MATERIAL COMPUESTO DE CONSTRUCCIÓN QUE COMPRENDE UNA RESINA TERMOESTABLE Y UNAS CARGAS TRATADAS SUPERFICIALMENTE

Campo del invento

La presente invención se refiere a un material compuesto de construcción que tiene la particularidad de estar constituido principalmente por una resina termoestable y un material de carga tratado con un recubrimiento superficial, con lo que se obtiene un material compuesto más ligero que los utilizados habitualmente en la actualidad y con prestaciones que permitan alcanzar los requisitos físico-mecánicos y estéticos de los productos finales a fabricar, donde de forma preferente, el uso de este material es para la fabricación de material sanitario como platos de ducha, lavabos o encimeras, y puede ser utilizado como hormigón polímero en general.

Este invento se encuadra dentro de los diferentes tipos de materiales de construcción o materiales para un uso constructivo y/o arquitéctónico, y concretamente se encuentra englobado dentro de los materiales compuestos que comprenden una resina termoestable en su composición.

Estado de la técnica del invento

Como es sabido de forma general en este campo industrial, se conocen diversos tipos de materiales que comprenden en su estructura al menos una resina termoestable. Actualmente, las cargas minerales utilizadas en materiales poliméricos de matriz termoestable, ocasionan productos con un peso muy elevado, con densidades entre 1.800-2.300 kg/m3, lo que complica su manipulación y encarece los costes de transporte y en consecuencia la huella de carbono de los mismos. Adicionalmente, el elevado peso limita el tamaño y forma de determinadas piezas a fabricar o construir al complicar el anclaje y manipulación de los mimos.

Es conocida la existencia de otros materiales ligeros, obtenidos a partir de microesferas huecas de vidrio o cerámicas o minerales sintéticos expandidos que mejoran el problema de la densidad, pero estos productos obtenidos incrementan sensiblemente el coste lo que influye en que, a pesar de las ventajas que puedan aportar, su utilización no es elevada, incluso competitiva, en comparación con los materiales estándar de densidad más elevada. Se conoce lo divulgado en el documento DE2726751A1 , donde se describe una tipología de panel decorativo que en su núcleo dispone de una capa que comprende, entre otros, de una resina termoestable y de vermiculita expandida, pero donde estos paneles son muy ligeros, no tienen una capacidad resistiva y sirven para ser insertados en un bastidor. Además, este documento se refiere a un material con altas cargas minerales procesadas con tratamiento térmicos, lo que lleva a un producto con alta huella de carbono y costes elevados de producción. También se conoce lo divulgado en los documentos CN101798195A y KR20120035628A donde se describen diferentes tipos de materiales que comprenden una resina termoestable y cargas porosas como la perlita en un caso y la vermiculita en el otro caso, donde el uso va destinado a ser un material aislante o retardante de fuego, sin capacidad resistiva para ser utilizado por si solo como material con un uso constructivo, y como en el caso anterior, donde se hay un procesamiento del material a altas temperaturas habiendo una alta huella de carbono y altos costes de producción.

Teniendo en cuenta todos los argumentos previamente expuesto, se considera que es preciso desarrollar un material compuesto que siendo ligero, pueda disponer de unas características resistentes suficientes para poder ser utilizado con uso constructivo, dado que los materiales compuestos conocidos en la actualidad que comprenden una resina termoestable y una carga porosa, o son muy ligeros y tiene un uso limitado a decoración y/o aislamiento, y no alcanza los requisitos físico-mecánicos para ser utilizados con un uso constructivo; o son muy pesados, y eso hace que no sean competitivos frente a materiales convencionales.

Para ello, la presente invención se basa, frente a cualquier otro tipo de material conocido que tenga esta composición, en recubrir las cargas. Estos recubrimientos generan una variación en la interacción fisicoquímica entre carga-resina, diferente a la que tendrían estas cargas sin ser recubiertas. Estas nuevas interacciones entre los componentes de las posibles formulaciones provocan una disminución de la densidad final de los productos, comparado con fórmulas idénticas sin que las cargas estuvieran tratadas con estos recubrimientos al 100% o con % inferiores. La bajada de esta densidad se debe a la variación de las interacciones intermoleculares entre las cargas recubiertas y las resinas termoestables que provocara finalmente una caída de la mojabilidad de las cargas tratas por las resinas termoestables, creándose estructuras tridimensionales que contiene una mayor cantidad de aire entre la carga tratada y las resinas por unidad de volumen. Este efecto de caída de densidad puede verse incrementado al recubrir con estos tratamientos a cargas porosas ya que, no solo afectaría a la interacción intramolecular entre la superficie de la carga y la resina, sino también a la capilaridad del conjunto. Es decir, este tipo de recubrimientos disminuye las fuerzas intermoleculares adhesivas entre carga-resina haciéndolas menores que las fuerzas intermoleculares cohesivas de la propia resina y aumentando el efecto del aire ocluido no solo a la interfase superficial resina- carga sino además al interior de la carga porosa. El problema técnico planteado en la presente invención es desarrollar un material compuesto ligero, y la solución a este problema técnico se basa en tratar superficialmente el filler o el material de carga, recubriéndolo de modo que la resina no lo moja, se generan encapsulados, y por tanto se consigue aligerar la densidad y por tanto el peso del producto, sin que se vean afectadas sus características mecánicas respecto de otros productos conocidos y utilizados en el sector.

Habida cuenta de lo antecedentes conocidos en el estado de la técnica, el material objeto de la presente invención difiere de cualquier otro conocido en el estado de la técnica, y permite obtener una menor densidad en comparación con los materiales conocidos en la actualidad; y a su vez, comprende unos valores resistentes aptos para ser utilizados en construcción. Esto hace que se resuelvan los problemas técnicos descritos con anterioridad, y que este material pueda tener un uso constructivo.

Descripción del invento

La presente invención, tiene como primer objeto, el definir la composición de un nuevo material compuesto que mejore los compuestos basados en resinas termoestables, permitiendo obtener un material a la vez ligero y resistente que pueda ser utilizado con un uso constructivo.

En este sentido, el material de construcción objeto de la presente invención, es un material que comprende, entre otros, una resina termoestable y una carga tratada con un producto de recubrimiento superficial, y que tiene la particularidad de comprender una composición en % en peso, que comprende: un 8 - 45 % de resina termoestable; un 50 - 90% total de material de carga, donde este material puede ser mineral, poroso, orgánico, o una mezcla de los anteriores, donde este material está tratado con un 0,01 - 9% de producto de recubrimiento superficial respecto del total del material de carga, siendo este recubrimiento del tipo ácidos grasos como el oleico, palmítico, esteárico o el linoleico, sus sales u otros derivados, como estearina; y donde en una posible realización puede comprender un pigmento, con una relación de hasta un 10% en peso respecto del total de la mezcla; y/o puede comprender un catalizador, con una relación de hasta un 5% en peso respecto del total. El tratamiento superficial puede realizarse sobre la totalidad de la parte mineral y/o orgánica, o únicamente sobre una parte de ellas. Como se ha indicado con antelación, este tratamiento permite aislar o encapsular dicho material de carga, y por tanto esto hace que se consiga la ventaja técnica de que se aligere la densidad del material de construcción y que su peso se reduzca.

Las cargas minerales utilizadas son del tipo carbonatos, silicatos, aluminosilicates o alúminas hidratadas. La carga porosa es del tipo perlita, verniculita, piedra pómez, sepiolita, zeolita o vidrio expandido. Las cargas orgánicas son procedentes de la actividad agrícola o forestal, como huesos de aceituna, cascará de arroz o de almendra.

Entrando en el detalle de esta composición, se ha de tener en cuenta que el tamaño de partícula medio del material de carga porosa está comprendido entre 5 pm y 10 mm; mientras que el tamaño de partícula medio del material de carga mineral y o expandida está comprendido entre 5 pm y 1 cm. Las cargas orgánicas tienen un tamaño de partícula medio por debajo de 1 ,50 cm.

El material compuesto objeto de la invención comprende una parte de resina termoestable, donde esta resina termoestable es al menos una seleccionada de entre poliéster, vinilester, resina epoxi, resina acrílica y poliuretano. La catalización de estas resinas se realiza con los métodos de catalización habituales en cada tipo de resinas.

El pigmento utilizado de forma preferente para este material es el dióxido de titanio, que da una coloración de tonalidad blanquecina; aunque puede utilizarse otro tipo de pigmento dependiendo el posible uso final que quiera darse al producto final. Dentro de esos otros posibles pigmentos se destaca el negro de humo, óxidos de hierro, ftalocianinas, óxidos de cromo, pigmentos orgánicos como bendiazolonas, quinilonas, o combinaciones de ellos, con los que se pueden obtener tonalidades como verde, azul, roja o amarilla, entre otras.

Por otro lado, el catalizador utilizado en la que puede ser considerada como realización preferente de la invención es el peróxido de metileticetona, aunque puede ser utilizado cualquier otro tipo de catalizador con características semejantes, como peróxido de metilisopropilcetona, peróxido de acetilacetona, peróxido de metil isobutilcetona, peróxido de ciclohexanona, peróxido de dibenzoilo, peróxidos derivados de butilbenzanoato, hexanoates, hexano, peróxidos de cumilo, o mezclas de ellos, y catalizaciones con métodos como UV, microondas, o cualquier tipo de catalización de este tipo de compuestos. Esta composición permite obtener densidades por debajo de los habituales 1800-2.300 kg/m3 conocidos en materiales compuestos de uso constructivo que comprenden resinas termoestables, llegando en los hormigones poliméricos a densidades de hasta 2.400 kg/m3. En este caso, las densidades son inferiores a 1550 kg/m3, pudiendo llegar a densidades inferiores a 1 .000 kg/m3 dependiendo de la dosificación final de la carga tratada con el recubrimiento y de la proporción total de carga porosa junto al resto de componentes de cada formulación. En este caso, los resultados de resistencia son adecuados para el uso constructivo, estando en el orden de los 20 -40 MPa, por tanto, se obtiene un producto resistente que es más ligero, lo cual aporta una solución a los problemas derivados de transporte, manejo e instalación de productos con una densidad como la previamente indicada.

Para la obtención de un producto constructivo basado en esta composición, todos los componentes se mezclan de forma homogénea, para a continuación incorporar a dicha mezcla el catalizador. De esta forma se consigue una masa uniforme, procediéndose seguidamente al relleno de un molde, el correspondiente a la forma y tamaño previsto para la pieza a obtener. Dependiendo del polímero el curado se puede realizar utilizando diferentes sistemas: a temperatura ambiente, altas temperaturas, aportación de microondas. Dependiendo de las características finales de la pieza, el proceso podrá requerir vacío para extraer el aire generado en la mezcla y/o vibrado. El material una vez curado podrá desmoldarse convenientemente. Dependiendo de la resina y condiciones de curado, podrá requerir un proceso de postcurado. Esta pieza puede quedar lista para su uso, a espera de componentes externos, barnizado, pintado u otros cuando proceda. En este sentido, la aplicación de pintura también puede realizarse inicialmente sobre el molde, realizando la colada sobre dicha pintura, fijada previamente al molde. En este caso la pintura del ser compatible con la resina termoestable y poder fusionarse al material de colada durante la reacción de esta última.

En cualquier caso, se puede decir que el procedimiento de obtención de un material de construcción la composición previamente definida, comprende las etapas de: i) mezcla homogénea de la resina termoestable, el material tratado con el producto de recubrimiento superficial y el resto de las cargas y pigmentos en un sistema agitador;

¡i) introducir el pigmento a la mezcla de la etapa anterior y mezclar en el sistema agitador; iii) salida de la mezcla homogénea resultante de la etapa anterior y llenado de un molde; iv) introducir el catalizador en la mezcla asegurando una perfecta integración con los componentes de la formula (también puede realizarse el mezclado de todos los componentes y el catalizador al mismo tiempo) llenada en el molde de la etapa anterior, y mezclar homogéneamente; v) Llenado de los moldes con la masa catalizada. vi) curado de la mezcla resultante de la etapa anterior durante un periodo habitual de 2 a 60 minutos y a una temperatura de al menos 25 ^e C; vii) Proceso de catalización dentro del molde. Los tiempos y procesos de catalización serán característicos de cada tipo de resina y producto final. viii) obtención del producto final; y tras la etapa de obtención del producto final, se puede desmoldea y se puede someter a un acabado superficial seleccionado de entre barnizado, pulido, mateado, abrillantado, pintado o cualquier otro especifico que necesite el producto final.

Teniendo en cuenta lo previamente descrito, es objeto de la presente invención definir el posible uso de un material según las características y composición previamente definidas para la fabricación de hormigón polímero fabricado con polímeros termoestables. Del mismo modo, también se puede indicar el uso de un material según las características y composición previamente definidas para la fabricación de productos sanitarios como platos de ducha, lavabos o encimeras. Como se ha indicado previamente, el material es ligero, resistente y, además, con buenas características aislantes de calor y ruido.

Se ha de tener en cuenta que, a lo largo de la descripción y las reivindicaciones, el término “comprende” y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas o elementos adicionales.

Descripción detallada de unos modos de realización del invento

A continuación, se procede a detallar diferentes ejemplos de realización de un material compuesto tal como el descrito previamente, y que permite ser utilizado como material constructivo.

Una primera posible realización de la invención consiste en un material que tiene la particularidad de comprender la siguiente composición (en % en peso): un 30 % de resina termoestable que es una resina de poliéster insaturado, un 67,4% de carga mineral, de las cual se ha tratado de forma parcial un 33,70 % de carbonato cálcico con 0.5% de ácido esteárico con un tamaño de partícula de entre 5 y 50 pm, el resto un 33,70 % de material de carga mineral, donde el material de carga mineral es carbonato de calcio y magnesio con un tamaño de partícula de entre 0,01 y 0.5 mm un 2 % de un pigmento que es bióxido de titanio para obtener un producto de color blanco; y un 0.6 % de un catalizador, que es peróxido de metiletilcetona.

Este material es obtenido mediante una mezcla inicial homogénea entre el material de carga tratada y el material de carga mineral no tratada en un sistema agitador; la posterior introducción del pigmento a la mezcla de la etapa anterior y mezclar en el sistema agitador durante unos 15 minutos; la salida de la mezcla homogénea resultante de la etapa anterior y llenado de un molde; la introducción del catalizador en la mezcla llenada en el molde de la etapa anterior, y la mezclar homogéneamente; un curado de la mezcla resultante de la etapa anterior durante un periodo de 50 minutos; se obtiene el producto final; y tras ello, se puede desmoldea y, finalmente, se somete a un acabado superficial consistente en un pulido.

Este material tiene como resultado una densidad de 1550 kg/m3 y una resistencia en el entorno de 31 MPa, lo cual le permite ser utilizado para la fabricación de productos sanitarios, como un lavabo o un plato de ducha, dado que incluso estéticamente es un producto con un acabado blanco habitual en este tipo de productos.

Una segunda posible realización de la invención consiste en un material que tiene la particularidad de comprender la siguiente composición (en % en peso): un 35 % de resina termoestable que es una resina de poliéster insaturado, un 61.2% corresponde al conjunto de cargas formado por un 42.5 % de carbonato cálcico y magnesio tratado con 0.7% de ácido esteárico con un tamaño de partícula de entre 5 y 50 pm, un 10% de cascara de arroz de tamaño inferior a 1 mm, y un 10 % de material de carga porosa tipo perlita, con un tamaño de partícula de entre 0,1 y 0.5 mm; un 2 % de un pigmento que es bióxido de titanio para obtener un producto de color blanco; y un 0.8 % de un catalizador, que es peróxido de metiletilcetona.

Este material es obtenido mediante una mezcla inicial homogénea entre el material de carga tratada y el material de carga mineral en un sistema agitador; la posterior introducción del pigmento a la mezcla de la etapa anterior y mezclar en el sistema agitador; la salida de la mezcla homogénea resultante de la etapa anterior y llenado de un molde; la introducción del catalizador en la mezcla llenada en el molde de la etapa anterior, y la mezclar homogéneamente; un curado de la mezcla resultante de la etapa anterior durante un periodo de 55 minutos; se obtiene el producto final; y tras ello, se puede desmoldea y, finalmente, se somete a un acabado superficial consistente en un pulido.

Este material tiene como resultado una densidad de 1200 kg/m3 y una resistencia en el entorno de 25 MPa, lo cual le permite ser utilizado para la fabricación de productos sanitarios, como un lavabo, un plato de ducha entre otros.

En este punto se compara el ejemplo de realización con un producto convencional basado en resina polimérica de los habitualmente utilizados para la fabricación de productos sanitarios, concretamente platos de ducha. Este material conocido está constituido por 75% de resina y 25% de material de carga mineral, teniendo una densidad de 2220 Kg/m ³ , y tiene unas características mecánicas similares a las del ejemplo de realización previamente indicado. En el caso de los hormigones de los hormigones poliméricos, es sabido que sus densidades alcanzan hasta 2.400 kg/m ³ .

Se puede observar que el material objeto de la presente invención dispone de unas características mecánicas aptas para su utilización en productos sanitarios y constructivos, pero tiene la gran ventaja de ser un material menos denso, lo que permite solucionar los problemas existentes en los materiales poliméricos conocidos en cuanto a su transporte y utilización.

Se puede también observar que cuanto más se aumenta la proporción de carga porosa y más se reduce la materia mineral y la carga recubierta, la densidad disminuye, aunque es importante que el material tenga al menos la proporción mínima de carga mineral, porosa u orgánica recubierta, para disponer de características resistentes aptas para los usos descritos previamente.

Teniendo en cuenta todos los aspectos previos, la presente invención resuelve los problemas de poder disponer de un producto que sea más ligero y mucho más manejable y transportable que los materiales poliméricos conocidos hasta la fecha, donde este nuevo material permite alcanzar los requisitos resistivos y estéticos necesarios para poder fabricar productos sanitarios y/o ser usado como hormigón polimérico.