CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La resina de alta transmisión térmica de Ia invención pertenece al sector de materiales de construcción, en concreto a elementos de fijación entre estructuras. Es un adhesivo cargado, endurecible por reacción química exotérmica tras adición de un agente de curado a Ia mezcla de Ia matriz polimérica y las cargas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En Ia técnica se plantea frecuentemente Ia necesidad de acoplar piezas de materiales que intervienen en procesos de transmisión de calor cuya unión, por su naturaleza o problemas de accesibilidad o por otros requerimientos, no es susceptible o no es apropiado que se realice mediante soldadura. Se plantea Ia necesidad, por Io tanto de desarrollar un material adhesivo capaz de realizar uniones firmes entre materiales de naturaleza distinta, que soporte altas temperaturas y que transmita sin pérdidas Ia energía entre ambos materiales. Existen varias patentes que describen resinas adhesivas con alta conductividad térmica de este tipo, aunque en Ia técnica actual todas provocan cierta pérdida de energía en el proceso de transmisión del calor. Por ejemplo, Ia patente japonesa JP 2007262392 describe un termoplástico que puede ser aplicado directamente a un generador de calor. Esta patente no trata de una resina, y por tanto no anticipa el uso de resinas para requerimientos térmicos similares. La patente china CN101302413 describe una resina epoxi de baja transmisión térmica que incluye polvo de plata y nanotubos de carbono, ambos para conseguir unas buenas características como trasmisora eléctrica. Esta patente, aunque anticipa el uso de metales incorporados en Ia resina, se abstiene de hacer un estudio de los efectos de dicha incorporación en sus propiedades como transmisora térmica, de forma que no sugiere el resultado particular de Ia resina de Ia invención.

La patente japonesa JP2008088406 describe una resina epoxi que proporciona una alta conductividad térmica. La carga de Ia resina es inorgánica. La diferencia con Ia presente invención radica en Ia adición en esta última de cargas constituidas por partículas de piedra natural como potenciadoras de Ia conductividad térmica de Ia matriz polimérica. Esto no está sugerido por Ia técnica siendo conocidas las pobres propiedades de transmisión de calor de los materiales pétreos. La pizarra sin embargo constituye una excepción, y entre Ia piedra natural presenta unas muy buenas propiedades térmicas.

La patente japonesa JP2002277185 describe una estructura laminada que irradia calor. Esta estructura laminada está compuesta de dos paneles unidos por un líquido adhesivo obtenido a partir de una resina cargada con un material térmico altamente conductor. Si bien esta patente describe Ia utilización de una resina cargada con un relleno de alta conductividad térmica entre dos superficies, el uso de pizarra en Ia presente invención otorga a Ia mezcla final obtenida una potenciación añadida de Ia energía calórica transmitida y baja difusividad que han resultado sorprendentes.

Son conocidas y aplicadas en construcción las losas de pizarra para el aprovechamiento de Ia energía recibida por radiación solar. Sin embargo, el solicitante no conoce Ia aplicación de partículas de pizarra de reducida granulometría con fines de transmisión y potenciación de calor en el seno de una matriz polimérica de baja conductividad. Esta aplicación planteaba una seria de problemas no resueltos a priori por el estado de Ia técnica.

Tradicionalmente el proceso de extracción de pizarra ha generado una gran cantidad de desperdicios de granulometría muy diversa que se han intentado reutilizar con diversos fines, tales como materia prima en Ia industria cerámica, como parte de Ia composición de cementos o como aglomerado asfáltico. La modernización de los procesos de transformación ha dado lugar a Ia obtención de residuos de una granulometría uniforme susceptibles de ser utilizados para usos no habituales hasta Ia actualidad. La opción de usar este material como carga para matrices poliméricas abre Ia posibilidad de obtener compuestos adhesivos con propiedades de conductividad térmica mayor y difusividad térmica menor que otros compuestos similares desarrollados hasta Ia fecha, y a un precio inferior. La obtención de granulados de pizarra del tamaño adecuado para servir como base de Ia resina de Ia invención es un proceso estándar en Ia técnica. De forma similar, Ia obtención de partículas granulares de carácter metálico del tamaño adecuado para servir como base de Ia resina de Ia invención también es un proceso estándar en Ia técnica. El problema que se plantea en Ia técnica es desarrollar un material adhesivo y versátil que soporte altas temperaturas con propiedades óptimas de transmisión de calor y baja difusibilidad, para aplicar entre dos capas externas que no resulte apropiado unir mediante procesos industriales de soldadura, y que resuelva los problemas de los altos costes de obtención actual de materiales similares.

La solución aportada por Ia presente invención es una resina cargada con partículas de pizarra, y preferiblemente también con partículas de carácter metálico, que aporta las ventajas tecnológicas de una mayor eficiencia en Ia transmisión de calor y una disminución del precio de fabricación.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

De modo que Ia presente invención es una resina de alta transmisión térmica que comprende partículas granulares de pizarra en una matriz polimérica de baja conductividad térmica. En una realización preferente el porcentaje de dichas partículas de pizarra está comprendido entre el 40% y el 80% en peso, preferentemente entre el 60% y el 70% en peso, Io más preferible el 66,3% en peso. La carga de pizarra centra su aportación en Ia acumulación de calor en el seno de un material poco conductor, logrando el efecto de depósito de inercia térmica o efecto invernadero.

La realización más preferente de Ia invención es que Ia resina comprenda además partículas granulares de carácter metálico. Una realización muy preferente es que Ia carga total de partículas de pizarra y partículas de carácter metálico esté comprendida entre el 40% y el 80% en peso, preferentemente entre el 60% y el 70% en peso, Io más preferible el 66,3% en peso. Otra realización de Ia invención es que Ia matriz polimérica de Ia resina esté seleccionada entre el grupo comprendido por resinas epoxi, resinas de poliéster y resinas de poliuretano. -A-

En Ia presente solicitud se entiende por "resina de alta transmisión térmica" aquella resina que presenta una transmisión del calor cuantificable y de rango superior a 0.5 VWmK.

En Ia presente solicitud se entiende por "matriz polimérica de baja conductividad térmica" aquella matriz polimérica que presenta una transmisión del calor cuantificable y menor de 0.4 W/mK.

En Ia presente solicitud se entiende por "partícula granular" aquella partícula con un grano de forma aproximadamente circular y un tamaño de grano comprendido entre 0,16 mm y 0,5 mm. En Ia presente solicitud se entiende por "carácter metálico" como el comportamiento que presentan aquellos materiales que son buenos conductores del calor y Ia electricidad, poseen alta densidad, y son sólidos a temperatura ambiental. Estos materiales con carácter metálico presentan una conductividad térmica en el rango de 45 W/mK y 390 W/mK. La resina de Ia invención actúa como transmisora de calor entre las dos capas externas y logra potenciar un gradiente de temperatura elevado entre Ia superficie superior receptora y Ia superficie inferior emisora de Ia energía. El proceso de transmisión de energía que confiere altura inventiva a Ia presente invención es el siguiente. La superficie receptora transmite Ia energía recibida a Ia resina de Ia invención, que contiene partículas de pizarra. La cantidad de energía capaz de ser absorbida por Ia pizarra es muy grande debido a su bajo calor específico y gran conductividad térmica. Además, Ia matriz polimérica de baja conductividad térmica utilizada en Ia invención aporta una gran eficiencia de acumulación de Ia energía en Ia pizarra porque hace de aislante. Así, las partículas de pizarra consiguen una temperatura superior incluso a Ia de Ia capa emisora de Ia energía, con el efecto de una potenciación de energía que resulta en el mencionado efecto invernadero. La energía se transmite entonces a Ia capa receptora de energía sin haber sufrido pérdidas causadas por el cambio de soporte, e incluso aportando más calor. Además, posibles variaciones bruscas de temperatura tanto en Ia capa emisora como en Ia receptora no resultarán en una variación de Ia energía de Ia resina debido a Ia baja difusibilidad también aportada principalmente por Ia carga de pizarra. La gran eficiencia de Ia resina de Ia invención es de especial aplicación cuando es necesario un aprovechamiento de Ia energía calórica para su uso en procesos de eficiencia energética de materiales. En Ia actualidad no existen resinas de consideración eficiente para estos usos. Con Ia intención de mostrar Ia presente invención de un modo ilustrativo aunque en ningún modo limitante, se aportan los siguientes ejemplos.

EJEMPLOS

Ejemplo 1 : Obtención de una resina de alta transmisión térmica con partículas de pizarra.

Se obtuvo polvo de pizarra de tamaño de grano de 16 μ mediante un proceso estándar de aspiración por aire del polvo generado durante el proceso de corte de los rachones de pizarra en canteras. Posteriormente se tamizó para descartar los granos de mayor tamaño. Se premezclaron 100 g de Resina epoxi Resoltech 1020T con 30 g de agente de curado Resoltech 1028 X con una varilla agitadora en un recipiente de polipropileno capaz de resistir Ia reacción exotérmica que se produjo. Una vez que se dispuso del conjunto de Ia matriz polimérica y agente de curado, se Ie añadieron 256,1 g de polvo de pizarra agitando de forma continuada hasta Ia obtención de una mezcla homogénea. La aplicación se realiza mediante un rodillo metálico específico para Ia aplicación de resinas, durante el tiempo en abierto de Ia resina obtenida. En Ia presente solicitud se entiende por "tiempo en abierto" el tiempo que tarda Ia resina en comenzar a reticular, es decir el tiempo que tarda en empezar a endurecerse. Se obtuvo una resina final con una relación de componentes del 33,67% en peso de matriz polimérica (incluido el agente de curado) y el 66,3% en peso de polvo de pizarra de 16 μ.

Ejemplo 2: Medición transmisión de calor de resina de alta transmisión térmica con partículas de pizarra: potenciación del gradiente de temperatura en Ia capa receptora de energía de 0,5 ⁰ C positivos con relación a Ia temperatura de Ia capa emisora tras exposición de 20 minutos a una energía radiada de 1200 W/m ² .

Se fabricó una probeta de ensayo con Ia estructura siguiente:

• Capa superior receptora por su cara exterior de energía radiada y emisora por Ia interior: Losa de pizarra de 4 mm de grosor. • Núcleo de 3 mm compuesto por Ia resina obtenida según el Ejemplo 1.

• Capa inferior receptora de energía por su parte interior y emisora por Ia parte exterior: Lámina de aluminio de 0,6 mm grosor.

La probeta así fabricada se curó durante 24 h a 20 ⁰ C. Una vez curada se sometió en el banco de ensayos a una energía radiada sobre su cara superior de 1200 W/m ² registrando las temperaturas de ambas caras con un Termopar Tipo K (modelo Kane- May KM330) en intervalos de tiempo estipulados de 5 min, obteniéndose las medidas de Ia tabla I.

Los datos se compararon con dos probetas en blanco. La primera de ellas estaba compuesta de Ia misma estructura que Ia probeta de ensayo pero utilizando un resina sin carga de pizarra ni de partículas de carácter metálico. Se fabricó mezclando 100 g de Resina epoxi Resoltech 1020T y 40 g de agente de curado Resoltech 1028 X, con el mismo procedimiento de curado. Fue sometida a Ia misma energía radiada en las mismas condiciones que Ia probeta de ensayo y ofreció los resultados de temperatura de Ia tabla II.

La otra probeta blanco estaba compuesta por una losa de pizarra de 4 mm de grosor remachada mecánicamente con remaches de aluminio a una lámina de aluminio de 0,6 mm de grosor, tal y como se usa convencionalmente por Ia técnica actual en el sector de intercambiadores de calor, por ejemplo. El contacto entre Ia pizarra y Ia lámina de aluminio fue a tope en toda su superficie, y se selló perimetralmente para evitar infiltraciones de aire. Fue sometida a Ia misma energía radiada en las mismas condiciones que Ia probeta de ensayo y ofreció los resultados de temperatura de Ia tabla III.

Tabla I: Probeta de ensayo con polvo de pizarra.

Tabla II: Probeta blanco con resina sin carga.

Tabla III: Probeta blanco remachada.

Se observa que Ia capa inferior de aluminio de Ia probeta de ensayo con Ia resina de Ia invención resultó 0,5 ⁰ C más caliente respecto de Ia capa superior de pizarra que recibió Ia radiación origen. Existe por tanto una ganancia en Ia energía transmitida a partir de este tiempo de radiación. Por el contrario, Ia capa inferior de aluminio de Ia probeta blanco con resina sin carga resultó 2 ⁰ C más fría que Ia capa superior, correspondiendo con una pérdida de energía. En los resultados de Ia probeta remachada se aprecia una temperatura de Ia capa inferior nunca menor de 4 ⁰ C respecto a Ia capa superior.

Ejemplo 3: Obtención de una resina A de alta transmisión térmica con partículas de pizarra y partículas de carácter metálico.

Se obtuvo polvo de pizarra de tamaño de grano de 16 μ mediante un proceso estándar de aspiración por aire del polvo generado durante el proceso de corte de los rachones de pizarra en canteras. Posteriormente se tamizó para descartar los granos de mayor tamaño. Se premezclaron 8,8 kg del polvo de pizarra de 16 μ así obtenido junto con 7,8 kg de polvo comercial de aluminio de 400 μ, y se añadieron a 5,9 kg de Resina epoxi Resoltech 1020T exenta de agente de curado en un cuerpo mezclador MV01 VALVE con mezclador interno RTM2. Se sometió a agitación continuada a temperatura ambiente hasta conseguir una mezcla homogénea. Un calentador de 2000 W conectado en línea calentó Ia resina en un rango de 35 a 50 ⁰ C, reduciendo Ia viscosidad de Ia mezcla para facilitar el trasegado y Ia aplicación. El producto obtenido se aplicó por pistola conectada a un sistema de dosificación por bombas de plato neumáticas mediante dos manguitos flexibles. Por uno de los manguitos se trasegó Ia mezcla matriz polimérica y carga, y por el otro se añadieron a Ia mezcla 2,5 kg de agente de curado Resoltech 1028 X aplicado in-situ en Ia punta de Ia pistola. Se obtuvieron 25 kg de resina final, con una relación de componentes del 33,83% en peso de matriz polimérica (incluido el agente de curado), el 35,17% en peso de polvo de pizarra de 16 μ, y el 31% de carga metálica de 400 μ.

Ejemplo 4: Medición transmisión de calor de A: potenciación del gradiente de temperatura en Ia capa receptora de energía de 1 ,5 ⁰ C positivos con relación a Ia temperatura de Ia capa emisora tras exposición de 20 minutos a una energía radiada de 1200 W/m ² .

Se fabricó una probeta de ensayo con Ia estructura siguiente:

• Capa superior receptora por su cara exterior de energía radiada y emisora por Ia interior: Losa de pizarra de 4 mm de grosor.

• Núcleo de 3 mm compuesto por Ia resina obtenida según el Ejemplo 3.

• Capa inferior receptora de energía por su parte interior y emisora por Ia parte exterior: Lámina de aluminio de 0,6 mm grosor.

La probeta así fabricada se curó durante 24 h a 20 ⁰ C. Una vez curada se sometió en el banco de ensayos a una energía radiada sobre su cara superior de 1200 W/m ² registrando las temperaturas de ambas caras con un Termopar Tipo K (modelo Kane- May KM330) en intervalos de tiempo estipulados de 5 min, obteniéndose las medidas de Ia tabla IV.

Tabla IV: Probeta de ensayo A.

Se observa que Ia capa inferior de aluminio de Ia probeta de ensayo con Ia resina de Ia invención resultó 1 ,5 ⁰ C más caliente respecto de Ia capa superior de pizarra que recibió Ia radiación origen; y que ya a partir de los 15 min de radiación Ia resina fue capaz de transmitir más energía de Ia que recibió. Existe por tanto una ganancia en Ia energía transmitida a partir de este tiempo de radiación. Ejemplo 5: Obtención de una resina B de alta transmisión térmica con partículas de pizarra y partículas de carácter metálico.

Se premezclaron 5,9 kg de Resina epoxi Resoltech 1040T con 2,5 kg de agente de curado Resoltech 1028 X con una varilla agitadora en un recipiente de polipropileno capaz de resistir Ia reacción exotérmica que se produjo. Una vez que se dispuso del conjunto de Ia matriz polimérica y agente de curado, se Ie añadieron 10,1 kg de polvo de pizarra y 6,5 kg de polvo comercial de aluminio de 400 μ agitando de forma continuada hasta Ia obtención de una mezcla homogénea. La aplicación se realiza mediante un rodillo metálico específico para Ia aplicación de resinas, durante el tiempo en abierto de Ia resina obtenida. Se obtuvieron 25 kg de resina final, con una relación de componentes del 33,67% en peso de matriz polimérica (incluido el agente de curado), el 40,41 % en peso de polvo de pizarra de 16 μ, y el 25,92% de carga metálica de 400 μ.

Ejemplo 6: Medición transmisión de calor de B: potenciación del gradiente de temperatura en Ia capa receptora de energía de 1 ⁰ C positivo con relación a Ia temperatura de Ia capa emisora tras exposición de 20 minutos a una energía radiada de 1200 W/m ² .

Se fabricó Ia probeta de ensayo según el siguiente montaje:

• Capa superior: receptora por su cara exterior de energía radiada y emisora por Ia interior: Losa de pizarra de 4 mm de grosor.

• Núcleo de 3 mm. compuesto por Ia resina obtenida según el Ejemplo 5.

• Capa inferior: receptora de energía por su parte interior y emisora por Ia parte exterior: Lámina de aluminio de 0,6 mm grosor.

La probeta así fabricada se curó durante 24 h a 20 ⁰ C. Una vez curada se sometió en el banco de ensayos a una energía radiada de 1200 W/m ² registrando las temperaturas de ambas caras con un Termopar Tipo K (modelo Kane-May KM330) en intervalos de tiempo estipulados de 5 min, obteniéndose las medidas de Ia tabla V.

Tabla V: Probeta de ensayo B.

Se observa que Ia capa inferior de aluminio de Ia probeta resultó 1 ⁰ C más caliente respecto de Ia superior de pizarra que recibió Ia radiación origen. Existe por tanto una ganancia en Ia energía transmitida.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Figura 1.- Esquema de Ia resina aplicada entre dos capas de material.