ES2198741T3 - Mezcla de constituyentes solidos secos con contenido en arcilla, que sirven para formar un gel resistente a la humedad, y procedimiento de tratamiento de superficies. - Google Patents
Mezcla de constituyentes solidos secos con contenido en arcilla, que sirven para formar un gel resistente a la humedad, y procedimiento de tratamiento de superficies.Info
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Abstract
Una mezcla de sólidos secos que contiene arcilla para utilizarse en la formación de un gel resistente a la humedad, que comprende esmectita en polvo o triturada, que contiene posiblemente al menos 0, 5% en peso de un activador sólido en polvo, más del 0, 2% en peso de un polímero soluble en agua, y más del 0, 5% en peso de una o más cargas inertes sólidas, donde todos los porcentajes de peso se basan en la cantidad de esmectita en la mezcla, caracterizado porque al menos el 10% en peso de dicha carga inerte lo aporta una carga hidrofóbica, en base a la cantidad total de la carga, donde la cantidad de esmectita de la eventual mezcla es del 10-30% en peso, y donde el polímero soluble en agua tiene un peso molecular de al menos 1 millón.
Description
Mezcla de constituyentes sólidos con contenido en
arcilla, que sirven para formar un gel resistente a la humedad, y
procedimiento de tratamiento de superficies.
La presente invención se refiere a una mezcla de
sólidos secos que contiene arcilla para utilizarse en la formación
de un gel resistente a la humedad, que comprende esmectita en polvo
o triturada, que contiene posiblemente al menos 0,5 % en peso de un
activador sólido en polvo, más del 0,2 % en peso de un polímero
soluble en agua, y más del 0,5% en peso de una o más cargas inertes
sólidas, donde todos los porcentajes de peso se basan en la
cantidad de esmectita en la mezcla. Además, la presente invención
se refiere a un método para formar directamente un gel resistente a
la humedad sobre una superficie a ser tratada, utilizando dicha
mezcla de sólidos secos que contiene arcilla, y también al uso de
dicha mezcla de sólidos secos que contiene arcilla.
Dicha mezcla de sólidos secos que contiene
arcilla para utilizarse en la formación de gel resistente a la
humedad se conoce de la solicitud de patente internacional WO
94/18284. De acuerdo con dicha solicitud de patente internacional,
un gel resistente a la humedad, impermeable al agua, se forma
cuando la mezcla de sólidos secos que contiene arcilla entra en
contacto con agua o con un líquido que contiene agua. Dicha
formación de un gel es el resultado de procesos
físico-químicos (dilatación, disolución, intercambio
de iones, difusión, reacciones químicas, etc.) que necesitan la
presencia de agua. El gel que se obtiene forma una estructura
coherente, donde las cargas sólidas están completamente integradas
en el gel. Las cargas que se usan en dicha solicitud de patente
internacional comprenden cargas hidrófilicas, como residuos
minerales sólidos triturados, por ejemplo hormigón, ladrillos,
baldosas y cerámica triturados. Además, los residuos de
construcción se mencionan como carga inorgánica hidrofílica
adecuada para usar a la hora de formar un gel resistente a la
humedad. Las mezclas que contienen cargas hidrofílicas que se
describen en dicha solicitud de patente tienen un bajo contenido en
esmectita, en concreto del orden de 3% (ejemplo 2), 2,5% (ejemplo
3) y 5% (ejemplo 5).
Si están presentes cargas hidrofóbicas, dicha
mezcla de sólidos secos que contiene arcilla para utilizarse en la
formación de un gel resistente a la humedad se puede mejorar
asegurando que es posible la formación de un gel coherente. Si el
gel que se forma no tuviera dicha estructura, el sello hidráulico
que proporciona la capa del gel será inadecuado, lo que da como
resultado que el agua puede pasar a través de la capa de gel. Se ha
demostrado que si se utiliza la composición que se describe en la
solicitud de patente internacional WO 94/18284, donde la carga
hidrofílica se sustituye por una carga hidrofóbica, la formación
del gel sólo tendrá lugar con los componentes hidrofílicos de la
mezcla, mientras que las partículas de carga hidrofóbica estarán
presentes fuera de la estructura del gel, en forma de pequeños y
discretos dominios. La estructura del gel obtenido de esta manera
no presenta un carácter coherente sino un carácter semejante a una
red, dando como resultado que se perderán completamente las
propiedades de sello hidráulico de la capa de gel.
El objeto de la presente invención es
proporcionar una mezcla de sólidos secos que contiene arcilla para
utilizar en la formación de un gel resistente al agua, en el que la
presencia en la mezcla que contiene arcilla de una carga
hidrofóbica permite la formación de una estructura de gel coherente
que presenta excelentes propiedades de sello hidráulico.
La presente invención, como se hace referencia en
la introducción, se caracteriza porque se usa una mezcla de sólidos
secos que contiene arcilla, donde al menos del 10% en peso de la
carga está sustituida por una carga hidrofóbica, en base a la
cantidad total de la carga, donde la cantidad de esmectita de la
eventual mezcla es del 10-30% en peso y donde el
polímero soluble en agua tiene un peso molecular de al menos 1
millón.
En principio, cualquier carga hidrofóbica es
adecuada para utilizarse como carga hidrofóbica, pero se prefiere
particularmente utilizar flujos de residuos sólidos hidrofóbicos,
que son perjudiciales para el entorno y deben aislarse. El uso de
dichos flujos de residuos no sólo solucionará el problema de
reciclar dichos flujos de residuos sino que también ayuda a
prevenir la contaminación ambiental causada por dichos flujos de
residuos, dado que la estructura coherente del gel obtenida de
acuerdo con la presente invención aísla completamente las cargas
hidrofóbicas que se utilizan. Así, la carga hidrofóbica se fija en
la estructura del gel formada, dando como resultado que el
intercambio con el medio ambiente resulta imposible. Las cargas
hidrofóbicas preferidas para usar en la mezcla de sólidos secos que
contiene arcilla de acuerdo con la presente invención comprende uno
o varios polímeros, resinas, alquitranes y coques, cuyos productos
se originan mayoritariamente en la industria pesada y en la
industria petroquímica, en particular la industria plástica y la
industria petroquímica. Otras cargas hidrofóbicas adecuadas a
utilizar son los residuos que se forman en los procesos de fundido
en arena, en particular la mezcla arenosa de fundiciones, cuyos
residuos, además de los coques, los ligantes orgánicos y las
partículas de arena recubiertas de resina (partículas
hidrofóbicas), pueden comprender una cantidad considerable de arena
hidrofílica, minerales de arcilla fundidos y posiblemente
bentonita. La mezcla arenosa es un ejemplo de una posible carga
que consiste en un núcleo de un material hidrofílico y un
recubrimiento de un material hidrofóbico. Como resultado de la
presencia de dicho recubrimiento, la mezcla arenosa puede
considerarse como un material hidrofóbico. Para calcular la
cantidad de carga hidrofóbica, el peso total de la mezcla arenosa
se considera material hidrofóbico. A pesar de que dicha carga
contiene componentes hidrofílicos e hidrofóbicos, esto no
interfiere en el proceso de gelificación, y dichas partículas
hidrofílicas se incorporan totalmente a la estructura del gel
formado. Cuando se utiliza una mezcla que contiene arcilla de
acuerdo con la invención, es posible utilizar el 20% en peso y más
de una carga hidrofóbica en la carga inerte.
En una realización preferida de la mezcla de
sólidos secos que contiene arcilla de acuerdo con la presente
invención, la cantidad de esmectita de la eventual mezcla es del
12-15% en peso. Por ejemplo, los siguientes
materiales pueden usarse como materiales que contienen esmectita:
montmorillonita, beidellita, hectorita, saponita, illita,
rectorita, mezclas de los mismos o mezclas artificiales de
compuestos de silicato del tipo de la esmectita (especialmente
LAPONITE (marca), Laporte Co., Gran Bretaña). También los tipos de
piedras naturales que contienen esmectita, como bentonita, pueden
utilizarse también como materias iniciales que contienen una
cantidad de esmectita de acuerdo con el contenido de esmectita más
arriba descrito. Si la carga a utilizar posee en sí misma un
contenido particular de esmectica, que es en particular el caso de
los flujos de residuos procedentes del proceso de fundido en
arena, la cantidad de esmectita de la misma también se tiene en
cuenta a la hora de calcular el contenido total de esmectita.
La esmectita puede estar presente de una forma
activa o pasiva en la mezcla de sólidos secos que contiene arcilla
de acuerdo con la presente invención. El término tipos de
esmectita inactiva se entiende como tipos de esmectita donde los
iones de sodio, potasio y/o litio del retículo no constituyen más
del 30% de la suma de cationes del retículo intercambiables.
Dichos tipos de esmectica inactiva requieren el uso de un
activador para abrir la estructura reticular de los mismos. Aunque
los tipos de esmectita activa se dan en la naturaleza, las fuentes
de esmectita natural de este tipo son escasas y la mayoría de los
tipos de esmectita que se dan en la naturaleza son tipos de
esmectita inactiva. Si se usan tipos de esmectita inactiva, no es
necesaria la presencia de activadores. Cualquier sal de sodio, de
potasio o de litio soluble en agua puede utilizarse como
activador, donde el anión de la sal en cuestión forma un depósito
insoluble con metales alcalinotérreos. Ejemplos de dichos
activadores son el carbonato de sodio, el fosfato de sodio y los
compuestos de polifosfatos, el carbonato de potasio, el fosfato de
potasio y los compuestos de polifosfatos, el carbonato de litio, el
fosfato de litio y las mezclas de los mismos, donde el carbonato
de sodio es especialmente preferido. El activador se encuentra
presente generalmente en forma de un sólido en polvo en una
cantidad de hasta el 10% en peso, en base a la cantidad de
esmectita, preferiblemente el 1,0-6,0% en peso. En
ciertas realizaciones se prefiere utilizar esmectita inactiva para
obtener una composición satisfactoria de la estructura del gel
formado por una reacción entre los componentes polímeros, la
esmectita y las cargas.
En una realización preferida de la mezcla de
sólidos secos que contiene arcilla para utilizar en la formación de
un gel resistente a la humedad, el peso molecular del polímero
soluble en agua oscila entre 7 millones y 10 millones. Si el peso
molecular es inferior a 1 millón, la estructura coherente del gel
es inadecuada, lo cual, en la práctica, tiene un efecto adverso
sobre las propiedades de sello hidráulico del gel formado. Ejemplos
de polímeros preferidos son polímeros que contienen -COOH, -COO-
Me^{+} (Me^{+} es un catión metálico monovalente), -CONH_{2},
-OH y/o grupos =C-O- C= como grupos funcionales,
tales como poliacrilamida con un grado de hidrólisis del 40% como
máximo, polimetacrilamida, copolímero de ácido
acrilamida-acrílico, copolímero de ácido vinílico
alcohol-acrílico, óxido de polietileno y mezclas de
los mismos. Además es posible utilizar polímeros injertados, como
acrilamida injertada en un esqueleto celulósico. El polímero está
presente preferiblemente en la eventual mezcla en una cantidad de
0,6% en peso o superior, preferiblemente 1,2 % en peso o superior,
basado en la cantidad de esmectita. En una realización
especialmente preferida, la cantidad de polímero en la mezcla es
1,2-3% en peso; en base a la cantidad de
esmectita.
La mezcla de sólidos secos que contiene arcilla
de acuerdo con la presente invención se prepara simplemente
homogeneizando los componentes individuales. La secuencia de mezcla
de los componentes individuales no es crítica, y dicha
homogeneización también puede llevarse a cabo por fases.
La mezcla de sólidos secos que contiene arcilla
de acuerdo con la presente invención puede almacenarse por un
periodo de tiempo prolongado si se evita el contacto con la
humedad. La mezcla de sólidos secos puede aplicarse sobre
superficies horizontales o ligeramente inclinadas por medio de
aparatos ordinarios. Además, la mezcla de sólidos secos de acuerdo
con la presente invención es adecuada para utilizarse para tapar
grietas o cavidades. Una vez que se ha aplicado la mezcla de
sólidos, puede humedecerse con agua hasta que se provoque la
gelificación, pero en realizaciones particulares es deseable dejar
la mezcla de sólidos secos aplicada sin tratar como tal, después de
lo cual, se producirá la gelificación deseada por exposición a la
lluvia, o por filtraciones naturales o artificiales con agua y
sustancias similares. En ciertas realizaciones se prefiere
humedecer primero la mezcla de sólidos secos que contiene arcilla
de acuerdo con la presente invención con agua, después de lo cual
la mezcla prehumedecida se aplica en la superficie a tratar. Sin
embargo, también es posible aplicar la mezcla de sólidos secos que
contiene arcilla de acuerdo con la presente invención utilizando un
flujo gaseoso o un flujo líquido bajo una turbulencia alta. En
dicha realización, la mezcla se mezcla con un flujo gaseoso o un
flujo líquido y así se extiende sobre la superficie a tratar.
Utilizando estas técnicas puede formarse una capa elástica que
presenta una adhesión excelente. Además, dichas capas pueden
combinarse con capas de hormigón.
La mezcla de sólidos secos que contiene arcilla
para utilizarse en la formación de un gel resistente a la humedad
es adecuada en particular para formar una capa impermeable al agua
en cimentaciones, estructuras civiles y emplazamientos de
almacenamiento de desechos. Además, el gel formado de la mezcla de
sólidos secos que contiene arcilla es un material de fijación
excelente por las cargas hidrofóbicas presentes en el mismo,
previniendo así cualquier intercambio entre las cargas hidrofóbicas
y el medio ambiente.
La presente invención se describirá a
continuación más detalladamente en referencia a los ejemplos que se
acompañan. Sin embargo, debe entenderse que la presente invención
de ninguna manera se limita a estos ejemplos especiales.
Una cantidad de 100 g de un flujo de residuos del
proceso de fundido en arena del 70% en peso de fracción de arena
gruesa (15% en peso de esta fracción está libre de bentonita que no
está recubierta con una resina, la cantidad de esmectita de la
misma es 60%), 15% en peso de fracción de arena de tamaño medio
(que comprende del orden del 80% en peso libre de bentonita con un
contenido en esmectita de 60%, siendo la cantidad restante coques y
resinas) y 15% en peso de fracción de arena fina (que consiste
mayoritariamente en coques que contienen una pequeña cantidad de
bentonita), se mezcló con 2,5g de una mezcla de bentonita
consistente en un 30% en peso de bentonita muy activa (que comprende
el 7% de Na_{2}CO_{3}, contenido de esmectita: 70% en peso) y
70% en peso de bentonita inactiva (Ca) (contenido de esmectita: 70%
en peso) y 0,3g de copolímero de ácido-acrilamida
acrílico (peso medio molecular: 10 millones). La cantidad de
esmectita de la mezcla eventual fue 15% en peso. La mezcla se
homogeneizó, luego se humedeció con 18g de agua, se homogeneizó de
nuevo y se vertió sobre una superficie seca de arena presente en un
tubo de vidrio. La mezcla ya húmeda se comprimió ligeramente hasta
formar una capa con un grosor de 3 cm, tras lo cual se pusieron 40
cm de agua encima de la capa así formada. Esta disposición se
mantuvo durante 6 semanas. Tras este periodo, la capa inferior de
arena seguía estando completamente seca y no se pudo observar
ninguna infiltración de líquido a través de la capa de la mezcla
húmeda.
Ejemplo comparativo
1
Se usaron las mismas cantidades y componentes que
se describen en el ejemplo 1, a excepción de que el copolímero de
ácido-acrilamida acrílico soluble en agua tenía un
peso molecular de 800.000. La mezcla obtenida se situó a
continuación en un tubo de vidrio y se puso agua sobre la capa
formada de esta manera. Esta disposición ya presentaba
infiltraciones de agua tras 2 días, y después de un periodo de 3
semanas toda la cantidad de agua se había filtrado a través de la
capa de gel.
Ejemplo comparativo
2
Se usaron las mismas cantidades y componentes que
se describen en el ejemplo 1, a excepción de que el contenido
eventual de esmectita fue 9,45%. La mezcla obtenida se situó en un
tubo de vidrio y se puso agua sobre la capa formada de esta manera.
Ya después de 3 días se observaron gotas de agua en la capa
inferior, y tras un periodo de 5 semanas todo el agua se había
filtrado a través de la capa de gel.
Claims (13)
1. Una mezcla de sólidos secos que contiene
arcilla para utilizarse en la formación de un gel resistente a la
humedad, que comprende esmectita en polvo o triturada, que contiene
posiblemente al menos 0,5% en peso de un activador sólido en polvo,
más del 0,2% en peso de un polímero soluble en agua, y más del
0,5% en peso de una o más cargas inertes sólidas, donde todos los
porcentajes de peso se basan en la cantidad de esmectita en la
mezcla, caracterizado porque al menos el 10% en peso de
dicha carga inerte lo aporta una carga hidrofóbica, en base a la
cantidad total de la carga, donde la cantidad de esmectita de la
eventual mezcla es del 10-30% en peso, y donde el
polímero soluble en agua tiene un peso molecular de al menos 1
millón.
2. Una mezcla de sólidos secos que contiene
arcilla de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada
porque la cantidad de esmectita en la mezcla eventual es del 12 -
15% en peso.
3. Una mezcla de sólidos secos que contiene
arcilla de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada
porque el peso molecular de dicho polímero soluble en agua oscila
entre 7 millones y 10 millones.
4. Una mezcla de sólidos secos que contiene
arcilla de acuerdo con la reivindicación 1,caracterizada
porque al menos el 20% de dicha carga inerte esté constituido por
una carga hidrofóbica.
5. Una mezcla de sólidos secos que contiene
arcilla de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
anteriores, caracterizada porque el tamaño de las partículas
de dicha carga inerte es 0,05 - 30 mm.
6. Una mezcla de sólidos secos que contiene
arcilla de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
anteriores, caracterizada porque dicho polímero soluble en
agua está presente en la mezcla en una cantidad de al menos 0,6% en
peso, en base a la cantidad de esmectita.
7. Una mezcla de sólidos secos que contiene
arcilla de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
anteriores, caracterizada porque dicho polímero soluble en
agua está presente en la mezcla en una cantidad de 1,2 -3 % en peso,
en base a la cantidad de esmectita.
8. Una mezcla de sólidos secos que contiene
arcilla de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
anteriores, caracterizada porque dicho polímero soluble en
agua se selecciona del grupo que consiste en poliacrilamida que
tiene un grado de hidrólisis del 40% como máximo, copolímero de
ácido-acrilamida acrílico y un óxido de polietileno
que tiene un peso molecular de 15 millones como máximo.
9. Una mezcla de sólidos secos que contiene
arcilla de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
anteriores, caracterizada porque la cantidad de activador en
la mezcla es del 1,0 -6,0 % en peso, en base a la cantidad de
esmectita.
10. Una mezcla de sólidos secos que contiene
arcilla de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
anteriores, caracterizada porque uno o varios de los
polímeros, resinas, alquitranes y coques se utilizan como carga
hidrofóbica.
11. Una mezcla de sólidos secos que contiene
arcilla de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones
anteriores, caracterizada porque el residuo obtenido del
proceso de fundido en arena se utiliza como carga hidrofóbica.
12. Un método para formar directamente un gel
resistente a la humedad sobre una superficie a tratar, utilizando
la mezcla de sólidos secos que contiene arcilla de acuerdo con
cualquiera de las reivindiciaciones anteriores 1 a 11,
caracterizado porque dicha mezcla se aplica sobre una
superficie a tratar por medio de un flujo gaseoso o un flujo
líquido bajo una turbulencia alta.
13. La utilización de una mezcla de sólidos secos
que contiene arcilla de acuerdo con cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11 para formar una capa impermeable al agua en
cimentaciones, estructuras civiles y emplazamientos de
almacenamiento de desechos.
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