ES2216642T3 - Revestimientos superabsorventes resistentes al agua para articulos reforzados con fibras. - Google Patents

Abstract

Una composición líquida de recubrimiento para un material de refuerzo o un artículo que comprende un material de refuerzo, la composición comprende una solución acuosa de un precursor de un polímero súper absorbente soluble en agua, siendo el precursor un poliacrilato soluble en agua que, cuando se endurece a una temperatura inferior a 149ºC forma polímero súper que tiene la capacidad de absorber al menos 50 veces su peso seco inicial de agua; un agente modificador de la viscosidad soluble en agua, seleccionado entre alquil celulosas, polímeros de acrilamida, y mezclas de los anteriores adecuadas para lo mismo; y un ligante formador de película, seleccionado entre poliésteres, poliuretanos, poliepóxidos, látex acrílicos, látex de estireno - butadieno, y mezcla de los mismos.

Description

Revestimientos superabsorbentes resistentes al agua para artículos reforzados con fibras.

La presente invención se refiere a un recubrimiento súper absorbente de elevada resistencia capaz de absorber agua rápidamente, que es adecuado para recubrir fibras de refuerzo, o para recubrir artículos que comprenden fibras de refuerzo, tales como varillas y cables reforzados. De forma más específica, el recubrimiento se forma a partir de una composición que comprende un precursor de polímero súper absorbente que, tras curado, forma un polímero con una gran capacidad de hinchamiento por agua; un polímero formador de película; y, para adaptar el recubrimiento a artículos pultruidos, un agente modificador de la viscosidad.

La invención también se refiere a artículos recubiertos con la composición de recubrimiento súper absorbente tales como varillas de vidrio; y a los procedimientos para aplicar dichos recubrimientos. El recubrimiento de esta invención demuestra un elevado nivel de absorción de agua en ambientes de agua dulce o salada, así como excelentes capacidades de dispersión y recubrimiento cuando se aplican a un sustrato.

El deterioro causado por la entrada de humedad bajo las superficies expuestas de los artículos usados en ambientes exteriores es un problema bien conocido. Este deterioro incluye el deterioro oxidativo causado por la reacción del agua con la superficie de las fibras de refuerzo usadas en estos artículos, así como corrosión inducida por agua. En ambientes marinos, los problemas asociados con la saturación hídrica están debidos en particular a la salinidad del ambiente. La presencia de sal en dichos ambientes acuosos acelera la descomposición oxidativa.

Entre los artículos afectados por el deterioro descrito anteriormente se incluyen fibras de refuerzo fabricadas con vidrio, carbono, polímero, o mezclas de los anteriores adecuadas para lo mismo, o artículos que contienen dichas fibras de refuerzo. Se pretende específicamente que el término "artículos", tal como se usa en la presente invención, incluya materiales de fibras de refuerzo conocidos en la técnica, así como productos fabricados usando uno o más de estas fibras, de forma colectiva o dispersas en el interior de una matriz de cualquier tipo. El término también incluye artículos fabricados usando productos con refuerzo de fibra, tales como materiales estructurales, o en equipos. Entre los ejemplos de dichos artículos se incluyen tales como varillas y cables reforzados, tales como cables de fibra óptica o de telecomunicaciones. Estos cables de telecomunicaciones se usan a menudo en situaciones en que son enterrados en el subsuelo o sumergidos en agua durante largos periodos de tiempo. De esta forma, la protección del daño por agua es crítico para la integridad estructural de estos cables, y para el éxito de las funciones que se pretende que éstos lleven a cabo. Un cable de telecomunicaciones, por ejemplo, puede incluir un núcleo que comprende una varilla de vidrio que actúa como un elemento de rigidez o refuerzo. La varilla contribuye a la rigidez del cable. Cuando el agua penetra y entra en contacto con el elemento nuclear del cable, puede aparecer la corrosión o deterioro químico de la infraestructura del cable.

Con el fin de combatir los problemas asociados con este daño por saturación hídrica, se han diseñado diferentes estrategias, en un intento de proporcionar resistencia al agua a los cables y otros artículos reforzados, y a proteger sus sensitivas superficies interiores del contacto con agua o vapor de agua presente en el entorno circundante. Estas técnicas para fabricar artículos que repelan agua han incluido envolver los artículos con una vaina protectora; el sellado de la superficie a proteger. Entre las técnicas de sellado se puede incluir la manipulación química de la capa superficial del artículo para hacerla resistente a la absorción de agua, o aplicar un recubrimiento repelente.

La técnica de recubrir la superficie con una vaina protectora es convencional. Incluye, por ejemplo, usar una cinta o banda fabricada con un polímero impermeable con capacidad bloqueante del agua, o tratar el material de envoltura con una emulsión o solución de un polímero bloqueante del agua. El proceso de envainado no requiere aplicación de un compuesto o tratamiento químico a la superficie del artículo, ya que la protección se deriva únicamente del cubrimiento con el material de la vaina.

Los recubrimientos usados para repeler agua se han compuesto tradicionalmente de sustancias que son a la vez insolubles en e impenetrables por el agua, y por tanto presentan una barrera física al avance de la humedad. Dichos recubrimientos de barrera han incluido materiales tales como grasas o geles. En el caso de cables, por ejemplo, estos recubrimiento se aplican mediante extrusión bajo presión. Existen sin embargo, varios inconvenientes asociados con este tipo de recubrimiento. Las grasas o geles son difíciles de manipular debido a su lubricidad, y proporcionan al articulo recubierto una sensación desagradable. Esto es un factor importante a tener en cuenta en el proceso de fabricación, de forma particular porque afecta la facilidad de manipulación durante las operaciones de tendido del mismo. Las grasas y geles sufren también cambios en la viscosidad a temperaturas elevadas o bajas. Estos cambios en la viscosidad pueden afectar al comportamiento solidificación / derretimiento, y por tanto, a la estabilidad del recubrimiento. Un bajo rendimiento a este respecto afecta el rendimiento estable de los cables.

Más recientemente, se han diseñado recubrimientos secos resistentes al agua sin grasa que, por ellos mismos, tienen cierto grado de capacidad de absorción de agua. Esta capacidad de absorber agua permite que el recubrimiento absorba la humedad en contacto con el artículo, previniendo al mismo tiempo el contacto directo con las superficies sensitivas. El componente absorbente en estos recubrimientos secos bloqueantes del agua es un polímero súper absorbente seco granulado que, en contacto con agua, se hincha y absorbe. Los polímeros súper absorbentes se caracterizan usualmente en términos de su velocidad de hinchado, capacidad de hinchado y resistencia del gel. Los usos tradicionales de estos polímeros súper absorbentes han incluido, principalmente, artículos de higiene personal, artículos para envasado de alimentos, y composiciones para limpieza de vertidos de productos químicos, sin embargo, la experimentación reciente ha incluido el uso de estos polímeros secos en la formación de recubrimientos para artículos, tales como cables reforzados. Por ejemplo, el Documento US 5.689.601 describe un recubrimiento seco bloqueante del agua para artículos con fibra de refuerzo que usa un ingrediente bloqueante seco soluble en agua, en polvo o granulado, encastrado en una o más capas de un polímero blindante. Este encastre restringe el grado de absorción de agua que puede conseguir el polímero granular, y de acuerdo con ello, la capacidad de hinchado de este recubrimiento está limitada.

Los polímeros súper absorbentes usados de forma tradicional en aplicaciones de recubrimiento bloqueante seco para cable son polímeros secos granulares que se incorporar a diferentes sustratos, tales como hilo, ligantes, y cinta. Los sustratos también contienen, típicamente, fibras de vidrio como una forma de refuerzo. Sin embargo, como se ha descrito anteriormente, los recubrimientos formados con agentes bloqueantes secos granulados sufren las limitaciones de la capacidad limitada de hinchado por agua y velocidad de hinchado como una consecuencia necesaria de optimizar la resistencia del gel. En el contexto de los recubrimientos para superficie, se define la resistencia del gel como la capacidad de evitar que el agua se mueva por capilaridad hasta el eje del cable, de forma particular cuando los cables se usan en ambientes acuosos en los que están expuestos a elevadas presiones de agua. La capacidad de hinchado está directamente relacionada con el grado de entrecruzamiento del polímero súper absorbente. A medida que aumenta el grado de entrecruzamiento, así lo hace la resistencia del gel, pero existe una disminución relativa en la velocidad de hinchado y en la capacidad de hinchado del polímero. La velocidad de hinchado define la cantidad de agua que el recubrimiento absorbe en un periodo de tiempo fijo. La capacidad de hinchado denota la máxima cantidad de agua o fluido que el recubrimiento absorbe, basado en una medida de su peso seco. Por consecuencia, los recubrimientos fabricados con polímeros secos, granulares e insolubles en agua están limitados en su rendimiento de absorción de agua, medida en términos de velocidad de hinchado y capacidad de hinchado.

De manera general, los recubrimientos para fibras de refuerzo, cordones, y artículos tales como cables que se fabrican a partir de estos materiales fibrosos se aplican a la superficie del material fibroso y, a continuación, se curan antes de más procesado, si es que se realiza alguno. El medio de aplicar recubrimientos, en general, varía dependiendo de si se emplea un recubrimiento fluido o esta siendo aplicado un recubrimiento sólido particulado.

En el caso de recubrimientos en polvo, el proceso de recubrimiento que usa agentes granulados bloqueantes del agua implica diferentes etapas que están directamente relacionadas con el uso de un polímero granulado, y que necesitan tiempo y mano de obra, así como muchos aparatos. Entre estas etapas se incluye la necesidad de uno o más tratamientos con una resina ligante, y una o más aplicaciones de la resina en polvo en las estaciones de recubrimiento en polvo, usando aparatos tales como un lecho fluidizado.

Los medios para aplicar recubrimientos fluidos pueden incluir inundación, o sumergir las fibras o cables, por ejemplo, en un baño de resina, y eliminar seguidamente la resina en exceso, y formar una capa consistente sobre la superficie tratada. En el caso de cordones, mechas o cables, el producto está en forma de un filamento continuo, y por tanto, puede hacerse pasar a través de una boquilla limpiadora para eliminar el exceso de resina. De manera alternativa, el recubrimiento puede rociarse sobre la superficie del artículo. Con el objetivo de formar una capa de recubrimiento que sea lo suficientemente espesa para proporcionar buena cobertura y protección de la penetración de agua, la composición para recubrimiento debe ser lo suficientemente espesa para que pueda recubrir el artículo de manera adecuada en una etapa mediante el aparato de recubrimiento. Además del espesor, sin embargo, la composición debe tener suficiente capacidad de flujo para permitir una formación rápida de un recubrimiento uniforme sobre la superficie del artículo, y para evitar la obstrucción del aparato de recubrimiento, orificios de las boquillas y resto de maquinaria empleada para fabricar artículos fibrosos recubiertos de polímeros. De forma tradicional en la técnica, con el objetivo de modificar la viscosidad de la composición de recubrimiento fluida, se han usado ingredientes particulados secos, tales como un polímero floculento o almidón. La dificultad con tales composiciones es que la composición resultante tras la adición de este ingrediente sólido no es homogénea. Más aún, la composición contiene distintos niveles de material particulado, lo que dificulta la manipulación, y también compromete la dispersabilidad de la composición.

Existe en la técnica, pues, necesidad de una composición para recubrimiento bloqueante del agua que posea excelente resistencia de gel y capacidad de ascensión capilar, así como un alto grado de absorción de agua y, en paralelo, velocidad de hinchado rápida. Al mismo tiempo, existe una necesidad adicional en la técnica de una composición para recubrimiento que contenga polímero en polvo y que, como resultado, no requiera un proceso de aplicación costoso y exigente en términos de mano de obra. A la vez, se desea que dicha composición para recubrimiento presente buenas propiedades de esparcimiento y calidad de superficie.

El documento WO 96/23024 describe un sustrato proporcionado con un material súper absorbente fabricado dejando polimerizar los monómeros adecuados en presencia de un catalizador, con el objetivo de obtener una solución de polímero, añadir un agente de entrecruzamiento a la solución de polímero para obtener una composición pastosa, aplicar a continuación la composición sobre o en un sustrato, y dejar secar y entrecruzar la composición aplicada con el objetivo de obtener el sustrato con el material súper absorbente. Los sustratos pueden usarse como material para vainas de cables, en productos de higiene tales como pañales para bebés, compresas y productos para incontinencia, en o como embalaje y materiales de embalaje, y en sustratos agrícolas.

La Patente de los Estados Unidos 5.071.681 describe una capa continua de fibras que tiene una capacidad de absorción de agua mejorada, producida mediante la impregnación de un tejido absorbente con un polímero o copolímero capaz de formar por entrecruzamiento un polímero o copolímero absorbente, y calentar a continuación el tejido tratado llevando a cabo el entrecruzamiento del polímero para formar un polímero absorbente. El producto puede comprender una banda continua de fibras no tejidas o fieltro con un ligante insoluble en agua en una superficie y un polímero hidrófilo entrecruzado en la superficie opuesta, y tenga uso como relleno absorbente o pañal de bebé.

La Patente de los Estados Unidos 5.236.982 describe composiciones para recubrimiento acuosas que comprenden una emulsión poliuretano / isocianato, un homopolímero de ácido acrílico, un amino silano, y agua. Las composiciones se usan como apresto para tratar fibras de vidrio para reforzar resinas de poliamida.

La Patente de los Estados Unidos 4.214.531 describe soluciones acuosas para tratar placas litográficas soporte de imagen. Estas soluciones incluyen como componente activo de polímero:

a)

Un polímero de base poliacrilamida, en el que entre aproximadamente 3 y aproximadamente 70 por ciento de los lugares carbonilo son grupos carboxilo, y el resto de los mencionados lugares son fracciones amida;

b)

Una mezcla física que comprende entre aproximadamente 97 a aproximadamente 30 por ciento en peso de poliacrilamida y entre aproximadamente 3 y aproximadamente 70 por ciento de ácido poliacrílico, o una sal de metal alcalino o de amonio adecuada para lo mismo;

c)

Una mezcla física que comprende poliacrilamida, o ácido poliacrílico o una sal de metal alcalino o de amonio adecuada para lo mismo, y al menos un polímero de base poliacrilamida como se describe en (a), los polímeros mencionados se emplean en proporciones tales que, de los lugares carbonilo totales, entre aproximadamente 3 y aproximadamente 70 por ciento son grupos carboxilo, y el resto son fracciones amida;

d)

Una mezcla de cualesquiera dos o más de los anteriores; o

e)

Una mezcla de uno cualquiera o más de los anteriores con hasta aproximadamente el 30 por ciento en peso de hidroxipropil metilcelulosa.

Sorprendentemente, se ha descubierto en la actualidad que los recubrimientos bloqueantes del agua altamente absorbentes que tienen una excelente capacidad de hinchado y una rápida velocidad de hinchado pueden formarse incorporando una solución de un precursor de un polímero súper absorbente en una solución acuosa usada para recubrir artículos reforzados con fibras de vidrio, tales como cables o cordones. El precursor de polímero, cuando endurece, forma un polímero súper absorbente. El recubrimiento que contiene este polímero súper absorbente es capaz de una absorción de agua prácticamente instantánea cuando se expone a ambientes acuosos.

De acuerdo con la invención, se proporciona una composición para recubrimiento líquido para un material de refuerzo un artículo que comprende un material de refuerzo, la composición comprende una solución acuosa de

un precursor soluble en agua de un polímero súper absorbente, siendo el precursor un poliacrilato soluble en agua que, cuando endurece a una temperatura inferior a 149ºC (300ºF) forma el polímero súper absorbente que tiene la capacidad de absorber al menos 50 veces su peso inicial seco de agua;

un agente modificador de la viscosidad, soluble en agua, seleccionado entre alquil celulosas, polímeros de acrilamida, y mezclas de los anteriores adecuadas para lo mismo; y

un ligante formador de película, seleccionado entre poliésteres, poliuretano, poliepóxidos, látex acrílicos, látex de estireno-butadieno, y mezclas de los anteriores adecuadas para lo mismo.

Los recubrimientos absorbentes se mejoran mediante la adición de un agente modificador de la viscosidad. Por ejemplo, cuando la composición para recubrimiento se aplica a varillas que comprenden vidrio, carbono, polímero o y mezclas de los anteriores adecuadas para lo mismo, la inclusión de un modificador de la viscosidad imparte a la formulación una excelente capacidad de dispersión. Este agente modificador de la viscosidad no es un componente insoluble en polvo, sino más bien una solución o dispersión polimérica que puede incorporarse fácilmente en la composición para recubrimiento. Por tanto, a diferencia de los recubrimientos bloqueantes del agua conocidos anteriormente en la técnica, la composición para recubrimiento de esta invención esta en la forma de una solución verdadera que, de forma sustancia, no tiene componentes particulados.

En un aspecto, esta invención también se refiere a un proceso para formar un recubrimiento sobre fibras o cordones de un material de refuerzo. El proceso de recubrimiento puede aplicarse además a productos que contienen materiales de fibra de refuerzo, tales como varillas o cables, formados a partir de un proceso de fabricación de composites tal como pultrusión o moldeo por inyección. De manera general, este proceso incluye las etapas de aplicar la composición para recubrimiento a la superficie de las fibras, cordones o artículos, hacerlos pasar a través de una boquilla limpiadora para eliminar el exceso de recubrimiento, seguido de una etapa de secado o endurecimiento.

El concepto inventivo, además, se refiere a artículos que contienen fibras de refuerzo fabricadas en vidrio, polímero, carbono o fibras naturales, que se fabrican usando los recubrimientos absorbentes de agua de la presente invención. Entre tales artículos se incluyen fibras de refuerzo, cordones, varillas, hilo torcido, etc., tanto en forma continua como fibra cortada, cordones o pellets; tejido que comprenden vidrio, polímero o fibras naturales; y artículos pultruidos tales como varillas o cables. Los artículos pultruidos pueden comprender vidrio, carbono, uno o más polímeros, y mezclas de los anteriores adecuadas para lo mismo. Igualmente, el recubrimiento puede aplicarse a tubos metálicos corrugados y bandas usadas para protección contra roedores en cables de fibra óptica.

La composición de esta invención es adecuada para formar un recubrimiento súper absorbente sobre la superficie de refuerzos de fibra y productos fibrosos, o artículos fabricados usando estros refuerzos. Los productos a los que puede aplicarse la composición pueden dividirse en las amplias categorías de refuerzos de fibras, tales como cordones continuos, o artículos de composite que comprenden refuerzos de fibra y uno o más componentes diferentes. Los ingredientes que se incluyen en la formulación para recubrimiento súper absorbente dependen del tipo de producto a los que se aplicará la composición.

Como una forma de realización, entre los ejemplos de productos con refuerzo fibroso de la primera categoría anteriormente mencionada se incluyen cordones o hilos torcidos fabricados a partir de materiales formadores de fibras, tales como vidrio carbono, polímeros o mezclas de los anteriores adecuadas para lo mismo. La composición para recubrimiento de estos productos incluirá preferiblemente una pequeña cantidad de un lubricante.

En otra forma de realización, entre los artículos de composite de la segunda categoría se incluyen artículos que comprenden un material de fibra de refuerzo y al menos un componente adecuado para lo mismo. Entre los ejemplos se incluyen artículos formados en una operación de pultrusión. Por ejemplo, los recubrimientos de esta invención pueden aplicarse de forma satisfactoria a una varilla o cable pultruído que comprende, al menos de forma parcial, un composite de fibra de vidrio de refuerzo / polímero. Entre los polímeros que pueden usarse para formar estos artículos pultruidos se incluyen resinas termosellantes, tales como epoxis, poliésteres y ésteres de vinilo. El componente de polímero del artículo pultruído puede ser también una resina termoplástica que se ha tratado con calor, sin embargo, se prefiere una resina termosellante. Como ejemplo, una resina termosellante como un éster de vinilo puede combinarse con cordones de vidrio en una operación de pultrusión para formar una varilla que puede usarse como elemento de rigidez en un cable de telecomunicaciones.

Las propiedades de resistencia al agua de los recubrimientos de la presente invención se obtienen combinando una solución de un precursor de un polímero súper absorbente no tóxico y ambientalmente seguro con la resina ligante usada para recubrir los artículos sustrato. El polímero súper absorbente formado a partir de este precursor posee una capacidad sorprendentemente elevada de absorber agua y, al mismo tiempo, mantiene una elevada resistencia del gel en el recubrimiento endurecido como resultado de un aumento en el entrecruzamiento. Como se ha mencionado anteriormente, este polímero proporciona de forma única resistencia al agua absorbiendo grandes cantidades de la misma. A medida que el agua entra en contacto con la superficie recubierta del artículo a proteger, el recubrimiento absorbe agua y se hincha en volumen. Mediante la absorción del agua, el recubrimiento captura la humedad y previene de esta forma que el agua entre en contacto con las superficies internas del artículo protegido. Como resultado, las superficies interiores sensitivas permanecen secas y quedan protegidas del deterioro por saturación hídrica. Los recubrimientos de esta invención consiguen de forma única resistencia al agua absorbiendo grandes cantidades de la misma para evitar la penetración de la humedad por debajo de la capa de recubrimiento. Esta función es radicalmente distinta del tipo de protección que se lleva a cabo mediante los recubrimientos de barrera conocidos más comúnmente en la técnica, que protegen el sustrato formando una barrera impermeable.

El precursor de polímero súper absorbente no tóxico y ambientalmente seguro usado en los recubrimientos de esta invención puede seleccionarse entre cualquier polímero capaz de formar una solución acuosa para uso en la mezcla de recubrimiento, y que, tras endurecimiento, tenga una capacidad de hinchado y una velocidad de hinchado que permita la absorción rápida de grandes cantidades de agua, seguido de desorción sin perdida del propio polímero, cuando el recubrimiento se seca. Un polímero adecuado para uso en el recubrimiento demostrará una capacidad de hinchado de hasta 400 veces su peso inicial, cuando el recubrimiento se aplica a fibras de refuerzos o cordones, y se endurece.

El precursor de polímero súper absorbente para uso en la presente invención se selecciona entre el grupo de poliacrilatos solubles en agua que, cuando endurecen, poseen la capacidad requerida de absorber y desorber grandes cantidades de agua, como se ha mencionado anteriormente. El precursor de polímero súper absorbente se usa de manera preferible en su forma aniónica, como una sal de un álcali correspondiente o sal de metal alcalino. La sal de polímero está en forma de una solución acuosa, que en apariencia puede ser límpida o ligeramente turbia. Un contenido deseable en sólidos está en el intervalo del 30-35% en peso. La solución también tiene un peso específico de 1,1 gramos por mililitro, y una viscosidad de aproximadamente 1.000 mPa.s a 20ºC. La solución es habitualmente ligeramente aniónica, con un pH entre 6 y 8. Un ejemplo de un precursor de polímero súper absorbente aceptable es un poliacrilato aniónico soluble en agua en solución acuosa.

Puesto que el recubrimiento puede aplicarse a artículos pultruidos, se incluye un agente modificador de la viscosidad en la composición para recubrimiento. El papel del agente modificador de la viscosidad es crear una consistencia para esparcimiento que permita el recubrimiento adecuado del articulo pultruído, una vez que éste ha pasado a través de la boquilla limpiadora. El agente modificador de la viscosidad también proporciona buena capacidad de flujo, y evita la obstrucción del equipo de recubrimiento y de los orificios las boquillas. Pueden usarse en las composiciones para recubrimiento de esta invención los agentes modificadores de la viscosidad capaces de formar una solución verdadera, tales como polímeros de alquil celulosa o acrilamida. Un agente modificador de la viscosidad preferido para uso en los presentes recubrimientos es una poliacrilamida en suspensión acuosa. La solución de poliacrilamida es particularmente adecuada debido a su compatibilidad con la solución de precursor de polímero súper absorbente y el componente ligante formador de película.

El componente ligante usado en las composiciones para recubrimiento de esta invención pueden incluir cualquier material polimérico usado de forma habitual como ligante en composiciones para recubrimiento de productos que contienen fibras. El ligante comprende, de forma preferible, un polímero o látex de polímero formador de película, que sea una resina termosellante o una resina termosellante con algunas propiedades termoplásticas para mejorar la flexibilidad del recubrimiento. El ligante formador de película es también necesariamente compatible con el polímero absorbente de agua y con el agente modificador de la viscosidad, en que promueva la combinación de los ingredientes en la composición para recubrimiento, y que también facilite la adherencia del recubrimiento a la superficie una vez que se aplica. El formador de película, además, proporciona una película resistente que, de forma preferible, no tenga una superficie pegajosa o se cuartee tras el curado del recubrimiento. El polímero formador de película comprendido en el ligante puede ser, por ejemplo, poliéster, uretano, epoxi, látex, o una mezcla de los anteriores adecuada para lo mismo. El látex puede, a su vez, seleccionarse entre un látex acrílico, un látex de estireno - butadieno, o una mezcla de los anteriores adecuada para lo mismo. De forma preferible, el ligante es un uretano formador de película que promueve adherencia del polímero absorbente de agua a la superficie tratada, una vez seco. Un ejemplo de un ligante formador de película deseable es Witcobond® W320, que es un poliuretano formador de película que comercializa Witco Chemical Co.

De manera opcional, la composición para recubrimiento puede incluir también uno o más aditivos seleccionados entre el grupo que comprende lubricantes y agentes humectantes. Los lubricantes se añaden para mejorar la manipulación del cordón impregnado con polímero en un procesado posterior. Cuando se aplica el recubrimiento a refuerzos de fibra tales como cordones de vidrio, se añade de forma preferible un lubricante para mejorar la adherencia del recubrimiento al cordón.

El agente humectante se añade para facilitar el contacto entre la dispersión y la superficie de la fibra. Puede usarse cualquier agente humectante convencional que sea adecuado con el resto de los ingredientes de la composición de apresto.

Cuando los recubrimientos de la invención se aplican a las superficies de cordones de fibra de refuerzo y se endurecen, muestran una capacidad de hinchado de hasta 400 veces el peso inicial seco del polímero hinchable por agua. De forma preferible, la capacidad de hinchado para este tipo de aplicación esta entre 200 y 400 veces el peso inicial seco del polímero hinchable por agua. Cuando los recubrimientos se aplican y se endurecen sobre la superficie de artículos tales como varillas o cables, la capacidad de hinchado es de hasta 120 veces el peso inicial seco del polímero hinchable por agua. En este contexto, de forma preferible, la capacidad de hinchado para este tipo de aplicación esta entre 50 y 100 veces el peso inicial seco del polímero hinchable por agua.

La velocidad de hinchado del recubrimiento debe ser también elevada. Los recubrimientos de esta invención demuestran una velocidad de hinchado excepcionalmente elevada, del orden de 300% a 2.000% en peso durante el primer minuto, basado en el peso total de polímero y el sustrato fibra. La velocidad de captación de agua varia en función de la salinidad del ambiente acuoso en el que el recubrimiento se usa. En agua dulce, la velocidad de hinchado es mayor de la que se consigue en una solución salina, tal como un ambiente marino. Sin embargo, aunque el recubrimiento se use un ambiente de agua dulce o salada, su rendimiento, medido por la velocidad de hinchado, es superior de manera demostrable de la que se obtenía anteriormente por los recubrimientos secos bloqueantes de agua de la técnica anterior.

En el procedimiento de fabricación de las composiciones para recubrimiento de esta invención, los ingredientes se combinan en forma líquida para preparar la solución para recubrimiento. Se agita en primer lugar una solución del precursor de polímero súper absorbente para asegurar la homogeneidad, a continuación se añade a un tanque de mezcla. A continuación se añade al tanque agua desionizada, y se introduce seguidamente el lubricante, si se desea. A continuación, se bombea al interior del tanque el poliuretano en forma de emulsión acuosa. El agente modificador de la viscosidad se premezcla en primer lugar para formar una solución acuosa al 1%, y se añade al tanque de mezcla una cantidad suficiente de esta solución acuosa. Como etapa final, la mezcla se agita, sin calentar, y la composición resultante esta lista para la aplicación.

La composición se pone en contacto con la superficie de los artículos a recubrir por un medio adecuado para la aplicación de un recubrimiento líquido. Por ejemplo, la composición para recubrimiento puede aplicarse haciendo pasar cordones de fibra de refuerzo a través de un baño de resina. De forma alternativa, la composición se aplica al artículo a recubrir por rociado, inmersión, o cualquier otro medio que permita que el recubrimiento líquido entre en contacto con la superficie completa del artículo. Puede emplearse un medio de procesado adicional para asegurar la adecuada y completa distribución de la capa de recubrimiento. Por ejemplo, cordones de fibra o varillas recubiertas con la composición para recubrimiento se hacen pasar a través de una boquilla limpiadora.

Los artículos recubiertos se secan y endurecen a continuación. El artículo recubierto con el precursor de polímero súper absorbente se calienta a 100ºC (212ºF) durante un tiempo suficiente para volatilizar una parte sustancial del agua. El artículo recubierto con precursor de polímero súper absorbente se calienta entonces a aproximadamente 138ºC (280ºF) para endurecer el polímero mediante entrecruzamiento. De forma típica, los polímeros calentados por encima de, aproximadamente, 149ºC (300ºF) pierden la calidad súper absorbente deseada. La etapa de secado / curado puede llevarse a cabo en un horno en línea. En un horno de 7,6 m (25 pies) de longitud, ajustado a aproximadamente 315ºC (600ºF), se endurece polímero a 116-150 m (380-490 pies) por minuto, y, preferiblemente, a 134-142 m (440-465 pies) por minuto.

Los artículos reforzados con fibra de vidrio que tienen el recubrimiento resistente al agua descrito en la presente invención pueden usarse en aplicaciones en las que es habitual la exposición a agua o vapor de agua, y cuando se desea la que la formación es un recubrimiento durable, resiliente y flexible con buenas propiedades de impermeabilidad. Los siguientes ejemplos son representativos, pero no limitan de forma alguna el alcance de esta invención.

Ejemplos

Se prepararon formulaciones para recubrimiento de ejemplo combinando un polímero ligante formador de película, una solución de precursor de polímero absorbente de agua y una solución de poliacrilamida. Las composiciones para recubrimiento se aplicaron con posterioridad a varillas de vidrio - éster de vinilo pultruídas usando un proceso de inmersión, Una vez aplicada la composición para recubrimiento, se hizo pasar las varillas a través de una boquilla con el tamaño de orificio deseado para controlar la cantidad de composición para recubrimiento depositada sobre la superficie de la varilla. La varilla se calentó a continuación para volatilizar el componente agua, seguidamente se calentó más hasta aproximadamente 132ºC (270ºF) para endurecer el recubrimiento y activar el precursor de polímero súper absorbente.

Ejemplo 1

En este ejemplo, se formuló una composición para recubrimiento para tratar varillas de vidrio / polímero pultruídas mezclando los ingredientes en las proporciones relacionadas a continuación.

33,3% en peso de una solución (acuosa) de precursor de poliacrilato súper absorbente, disponible comercialmente como Stockhausen® 63815, de Stockhausen Inc.;

25,0% en peso de un polímero de uretano formador de película, Witcobond® W290H, comercializado por Witco Chemical Co.; y

41,7% en peso de una solución de acrilamida al 1%, Drewfloc® 270, que comercializa Ashland Chemical Inc.

Ejemplo 2

En esta composición para recubrimiento de varillas pultruídas, se mezclaron los ingredientes siguientes.

28,6% en peso de solución de precursor de poliacrilato súper absorbente, Stockhausen® 63815;

35,7% en peso de un polímero de uretano formador de película, Witcobond® W320, comercializado por Witco Chemical Co.; y

35,7% en peso de una solución de Drewfloc® 270 al 1%.

Ejemplo 3 Ensayo de resistencia al agua

Se desarrolló una composición para recubrimiento de ejemplo de acuerdo con la siguiente formulación:

40,0% en peso de solución de precursor de poliacrilato súper absorbente, Stockhausen® 63815;

7,5% en peso de poliuretano formador de película Witcobond® W320;

2,0% en peso de Emerlube 7740, un aceite mineral sulfonado que comercializa Henkel Corp.;

2,0% en peso de una solución de Drewfloc® 270 al 1%; y

48,5% en peso de agua desionizada.

Se aplicó la composición a hilos de refuerzo de fibra de vidrio, diseñados para usar con cables ópticos. Los refuerzos se sumergieron bien en agua desionizada o en solución salina al 1%. Se determinó la velocidad de hinchado, en los ambientes tanto de agua dulce como marino, midiendo el porcentaje de hinchamiento o el incremento en peso con el tiempo en intervalos que oscilaban entre 0-20 minutos. En comparación, se sumergieron también cordones recubiertos con un polímero seco bloqueante de agua que usaba polvo de polímero granulado, tanto en ambiente de agua dulce como de agua salda, durante el mismo periodo de tiempo.

Los hilos recubiertos de acuerdo con esta invención y sumergidos en agua desionizada o dulce mostraron una velocidad de hinchado que fue hasta siete veces más rápida que la velocidad de hinchado de las varillas recubiertas con el polímero seco granulado, en el primer minuto de exposición. La capacidad de hinchado, como cantidad global de hinchado fue hasta 270% superior en comparación con el recubrimiento seco. En el ambiente de agua salada, el recubrimiento de esta invención dulce mostró una velocidad de hinchado que fue más de seis veces más rápida que la velocidad de hinchado de las varillas recubiertas con el polímero seco granulado, en el primer minuto de exposición. El recubrimiento también mostró una capacidad de hinchado, mas del 50% superior en comparación con el recubrimiento seco.

Los resultados muestran claramente que las soluciones para recubrimiento de la presente invención consiguen una mayor absorción de agua y, de manera correspondiente, mayor resistencia al agua, cuando se aplican a artículos que están expuestos durante periodos de tiempo prolongados a ambientes de agua dulce o agua salada.

Ejemplos 4 y 5

Los recubrimientos de la presente invención fueron investigados de manera suplementaria para determinar su eficacia cuando se aplican a materiales de fibra de refuerzo, tales como cordones o hilo torcido. Se recubrieron con la invención cordones de fibras de refuerzo de vidrio, y se determinó el porcentaje de hinchado con el tiempo, basado el cálculo en el peso total de la fibra y el recubrimiento. En comparación, también se estudiaron cordones recubiertos con los recubrimientos secos granulares para determinar la velocidad de hinchado del recubrimiento. En el Ejemplo 4, los refuerzos se sumergieron en agua desionizada. Para el Ejemplo 5, los refuerzos se expusieron a una solución del cloruro de sodio a 1%. Los resultados obtenidos se incluyen en las Tablas 1 y 2, a continuación.

Ejemplo 4 Absorción de agua en agua desionizada

Tiempo (minutos)	Velocidad de hinchado^{a} (% de hinchado / tiempo)
	Ejemplo 4	Muestra de comparación
0	0	0
0,033	612	86
0,0833	677	119
0,1666	730	168
0,25	nr^{1}	210
0,333333	745	nr
0,5	751	264
0,666666	754	nr
0,83333	758	nr
1	762	336
1,5	770	nr
2	778	nr
5	810	480
10	865	575
20	975	650
^{1}nr = no registrado
^{a} Se midió la velocidad de hinchado como la variación en el porcentaje en peso del hilo
recubierto por unidad de tiempo

Ejemplo 5 Absorción de agua en solución de cloruro de sodio al 1%

Tiempo (minutos)	Velocidad de hinchado^{a} (% de hinchado / tiempo)
	Ejemplo 4	Muestra de comparación
0	0	0
0,030	225	38
0,0833	237	47
0,25	265	81
0,5	276	88
1	295	99
2	312	118
5	325	140
10	350	142
20	415	158

Claims (11)

1. Una composición líquida de recubrimiento para un material de refuerzo o un artículo que comprende un material de refuerzo, la composición comprende una solución acuosa de

un precursor de un polímero súper absorbente soluble en agua, siendo el precursor un poliacrilato soluble en agua que, cuando se endurece a una temperatura inferior a 149ºC forma polímero súper que tiene la capacidad de absorber al menos 50 veces su peso seco inicial de agua;

un agente modificador de la viscosidad soluble en agua, seleccionado entre alquil celulosas, polímeros de acrilamida, y mezclas de los anteriores adecuadas para lo mismo; y

un ligante formador de película, seleccionado entre poliésteres, poliuretanos, poliepóxidos, látex acrílicos, látex de estireno - butadieno, y mezcla de los mismos.

2. Una composición de recubrimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el precursor es un poliacrilato en forma de álcali o sal de metal alcalino del mismo.

3. Una composición de recubrimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que además comprende un aceite lubricante mineral.

4. Un recubrimiento formado sobre una superficie de un material de refuerzo, ó de un artículo que comprende un material de refuerzo, el recubrimiento comprende un polímero súper absorbente que tiene la capacidad de absorber al menos 50 veces su peso seco inicial de agua, y que se obtiene por endurecimiento a una temperatura inferior a 149ºC de una composición líquida de recubrimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3.

5. Un recubrimiento de acuerdo con la reivindicación 4, en el que el polímero súper absorbente que tiene la capacidad de absorber hasta 400 veces su peso seco inicial de agua cuando se sumerge en un ambiente acuoso, y de expulsar agua cuando se seca el recubrimiento.

6. Un material de refuerzo, o un artículo que comprende un material de refuerzo que tiene un recubrimiento de acuerdo con la reivindicación 4 o la reivindicación 5.

7. Un material de refuerzo, o un artículo que comprende un material de refuerzo de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el material de refuerzo es un hilo de fibra seleccionada entre las de vidrio, carbono, polímeros, fibras naturales, y mezcla de los mismos.

8. Un material de refuerzo recubierto, o un artículo que comprende un material de refuerzo recubierto de acuerdo con la reivindicación 6 o la reivindicación 7, en el que el recubrimiento tiene una velocidad de hinchado entre 300 y 2.000% en peso en el primer minuto, basado en el hilo de fibra recubierta.

9. Un procedimiento para formar un recubrimiento súper absorbente resistente al agua sobre la superficie de un material de refuerzo, o un artículo que comprende un material de refuerzo, comprendiendo el procedimiento:

a)

Aplicar a la superficie del material de refuerzo, o del artículo que comprende un material de refuerzo una composición líquida para recubrimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3;

b)

Secar y endurecer la composición para recubrimiento a una temperatura inferior a 149ºC para formar un recubrimiento absorbente de agua resistente al agua sobre la superficie del material de refuerzo, o del artículo que comprende un material de refuerzo.

10. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, en el que el material de refuerzo, o el artículo que comprende un material de refuerzo comprende fibras de refuerzo.

11. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9 o la reivindicación 10, en el que la etapa (a) comprende aplicar la composición líquida para recubrimiento a la superficie entera del material de refuerzo, o del artículo que comprende el material de refuerzo.