en menos de una hora. Además se pueden emplear solventes más polares o solventes que poseen una mayor miscibilidad con el dióxido de carbono líquido .

Se pueden emplear temperaturas en el rango de -55 °C a 50 °C, con preferencia de 0 a 45 °C. En el caso de los solventes de bajo punto de ebullición, tales como HCFC 22, la presión en el recipiente cerrado se mantiene en el valor de la presión de vapor saturada y la reacción de ge 1 i f i-cación se lleva a cabo a temperaturas más altas (con preferencia en el rango de 30 a 50°C) . A estas temperaturas de reacción elevadas el catalizador de t r ime r i z a c i ón preferido es DABCO TMR. Si bien la mezcla se gelifica en el transcurso de unos pocos minutos, se ha encontrado que resulta ventajoso curar los geles durante un mínimo de 24 horas con el fin de obtener un gel sólido que pueda ser manejado con facilidad en el procesamiento subsiguiente. Se puede incluir un ciclo de postcurado a temperaturas elevadas. El secado supercrítico de los aerogeles comprende colocar el gel con el solvente en un recipiente de pr e s ur i z aci ón con temperatura controlada y llevar el recipiente a una presión superior a la presión crítica del solvente (por ejemplo llenando con nitrógeno gaseoso o bombeando solvente adicional) . En ese punto el recipiente se vuelve a calentar por encima de la temperatura crítica del solvente. Al cabo de unas pocas horas, la presión se libera lentamente del recipiente en tanto la temperatura se mantiene constante. El aerogel es retirado del recipiente a presión atmosférica y después de un periodo de enfriamiento. Antes del paso de secado supercrítico, el gel se puede cambiar a un solvente mas adecuado para dicho secado supercrítico, por ejemplo dióxido de carbono líquido posiblemente por medio de un solvente intermediario, como acetona, o por medio de dióxido de carbono que contenga modificadores. Durante el secado supercrí ico, al aerogel se le puede dar la forma deseada aplicando cargas mecánicas en el recipiente presurizado. Con el fin de mejorar aún más la integridad estructural y el manejo de los monolitos de aerogel se puede incorporar un material de refuerzo en el proceso sol-gel, con preferencia en cantidades entre 0,05 y 30% en peso de polímero. Los ejemplos de materiales de refuerzo adecuados incluyen fibra de vidrio, estera de vidrio, felpa, lana de vidrio, fibra de carbón, fibra de boro, fibra cerámica, fibra de rayón, fibra de nylon, fibra de olefina, fibra de alúmina, fibra de asbestos, fibra de circonio, alúmina, arcilla, mica, silicas, carbonato de calcio, talco, oxido de zinc, sulfatos de bario, madera y harina de conchas, poliestireno. Como alternativa, se pueden emplear fibras tejidas o esteras en la parte inferior o superior del molde en el cual se moldea el monolito para otorgar fuerza estructural. Un ejemplo de dicha fibra tejida es Tyvec (disponible de Dupont) . Otros aditivos adecuados que se pueden utilizar en el proceso de la presente invención y otros métodos de procesamiento adecuados se describen en las publicaciones WO 95/03358, WO 96/36654 y WO 96/37359. La presente invención es ilustrada, pero no limitada, por los siguientes ejemplos en los cuales se emplearon los siguientes ingredientes: Reactol 180: un ( h i dr ox i ) ac r il a to / c opo 1 ime ro de estireno disponible de Lawter Internatio al, que posee un valor de OH de 180 mg KOH/g. Reactol 255: un ( h i drox i ) a cr ila t o / c opo 1 íme r o de estireno disponible de Lawter International, que posee un valor de OH de 255 mg KOH/g. Reactol 100: un ( hidr ox i ) ac r i 1 a t o / c opo 1 ime ro de estireno disponible de Lawter International, que posee un valor de OH de 100 mg KOE/g.

SUPRASEC X2185 un isocianato polimérico disponible de Imperial Chemical Industries. Dabco TMR un catalizador de t r ime r i z a c ion disponible de Air Products. PoliCat 41 un catalizador de t r ime r i z ación disponible de Air Products. acetona grado destilación Ra thburn-g la s s . SUPRASEC es una marca comercial de ImperiaL Chemical Industries.

EJEMPLO 1 En un recipiente, se disolvieron 2,15 gramos de Reactol 180 en 94,9 gramos de acetona. En esta mezcla se incorporaron 2,85 gramos de SUPRASEC X2185 hasta que se obtuvo una solución homogénea. A esta solución se inyectaron 0.142 mi de Dabco TMR por medio de una jeringa. El recipiente se cerró herméticamente y se agitó vigorosamente para asegurar una buena distribución del catalizador en todo el líquido. Luego se aisló la solución bajo condiciones ambientales durante 1 hora para permitir la formación de un sol-gel. Una vez completada la reacción, el sol gel fue introducido en un recipiente presurizado, junto con una capa de acetona (para evitar la evaporación fuera del gel) . Después se cambió la acetona por dióxido de carbono líquido. A continuación se calentó el C02 hasta que se obtuvo un estado supercrítico. Después de liberar la presión se obtuvo un aerogel con las siguientes propiedades: densidad 65 kg/m3, área de superficie 10 m2/g, lambda inicial 7 mW/mK, Lambda aire 49 mW/mK, presión crítica 4 mBar. La densidad (densidad envolvente) se midió en un equipo Mi c r orne r e t i cs Geopyc 1360. El área de superficie se midió en un equipo Mi c r orne r e t ics Gemini (BET adsorción N2) . El valor de lambda se midió de acuerdo con las normas ASTM C518; el valor de lambda inicial a una presión inferior a 0,1 mbar, el valor de lambda aire a presión atmosférica. La presión crítica es la presión a la cual la curva lambda/log de la presión se desvía de una línea recta .

EJEMPLO 2 En un recipiente, se disolvieron 1.56 gramos de Reactol 180 en 94.8 gramos de acetona. En esta mezcla se incorporaron 3,44 gramos de SUPRASEC X2185 hasta que se obtuvo una solución homogénea. A esta solución se le inyectaron 0,172 mi de Dabco TMR por medio de una jeringa. El recipiente se cerró herméticamente y se agitó vigorosament para asegurar una buena distribución del catalizador en todo el líquido. Luego se aisló la solución a condiciones ambientales y el gel se formó en 25 minutos. Una vez completada la reacción, el sol gel fue i_nJt roducido en un recipiente presurizado, junto con una capa de acetona (para impedir la evaporación fuera -del gel) . Después se cambió la acetona por dióxido de carbono líquido. A continuación se calentó el C02 hasta que se obtuvo un estado supercrítico. Después de liberar la. presión se obtuvo un aerogel con las siguientes propiedades: densidad 65 kg/m2, área de superficie 5 m2 / g , lambda inicial 8 mW/mK, lambda aire 56 mW/mK presión crítica 2 mB ar EJEMPLO 3 En un recipiente se disolvieron 3,02 gramos de Reactol 180 en 92,9 gramos de acetona. En esta mezcla se incorporaron 3,98 gramos de SUPRASEC X2185 hasta que se obtuvo una solución homogénea. A esta solución se le inyectaron 0,099 mi de Dabco TMR, por medio de una jeringa. El recipiente se cerró herméticamente y se agitó vigorosamente para asegurar una buena distribución del catalizador en todo el líquido. Luego se aisló la solución bajo condiciones ambientales durante 20 minutos para permitir la formación de un sol gel. Una vez completada la reacción, el sol gel fue introducido en un recipiente presurizado, junto con una capa de acetona (para impedir la evaporación fuera del gel) . Después se cambió la acetona por dióxido de carbono líquido. A continuación se calentó el C02 hasta que se obtuvo un estado supercrítico. Después de liberar la presión, se obtuvo un aerogel con las siguientes propiedades: densidad 101 kg/m3, área de superficie 26 m2/g, lambda inicial 6 m /mK, lambda aire 35 mW/mK, p esión crítica 8 mBar.

EJEMPLO 4 En un recipiente se disolvieron 2,19 gramos de Reactol 180 en 92,9 gramos de acetona. En esta mezcla se incorporaron 4.81 gramos de SUPRASEC X2185 hasta que se obtuvo una solución homogénea. A esta solución se le inyectaron 0,120 mi de Dabco TMR por medio de una jeringa. El recipiente se cerró herméticamente y se agitó vigorosamente para asegurar una buena distribución del catalizador en todo el líquido. Luego se aisló la solución a condiciones ambientales durante 10 minutos para permitir la formación del sol gel. Una vez completada la reacción, el sol gel fue introducido en un recipiente presurizado, junto con una capa de acetona (para impedir la evaporación fuera del gel) . Después se cambió la acetona por dióxido de carbono líquido. A continuación se calentó el C02 hasta que se obtuvo un estado supercrítico. Después de liberar la presión se obtuvo un aerogel con las siguientes propiedades: densidad 96 kg/m3, área de superficie 8 mz/g, lambda inicial 7 mW/mK, lambda aire 44 mW/mK, presión crítica 6 mBar.

EJEMPLO 5 En un recipiente, se disolvieron, 1,71 gramos de Reactol 180 en 92,9 gramos de acetona. En esta mezcla se incorporaron 5,29 gramos de SUPRASEC X2185 hasta que se obtuvo una solución homogénea. A esta solución se le inyectaron 0,132 mi de Dabco TMR por medio de una jeringa. El recipiente se cerró herméticamente y se agitó vigorosamente para asegurar una buena distribución del catalizador en todo el líquido. Luego se aisló la solución a condiciones ambientales durante 5 minutos para permitir la formación de un sol gel. Una vez completada la reacción, el sol gel fue introducido en un recipiente presurizado, junto con una capa de acetona (para impedir la evaporación fuera del gel) . Después se cambió la acetona por dióxido de carbono líquido. A continuación se calentó el C02 hasta que se obtuvo un estado supercrí ico. Después de liberar la presión se obtuvo un aerogel con las siguientes propiedades: densidad 92 kg/m3, lambda inicial 7 mW/mK, lambda aire 48 mW/mK, presión crítica 4 mBar.

EJEMPLO 6 En un recipiente, se disolvieron 6,16 gramos de Rea G al 255 en 89,9 gramos de acetona. En esta mezcla se incorporaron 3,84 gramos de SUPRASEC X2135 hasta que se obtuvo una solución homogénea. A esta solución se le inyectaron 0,076 mi de Dabco TMR por medio de una jeringa. El recipiente se cerró herméticamente y se agitó vigorosamente hasta lograr una buena distribución del catalizador en todo el líquido . Luego se aisló la solución bajo condiciones ambientales durante 20 minutos para permitir la formación de un sol gel. Una vez completada la reacción, el sol gel fue introducido en un recipiente presurizado, junto con una capa de acetona (para impedir la evaporación fuera" del gel) . Después se cambió la acetona por dióxido de carbono líquido. A continuación se calentó el C02 hasta que se obtuvo un estado supercrítico. Después de liberar la presión se obtuvo un aerogel con las siguientes propiedades: densidad 135 kg/m3, área de superficie 129 m2/g, lambda inicial 6 /mK, lambda aire 29 mW/mK, presión crítica 30 mBar.

EJEMPLO 7 En un recipiente, se disolvieron 3.48 gramos de Reactol 255 en 89,9 gramos de acetona. En esta mezcla se incorporaron 6,52 gramos de SUPRASEC X2185 hasta que se obtuvo una solución homogénea. A esta solución se le inyectaron 0,130 mi de Dabco MR por medio de una jeringa. El recipiente se cerró herméticame te y se agitó vigorosamente para asegurar una buena distribución del catalizador en todo e_l líquido . Luego se aisló la solución a condiciones ambientales durante 10 minutos para permitir la formación de un sol gel. Una vez completada la reacción, sol gel fue introducido en un recipiente presurizado junto con una capa de acetona (para impedir la evaporación fuera del gel) . Después se cambió la acetona por dióxido de carbono líquido. A continuación se calentó el C02 hasta que se obtuvo un estado supercrítico. Después de liberar la presión se obtuvo un aerogel con las siguientes propiedades: densidad 135 kg/m3, área de superficie 67 m2/g, lambdá inicial 6 mW/mK, lambda aire 26 mW/mK, presión crítica 25 mBar.

EJEMPLO 8 En un recipiente se disolvieron 2,43 gramos de Reactol 255 en 83,3 gramos de acetona. En esta mezcla se incorporaron 7,57 gramos de SUPRASEC X2185 hasta que se obtuvo una solución homogénea. A esta solución se le inyectaron 0,151 mi de Dabco TMR por medio de una jeringa. El recipiente se cerró herméticamente y se agitó vigorosamente para asegurar una buena distribución del catalizador en todo el líquido. Luego se aisló la solución bajo condiciones ambientales durante menos de 5 minutos para permitir la formación de un sol gel. Una vez completada la reacción, sol gel fue introducido en un recipiente presurizado junto con una capa de acetona (para impedir la evaporación fuera del gel) . Después se cambió la acetona por dióxido de carbono líquido. A continuación se calentó el C02 hasta que se obtuvo un estado supercrí ico. Después de liberar la presión se obtuvo un aerogel con las siguientes propiedades: densidad 135 kg/m3 área de superficie 10 m2/g, lambda inicial 6 mW/mK, lambda aire 38 mW/mK, presión crítica 10 mBar.

EJEMPLO 9 En un recipiente, se disolvieron 1,79 gramos de Reactol 100 en 35,97 gramos de acetona. En esta mezcla se incorporaron 2,201 gramos de SUPRASEC X2185 hasta que se obtuvo una solución homogénea. A esta solución se le inyectaron 0,029 mi de Dabco TAR por medio de una jeringa. El recipiente se cerró herméticamente y se agitó vigorosamente para asegurar una buena distribución del catalizador en todo el líquido. Luego se aisló la solución bajo condiciones ambientales durante 6 horas para permitir la formación de un sol gel. Una vez completada la reacción, el sol gel fue introducido en un recipiente presurizado junto con una capa de acetona (para impedir la evaporación fuera del gel) . Después se cambió la acetona por dióxido de carbono líquido. A continuación se calentó el C02 hasta que se obtuvo un estado supercrítico. Después de liberar la presión se obtuvo un aerogel con las siguientes propiedades: densidad 125 kg/m3, área de superficie 49 m2/g.

EJEMPLO 10 En un recipiente, se disolvieron 1,24 gramos de Reactol 180 en 36,0 gramos de acetona. En esta mezcla se incorporaron 2,75 gramos de SUPRASEC X2185 hasta que se obtuvo una solución homogénea. A esta solución se le inyectaron 0,037 mi de Dabco TMR por medio de una jeringa. El recipiente se cerró herméticamente y se agitó vigorosamente para asegurar una buena distribución del catalizador en todo el líquido. Luego se aisló la solución bajo condiciones ambientales durante 10 minutos para permitir la formación de un sol gel. Una vez completada la reacción, el sol gel fue introducido en un recipiente presurizado, junto con una capa de acetona (para impedir la evaporación fuera del gel. Después se cambió la acetona por dióxido de carbono líquido. A continuación se calentó el C02 hasta que se obtuvo un estado supercrítico. Después de liberar la presión se obtuvo un aerogel con las siguientes propiedades: densidad 122 kg/m3, área de superficie 7 2 / g .

EJEMPLO 11 (Comparativo) Se disolvieron 5 g de SUPRASEC 2185 en 95 g de acetona. A esta mezcla se le añadió 1 g de Dabco TMR y se dejó que la solución gelificara. Se obtuvo una lechada diluida que no se pudo convertir en un aerogel.

EJEMPLO 12 (Comparativo) Se disolvieron 5 g de SUPRASEC 2185 en 95 g de acetona. A esta mezcla se le añadió 0,04 g de Dabco TMR y se dejó que la solución gelificara . Se formó un precipitado sólido, no se pudo elaborar un aerogel.

EJEMPLO 13 (Comparativo) Se disolvieron 7 g de SUPRASEC 2185 en 93 g de acetona. A esta mezcla se le añadió 5 g de Dabco TMR lo cual dio lugar a la formación de un precipitado.

EJEMPLO 14 Se disolvieron 10 g de SUPRASEC 2185 en 90 g de acetona. A esta mezcla se le añadieron 0,2 g de Dabco TMR lo cual dio lugar a la formación de un sol-gel diluido. No fue posible secar esta mezcla de manera s up e r cr í t i ca .

EJEMPLO 15 (Comparativo) Se disolvieron 10 g de SUPRASEC 2185 en 90 g de diclorometano. A esta mezcla se le agregaron 10 g de Dabco TMR. No se pudo obtener un sol-gel; se produjo precipitación.

Si se añadía menos que 10 g de catalizador se forma un sol-gel pero con fisuras y no se obtiene una estructura de monolito.

EJEMPLO 16 (Comparativo) Se disolvieron 10 g de SUPRASEC 2185 en 90 g de diclorometano. A esta mezcla se le agregaron 0,25 g de Dabco TMR. El sol-gel obtenido se secó de manera s upe r cr i t ica . El aerogel obtenido tenía una densidad de 407 kg/m3 y un área de superficie de 663 m2 / g . El mismo experimento pero con 0,1 g de catalizador dio un aerogel con una densidad de 441 kg/m3 y un área de superficie de 695 m2/g.

EJEMPLO 17 (Comparativo) Una solución catalizadora se preparó mezclando subsecuentemente 0.122 mi de Polycat 41 y 0.122 mi de Dabco TRM en 28.75 g de acetona (grado técnico) . La adición del catalizador se hizo mediante una jeringa mi c r orné t r i ca . Una segunda s o 1 u oió n se preparó en dos etapas. Primero 3.67 g de la resina fenólica Kllll se disolvió en 70.0 g de acetona (grado técnico) y subsecuentemente 7.33 g de SUPRASEC DNR se agregó.

Ambas soluciones se mezclaron cuidadosamente por un tiempo muy corto (pocos segundos) antes de ser mezclados juntos. La mezcla obtenida se dejó entonces reposar por gelación y curación durante 24 horas a temperatura ambiente. A partir del sol gel obtenido, un monolito cilindrico con un diámetro de 40 mm y una altura de 35 mm se transfirió a un vaso de presión. Este vaso se conectó a una unidad de secado supercrítica para inducir el proceso de intercambio de la acetona por un dióxido de carbono. Subsecuente, el dióxido de carbono se removió en condiciones s upe r cr i t icas . Un aerogel se formó con una densidad de 146 kg/m3. El funcionamiento térmico del aerogel obtenido se midió en términos de conductividad térmica como una función de presión. Los resultados mostraron un valor lambda bajo de 10 mW/mK arriba de una presión de 100 mbares. El valor lambda de aire de llenado fue de 18 mW/mK.

Claims (18)

REIVINDICACIONES

1. Un método para preparar un aerogel basado en poliisocianato que comprende las etapas de a) mezclar un poliisocianato orgánico, un copolímero que contiene al menos un grupo reactivo de isocianato y un catalizador isocianato de t r ime r i z ac ion en un solvente adecuado, b) mantener la mezcla en un estado quiescente durante un periodo suficientemente largo de tiempo para formar un gel polimérico, y c) secar supe r c r i t i Oament e el gel obtenido, caracterizado en que dicho copolímero es derivado de los monómeros etilénicamente insaturados o es obtenido mediante condensación de aldehidos y/o cetonas.

2. El método de acuerdo con la eivindicación 1, en donde el grupo de isocianato r e ac t i vo es OH .

3. El método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en donde los monómeros se seleccionan del grupo que consiste de estireno, éster del ácido acrílico y éster del ácido hidr oxiacr ílico .

4. El método de acuerdo a la reivindicación 1 ó 2, en donde el copolímero se selecciona del grupo que consiste de resinas fenólicas, resinas po 1 ialdehí da s cetonas, policetonas, novolaks y resoles.

5. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el copolímero es utilizado en tal cantidad que la relación entre los grupos funcionales en el poliisocianato y los grupos funcionales en el copolímero es entre 1:1 y 10:1.

6. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el aerogel tiene una densidad de 50 a 150 kg/m3.

7. El método de acuerdo con cualquiera de las rei indicaciones precedentes, en donde el poli isocianant o orgánico es diisocianato de di f enilmetano o poliisocianato de polifenilen pol imet ileno .

8. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el poliisocianato orgánico se utiliza en cantidades del rango de 1.5 a 20% por peso basado en la mezcla de reacción total.

9. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el catalizador de tri eri zación de isocianato es un derivado de triasina o una sal de amonio cuaternaria o un carboxilato de potasio.

10. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde la relación de peso del poliisocianato /catali zador está entre 10 y 100.

11. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el solvente es acetona.

12. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde los contenidos de sólidos de la mezcla de reacción está entre 5 y 15% por peso.

13. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el tiempo para formar un gel polimérico en la etapa b) es del rango de 30 segundos a 1 hora.

14. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el solvente es intercambiado previo al secado supercrítico del gel.

15. El método de acuerdo a la reivindicación 14, en donde el solvente es intercambiado en dióxido de carbono líquido.

16. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde un material reforzado se incorpora en la mezcla de reacción .

17. El aerogel basado en el poliisocianato obtenible mediante el método como se definió en cualquiera de las rei indicaciones precedentes.

18. El uso de un aerogel como se definió en la reivindicación 17, para el aislamiento térmico y/o aislamiento de sonido.