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Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR PRODUCING INDUSTRIAL CLAY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/191537
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for producing clays with improved properties, said method comprising incorporating an inorganic matrix into an organic matrix, in pre-determined proportions. The resulting industrial clay is malleable, has high compression and creep strength and is particularly suitable for use in the industrial prototype creation sector.

Inventors:
SIERRA ZULUAGA, Luis Fernando (Cr. 49 No. 7 sur 50, Medellin, 2, 050022, CO)
ACOSTA MAYA, Diego Andrés (Cr. 49 No. 7 sur 50, Medellín, 2, 050022, CO)
JARAMILLO VALLEJO, Julián (CR.49 No.7 SUR 50, Medellín, 2, 050022, CO)
RESTREPO MONTOYA, Andrés (CR. 49 No. 7 sur 50, Medellín, 2, 050022, CO)
JARAMILLO RODRÍGUEZ, Alexander (CR.49 No.7 sur 50, Medellín, 2, 050022, CO)
CADAVID CÁRDENAS, José Luis (CR.49 No. 7 sur 50, Medellín, 2, 050022, CO)
Application Number:
IB2017/052443
Publication Date:
November 09, 2017
Filing Date:
April 27, 2017
Export Citation:
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Assignee:
UNIVERSIDAD EAFIT (Carrera 49 No. 7 sur 50, Medellin, 2, 050022, CO)
International Classes:
B29C67/24; B22C1/18; B22C1/20; B22C1/24; B28B7/00; C04B14/04; C04B14/10; C04B14/28; C04B33/04; C04B35/14
Foreign References:
US20050059757A12005-03-17
US20080045638A12008-02-21
US20040138336A12004-07-15
CN104525835A2015-04-22
JP2005193267A2005-07-21
CN104891928A2015-09-09
EP0799102A11997-10-08
GB1489221A1977-10-19
Attorney, Agent or Firm:
RENDON VERA, Jose Santiago (Carrera 49 No. 7 sur 50, Medellin, 2, 050022, CO)
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Claims:
CAPÍTULO REIVINDICATORIO MODIFICADO

(Examen de Forma)

1. Un proceso para obtener una arcilla industrial que comprende las siguientes etapas:

a) preparar una matriz orgánica mediante la mezcla y calentamiento de sus componentes, que comprende cera, vaselina, aceite, cera microcristalina, parafina, aceites lubricantes, aceite mineral, hidrocarburos saturados y/o mezclas de los mismos;

b) incorporar, en una relación en peso de matriz inorgánica a matriz orgánica entre 1: 1 y 3:2, una matriz inorgánica que comprende bentonita y materiales de relleno y/o mezclas de los mismos en la matriz orgánica obtenida en a), hasta obtener una arcilla industrial en forma de pasta homogénea.

2. El proceso según la Reivindicación 1, donde la matriz orgánica de la etapa a) tiene la siguiente composición:

3. El proceso según la Reivindicación 1, donde la matriz inorgánica de la etapa b) tiene la siguiente composición:

4. El proceso según la Reivindicación 1, donde en la etapa a) la matriz orgánica se mezcla bajo las siguientes condiciones: agitación entre 10 y 100 RPM y temperatura entre 80 y 150°C.

5. Una arcilla industrial obtenida según el proceso de la Reivindicación 1, que comprende la siguiente composición: Compuesto (%p/p) base seca

Bentonita 5,0-15,0

Caolín 5,0-15,0

Talco 5,0-15,0

Estearato de calcio 5,0-15,0

Carbonato de calcio 5,0-15,0

Cera microcristalina 20,0 - 30,0

Aceite mineral 5,0 - 10,0

Vaselina 0,0 - 5,0

6. La arcilla industrial según de la Reivindicación 5, que tiene las siguientes características:

Características Valor

Módulo de Young (kPa) 7500 - 12000

Densidad (kg/m3) 1,10-1,40

Resistencia máxima a compresión (kPa) 80,0 - 260,0

Deformación en falla (%) 2,25 - 4,00

Description:
PROCESO PARA OBTENER UNA ARCILLA INDUSTRIAL

Campo de la invención La presente invención pertenece al campo de los materiales, particularmente a procesos para obtener arcilla industrial para prototipado.

Descripción del estado de la técnica La arcilla es un material natural formado por minerales. Este material maleable suele ser sumamente moldeable al combinarlo con agua. Su combinación con agua produce una sustancia de consistencia similar al plástico, es decir viscosa y pegajosa. Esta capacidad de modificar su estructura permite que se utilice como material de moldeo para diferentes aplicaciones.

La arcilla mezclada con agua adquiere ciertos niveles de plasticidad que facilitan su moldeo. Al secarse, la arcilla se endurece y conserva la forma con la que se le moldeó. La forma más común de secar la arcilla es mediante la aplicación de calor dentro de hornos a temperaturas superiores a los 800°C.

El estado de la técnica describe varios procesos y composiciones para obtener materiales maleables empleados en prototipado. El documento US8633269 describe el proceso para obtener una composición de juego maleable, extruíble y resistente al secado que incluye un ligante polimérico y aceite mineral. La composición puede incluir un plastificante, un agente de liberación y uno o más materiales de rellenos, entre los rellenos se pueden incluir talco, carbonato de calcio, arcillas y combinaciones de los mismos.

El documento US5244726 divulga un proceso para obtener un material geopolimérico que incluye fases orgánicas e inorgánicas dispersas, compuesto por silicato, particulados, surfactantes, caolín, cenizas volátiles, y un agente buffer controlador de pH. Durante el proceso de fabricación, el caolín se usa como espesante y la bentonita es utilizada para absorber agua. Se obtiene un producto que se auto-endurece y que es resistente a altas temperaturas.

Si bien en el estado de la técnica se encuentran divulgados varios procesos para obtener materiales maleables, es necesario el desarrollo de procesos que permitan obtener materiales para prototipado como la presente invención que permitan obtener arcillas industriales con propiedades de resistencia a la compresión y a la deformación, con menores costos de producción asociados y con materias primas de fácil acceso. Breve descripción de la invención

La invención proporciona un proceso para obtener arcilla industrial con características mejoradas, que comprende incorporar una matriz inorgánica a una matriz orgánica, en proporciones determinadas. La arcilla obtenida es maleable y con resistencia a la compresión y deformación.

Breve descripción de las figuras

FIG 1. Gráfica esfuerzo vs deformación porcentual de la composición 1 del Ejemplo 1.

FIG 2. Gráfica esfuerzo vs deformación porcentual de la composición 2 del Ejemplo 1. FIG 3. Gráfica esfuerzo vs deformación porcentual de la composición 3 del Ejemplo 1. FIG 4. Gráfica esfuerzo vs deformación porcentual de la composición 4 del Ejemplo 1. Descripción detallada de la invención

Para obtener arcillas industriales para prototipado de acuerdo con la presente invención, inicialmente se prepara una matriz orgánica mediante la mezcla y calentamiento de sus componentes, posteriormente a la matriz orgánica se le incorpora en una proporción definida una matriz inorgánica, finalmente se mezcla hasta obtener una arcilla en forma de pasta homogénea.

Inicialmente se pesan los materiales que componen la matriz orgánica (e.g., cera, vaselina, aceite, aceite mineral, y combinaciones de los mismos) en un recipiente que se calienta y se mezcla controlando la temperatura por un periodo entre 15 y 30 minutos. Se pesan los materiales secos (e.g., bentonita, materiales de relleno) que componen la matriz inorgánica. Se incorpora lentamente la matriz inorgánica a la mezcla previamente calentada de la matriz orgánica, en una proporción definida por la relación en peso entre 1: 1 y 3:2 matriz inorgánica a matriz orgánica respectivamente, finalmente se agita hasta obtener una pasta homogénea.

La matriz orgánica se obtiene de la mezcla y calentamiento de los componentes seleccionados del grupo que consiste de cera, vaselina, aceite, cera microscristalina, parafina, aceites lubricantes, aceite mineral, hidrocarburos saturados y mezclas de los mismos. Mientras que la matriz inorgánica se obtiene de la mezcla de los componentes seleccionados del grupo que consiste de bentonita, materiales de relleno y mezclas de los mismos.

Para efectos de la presente invención, el término "materiales de relleno " corresponde a una composición que comprende uno o más de los siguientes componentes: talco, carbonatas, estearatos, caolín, carbohidratos complejos, almidón, celulosa, caliza, goma de xantano, carboximetil celulosa y sílice, que forman la matriz inorgánica.

En una modalidad preferida del proceso, inicialmente se prepara la matriz orgánica mezclando cera microscristalina, aceite mineral y vaselina con agitación entre 10 y 100 RPM y temperatura entre 80 y 150°C hasta formar una sola fase líquida en el fondo del recipiente. La matriz orgánica obtenida se caracteriza por la composición indicada en la Tabla 1.

Tabla 1

Componente % (p/p) base seca Cera microcristalina 90,0-100,0

Vaselina 0,0-5,0

Aceite mineral 0,0-5,0

La matriz inorgánica se prepara mezclando en otro recipiente bentonita cálcica y materiales de relleno. La matriz inorgánica obtenida se caracteriza por la composición indicada en la Tabla 2.

Tabla 2

Posteriormente se incorpora lentamente la matriz inorgánica a la mezcla previamente calentada de la matriz orgánica, en una proporción definida por la relación en peso entre 1: 1 y 3:2, finalmente se agita hasta obtener una arcilla industrial en forma de pasta homogénea.

La arcilla industrial obtenida de acuerdo con el proceso de la presente invención tiene la composición indicada en la Tabla 3 y se caracteriza por las propiedades indicadas en la Tabla 4.

Tabla 3

Compuesto (%p/p) base seca

Bentonita cálcica 5,0 - 15,0

Caolín 5,0 - 15,0

Talco 5,0 - 15,0

Estearato de calcio 5,0 - 15,0

Carbonato de calcio 5,0 - 15,0

Cera microcristalina 20,0 - 30,0

Aceite mineral 5,0 - 10,0

Vaselina 0,0 - 5,0 Tabla 4

La presente invención será presentada en detalle a través de los siguientes ejemplos, los cuales son suministrados solamente con propósitos ilustrativos y no con el objetivo de limitar su alcance.

EJEMPLOS

Ejemplo 1: Preparación arcilla industrial para prototipado

Se prepara la matriz orgánica mezclando cera microscristalina, aceite mineral y vaselina, posteriormente se somete a calentamiento a una temperatura de 60°C hasta formar una sola fase líquida en el fondo del recipiente, bajo agitación constante a 20 RPM. Se prepara la matriz inorgánica mezclando bentonita cálcica, caolín, talco, estearato de calcio y carbonato de calcio, que se muele y tamiza en malla Tyler 200.

Posteriormente se incorpora lentamente a la matriz orgánica caliente la matriz inorgánica hasta formar una pasta homogénea bajo agitación constante a 20 RPM. La arcilla obtenida es evaluada cualitativamente para determinar si se adhiere a la piel y se caracteriza midiendo sus propiedades mecánicas tales como resistencia, deformación, módulo de Young y densidad.

Composiciones de arcilla ejemplares de la presente invención se prepararon de acuerdo con la Tabla 5 donde se enumeran las cantidades relativas de los componentes utilizados. En la Tabla 6 se enumeran las características mecánicas obtenidas para las composiciones de ejemplo preparados de acuerdo con la Tabla 5.

Tabla 5. COMPOSICIÓN (%p/p)

COMPONENTE

1 2 3 4

Cera microscristalina (g) 30,00 30,00 30,00 36,00

Aceite mineral (g) 0,00 10,00 5,00 2,00

Vaselina (g) 10,00 0,00 5,00 2,00

Bentonita (g) 12,00 12,00 12,00 12,00

Caolín (g) 12,00 12,00 12,00 12,00

Talco (g) 12,00 12,00 12,00 12,00

Estearato de calcio (g) 12,00 12,00 12,00 12,00

Carbonato de calcio (g) 12,00 12,00 12,00 12,00

Tabla 6.

Las composiciones anteriores demuestran, entre otras cosas, que las arcillas de la presente invención presentan características mejoradas a la resistencia a la compresión y la deformación como se ilustra en las FIG 1, 2, 3 y 4 se observa que las propiedades de módulo de Young, resistencia máxima a la compresión y deformación de falla, pueden ser ajustadas mediante cambios en las proporciones de los ingredientes según se muestra en la Tabla 5. Así la gama de rangos para éstas propiedades puede variarse desde 2500 kPa hasta 12000 kPa para el módulo de Young, desde 85 kPa hasta 250 kPa para la resistencia máxima a la compresión, y la deformación desde 2.5% hasta 3.5%. Por lo tanto, la presente invención está bien adaptada para llevar a cabo los objetivos y alcanzar los fines y ventajas mencionados, así como aquellos que son inherentes a la misma.