ES2952882T3 - Aerogel de sílice reforzado con esponja celulósica y proceso para su preparación - Google Patents

Aerogel de sílice reforzado con esponja celulósica y proceso para su preparación Download PDF

Info

Publication number
ES2952882T3
ES2952882T3 ES18382820T ES18382820T ES2952882T3 ES 2952882 T3 ES2952882 T3 ES 2952882T3 ES 18382820 T ES18382820 T ES 18382820T ES 18382820 T ES18382820 T ES 18382820T ES 2952882 T3 ES2952882 T3 ES 2952882T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
hybrid
airgel
weight
process according
cellulosic sponge
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
ES18382820T
Other languages
English (en)
Inventor
Etayo Alvaro Tejado
Ugarte Eunate Goiti
Lopez De Guereña Marta Ocejo
Polo Alejandro Salvador
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fundacion Tecnalia Research and Innovation
Original Assignee
Fundacion Tecnalia Research and Innovation
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fundacion Tecnalia Research and Innovation filed Critical Fundacion Tecnalia Research and Innovation
Application granted granted Critical
Publication of ES2952882T3 publication Critical patent/ES2952882T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
    • C01B33/113—Silicon oxides; Hydrates thereof
    • C01B33/12—Silica; Hydrates thereof, e.g. lepidoic silicic acid
    • C01B33/14—Colloidal silica, e.g. dispersions, gels, sols
    • C01B33/157—After-treatment of gels
    • C01B33/158—Purification; Drying; Dehydrating
    • C01B33/1585—Dehydration into aerogels

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacture Of Porous Articles, And Recovery And Treatment Of Waste Products (AREA)

Abstract

La invención se refiere a un proceso para fabricar un aerogel híbrido, que comprende preparar en primer lugar una esponja celulósica tridimensional (3D) a partir de una suspensión que comprende fibras cortas de celulosa de menos de 2 mm de longitud promedio, exprimiendo dicha esponja celulósica para eliminar parte de su contenido en agua, empapando la esponja celulósica exprimida con una solución precursora de sol-gel de sílice y realizando un método sol-gel. La invención también se refiere al aerogel híbrido obtenible mediante dicho proceso y a su uso en la fabricación de elementos aislantes térmicos y/o acústicos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Aerogel de sílice reforzado con esponja celulósica y proceso para su preparación
Campo de la invención
La presente invención se relaciona con nuevos aerogeles híbridos con buena conductividad térmica y excelentes propiedades mecánicas y con un proceso para su preparación. Este nuevo material híbrido es útil para fabricar por ejemplo elementos de construcción para aislamiento térmico y/o acústico.
Antecedentes de la invención
Los aerogeles de sílice son materiales livianos y altamente porosos, con una red tridimensional de partículas de sílice, que se obtienen extrayendo la fase líquida de los geles de sílice en condiciones supercríticas. Por sus características sobresalientes, como conductividad térmica extremadamente baja en condiciones ambientales (0,013-0,020 W/mK), baja densidad, alta porosidad y alta área de superficie específica, han encontrado una excelente aplicación potencial para los sistemas de aislamiento térmico en los dominios aeronáutico/aeroespacial y terrestre, para la limpieza y protección del medio ambiente, dispositivos de almacenamiento de calor, sistemas de ventanas transparentes, agentes espesantes en pinturas, etc. Sin embargo, los aerogeles de sílice nativos son frágiles y sensibles a tensiones relativamente bajas, lo que limita su aplicación. Aerogeles más duraderos, con mayor resistencia y rigidez, pueden obtenerse mediante la selección adecuada de los precursores de silano y construyendo las redes inorgánicas de sílice combinándolas con diferentes polímeros orgánicos o diferentes redes de fibras. Por ejemplo, los aerogeles de sílice se han reforzado mediante la incorporación de varios materiales de soporte fibrosos, como nanofibras de carbono y fibra de vidrio en los sistemas de aerogel, o construyendo una red interpenetrada con polímeros sintéticos o naturales con diferentes resultados. En todos los casos, las mejoras en las propiedades mecánicas se producen a expensas de la conductividad térmica.
Yuan et al., en Journal of Hazardous Materials 2018, 346, 199-207, desvelan aerogeles de celulosa bacteriana/aerogeles de sílice que se preparan usando esqueleto de celulosa bacteriana autoensamblado tridimensional como refuerzo y aerogeles de sílice derivados de metiltrietoxisilano como carga. Se sabe que la celulosa bacteriana es producida por bacterias aeróbicas y existe como una estructura básica de fibrillas que consta de cadenas de glucano (3(1 —^ 4) que se mantienen unidas a través de enlaces de hidrógeno inter- e intramoleculares.
Recientemente Jaxel et al., en Composites: Parte A 103 (2017) 113-121, desvelan aerogeles de sílice APD (secado a presión ambiental) y SCD (secado supercrítico) reforzados con fibras cortas de celulosa artificial (fibras TENCEL®) y han estudiado la influencia de la longitud de sus fibras (de 2 mm a 12 mm) y concentración (del 0 al 2 % en volumen) sobre la conductividad térmica y las propiedades mecánicas de los aerogeles reforzados. Como se puede observar de los resultados obtenidos, los aerogeles de sílice desvelados muestran buenas conductividades térmicas de aproximadamente 0,015 a 0,018 W/mK y propiedades mecánicas relativamente buenas.
Sin embargo, a pesar de los esfuerzos realizados hasta ahora, aún existe la necesidad en el estado de la técnica de proporcionar aerogeles de sílice reforzados alternativos que muestren una buena conductividad térmica y muy buenas propiedades mecánicas, como tensión máxima y/o módulo de Young y/o deformación en tensión máxima, que se comporten satisfactoriamente como materiales aislantes térmicos y/o acústicos.
Sumario de la invención
Sorprendentemente, los inventores han encontrado un nuevo material de aerogel de sílice reforzado que muestra una buena conductividad térmica y propiedades mecánicas mejoradas.
En concreto, los inventores han demostrado que es posible obtener un nuevo aerogel de sílice híbrido mediante un método que comprende preparar en primer lugar una esponja celulósica tridimensional (3D) a partir de una suspensión que comprende fibras de celulosa muy cortas de menos de 2 mm de longitud media, de acuerdo con el método descrito en el documento EP3060603A1, exprimir dicha esponja celulósica para eliminar parte de su contenido de agua, y a continuación empapar la esponja celulósica exprimida con una solución precursora de sol-gel de sílice y llevar a cabo un método sol-gel.
La presente invención se refiere en un primer aspecto a un proceso de fabricación de un aerogel híbrido que comprende:
(i) tratar una suspensión acuosa de fibras de celulosa de menos de 2 mm de longitud promedio con peryodato para producir una suspensión de fibras de celulosa de dialdehído,
(ii) ajustar el pH de la suspensión de fibras de celulosa de dialdehído a un valor de entre 2,5 y 5,5,
(iii) congelar la suspensión obtenida en la etapa (ii) para generar una estructura tridimensional,
(iv) descongelar la estructura tridimensional obtenida en la etapa (iii) para obtener la esponja celulósica;
(v) exprimir el agua de la esponja celulósica,
(vi) empapar la esponja celulósica exprimida con una solución precursora de sol-gel de sílice, en donde la solución precursora de sol-gel es una solución acuosa de ácido silícico, en donde el pH se ajusta en el rango de 4 a 5 añadiendo un catalizador básico, y
(vii) llevar a cabo un método sol-gel para obtener el aerogel híbrido.
La presente invención se relaciona en otro aspecto con un aerogel híbrido obtenido por el método de fabricación desvelado anteriormente o que comprende: 1) una esponja celulósica 3D hecha de fibras de celulosa de longitud media inferior a 2 mm y 2) una estructura de aerogel de sílice dentro de o en dicha esponja celulósica 3D, en donde dicha esponja celulósica 3D comprende una estructura tridimensional de fibras celulósicas reticuladas de menos de 2 mm de longitud media que están unidas por grupos acetal cíclicos.
En otro aspecto más, la presente invención se relaciona con el uso del aerogel híbrido de la invención para diferentes aplicaciones, en donde se pueden aprovechar sus características y propiedades de baja conductividad térmica y altas propiedades mecánicas, por ejemplo, como elementos de aislamiento térmico y/o acústico, o para la fabricación de dichos elementos, en la construcción o en el sector aeronáutico, o en sistemas de refrigeración, o acumuladores de calor, por citar solo algunos.
Descripción de la invención
En lo sucesivo en el presente documento, la presente invención se describirá con más detalle para permitir una comprensión más clara de la presente invención.
La presente invención se refiere en un primer aspecto a un proceso de fabricación de un aerogel híbrido que comprende:
(i) tratar una suspensión acuosa de fibras de celulosa de menos de 2 mm de longitud promedio con peryodato para producir una suspensión de fibras de celulosa de dialdehído,
(ii) ajustar el pH de la suspensión de fibras de celulosa de dialdehído a un valor de entre 2,5 y 5,5,
(iii) congelar la suspensión obtenida en la etapa (ii) para generar una estructura tridimensional,
(iv) descongelar la estructura tridimensional obtenida en la etapa (iii) para obtener una esponja celulósica;
(v) exprimir el agua de la esponja celulósica,
(vi) empapar la esponja celulósica exprimida con una solución precursora de sol-gel de sílice, en donde la solución precursora de sol-gel es una solución acuosa de ácido silícico, en donde el pH se ajusta en el rango de 4 a 5 añadiendo un catalizador básico, y
(vii) llevar a cabo un método sol-gel para obtener el aerogel híbrido.
Fibras de celulosa de longitud media inferior a 2 mm
La expresión "fibras de celulosa de longitud media inferior a 2 mm", como se usa en la presente invención debe entenderse que comprende todas las fibras de celulosa posibles, extraídas de cualquier clase de compuestos celulósicos en los que la celulosa se encuentre en forma de fibras, y con independencia de que hayan sido o no sometidos a un tratamiento convencional previo, ya sea químico, mecánico o enzimático como se explica más adelante. Más específicamente, el término "fibras de celulosa de longitud media inferior a 2 mm" se explica a continuación.
Incluye fibras de celulosa provenientes de cualquier planta (como coníferas -p.ej. pino, pícea, abeto, etc.-, caducifolio -p.ej. eucalipto, abedul, chopo, etc.- o plantas anuales -p. ej. algodón, trigo, arroz, ramio, sisal, lino, cáñamo, etc.-) y algas (como las algas pertenecientes a los órdenes Cladophorales -p. ej. Cladophora, Chaetomorpha, Rhizoclonium y Microdyction- y Siphonocladales -p. ej. Valonia, Dictyosphaeria, Siphonocladus y Boergesenia), así como los producidos naturalmente por ciertas enzimas (por ejemplo, bacterias pertenecientes a la familia Acetobacter). Entre ellas, las fibras de celulosa obtenidas a partir de pulpas de madera de coníferas o de hoja caduca, como pulpas de pino o eucalipto, se consideran de especial interés en el marco de esta invención.
Las fibras de celulosa (también conocidas como "pulpa de celulosa" en el campo de la fabricación de papel) tal como existen en las plantas generalmente comprenden estructuras fibrilares de un diámetro medio de 10-65 |jm y una longitud media de 0,5-6 mm, o un diámetro medio de 20-45 jm y una longitud media de 0,7-4,5 mm, o un diámetro medio de 20-40 jm y una longitud media de 0,7-2 mm, que se puede dividir longitudinalmente en hilos más finos: (i) de alrededor de decenas de nanómetros a cientos de nanómetros, por ejemplo, de 50 nm a 600 nm, de diámetro medio, y desde varios micrómetros hasta cientos de micrómetros, por ejemplo de 10 jm a 500 jm , de longitud media, que a menudo se denominan microfibras de celulosa, y/o (ii) de alrededor de 3 nm a decenas de nanómetros, por ejemplo de 5-20 nm, de diámetro medio, y desde 600 nm hasta varios micrómetros, por ejemplo de 600 nm a 10 jm , de longitud media, que a menudo se denominan nanofibras de celulosa. No hay una nomenclatura claramente definida para estos hilos más finos, que son micro- y nanoestructuras de celulosa, y términos como nanofibras de celulosa, microfibras de celulosa (que son "haces" de nanofibras), celulosa microfibrilada, nanofibrillas de celulosa, filamentos de celulosa y otros, a menudo se utilizan indistintamente en la técnica. En el contexto de la presente invención, todos estos hilos más finos, que juntos también se denominan a veces "celulosa micro nanofibrilada (MNFC)" en la técnica, todas las fibras de celulosa desveladas anteriormente, siempre que su longitud media sea inferior a 2 mm, y sus mezclas, se entenderá que están comprendidas dentro del término "fibras de celulosa de longitud media inferior a 2 mm", que se pueden usar en la presente invención.
En algunas realizaciones el aerogel híbrido se fabrica con fibras de celulosa que presentan una longitud media de entre 0,5 y 1,9 mm, más particularmente de entre 0,6 y 1,8 mm, y aún más particularmente de entre 0,7 y 1,7 mm de longitud media. Por ejemplo, las fibras de celulosa presentan una longitud media de alrededor de 0,6 mm, o alrededor de 0,8 mm, o alrededor de 1,0 mm, o alrededor de 1,1 mm o alrededor de 1,2 mm, o alrededor de 1,3 mm, o alrededor de 1,4 mm, o alrededor de 1,5 mm, o alrededor de 1,6 mm.
En algunas realizaciones, el aerogel híbrido se fabrica con microfibras de celulosa, (que son haces de nanofibras) de diferentes diámetros y longitudes promedio. En algunos ejemplos las microfibras de celulosa presentan un diámetro promedio de 50-600 nm, y una longitud media de 10-500 jm . En algunas realizaciones las microfibras de celulosa presentan un diámetro promedio de 50-200 nm, y una longitud media de 200-500 jm , en particular un diámetro medio de 100 nm y una longitud media de 400 jm .
En algunas realizaciones, el aerogel híbrido se fabrica con nanofibras de celulosa que presentan un diámetro promedio de 2-50 nm, o 3-40 nm, o 4-30 nm, o 5-20 nm y una longitud media de 600 nm a 10 jm . En otras realizaciones, las nanofibras de celulosa presentan un diámetro promedio de 2-50 nm, o de 3-40 nm, o de 4-30 nm, o de 5-20 nm y una longitud media de 800 nm a 5 jm . En otras realizaciones, las nanofibras de celulosa presentan un diámetro promedio de 2-50 nm, o 3-40 nm, o 4-30 nm, o 5-20 nm y una longitud media de 900 nm a 2 jm .
Igualmente, en el contexto de la presente invención, las "fibras de celulosa de longitud media inferior a 2 mm" comprenden todas las estructuras desveladas anteriormente de todos los tamaños posibles, que han sido sometidas a pretratamientos mecánicos, químicos o enzimáticos como se explica a continuación.
La aplicación de la acción de cizallamiento mecánico sobre las suspensiones de pulpa de celulosa (denominada en la fabricación de papel "batido" o "refinado") provoca la fibrilación (es decir, la desintegración estructural parcial) de las fibras, lo que da como resultado un aumento sustancial del área superficial de la fibra y, por lo tanto, de la densidad de unión. En la fabricación de papel, el aumento de la resistencia del papel debido a este pretratamiento de las fibras puede llegar a ser más de 20 veces superior al del papel no tratado. La acción mecánica sobre las fibras de celulosa se puede realizar también en forma de trituración, en este caso cortando las fibras en trozos más cortos. Las fibras de celulosa pueden ser tratadas químicamente (es decir, funcionalizadas) por diferentes métodos con el objetivo de modificar su naturaleza química. Se pueden realizar pretratamientos químicos para purificar el contenido celulósico de las fibras de celulosa o para modificar el comportamiento natural de esas fibras de celulosa mediante la introducción de nuevos grupos químicos en su estructura molecular. Cuando el objetivo es depurar el contenido celulósico, se pueden realizar (entre otros) un gran número de los denominados tratamientos de "blanqueamiento" según procedimientos bien conocidos, que podrían usar dióxido de cloro, peróxido de hidrógeno, ozono, u otros reactivos, para eliminar las impurezas, como la lignina y las hemicelulosas. Cuando el objetivo es cambiar el comportamiento natural de las fibras de celulosa, cambiando su naturaleza química, la mayoría de los métodos usan química básica, como oxidar algunos de los grupos hidroxilo a grupos carboxilo, mediante el uso de agentes oxidantes como clorito, cloro, peróxido de hidrógeno, peryodato, etc. También se ha descrito en varias patentes la sulfatación de celulosa con ácido sulfúrico en presencia de un alcohol alifático que da sulfatos de celulosa solubles en agua: a) US2539451, y b) US2559914. Otros métodos tradicionales se ocupan de la unión de moléculas a las fibras de celulosa, especialmente (pero no limitado a) mediante la esterificación o eterificación, como por ejemplo la carboximetilación con compuestos a-halo-acéticos como se desvelan en las patentes a) JP72014128-B, y b) JP52069990-A; JP81016161-B. Además, se sabe que las fibras de celulosa pueden someterse a reacciones enzimáticas con ciertas enzimas (por ejemplo, celulasas, xilanasas, endoglucanasas, etc.) que dan lugar a un mejor rendimiento de las fibras. En el marco de la presente invención, todas las fibras de celulosa de longitud media inferior a 2 mm que hayan sido sometidas a estos pretratamientos mecánicos, químicos o enzimáticos u otros procedimientos de modificación de fibras bien conocidos, se pueden usar en la presente invención.
En algunas realizaciones particulares, las fibras de celulosa de longitud media inferior a 2 mm se seleccionan entre pulpa kraft de madera dura (HKP), pulpa kraft de madera blanda (SKP) y sus mezclas. En algunas realizaciones particulares, las fibras de celulosa de longitud media inferior a 2 mm se seleccionan entre pulpa kraft de madera dura blanqueada (bHKP), pulpa kraft de madera blanda blanqueada (bSKP) y sus mezclas. En algunas realizaciones las fibras de celulosa de pulpa kraft de madera dura (blanqueada) ((b)HKP) y/o pulpa kraft de madera blanda (blanqueada) ((b)SKP) presentan una longitud media de entre 0,5 y 1,9 mm, más particularmente de entre 0,6 y 1,8 mm, y aún más particularmente de entre 0,7 y 1,7 mm. Por ejemplo, las fibras de celulosa presentan una longitud media de alrededor de 0,7 mm, o alrededor de 0,8 mm, o alrededor de 0,9 mm, o alrededor de 1,0 mm, o alrededor de 1,1 mm o alrededor de 1,2 mm, o alrededor de 1,3 mm, o alrededor de 1,4 mm o alrededor de 1,5 mm, o alrededor de 1,6 mm.
El método para preparar una esponja celulósica se puede realizar como se describe en el documento EP3060603A1. Dicho método implica una etapa (i) de tratamiento de una suspensión acuosa de fibras de celulosa, como se ha definido anteriormente, con peryodato, creando así grupos aldehído en su superficie, y produciendo una suspensión de fibras de celulosa de dialdehído. El tratamiento de las fibras de celulosa con peryodato es un tratamiento bien conocido por cualquier experto en la materia. En una realización particular se utiliza peryodato de sodio. Se puede usar etilenglicol para detener la reacción. De manera detallada, las fibras de celulosa se convierten primero en fibras de celulosa de dialdehído a través de la reacción de oxidación del peryodato. Después de filtrar y limpiar el producto de reacción resultante, se obtiene una suspensión acuosa de fibras modificadas químicamente.
El contenido de aldehídos puede determinarse según el conocido método del clorhidrato de hidroxilamina (ISO 11402:2004), lo que da como resultado una concentración de aldehídos que puede variar dentro de amplios rangos, como de 0,05 a 12,3 milimol por gramo de fibras ([CHO]=mmol/g), más particularmente de 0,1 a 7,5 mmol/g, o más particularmente de 0,2 a 3,5 mmol/g.
A continuación, en la etapa (ii), el pH de la suspensión de fibras de celulosa de dialdehído se ajusta a un valor de pH de 2,5 a 5,5 para permitir que tenga lugar una reacción de los aldehídos con los hidroxilos, haciendo que los grupos acetal cíclicos se unan a las fibras. Según una realización particular el pH se ajusta a un valor comprendido entre 2,7 y 5, preferiblemente 3 y 4. El pH se ajusta normalmente con un ácido, tal como, pero sin limitación, ácido acético glacial 0 HCl.
El contenido de sólidos de la suspensión de fibras de celulosa de dialdehído se puede controlar y regular en cada caso, para dar lugar a esponjas celulósicas de las diferentes densidades y rigideces finales.
En una realización particular, el contenido de sólidos después del ajuste del pH está entre el 0,05 y el 50 % en peso con respecto al peso total de la suspensión. En otra realización particular el contenido de sólidos está entre el 1 y el 30 % en peso, más particularmente entre el 1,5 y el 10 % en peso. En una realización preferida, el contenido de sólidos es del 2 al 6 % en peso con respecto al peso total de la suspensión, como por ejemplo del 3 % en peso.
En la etapa (iii) la suspensión de fibras de celulosa de dialdehído resultante de la etapa (ii) se vierte en un recipiente, como un molde o una bandeja y a continuación se congela a una temperatura que normalmente puede oscilar entre -1 y -25 °C, más particularmente a una temperatura entre -15 y -20 °C, aunque también son posibles temperaturas más bajas sin limitación.
Los moldes o bandejas pueden estar hechos de plástico y sus dimensiones y tamaño pueden variar dentro de amplios rangos.
Estas condiciones permiten la reacción de grupos aldehído (-CHO) con hidroxilos (-OH) que, junto con la presencia de agua líquida durante el proceso de congelación, sorprendentemente se he descubierto que promueven la formación de una estructura 3D muy estable dentro del hielo, que no se crea en otras condiciones de pH. Los grupos aldehído reaccionan con dos grupos hidroxilo vecinos (es decir, diol) dando lugar a acetales cíclicos estables. Esta es una reacción termodinámicamente favorecida que genera enlaces covalentes estables, siempre que el agua se elimine progresivamente del sistema de reacción. En la presente suspensión acuosa de celulosa, se han introducido grupos aldehído en la superficie de algunas fibras en la etapa (i), mientras que los dioles están naturalmente presentes en cada unidad de glucopiranosa (sin modificar) de la celulosa. El crecimiento de los cristales de hielo, cuando la suspensión de fibras de celulosa de dialdehído se congela, confina progresivamente los compuestos químicos disueltos (a menor temperatura, menor solubilidad del soluto) y las fibras de celulosa de dialdehído (DAC) a las áreas intersticiales entre los cristales, que al mismo tiempo promueve la formación física de una estructura tridimensional, aumenta la concentración de las entidades reactivas, maximiza el número de puntos de contacto entre las fibras (es decir, especies reactivas) y, lo que es más importante, elimina el agua líquida del medio de reacción, permitiendo el desplazamiento del equilibrio de reacción hacia la formación de puentes acetales cíclicos entre un aldehído de una fibra y un diol de otra fibra.
Después de la etapa de congelación, en la etapa (iv) la descongelación de la estructura resultante 3D congelada convierte la esponja celulósica, que comprende una estructura tridimensional de fibras celulósicas reticuladas de menos de 2 mm de longitud media que están unidas por grupos acetal cíclicos.
La descongelación generalmente se lleva a cabo a temperatura ambiente (típicamente comprendida entre 10 y 40 °C, aunque se puede usar cualquier temperatura más alta) y generalmente requiere alrededor de 24 horas dependiendo del tamaño de la estructura 3D y la temperatura. La esponja celulósica resultante mantiene la forma del recipiente utilizado en la etapa de congelación y muestra la consistencia y apariencia de una esponja totalmente empapada en un medio acuoso.
Esta esponja celulósica presenta propiedades únicas como se describe a continuación. Por ejemplo, es muy absorbente de agua y ha sido probada para retener más de 200 veces su peso de agua. La esponja celulósica es una estructura construida covalentemente, consistente, y 3D, que comprende una estructura tridimensional de fibras celulósicas reticuladas de menos de 2 mm de longitud media que están unidas por grupos acetal cíclicos. Estos enlaces se forman como se describe anteriormente entre al menos un grupo aldehído de una fibra y un diol de una fibra diferente. Las propiedades de la estructura 3D solo pueden justificarse porque la mayoría de los enlaces en la estructura tridimensional de las fibras celulósicas reticuladas son grupos acetal cíclicos. No se descarta la presencia de otro tipo de enlaces entre fibras como grupos acetal acíclicos en pequeña proporción.
La naturaleza de los enlaces de acetal cíclicos covalentes le confieren a la esponja celulósica propiedades únicas como alta durabilidad frente a condiciones ácidas fuertes (pH ≤ 1) y alcalinas moderadas (pH > 9), en particular entre aproximadamente pH 0,3 y aproximadamente pH 9,5.
El proceso de fabricación de un aerogel híbrido de la invención comprende además la etapa (v) donde se exprime la esponja celulósica para eliminar al menos parte de su agua. Como se ha mencionado anteriormente, la esponja celulósica es muy absorbente de agua y ha sido probada para retener más de 200 veces su peso de agua.
En la etapa (v) el agua se puede exprimir fácilmente de la esponja por medios mecánicos simples, como compresión a mano o cualquier otro medio conocido, sin dañar la esponja celulósica. Una ventaja de la estructura 3D estable de la esponja es que la forma que adquiere la esponja después de comprimirla sigue siendo la misma, debido a las interacciones de los enlaces de hidrógeno fibra-fibra. Es decir, esta esponja celulósica exprimida se comporta como un material con memoria de forma, lo que significa que cuando se vuelve a poner en contacto con el agua (empapado), recupera completamente (-100 %) la forma inicial que tenía la esponja celulósica antes de ser comprimida y exprimida. La cantidad restante de agua en la esponja celulósica exprimida es variable, dependiendo de la cantidad de agua eliminada al exprimirla, y es en todo caso siempre inferior a la cantidad de agua inicialmente presente en la esponja celulósica tal como se obtiene en la etapa (iv). En una realización particular la esponja exprimida comprende entre un 10 y un 50 % en peso de sólidos, y entre un 50 y un 90 % en peso de agua, más particularmente entre un 20 y un 40 % en peso de sólidos, y un 60 a un 80 % en peso de agua, aún más particularmente entre un 30 y un 35 % en peso de sólidos y un 65 a un 70 % en peso de agua. También son posibles otros rangos como el 45 % en peso de sólidos y el 55 % en peso de agua, o el 15 % en peso de sólidos y el 85 % en peso de agua.
La esponja celulósica exprimida obtenida en la etapa (v) se empapa en la etapa (vi) con una solución precursora de sol-gel de sílice a la que se le ha añadido un catalizador básico y se ajusta su pH a pH 4 a 5.
En una realización, se puede obtener una solución precursora de sol-gel de sílice de la siguiente manera. Primero una solución de vidrio soluble, que puede ser silicato de sodio (Na2SiO3), se proporciona y se diluye con agua destilada. La solución de vidrio soluble diluida resultante puede contener dióxido de silicio (SO 2) en una cantidad del 2 al 11 % en peso, más específicamente del 3 al 9 % en peso, y aún más específicamente del 4 al 8 % en peso. Esta solución de vidrio soluble se pone en contacto con una resina de intercambio iónico para la desmineralización del agua (eliminación del Na+) obteniendo una solución de ácido silícico de pH 1 a 2, más específicamente de 1,8 a 1,9.
A continuación, se añade un catalizador básico que puede servir para formar un entorno de reacción tal que la reacción (reacción sol-gel) pueda proceder fácilmente. Por ejemplo, el catalizador básico se puede añadir en una cantidad tal que el pH se ajuste a un pH de 4 a 5, más específicamente de 4,2 a 4,8, por ejemplo, de 4,5. El catalizador básico no se limita particularmente, pero puede ser, por ejemplo, hidróxido de amonio.
La solución precursora de sol-gel es, en una realización, una solución de ácido silícico que puede contener dióxido de silicio (SO 2) en una cantidad del 2 al 11 % en peso, más específicamente del 3 al 9% en peso, y aún más específicamente del 4 al 8 % en peso que comprende un catalizador básico, tal como hidróxido de amonio, y que tiene un pH de pH 4 a 5. En otra realización, la solución precursora de sol-gel es una solución de ácido silícico que puede contener dióxido de silicio (SO 2) en una cantidad del 2 al 11 % en peso, más específicamente del 3 al 9 % en peso, e incluso más específicamente del 4 al 8 % en peso que comprende hidróxido de amonio y tiene un pH de 4,5.
La etapa (vi) según una realización de la presente invención es una etapa de empapar completamente la esponja celulósica exprimida obtenida en la etapa (v) con la solución precursora de sol-gel de sílice a la que se ha añadido un catalizador básico y se ha ajustado su pH a 4 a 5. La esponja celulósica exprimida recupera su forma inicial, es decir, la forma que tenía antes de exprimirla.
La etapa (vii) según una realización de la presente invención es un método de sol-gel que comprende:
a) dejar reposar la esponja celulósica empapada para la gelificación;
b) someter a envejecimiento el gel húmedo híbrido resultante;
c) lavar y someter a intercambio de disolventes;
d) opcionalmente una etapa de hidrofobización; y
e) secar para obtener el aerogel híbrido de la invención.
En lo sucesivo, la etapa (vii) se describirá en detalle.
La etapa a) es una etapa para formar un gel húmedo de sílice, donde se forma una estructura de red de sílice a partir del material precursor de sílice en o dentro de la estructura de esponja celulósica 3D que sirve como un esqueleto. La etapa a) puede realizarse específicamente dejando reposar la esponja celulósica empapada a una temperatura de entre 18 y 30 °C, durante un periodo de tiempo normalmente de entre 15 y 60 minutos, por ejemplo a 25 °C durante 30 min.
El envejecimiento puede ser una etapa en la que el gel húmedo híbrido obtenido en la etapa a) se deja reposar de 1 hora a 36 horas a una temperatura de 50 a 90 °C, por ejemplo durante 24 horas a 60 °C. De acuerdo con el método de la presente invención, la estructura de la red de sílice en o dentro de la esponja celulósica 3D puede formarse más firmemente, para que el gel húmedo de sílice pueda optimizarse y logre una estabilidad mecánica mejorada.
La etapa c) es una etapa de lavar el gel húmedo híbrido envejecido obtenido en la etapa b) con agua y a continuación intercambiar el agua con un disolvente orgánico, como isopropanol y n-hexano. El lavado sirve para eliminar las impurezas (iones de sodio, sustancias que no han reaccionado, los subproductos, etc.) generadas durante las reacciones de gelificación y envejecimiento para obtener gel de sílice de alta pureza, y puede realizarse mediante la adición repetitiva de agua destilada y descarga de la solución de lavado. A continuación se cambia el agua añadiendo un disolvente orgánico y descargando la solución acuosa.
En algunas realizaciones, después de la etapa c), el gel húmedo híbrido se somete directamente a la etapa de secado e).
La etapa de secado e) en el método según una realización de la presente invención se puede realizar mediante un proceso de secado supercrítico o un proceso de secado a temperatura ambiente.
Más concretamente, el proceso de secado supercrítico es un proceso de secado supercrítico con CO2 que puede realizarse bajo presiones de entre 100 y 150 MPa, a temperaturas de entre 70 y 90 °C durante 5 a 10 horas.
Más concretamente, el proceso de secado a temperatura ambiente se puede realizar bajo unas condiciones de temperatura de 70 a 100 °C durante 12 a 24 horas, y más específicamente aplicando un gradiente de temperatura de manera convencional por ejemplo de 25 °C a 80 °C a 0,1 °C/min y a continuación de 80 °C a 25 °C durante 12 horas. En algunas realizaciones, la etapa (vii) comprende una etapa de hidrofobización d) que es una etapa de modificación superficial del gel de sílice.
En el estado de la técnica de los aerogeles de sílice es bien conocido que los aerogeles de sílice absorben humedad, lo que provoca que las características y propiedades físicas de la estructura de un gel se deterioren. Por consiguiente, con el fin de potenciar en general el uso del aerogel híbrido de la invención, una etapa de hidrofobización, que es capaz de evitar permanentemente que la humedad del aire sea absorbida, se puede llevar a cabo. En consecuencia, se han propuesto métodos para producir un aerogel de sílice que tiene hidrofobicidad permanente al hidrofobizar la superficie del mismo.
Así en algunas realizaciones el proceso de fabricación de un aerogel híbrido de la invención comprende una etapa adicional de hidrofobización, para proporcionar hidrofobicidad permanente al aerogel de sílice.
La etapa d) según una realización de la presente invención se puede realizar añadiendo una solución de modificador de superficie al gel húmedo híbrido y provocando una reacción.
La solución de modificador de superficie se puede preparar añadiendo el modificador de superficie a un disolvente orgánico no polar y a continuación mezclándolo. En este caso, la concentración del modificador de superficie en la solución de modificador de superficie puede ser del 30 al 60 % en peso, más específicamente del 40 al 50 % en peso. El modificador de superficie puede ser al menos uno seleccionado del grupo que consiste en trimetilclorosilano (TMCS), hexametildisilazano (HMDS), metiltrimetoxisilano, trimetiletoxisilano, etiltrietoxisilano y feniltrietoxisilano, y más específicamente, puede ser hexametildisiloxano (HMDSO).
El disolvente orgánico no polar puede ser al menos uno seleccionado del grupo que consiste en n-hexano, n-heptano, tolueno y xileno, preferiblemente n-hexano.
Además, la solución de modificador de superficie se puede añadir en una cantidad tal que la relación molar del modificador de superficie al dióxido de silicio en la solución de vidrio soluble sea de 0,05 a 20, más específicamente de 0,5 a 10.
Más preferiblemente, en esta etapa, el gel húmedo híbrido se trata con hexametildisiloxano (HMDSO) en hexano. El tratamiento se puede realizar a temperaturas de entre 20 y 30 °C durante 12 a 24 horas.
Una vez completada la etapa de hidrofobización, el gel hidrofobizado híbrido resultante se puede lavar con un disolvente orgánico como n-hexano y a continuación se puede cambiar dicho disolvente orgánico por otro disolvente orgánico, tal como isopropanol.
A continuación, el gel hidrofobizado híbrido resultante se somete a la etapa de secado e) como se describe anteriormente para producir el aerogel híbrido de la invención.
En otro aspecto, la presente invención proporciona un aerogel híbrido obtenido mediante el proceso de fabricación descrito anteriormente o que comprende: 1) una esponja celulósica 3D y 2) una estructura de aerogel de sílice dentro de o en dicha esponja celulósica 3d , en donde dicha esponja celulósica 3D comprende una estructura tridimensional de fibras celulósicas reticuladas de menos de 2 mm de longitud media que están unidas por grupos acetal cíclicos.
El aerogel híbrido según una realización de la presente invención se caracteriza por tener buenas propiedades aislantes, presentando valores de conductividad térmica de entre 0,016 y 0,019 W/mK, preferentemente iguales o superiores a 0,017 W/mK, más preferentemente iguales o superiores a 0,018 W/mK medida por la técnica de la placa caliente.
El aerogel híbrido según una realización de la presente invención puede tener diferentes concentraciones de fibra que normalmente varían entre el 1,1 y el 5,0 % en volumen, y más específicamente entre el 1,4 y el 4,5 % en volumen, tal como el 2 % en volumen, el 2,5 % en volumen, el 3 % en volumen, el 3,5 % en volumen o el 4,0 % en volumen con respecto al volumen total del aerogel híbrido.
Además, el aerogel híbrido según una realización de la presente invención puede presentar densidades aparentes calculadas mediante la siguiente ecuación: densidad = peso/volumen, de entre 0,07 y 2 g/cm3, por ejemplo, de entre 0,1 y 0,5 g/cm3, tal como 0,2 o 0,4 g/cm3.
Se determina que la hidrofobicidad del aerogel híbrido según una realización de la presente invención cuando se obtiene según el método que comprende la etapa e) es tal que una gota de agua de 3 μl muestra un ángulo de contacto de 120° a 140°, más específicamente de 125° a 135°, por ejemplo de 130° (determinado usando un medidor de ángulo de contacto OCA 15 PLUS de Dataphysics).
El aerogel híbrido según una realización de la presente invención se caracteriza por tener propiedades mecánicas mejoradas. Las propiedades de flexión se evalúan mediante ensayos de flexión en 3 puntos en Máquina Universal de Ensayos Instrom 5569 bajo la norma UNE-EN-ISO-178, y dan como resultado:
- Tensión máxima de 160 a 180 kPa, preferentemente igual o superior a 165 kPa, preferentemente igual o superior a 170 kPa.
- Módulo de Young de 6,0 a 7,0 MPa, preferentemente igual o superior a 6,2 MPa, preferentemente igual o superior a 6,4 MPa y más preferentemente igual o superior a 6,6 MPa.
- Deformación a tensión máxima de entre el 2 y el 7 %, preferentemente igual o superior al 2,2 %, más preferentemente igual o superior al 2,8 %, más preferentemente igual o superior al 3,5 %, aún más preferentemente igual o superior al 4,5 %.
En algunas realizaciones particulares el aerogel híbrido se fabrica a partir de fibras de celulosa de longitud media de entre 0,6 y 1,5 mm, el contenido de sólidos de la suspensión de fibra de celulosa de dialdehído obtenida en la etapa (ii) después del ajuste del pH está entre el 1 y el 6 % en peso con respecto al peso total de la suspensión, el contenido de fibra en el aerogel híbrido está entre el 0,4 y el 3 % en volumen con respecto al volumen total del aerogel híbrido y la densidad del aerogel híbrido está entre 0,1 y 0,2 g/cm3.
En otras realizaciones particulares el aerogel híbrido se fabrica a partir de fibras de celulosa de longitud media de entre 0,7 y 1,4 mm, el contenido de sólidos de la suspensión de fibra de celulosa de dialdehído obtenida en la etapa (ii) después del ajuste del pH está entre el 3 y el 4 % en peso con respecto al peso total de la suspensión, el contenido de fibra en el aerogel híbrido está entre el 1,0 y el 1,8% en volumen con respecto al volumen total del aerogel híbrido y la densidad del aerogel híbrido está entre 0,12 y 0,16 g/cm3.
El aerogel híbrido de la invención se puede utilizar para diferentes aplicaciones, en donde se pueden aprovechar sus características y propiedades de baja conductividad térmica y altas propiedades mecánicas, por ejemplo, como elementos de aislamiento térmico y/o acústico, o para la fabricación de dichos elementos, en la construcción o en el sector aeronáutico, o en sistemas de refrigeración, o acumuladores de calor, por citar solo algunos.
En consecuencia, el uso del aerogel híbrido de la invención para la fabricación de un elemento de aislamiento térmico y/o acústico constituye otro aspecto de la invención.
Ejemplos
EJEMPLO 1. Proceso para la preparación de un aerogel híbrido
(Preparación de una esponja celulósica)
1000 g de una suspensión con un contenido de sólidos del 10 % en peso de pulpa kraft de madera dura blanqueada (bHKP; 100 g de pulpa seca) con una longitud media de fibra de 0,76 mm, se dispersó en agua del grifo con agitación constante para convertirla en una suspensión con un contenido de sólidos del 4 % en peso (2500 g en total). Esta mezcla se llevó a un reactor totalmente preservado de la entrada de luz, y se le añadieron 200 g de cloruro de sodio (NaCl) y 33,5 g de metaperyodato de sodio (NaIO4). Después de dejar reaccionar durante 10 h con agitación constante, la mezcla resultante que contenía fibras de celulosa de dialdehído (DAC) se filtró y se lavó dos veces con agua potable. El contenido de aldehído se determinó de acuerdo con el método del clorhidrato de hidroxilamina informado en otra parte, dando como resultado una concentración de aldehído de 1 milimol por gramo de fibras ([CHO]=1 mmol/g = 0,001 mol/g). La fibras de celulosa de dialdehído, junto con 30 g de acético glacial, se resuspendieron en agua del grifo ácida para formar una suspensión homogénea con un contenido de sólidos del 3 % en peso de pH 3. A continuación se vertieron 144 g de esta mezcla en un molde de plástico de 12 cm x 12 cm x 1 cm y se llevó a un congelador donde se dejó congelar a -18 °C durante la noche. Cuando la muestra congelada se descongeló a temperatura ambiente, se había formado una esponja celulósica. La esponja celulósica se lavó varias veces con agua del grifo potable.
(Preparación de ácido silícico)
43,2 g de una solución de vidrio soluble comercial (con el 26,6 % en peso de SO 2) se mezclaron con 120,8 g de agua destilada para preparar 164 g de una solución de silicato de sodio (Na2SiO3) al 7 % en peso de SO 2. Esta solución de silicato se trató con 200 ml de resina de intercambio iónico Amberlite IR 120H bajo agitación continua durante 5 minutos a 25 °C. Después de este tiempo, la dispersión de silicato de sodio tratada se filtró, obteniendo 150 ml de una solución de ácido silícico con un pH de 1,9.
(Reacción sol-gel)
A continuación se ajustó el valor de pH de la solución de ácido silícico a 4,5 mediante la adición de NH4OH 0,5 M. Después de haber exprimido el agua de la esponja celulósica, se empapó completamente con 150 cm3 de la solución de ácido silícico. La esponja celulósica empapada se dejó reposar a 25 °C durante 30 minutos para la gelificación, después de lo cual se formó un gel híbrido. Para mejorar la resistencia y la rigidez del gel húmedo, el gel híbrido formado se sometió a continuación a un proceso de envejecimiento al agregarle un poco de agua destilada y dejar reposar la mezcla a 60 °C durante 24 h. El gel híbrido envejecido se lavó tres veces con agua destilada. A continuación, el agua se intercambió con isopropanol y el isopropanol se intercambió finalmente con hexano.
(Etapa de hidrofobización)
Este gel húmedo híbrido se trató con un exceso de una solución ácida de hexametildisiloxano (C6H1bOSÍ2) en hexano (50 % en peso) a 50 °C durante 1 h y a continuación a 25 °C durante 23 h. Pasado este tiempo el gel híbrido tratado se lavó con hexano. A continuación, el hexano dentro del gel híbrido se intercambió por isopropanol.
(Etapa de secado)
A continuación, el gel híbrido resultante se secó a presión ambiental aplicando una rampa de temperatura de 30 a 80 °C a 0,1 °C/min y a continuación de 80 °C a 25 °C durante la noche.
(Propiedades del aerogel híbrido)
La concentración de fibra en el aerogel híbrido es del 1,4% en volumen. El aerogel resultante tiene una densidad aparente de 0,151 g/cm3 (la densidad se calculó mediante la siguiente ecuación: densidad = peso/volumen). El valor de la conductividad térmica es de 0,017 W/mK, que se midió por la técnica de la placa caliente. La hidrofobicidad de las mantas de aerogel, determinada mediante un medidor de ángulo de contacto (equipo OCA 15 PLUS de Dataphysics), es tal que una gota de agua de 3 μl muestra un ángulo de contacto de 130°.
EJEMPLO 2. Proceso para la preparación de un aerogel híbrido
(Preparación de una esponja celulósica)
El mismo procedimiento que el descrito en el ejemplo 1.
(Preparación de ácido silícico)
El mismo procedimiento que el descrito en el ejemplo 1
(Reacción sol-gel)
El mismo procedimiento que el descrito en el ejemplo 1
(Etapa de secado)
El gel resultante se secó con un proceso de secado supercrítico con CO2 (13 MPa, 80 °C, 8h).
(Propiedades del aerogel híbrido)
La concentración de fibra en el aerogel híbrido es del 1,4% en volumen. El aerogel resultante tiene una densidad aparente de 0,132 g/ml (la densidad se calculó mediante la siguiente ecuación: densidad = peso/volumen). Las propiedades de flexión evaluadas mediante ensayos de flexión en 3 puntos en Máquina Universal de Ensayos Instrom 5569 bajo la norma UNE-EN-ISO-178, dan como resultado una tensión máxima de 168 kPa, un módulo de Young de 6,2 MPa y una deformación a máxima tensión del 2,5 %.
EJEMPLO 3. Proceso para la preparación de un aerogel híbrido
(Preparación de una esponja celulósica)
El mismo procedimiento que el descrito en el ejemplo 1 pero usando pulpa kraft de madera blanda blanqueada (bSKP) con una longitud de fibra promedio de 1,1 mm.
(Preparación de ácido silícico)
El mismo procedimiento que el descrito en el ejemplo 1
(Reacción sol-gel)
El mismo procedimiento que el descrito en el ejemplo 1
(Etapa de secado)
El mismo procedimiento que el descrito en el ejemplo 2 (proceso de secado supercrítico con CO2).
(Propiedades del aerogel híbrido)
La concentración de fibra en el aerogel híbrido es del 1,4% en volumen. El aerogel resultante tiene una densidad aparente de 0,140 g/ml (densidad = peso/volumen). Las propiedades mecánicas evaluadas por ensayos de flexión en 3 puntos arrojan una tensión máxima de 160 kPa, un módulo de 6,9 MPa y una deformación a tensión máxima es del 5,6 %. El valor de la conductividad térmica es de 0,019 W/mK.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un proceso para fabricar un aerogel híbrido, que comprende:
(i) tratar una suspensión acuosa de fibras de celulosa de menos de 2 mm de longitud promedio con peryodato para producir una suspensión de fibras de celulosa de dialdehído;
(ii) ajustar el pH de la suspensión de fibras de celulosa de dialdehído a un valor de entre 2,5 y 5,5;
(iii) congelar la suspensión obtenida en la etapa (ii) para generar una estructura tridimensional;
(iv) descongelar la estructura tridimensional obtenida en la etapa (iii) para obtener una esponja celulósica;
(v) exprimir el agua de la esponja celulósica;
(vi) empapar la esponja celulósica exprimida con una solución precursora de sol-gel de sílice, en donde la solución precursora de sol-gel es una solución acuosa de ácido silícico, en donde el pH se ajusta en el rango de 4 a 5 añadiendo un catalizador básico; y
(vii) llevar a cabo un método sol-gel para obtener el aerogel híbrido.
2. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en donde las fibras de celulosa son pulpa kraft de madera dura, pulpa kraft de madera blanda o mezclas de las mismas.
3. Un proceso de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en donde las fibras de celulosa presentan una longitud media de entre 0,5 y 1,9, más preferentemente de entre 0,6 y 1,8, y aún más preferentemente de entre 0,7 y 1,7.
4. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la suspensión obtenida en la etapa (ii) presenta un contenido de sólidos del 2 al 6 % en peso con respecto al peso total de la suspensión, como por ejemplo del 3 % en peso.
5. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la solución de ácido silícico contiene dióxido de silicio (SO 2) en una cantidad del 2 al 11 % en peso, más específicamente del 3 al 9 % en peso, y aún más específicamente del 4 al 8 % en peso, comprende hidróxido de amonio y tiene un pH de 4,5.
6. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde la etapa (vii) comprende:
a) dejar reposar la esponja celulósica empapada para la gelificación;
b) someter a envejecimiento el gel húmedo híbrido resultante;
c) lavar y someter a intercambio de disolventes;
d) opcionalmente una etapa de hidrofobización; y
e) secar para obtener el aerogel híbrido de la invención.
7. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 6, en donde la etapa a) se lleva a cabo dejando reposar la esponja celulósica empapada a una temperatura de entre 18 y 30 °C, durante un periodo de tiempo de entre 15 y 60 minutos.
8. Un proceso de acuerdo con las reivindicaciones 6 o 7, en donde en la etapa b) el gel húmedo híbrido se deja reposar durante 1 hora a 36 horas de 50 a 90 °C, por ejemplo durante 24 horas a 60 °C.
9. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en donde el lavado se lleva a cabo con agua y a continuación el agua se intercambia con un disolvente orgánico.
10. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, en donde la etapa de secado e) se realiza mediante un proceso de secado supercrítico o es un proceso de secado a temperatura ambiente.
11. Un proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10, que comprende una etapa de hidrofobización realizada mediante la adición de una solución modificadora de superficie al gel húmedo híbrido obtenido en la etapa c) seleccionado del grupo formado por trimetilclorosilano (TMCS), hexametildisilazano (HMDS), metiltrimetoxisilano, trimetiletoxisilano, etiltrietoxisilano y feniltrietoxisilano.
12. Aerogel híbrido obtenido por el proceso de fabricación de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores o que comprende: 1) una esponja celulósica 3D y 2) una estructura de aerogel de sílice dentro de o en dicha esponja celulósica 3D, en donde dicha esponja celulósica 3D comprende una estructura tridimensional de fibras celulósicas reticuladas de menos de 2 mm de longitud media que están unidas por grupos acetal cíclicos.
13. El aerogel híbrido de acuerdo con la reivindicación 12, caracterizado porque el aerogel híbrido se fabrica a partir de fibras de celulosa de longitud media de entre 0,6 y 1,5 mm, el contenido de sólidos de la suspensión de fibra de celulosa de dialdehído obtenida en la etapa (ii) después del ajuste del pH está entre el 1 y el 6 % en peso con respecto al peso total de la suspensión, el contenido de fibra en el aerogel híbrido está entre el 0,4 y el 3 % en volumen con respecto al volumen total del aerogel híbrido y la densidad del aerogel híbrido está entre 0,1 y 0,2 g/cm3.
14. Uso del aerogel híbrido de acuerdo con las reivindicaciones 12 o 13, como elemento de aislamiento térmico y/o acústico, o para la fabricación de dicho elemento.
ES18382820T 2018-11-16 2018-11-16 Aerogel de sílice reforzado con esponja celulósica y proceso para su preparación Active ES2952882T3 (es)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP18382820.1A EP3653579B1 (en) 2018-11-16 2018-11-16 Silica aerogel reinforced with cellulosic sponge and process for its preparation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2952882T3 true ES2952882T3 (es) 2023-11-06

Family

ID=64665061

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES18382820T Active ES2952882T3 (es) 2018-11-16 2018-11-16 Aerogel de sílice reforzado con esponja celulósica y proceso para su preparación

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP3653579B1 (es)
ES (1) ES2952882T3 (es)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB202202736D0 (en) * 2022-02-28 2022-04-13 Kiss House Ltd Material and method
CN115490951B (zh) * 2022-09-30 2023-12-12 莆田市百合鞋业有限公司 一种高弹耐磨鞋底材料及其制备方法
CN115583829B (zh) * 2022-10-26 2023-09-12 中化学华陆新材料有限公司 一种低导热系数纤维复合气凝胶湿法毡及其制备方法
CN116239816B (zh) * 2022-12-12 2025-03-11 安华新材科技(江苏)有限公司 一种气凝胶复合材料及其应用
CN116199522A (zh) * 2023-01-17 2023-06-02 武汉中科先进材料科技有限公司 一种pu海绵基硅气凝胶毡及其制备方法
CN116393051A (zh) * 2023-03-24 2023-07-07 南京工业大学 一种轻质吸声降噪绝热用气凝胶复合材料的制备方法
CN116969745B (zh) * 2023-08-02 2025-12-09 吉林大学 一种纳米纤维素增强的二氧化硅气凝胶复合材料的制备方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2559914A (en) 1942-12-05 1951-07-10 Frank Georges Process for the production of cellulose sulfuric acid esters
US2539451A (en) 1948-02-27 1951-01-30 Eastman Kodak Co Method of preparing sulfuric acid esters of cellulose
JPS5269990A (en) 1975-12-09 1977-06-10 Kao Corp Carboxymethylation method
EP3023455A1 (en) 2014-11-21 2016-05-25 Fundacíon Tecnalia Research & Innovation Porous cellulosic materials and process for their preparation
SE539714C2 (en) * 2016-03-11 2017-11-07 Innventia Ab Method of producing shape-retaining cellulose products, and shape-retaining cellulose products therefrom

Also Published As

Publication number Publication date
EP3653579B1 (en) 2023-07-19
EP3653579A1 (en) 2020-05-20
EP3653579C0 (en) 2023-07-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2952882T3 (es) Aerogel de sílice reforzado con esponja celulósica y proceso para su preparación
Maleki et al. Novel multifunctional polymethylsilsesquioxane–silk fibroin aerogel hybrids for environmental and thermal insulation applications
Zhu et al. Dual-enhancement effect of electrostatic adsorption and chemical crosslinking for nanocellulose-based aerogels
Yuan et al. Transparent cellulose–silica composite aerogels with excellent flame retardancy via an in situ sol–gel process
CA2963691C (en) Cnf cellular solid material
EP3212845B1 (en) Nanocellulosic cellular solid material with anionic surfactants
Silva et al. A fundamental investigation of the microarchitecture and mechanical properties of tempo-oxidized nanofibrillated cellulose (NFC)-based aerogels
Saxena et al. High oxygen nanocomposite barrier films based on xylan and nanocrystalline cellulose
Pitcher et al. Chemical structure–property relationships in nanocelluloses
US12187869B2 (en) Polyethylene terephthalate (PET) aerogel
Hussin et al. Nanocellulose and nanoclay as reinforcement materials in polymer composites: A review
Beaumont et al. Cellulose nanofibrils: From hydrogels to aerogels
CN113924336A (zh) 包含源自褐海藻的藻酸盐和纤维素纳米纤维的天然组合物
Tozluoglu et al. Nanocellulose in paper and board coating
Jiao et al. Supramolecular cross-linking affords chitin nanofibril nanocomposites with high strength and water resistance
Park et al. Facile crosslinking methods for water-durable oven-dried cellulose nanofibril foams and their application as dye adsorbents
Budtova Bio‐based aerogels: a new generation of thermal superinsulating materials
Radhakrishnan et al. Nanocelluloses for removal of organic dyes from wastewater
CN112851205A (zh) 一种绿色、质轻、隔热、高强度复合板材的制备方法
Liu et al. A novel strategy for the construction of silk fibroin-SiO2 composite aerogel with enhanced mechanical property and thermal insulation performance
Poulose et al. Cellulose Nanofibers‐Based Porous Materials, a Green Platform to Construct Advanced Sorbents for Oil/Spill Cleanup
Fu et al. Water sorption and barrier properties of cellulose nanocomposites
Demilecamps Synthesis and characterization of polysaccharide-silica composite aerogels for thermal superinsulation.
Ahmed et al. Superhydrophobic silica monolithic doped with crystal violet dye under ambient pressure: preparation and characterization
Chatap et al. Cellulosic porous materials for pharmaceutical applications