ES2840899T3 - Granulado de aislamiento térmico con hidrofobicidad reducida - Google Patents

Abstract

Granulado que contiene de 30 a 95 % en peso de dióxido de silicio y que presenta una conductividad térmica de cómo máximo 60 mW/(m*K), caracterizado por que el dióxido de silicio es uno o varios ácidos silícicos preparados por vía pirógena, ácidos silícicos de precipitación y/o al menos un aerogel, y el granulado presenta una absorción de la humedad según la Norma DIN EN ISO 12571:2013-12 en el caso de una humedad relativa del aire del 93% de 0,01 a 20 % en peso, que se puede preparar según un procedimiento que comprende un tratamiento térmico de un granulado hidrofobizado con contenido en dióxido de silicio que presenta una absorción de la humedad según la Norma DIN EN ISO 12571:2013-12 en el caso de una humedad relativa del aire del 93% menor que 0,2 % en peso, a una temperatura de al menos 200 ºC en el espacio de cómo máximo 1 hora.

Description

DESCRIPCIÓN

Granulado de aislamiento térmico con hidrofobicidad reducida

La presente invención se refiere a un material con contenido en dióxido de silicio granular con compatibilidad mejorada con sistemas basados en agua, así como a procedimientos para su preparación y al uso de un material de este tipo para el aislamiento térmico.

El aislamiento térmico eficaz de casas, instalaciones industriales, tuberías y similares representa un importante problema en la economía nacional. La elección de materiales de aislamiento juega en este caso un papel muy importante. Difundidos como tales se encuentran los materiales de aislamiento basados en materiales orgánicos, tales como espumas de poliuretano, así como materiales de aislamiento térmico basados en óxidos inorgánicos, por ejemplo dióxido de silicio muy poroso.

Como base de materiales de aislamiento térmico basados en dióxido de silicio de este tipo se utilizan habitualmente los denominaos aerogeles, así como ácidos silícicos precipitados o preparados por vía pirógena. Informaciones adicionales a estos tipos de ácidos silícicos se pueden encontrar en Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Capítulo “Silica” publicada en línea el 15.04.2008, DOI: 10.1002/14356007.a23_583.pub3.

También son conocidas diferentes combinaciones de agentes de aislamiento o aglutinantes orgánicos e inorgánicos.

Para la preparación de formulaciones y materiales compuestos basados en cargas inorgánicas (sustancias de aislamiento térmico) con aglutinantes orgánicos o inorgánicos se emplean estos últimos a menudo como mezclas o dispersiones acuosas. En este caso, la compatibilidad de sustancias de aislamiento térmico inorgánicas de este tipo y sistemas basados en agua juega un papel decisivo. Las cargas hidrofílicas presentan una elevada afinidad para los sistemas acuosos y se humedecen bien con los mismos, llenándose los poros de sustancias de aislamiento térmico de este tipo por completo con el sistema acuoso. Las propiedades de aislamiento térmico de cargas inorgánicas de este tipo, las cuales han de atribuirse exactamente a su elevada porosidad, se pierden en este caso en su mayor parte. Por lo tanto, a menudo las sustancias inorgánicas hidrofobizadas se emplean para la preparación de formulaciones o materiales compuestos de aislamiento térmico basados en aglutinantes basados en agua.

En el documento WO 2006/097668 A1 se da a conocer un material de aislamiento térmico granular, que comprende dióxido de silicio hidrofóbico preparado por vía pirógena y un opacificante, material que se prepara por mezcladura de un dióxido de silicio hidrofóbico con opacificante y la subsiguiente compactación para formar granulados con un tamaño de 0,25 a 2,5 mm. Productos de este tipo se distinguen por una densidad en estado apisonado relativamente elevada de 250 a 450 g/L y una conductividad térmica menor que 0,05 W/mK.

La solicitud europea 17151995.2 da a conocer una preparación algo diferente de un granulado de aislamiento térmico hidrofobizado mediante (a) compactación de una mezcla que contiene un ácido silícico hidrofílico y un opacificante, (b) tratamiento térmico del material compactado (granulado) a 200-1200 °C y (c) hidrofobización del granulado térmicamente tratado con un agente hidrofobizante.

El documento WO 2007/047970 describe materiales compuestos de aislamiento térmico que contienen una matriz polimérica y partículas de aerogel embebidas en la misma, en donde el polímero no penetra esencialmente en los poros del aerogel. En el Ejemplo de realización 2 de la solicitud se describe la incorporación dificultada de este material en la dispersión epoxi basada en agua, resultante por la hidrofobicidad del aerogel empleado. Este problema se resuelve mediante el empleo de cantidades elevadas de tensioactivos, los cuales pueden mejorar la humectabilidad de partículas hidrofóbicas con agua.

El documento EP 0393 356 describe granulados de SiO2 a base ácido silícico pirógeno. La absorción de la humedad es del 24,2 %.

Los materiales de aislamiento térmico basados en dióxido de silicio, en forma de polvo e hidrofobizados granulares, hasta ahora conocidos, pueden garantizar ciertamente un aislamiento térmico suficiente, pero a menudo son malamente compatibles con los sistemas basados en agua y solo se pueden incorporar con gran dificultad o no por completo en sistemas de este tipo. Los materiales de aislamiento térmico hidrofílicos se pueden incorporar ciertamente de manera extraordinaria en los sistemas acuosos, pero en este caso pierden en su mayor parte sus propiedades de aislamiento térmico. Esto estriba, ante todo, en que los poros de partículas hidrofílicas de este tipo se llenan rápidamente con medio basado en agua. En este caso, por una parte, se desplaza el aire que presenta las buenas propiedades de aislamiento térmico y, por consiguiente, se empeoran en conjunto las propiedades de aislamiento térmico del sistema. Por otra parte, poros de este tipo llenos de líquido se desgarran a menudo durante el endurecimiento, de modo que resultan zonas con grandes espacios intermedios que presentan un aislamiento térmico peor que muchos poros pequeños. La mezcla de materiales de aislamiento térmico hidrofobizados e hidrofílicos presentaría en parte las ventajas, pero también los inconvenientes de estos dos tipos de material y en su conjunto no representaría una solución ventajosa. La misión de la presente invención era proporcionar un material de aislamiento térmico granular que se pueda incorporar bien en los sistemas basados en agua y que provoque las buenas propiedades de aislamiento térmico de formulaciones o materiales compuestos formados en este caso. Otra misión de la presente invención era proporcionar un procedimiento para la preparación de materiales de aislamiento térmico granulares de este tipo.

Estos problemas se resuelven mediante la provisión de un granulado que presenta 30 a 95 % en peso de dióxido de silicio y una conductividad térmica de cómo máximo 60 mW/(m*K), eligiéndose el dióxido de silicio del grupo consistente en perlita, ácidos silícicos de precipitación, ácidos silícicos pirógenos y mezclas de los mismos, y cuya absorción de la humedad según la Norma DIN EN ISO 12571:2013-12 en el caso de una humedad relativa del aire del 93% asciende a 0,01 a 20 % en peso, que se puede preparar según un procedimiento que comprende un tratamiento térmico de un granulado hidrofobizado con contenido en dióxido de silicio que presenta una absorción de la humedad según la Norma DIN EN ISO 12571:2013-12 en el caso de una humedad relativa del aire del 93 % menor que 0,2 % en peso, a una temperatura de al menos 200 °C en el espacio de cómo máximo 1 hora.

Por el término “granulado” se entiende en la presente invención un sólido granular, fácilmente agitable y capaz de fluir.

El granulado de la presente invención contiene de 30 a 95, preferiblemente de 40 a 90, de manera particularmente preferida de 50 a 85 % en peso del dióxido de silicio. En este caso, este dato se refiere al contenido de SiO2 en el granulado, sin considerar agente hidrofobizante eventualmente presente u otros agentes modificadores de dióxido de silicio, y puede determinarse mediante análisis elemental.

El granulado de acuerdo con la invención contiene dióxido de silicio, preferiblemente en forma amorfa. Este dióxido de silicio contiene uno o varios tipos de ácido silícicos generalmente conocidos, tales como perlita, ácidos silícicos de precipitación, ácidos silícicos pirógenos, Preferiblemente, el granulado de acuerdo con la invención contiene uno o varios ácidos silícicos preparados por vía pirógena y/o ácidos silícicos de precipitación.

Dióxido de silicio preparado por vía pirógena, también denominado ácido silícico pirógeno, se prepara mediante hidrólisis a la llama u oxidación a la llama. En este caso, sustancias de partida hidrolizables u oxidables son oxidadas o bien hidrolizadas, por norma general, en una llama de hidrógeno-oxígeno. Como sustancias de partida para procedimientos pirógenos pueden emplearse sustancias orgánicas e inorgánicas. Particularmente adecuado es tetracloruro de silicio. El ácido silícico hidrofílico obtenido de esta forma es amorfo. Los ácidos silícicos pirógenos se presentan, por norma general, en forma agregada. Por “agregada” se ha de entender que las denominadas partículas primarias que se forman primeramente durante la génesis, se unen fijamente entre sí en el transcurso ulterior de la reacción bajo la formación de una red tridimensional. Las partículas primarias están ampliamente exentas de poros y presentan en su superficie grupos hidroxilo libres.

El dióxido de silicio preparado por precipitación (ácido silícico precipitado, ácido silícico de precipitación) se forma, por ejemplo, en la reacción de soluciones de vidrio soluble (silicatos de sodio hidrosolubles) con ácidos minerales.

El granulado de acuerdo con la invención puede contener al menos un opacificante IR. Un opacificante IR de este tipo reduce la permeabilidad infrarroja de un material de aislamiento térmico y, por consiguiente, minimiza la transmisión de calor mediante radiación.

Preferiblemente, el opacificante IR se elige del grupo consistente en carburo de silicio, dióxido de titanio, dióxido de zirconio, ilmenita, titanatos de hierro, óxidos de hierro, silicatos de zirconio, óxidos de manganeso, grafitos, negros de carbono y mezclas de los mismos. El tamaño de partículas de los opacificantes se encuentra, por norma general, entre 0,1 y 25 pm. El granulado de acuerdo con la invención puede contener de 5 a 50, preferiblemente de 10 a 40, de manera particularmente preferida de 15 a 30 % en peso de un opacificante.

La absorción de la humedad (contenido en humedad referido a la masa) se determina según el procedimiento del desecador conforme a la Norma DIN EN ISO 12571:2013-12 “Comportamiento técnico de calor y humedad de materiales de construcción y productos de construcción - Determinación de las propiedades de sorción higroscópicas a una humedad relativa del aire del 93 % después de 2 semanas de exposición”. Este valor muestra qué cantidad de agua puede absorber un material de la atmósfera del aire húmeda y proporciona informaciones sobre si el material tiene una afinidad elevada o baja para el agua y, como consecuencia, caracteriza su grado de hidrofilia o hidrofobia. La absorción de la humedad determinada según el procedimiento del desecador conforme a la Norma DIN EN ISO 12571:2013-12 caracteriza ante todo la hidrofobicidad global del granulado, en su superficie y en el núcleo del granulado.

Los términos “hidrófobo” e “hidrofobicidad” en el sentido de la presente invención se refieren a las partículas con una baja afinidad para medios polares tales como el agua. Las partículas hidrofílicas presentan, por el contrario, una elevada afinidad para medios polares tales como el agua. La hidrofobia de los materiales hidrofóbicos, también denominada hidrofobicidad, puede alcanzarse habitualmente mediante la incorporación de correspondientes grupos no polares, por ejemplo grupos organosilano a la superficie del ácido silícico.

El granulado de acuerdo con la invención puede presentar claramente una diferente hidrofobicidad en la superficie y en el núcleo del granulado. La magnitud de la hidrofobicidad de un ácido silícico hidrofóbico en su superficie puede determinarse, entre otros, mediante su capacidad de humectación con metanol tal como se describe con mayor detalle, por ejemplo, en el documento WO 2011/076518 A1 páginas 5-6. En agua pura, un ácido silícico hidrofóbico se separa por completo del agua y nada sobre su superficie sin humedecerla. Por el contrario, en metanol puro, un ácido silícico hidrofóbico se distribuye por todo el volumen del disolvente, tiene lugar su humectación completa con metanol. En el caso de la medición de la humectabilidad con metanol se determina un contenido máximo de metanol en una mezcla de ensayo de metanol-agua, en la que todavía no tiene lugar humectación alguna del ácido silícico, es decir, el 100% del ácido silícico empleado se separa de la mezcla de ensayo después del contacto con la mezcla de ensayo, no permanece humedecido. Este contenido en metanol en la mezcla de metanol-agua en % en peso se denomina humectabilidad con metanol. Cuanto mayor sea una humectabilidad con metanol de este tipo, tanto más hidrofóbica será la superficie del ácido silícico. Cuanto menor sea la humectabilidad con metanol, tanto menor será la hidrofobia y tanto mayor será la hidrofilia del material.

El granulado de acuerdo con la invención presenta una humectabilidad con metanol mayor que 3, preferiblemente de 5 a 60, preferiblemente de 8 a 50, de manera particularmente preferida de 10 a 40, de manera muy particularmente preferida de 10 a 35 % en peso de contenido en metanol en una mezcla de metanol-agua.

El contenido en carbono del granulado de acuerdo con la invención asciende preferiblemente a 0,5 hasta 20 % en peso, preferiblemente a 1 hasta 17 % en peso, de manera particularmente preferida a 1,5 hasta 16 % en peso, de manera muy particularmente preferida a 2 hasta 15 % en peso. El contenido en carbono del granulado de acuerdo con la invención puede determinarse en este caso mediante análisis elemental. En este caso, la muestra se pesa en un crisol de material cerámico, se provee de aditivos de combustión y se calienta en un horno de inducción bajo una corriente de oxígeno. El carbono existente se oxida en este caso en CO2. La cantidad de gas CO2 se cuantifica mediante detectores de infrarrojos. En este caso no se quema SiC y, por consiguiente, no influye en el valor de la porción de carbono. El contenido en carbono indicado del granulado de acuerdo con la invención se refiere, por lo tanto, a todos los componentes con contenido en carbono del granulado, exceptuando carburo de silicio.

Densidades en estado apisonado de diferentes materiales granulares en forma de polvo o de grano grueso pueden determinarse según la Norma DIN ISO 787-11:1995 “Procedimientos de examen generales para pigmentos y cargas - Parte 11: Determinación del volumen en estado apisonado y de la densidad en estado apisonado”. En este caso, se mide la densidad del polvo no compactado de una carga después del sacudimiento y el apisonado. El granulado de acuerdo con la invención puede presentar una densidad en estado apisonado de hasta 400 g/L, preferiblemente de 50 a 300 g/L, de preferencia de 70 a 240 g/L, de manera particularmente preferida de 90 a 230 g/L.

Un tamaño de partícula medio numérico del granulado de acuerdo con la invención puede determinarse según la Norma ISO 13320:2009 mediante análisis del tamaño de partículas por difracción láser. En este caso, a partir de la distribución del tamaño de partículas medido resultante, el valor medio d50, el cual indica qué tamaño de partícula no debe rebasar el 50% de todas las partículas, se define como tamaño de partículas medio numérico. El granulado de acuerdo con la invención puede presentar un valor d50 mayor que 10 pm, preferiblemente es de 20 a 4000 pm, de preferencia de 50 a 3500 pm, de manera particularmente preferida de 100 a 3000 pm, de manera muy particularmente preferida de 150 a 2500 pm. En una forma de realización particular de la invención, el granulado de acuerdo con la invención está exento de partículas que son menores que 200 pm.

El granulado de acuerdo con la invención puede presentar una superficie según BET mayor que 20 m2/g, preferiblemente de 30 a 1000 m2/g, de manera particularmente preferida de 50 a 900 m2/g, de manera muy particularmente preferida de 70 a 800 m2/g. La superficie específica, también denominada de manera simplificada superficie según BET, se determina según la Norma DIN 9277:2014 mediante la adsorción de nitrógeno según el procedimiento de Brunauer-Emmett-Teller.

La conductividad térmica del granulado de acuerdo con la invención, medida en una carga según la Norma EN 12667:2001 a una temperatura de medición media de 10 °C con una presión de apriete de 250 Pa bajo la atmósfera del aire y a presión normal, asciende a menos de 60 mW/(m*K), preferiblemente de 10 a 50, de manera particularmente preferida de 12 a 40, de manera muy particularmente preferida de 15 a 35 mW/(m*K). Para la determinación de la conductividad térmica los granulados pueden secarse en un armario de secado a 105 °C hasta la masa constante y pueden enfriarse en un desecador. A continuación, las muestras pueden prepararse como carga y cubrirse con una delgada película de PE para evitar la absorción de la humedad.

La conductividad térmica de sistemas que contienen granulados, tales como, por ejemplo, un sistema mineral con granulados de aislamiento térmico como aditivo ligero, puede medirse debido al tamaño de muestra a menudo limitado correspondiente a la Norma ASTM D7984 a una temperatura ambiente de aprox. 25 °C y un peso de 500 g bajo la atmósfera del aire y a presión normal.

El granulado de la presente invención puede utilizarse para el aislamiento térmico por ejemplo de paredes, techos, pisos, placas, tuberías y tubos.

El granulado de acuerdo con la invención puede utilizarse para la preparación de una mezcla de aislamiento térmico con contenido en agua. El granulado de la presente invención puede incorporarse para ello en un sistema basado en agua. Una mezcla de aislamiento térmico que resulta de ello puede utilizarse directamente para el aislamiento térmico o, por ejemplo, mediante secado o endurecimiento, transformarse de nuevo en un material de aislamiento térmico secado y/o endurecido.

El material de aislamiento térmico puede contener al menos un aglutinante que une entre si las distintas partes de la mezcla de aislamiento térmico endurecida y eventualmente con una o varias cargas y/u otros aditivos y, por consiguiente, puede mejorar las propiedades mecánicas de la formulación endurecida. Un aglutinante de este tipo puede contener sustancias orgánicas o inorgánicas. El aglutinante contiene preferiblemente sustancias orgánicas reactivas. Aglutinantes orgánicos pueden elegirse, por ejemplo, del grupo consistente en (met)acrilatos, resinas alquídicas, resinas epoxídicas, goma arábiga, caseína, aceites vegetales, poliuretanos, resinas de silicona, cera, cola de celulosa. Sustancias orgánicas reactivas de este tipo pueden conducir, por ejemplo mediante polimerización, reacción de reticulación u otro tipo de reacción química, al endurecimiento de la mezcla de aislamiento térmico empleada. El endurecimiento puede tener lugar, por ejemplo, térmicamente o bajo la acción de la radiación UV u otra radiación.

Adicionalmente al aglutinante orgánico o alternativamente a ello, el material de aislamiento térmico empleado puede contener sustancias endurecedoras inorgánicas. Aglutinantes inorgánicos, también denominados como minerales, tienen esencialmente la misma misión que los aglutinantes orgánicos, de unir entre sí sustancias aditivas. Además de ello, aglutinantes inorgánicos se subdividen en aglutinantes no hidráulicos y aglutinantes hidráulicos. Los aglutinantes no hidráulicos son aglutinantes hidrosolubles, tales como cal blanca, cal dolomita, yeso y anhidrita que solo se endurecen al aire. Los aglutinantes hidráulicos son aglutinantes que se endurecen al aire y bajo el agua y después del endurecimiento son insolubles en agua. A ellos pertenecen cales hidráulicas, cementos, aglutinantes de enlucido y mampostería. Las mezclas de aislamiento térmico con contenido en agua, en las que se puede incorporar el granulado de la presente invención, comprenden preferiblemente al menos un aglutinante elegido del grupo consistente en cementos, hormigón basado en cemento, mortero, enlucido, aglutinantes de enlucido, aglutinantes de mampostería y yeso.

Otro objeto de la presente invención es un procedimiento para la preparación del granulado de acuerdo con la invención, que comprende el tratamiento térmico de un granulado hidrofobizado con contenido en dióxido de silicio que presenta una absorción de la humedad según la Norma DIN EN ISO 12571:2013-12 en el caso de una humedad relativa del aire del 93% menor que 0,01 % en peso a una temperatura de al menos 200 °C en el espacio de cómo máximo 1 hora.

El granulado hidrofobizado se emplea conforme al procedimiento de la invención como sustancia de partida para la preparación del granulado de acuerdo con la invención y presenta preferiblemente una humectabilidad con metanol mayor que 10, de manera particularmente preferida de 15 a 80, de manera muy particularmente preferida de 20 a 60, de manera especialmente preferida de 30 a 50 % en peso de contenido de metanol en una mezcla de metanol-agua. El contenido en carbono de este granulado hidrofobizado, el precursor del granulado de acuerdo con la invención asciende preferiblemente a 1 hasta 30 % en peso, preferiblemente a 2 hasta 20 % en peso, de manera particularmente preferida a 3 hasta 18 % en peso y de manera muy particularmente preferida a 5 hasta 16 % en peso y puede determinarse mediante análisis elemental tal como se ha descrito precedentemente.

La preparación del granulado hidrofobizado puede abarcar la hidrofobización de un precursor hidrofílico del granulado hidrofobizado con un agente hidrofobizante. El agente hidrofobizante empleado en este caso puede contener un compuesto con contenido en silicio que preferiblemente se elige del grupo consistente en halogenosilanos, alcoxisilanos, silazanos o siloxanos. En el caso de un compuesto con contenido en silicio de este tipo se trata, de manera particularmente preferida, de un compuesto líquido con al menos un grupo alquilo y un punto de ebullición menor que 200°C. Se elige preferiblemente del grupo consistente en CHaSiCh, (CH3)2SiCl2, (CH3)3SiCl, CaHsSiCla, (C2H5)2SiCl2, (C2H5)3SiCl, Cs^SiCh, CH3Si(OCH3)3, (CH3)2Si(OCH3)2, (CH3)3SiOCH3, C2H5Si(OCH3)3, (C2H5)2Si(OCH3)2, (C2H5)3SiOCH3, C8H15Si(OC2H5)3, C8H15Si(OCH3)3, (H3C)3SiNHSi(CH3)3 y mezclas de los mismos. Particularmente preferidos son (H3C)3SiNHSi(CH3)3 y (CH3)2SiCl2.

Para la preparación del granulado hidrofobizado, el agente de hidrofobización puede emplearse en un estado líquido o gaseoso, de manera particularmente preferida en un estado gaseoso.

La secuencia exacta de las etapas del proceso que conducen al granulado hidrofobizado no está limitada, en principio pueden emplearse todos los métodos adecuados para la preparación de granulados hidrofóbicos.

El granulado hidrofobizado puede prepararse, por ejemplo, mediante las siguientes etapas: 1) mezcladura de un dióxido de silicio hidrofílico con al menos un opacificante IR; 2) compactación de la mezcla obtenida en la etapa 1) para formar un granulado; 3) tratamiento térmico del granulado preparado en la etapa 2) a una temperatura de 200 a 1200 °C; 4) hidrofobización del granulado tratado térmicamente de la etapa 3) con un agente hidrofobizante. Un procedimiento de este tipo se describe en la solicitud europea 17151995.2.

El tratamiento térmico del granulado hidrofobizado de acuerdo con el procedimiento de acuerdo con la invención tiene lugar a una temperatura de al menos 200 °C, preferiblemente de 400 a 1500 °C, de manera particularmente preferida de 500 a 1200, de manera muy particularmente preferida de 600 a 1000 2C. En una forma de realización particularmente preferida de la invención, este tratamiento térmico se lleva a cabo en presencia de un agente oxidante. Como tal es particularmente preferido el oxígeno, el procedimiento de acuerdo con la invención puede llevarse a cabo en este caso en presencia de aire. Particularmente ventajoso es llevar a cabo el tratamiento térmico del granulado hidrofobizado a una temperatura de 500 a 1200 °C en presencia de aire.

El tiempo de realización del tratamiento térmico del granulado hidrofobizado en el procedimiento de acuerdo con la invención asciende como máximo a 1 hora. No obstante, preferiblemente, el tratamiento térmico se lleva a cabo en el espacio de 0,1 a 1000 segundos, de manera preferida de 0,5 a 500 segundos, de manera muy particularmente preferida de 1 a 200 segundos.

El procedimiento de la presente invención puede llevarse a cabo de forma discontinua (en tandas), semi-continua o continua. En una forma de realización particularmente preferida de la invención, el procedimiento se lleva a cabo de forma continua. En este caso, pueden utilizarse todos los aparatos conocidos por el experto en la materia y adecuados para el tratamiento térmico. Por ejemplo, el tratamiento térmico del procedimiento de acuerdo con la invención puede llevarse a cabo de forma continua en un horno rotativo tubular.

El tratamiento térmico del granulado hidrofobizado conduce a la degradación de grupos de modificación de la superficie hidrofóbicos, por ejemplo grupos alquilsililo. La magnitud de una degradación de este tipo (deshidrofobización) puede controlarse a través del correspondiente ajuste de la temperatura y del tiempo del tratamiento térmico: en el caso de la elección de una temperatura elevada puede ser necesario reducir el tiempo del tratamiento térmico con el fin de alcanzar un grado requerido de deshidrofobización. Con el fin de alcanzar un grado elevado de deshidrofobización, puede elegirse, en general, una temperatura elevada y/o tiempos prolongados del tratamiento térmico. El grado de una deshidrofobización de este tipo puede seguirse, por ejemplo, con ayuda de la modificación del contenido en carbono. La temperatura y el tiempo del tratamiento térmico se eligen en este caso preferiblemente de modo que el contenido en carbono durante la realización de esta etapa se reduce en 0,5 a 50%, de manera particularmente preferida en 2 a 30%, de manera muy particularmente preferida en 5 a 20% del valor original en el granulado hidrofobizado no tratado. En este caso, el contenido de carbono, tal como se ha descrito previamente, puede determinarse mediante análisis elemental, tanto en el granulado hidrofobizado no tratado como en el granulado de acuerdo con la invención.

Ejemplos

Ejemplo Comparativo 1

El material granular se preparó como se describe con detalle en la solicitud europea 17151995.2, Ejemplo 1, se analizó de manera correspondiente y se sometió a ensayo. Las propiedades de este material están recopiladas en la Tabla 1, el uso en una mezcla de aislamiento térmico basada en agua - en la Tabla 2.

Ejemplo Comparativo 2

Un granulado de aerogel hidrofobizado comercial, fabricante Cabot, nombre del producto Enova IC3120, tamaño de partículas de 0,1 a 1,2 mm, se analizó y sometió a ensayo de manera no tratada bajo las mismas condiciones que los otros materiales. Las características materiales de este material están recopiladas en la Tabla 1, el uso en una mezcla de aislamiento térmico basada en agua - en la Tabla 2.

Ejemplo Comparativo 3

El granulado hidrofílico se preparó a partir de ácido silícico pirógeno con una BET de 200 m2/g (Aerosil® 200, fabricante: Evonik Resource Eficiency GmbH, 80 % en peso) y SiC (20 % en peso) según un procedimiento descrito en el Ejemplo 1 del documento WO 2006/097668 A1, y en este caso se compactó a una densidad aparente de 360 g/l. Las características materiales de este material están recopiladas en la Tabla 1, el uso en una mezcla de aislamiento térmico basada en agua - en la Tabla 2.

Ejemplo Comparativo 4

El material de aerogel del Ejemplo Comparativo 2 se trató térmicamente al aire en el espacio de 3 horas a 500 °C en una capa delgada (< 1 mm) en el horno. Las propiedades materiales de este material están recopiladas en la Tabla 1, el uso en una mezcla de aislamiento térmico basada en agua - en la Tabla 2.

Ejemplo 1

El granulado del Ejemplo Comparativo 1 se trató térmicamente al aire en el espacio de 90 segundos en una capa delgada (< 1 mm) sobre una superficie resistente de acero noble en movimiento, calentada con un mechero de gas a aprox. 600-700 °C. El material se retiró después rápidamente de la superficie caliente y se enfrió al aire hasta la temperatura ambiente. Las propiedades materiales de este material están recopiladas en la Tabla 1, el uso en una mezcla de aislamiento térmico basada en agua - en la Tabla 2.

Ejemplo 2

El granulado del Ejemplo Comparativo 2 se trató térmicamente al aire en el espacio de 20 segundos en una capa delgada (< 1 mm) sobre una superficie resistente de acero noble en movimiento, calentada con un mechero de gas a aprox. 600-700 °C. El material se retiró después rápidamente de la superficie caliente y se enfrió al aire hasta la temperatura ambiente. Las propiedades materiales de este material están recopiladas en la Tabla 1, el uso en una mezcla de aislamiento térmico basada en agua - en la Tabla 2.

Las propiedades materiales de los materiales utilizados se determinaron según los siguientes métodos:

Conductividad térmica de los granulados

Para la determinación de la conductividad térmica, los granulados se secaron en un armario de secado a 105 °C hasta masa constante y se enfriaron en un desecador. A continuación, las muestras se prepararon como carga y, para evitar la absorción de la humedad, se cubrieron con una película delgada de PE. La conductividad térmica del granulado respectivo se midió en la carga según la Norma EN 12667:2001 a una temperatura de medición media de 10 °C, una presión de apriete de 250 Pa bajo la atmósfera del aire y a presión normal.

Absorción de la humedad

La absorción de la humedad (contenido de humedad referido a la masa, % en peso) se determinó según el procedimiento del desecador conforme a la Norma DIN EN ISO 12571:2013-12 “Comportamiento técnico de calor y humedad de materiales de construcción y productos de construcción - Determinación de las propiedades de sorción higroscópicas a una humedad relativa del aire del 93 % después de 2 semanas de exposición”.

Contenido en carbono

La determinación del contenido en carbono tiene lugar mediante un analizador elemental de la razón social LECO (CS 600). En este caso, la muestra se pesa en un crisol de material cerámico, se provee de aditivos de combustión y se calienta en un horno de inducción bajo una corriente de oxígeno. El carbono presente se oxida en este caso en CO2. Esta cantidad de gas se cuantifica a través de detectores de infrarrojos. Antes de la medición propiamente dicha, se lleva a cabo una calibración del aparato con material de referencia adecuado. Después de haber colocado el crisol en el horno de inducción, se inicia la medición automática y la evaluación. Por cada muestra se llevan a cabo determinaciones múltiples, a partir de ellas se indica como resultado un valor medio en % en peso. En este caso, el SiC no se quema y, por consiguiente, no influye en el valor de la porción de carbono.

Humectabilidad con metanol

La muestra de granulado se muele a mano. La mezcla de polvo se tamiza a través de un tamiz de 800 pm y el residuo del tamiz se desecha. De la muestra tamizada se pesan con precisión 200 ± 5 mg en una balanza de análisis en tubitos de centrífuga. A cada una de las cantidades pesadas se añaden 8,0 ml de una mezcla de metanol/agua (de 0 % en vol. a 90 % en vol. de MeOH, en cada caso con 5 % en vol. de aumento en el contenido de metanol) con ayuda de una pipeta Eppendorf (10 ml). Los tubitos se cierran bien y se mezclan homogéneamente durante 30 segundos en el mezclador Turbula. A continuación, las muestras se centrifugan durante 5 minutos a 2500 rpm.

El valor indicado de la humectabilidad con metanol en % en peso se refiere al contenido máximo de metanol en una mezcla de ensayo de metanol-agua, en la que todavía no tiene lugar humectación alguna del ácido silícico, es decir, el 100 % del ácido silícico empleado después del contacto con la mezcla de ensayo se separa de ésta y permanecen humedecidos sobre la superficie del disolvente.

Como se puede reconocer fácilmente de los datos materiales recopilados en la Tabla 1, un tratamiento térmico breve conforme a la invención conduce a una reducción de la hidrofobicidad de los granulados originalmente hidrofóbicos de los Ejemplos Comparativos 1 y 2, lo cual se refleja en una correspondiente reducción del contenido en carbono y de la humectabilidad con metanol para granulados de los Ejemplos 1 y 2. Por el contrario, un tratamiento térmico constante (Ejemplo Comparativo 4) conduce a una pérdida completa de la hidrofobia. El valor de la absorción de la humedad conforme a la Norma DIN EN ISO 12571:2013-12 en el caso de una humedad relativa del aire del 93% permite con ello diferenciar con precisión entre granulados completamente hidrofóbicos (absorción de la humedad = 0%), completamente hidrofílicos (absorción de la humedad > 20%) y granulados de acuerdo con la invención, parcialmente hidrofóbicos (absorción de la humedad de 0,01 a 20%).

Ejemplos 3-8

Uso de los granulados en un sistema basado en agua

Preparación del sistema basado en agua: 60 g de un pegamento de baldosas (mortero con contenido en cemento para interiores y exteriores según la Norma EN 12004, tipo C - clase 1T, fabricado por quick-mix Gruppe & Co KG) y 26 g de agua se mezclaron manualmente durante 60 segundos con una espátula. La incorporación de los granulados en el sistema basado en agua: en cada caso 3 gramos de un granulado respectivo se añadieron al pegamento de baldosas mezclado y se incorporaron por mezcladura mediante el aparato Speedmixer DAC 150 FV. A continuación, las muestras se secaron durante 7 días a un clima normal. Finalmente, los granulados no unidos se voltearon, pesaron y se determinó la porción de granulados no unidos referido a la masa total de los granulados empleados (Tabla 2).

La conductividad térmica de las formulaciones con contenido en cemento, secadas, con granulados incorporados y distribuidos homogéneamente correspondientes a las porciones de granulados incorporados de los Ejemplos 3-8 se determinó mediante el analizador de la conductividad térmica TCI C-Therm a la temperatura ambiente, con el fin de mostrar el efecto del aislamiento térmico (Tabla 2).

Conductividad térmica de los sistemas con contenido en granulados

La conductividad térmica de los sistemas con contenido en granulados se midió bajo la atmósfera del aire y a presión normal mediante la fuente de plano transitorio modificado (fabricante del aparato de medición C-Therm, nombre del aparato: TCI Thermal Conductivity Analyzer, método/técnica utilizada: fuente de plano transitorio modificado (MTPS)) correspondiente a la Norma ASTM D7984 a temperatura ambiente de aprox. 25 °C y un peso de 500 g.

Tabla 2 Uso de los granulados en un sistema basado en agua

Los resultados recopilados en la Tabla 2 demuestran que los granulados de acuerdo con la invención se pueden incorporar en el sistema basado en agua mejor que los materiales completamente hidrofóbicos correspondientes, con lo cual resultan propiedades de aislamiento térmico en conjunto mejores (menor conductividad térmica) de las formulaciones resultantes. Los granulados completamente hidrofílicos (Ejemplos Comparativos 3 y 4) se pueden incorporar ciertamente bien en el sistema basado en agua, pero muestran peores propiedades de aislamiento térmico de las mezclas de aislamiento térmico resultantes que los granulados de acuerdo con la invención.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Granulado que contiene de 30 a 95 % en peso de dióxido de silicio y que presenta una conductividad térmica de cómo máximo 60 mW/(m*K), caracterizado por que el dióxido de silicio es uno o varios ácidos silícicos preparados por vía pirógena, ácidos silícicos de precipitación y/o al menos un aerogel, y el granulado presenta una absorción de la humedad según la Norma DIN e N ISO 12571:2013-12 en el caso de una humedad relativa del aire del 93% de 0,01 a 20 % en peso, que se puede preparar según un procedimiento que comprende un tratamiento térmico de un granulado hidrofobizado con contenido en dióxido de silicio que presenta una absorción de la humedad según la Norma DIN EN ISO 12571:2013-12 en el caso de una humedad relativa del aire del 93% menor que 0,2 % en peso, a una temperatura de al menos 200 °C en el espacio de cómo máximo 1 hora.

2. Granulado según la reivindicación 1, caracterizado por que el granulado se puede preparar según un procedimiento que comprende un tratamiento térmico de un granulado hidrofobizado con contenido en dióxido de silicio que presenta una absorción de la humedad según la Norma DIN EN ISO 12571:2013-12 en el caso de una humedad relativa del aire del 93% menor que 0,01 % en peso, a una temperatura de al menos 200 °C en el espacio de cómo máximo 1 hora.

3. Granulado según la reivindicación 2, caracterizado por que el granulado contiene un opacificante IR elegido del grupo consistente en carburo de silicio, dióxido de titanio, dióxido de zirconio, ilmenita, titanatos de hierro, óxidos de hierro, silicatos de zirconio, óxidos de manganeso, grafitos, negros de carbono y mezclas de los mismos.

4. Granulado según la reivindicación 2, caracterizado por una humectabilidad con metanol de 8 a 50 % en peso de contenido en metanol en una mezcla de metanol-agua.

5. Granulado según la reivindicación 2, caracterizado por un contenido en carbono de 1 a 17 % en peso.

6. Granulado según la reivindicación 2, caracterizado por una densidad en estado apisonado de 70 a 240 g/L.

7. Granulado según la reivindicación 2, caracterizado por un tamaño de partícula medio numérico d50 de 50 a 3500 pm.

8. Granulado según la reivindicación 2, preparable según un procedimiento, en el que la preparación del granulado hidrofobizado abarca la hidrofobización de un precursor hidrofílico del granulado hidrofobizado con un agente hidrofobizante.

9. Granulado según la reivindicación 8, preparable según un procedimiento que comprende las siguientes etapas: 1) mezcladura de un dióxido de silicio hidrofílico con al menos un opacificante IR;

2) compactación de la mezcla obtenida en la etapa 1) para formar un granulado;

3) tratamiento térmico del granulado preparado en la etapa 2) a una temperatura de 200 a 1200 °C;

4) hidrofobización del granulado tratado térmicamente de la etapa 3) con un agente hidrofobizante.

10. Granulado según la reivindicación 8, preparable según un procedimiento, en el que el agente hidrofobizante empleado se elige del grupo consistente en halogenosilanos, alcoxisilanos, silazanos o siloxanos.

11. Granulado según la reivindicación 9, preparable según un procedimiento, en el que el tratamiento térmico del granulado hidrofobizado se lleva a cabo a una temperatura de 400 a 1500 °C.

12. Granulado según la reivindicación 9, preparable según un procedimiento, en el que el tratamiento térmico del granulado hidrofobizado se lleva a cabo en el espacio de 0,1 a 1000 segundos.

13. Granulado según la reivindicación 9, preparable según un procedimiento, en el que la temperatura y el tiempo del tratamiento térmico del granulado hidrofobizado se eligen de modo que el contenido en carbono durante la realización de esta etapa se reduce en 0,5 a 50 % del valor original en el granulado hidrofobizado no tratado.

14. Uso del granulado según la reivindicación 2, para la preparación de una mezcla de aislamiento térmico con contenido en agua.