ES2232104T3

ES2232104T3 - Un estratificado elastico empalmable con propiedades de caucho.

Info

Publication number: ES2232104T3
Application number: ES99850089T
Authority: ES
Inventors: Jorgen Skarin
Original assignee: Trelleborg Building Systems AB
Current assignee: Trelleborg Building Systems AB
Priority date: 1998-05-26
Filing date: 1999-05-25
Publication date: 2005-05-16
Anticipated expiration: 2019-05-25
Also published as: DE69921542D1; JPH11348181A; SE513023C2; EP0960724B1; US6376039B1; SE9801838D0; EP0960724A1; SE9801838L; DE69921542T2; ATE281302T1

Abstract

UN ESTRATIFICADO ELASTICO EMPALMABLE/UNIBLE CON PROPIEDADES DE GOMA, INCLUYE DOS CAPAS MUTUAMENTE UNIDAS QUE CONSTAN DE COMPUESTOS HIDROCARBONADOS NO POLARES, UNA CAPA DE LAS CUALES ES UN ELASTOMERO TERMOPLASTICO (TPE) Y EL OTRO ES UNA GOMA VULCANIZADA Y RETICULADA DE TIPO EPDM O BUTILO. EL ESTRATIFICADO ESTA CARACTERIZADO EN QUE EL ELASTOMERO TERMOPLASTICO CONTIENE POR LO MENOS UN 10 % EN PESO DE UN COPOLIMERO ELASTICO, QUE PUEDE SER MEZCLADO CON UN RELLENO Y CON UN AGENTE IGNIFUGO, HASTA UNA MEZCLA QUE CONTENGA POR LO MENOS UN 50 % DE RELLENO. EL COPOLIMERO ELASTICO CONTIENE ETILENO Y OCTILENO ADECUADOS, EN UNA RELACION DESDE 1:10 HASTA 4:10. EL ELASTOMERO TERMOPLASTICO PUEDE TENER CUALQUIER COMPOSICION, QUE OTORGARA UNA VISCOSIDAD DENTRO DEL RANGO DE 0.01-1 NM, EN EL RANGO DE TEMPERATURAS DE 70-150 C.

Description

Un estratificado elástico empalmable con propiedades del caucho.

La presente invención se refiere a un estratificado elástico empalmable con propiedades del caucho y que comprende dos capas unidas entre sí formadas por compuestos de hidrocarburo no polar, siendo una de dichas capas un elastómero termoplástico (TPE) y siendo la otra un caucho vulcanizado reticulado del tipo EPDM o del tipo butilo. El estratificado se destina principalmente a su uso como lámina o membrana de sellado en diferentes tipos de obras de construcción de edificios, aunque también puede encontrar uso en otros sectores en los que la posibilidad de empalmar o acoplar el caucho es altamente deseable. Los trajes de caucho, tales como trajes de buceo y trajes protectores son ejemplos de este último campo de uso.

Por "propiedades del caucho" se quiere dar a entender en el presente contexto las propiedades únicas asociadas con el hecho de que el caucho es un material reticulado capaz de adoptar cuantiosos movimientos bajo las condiciones climáticas más variables sin romperse o sin deformarse permanentemente al someterlo a cargas moderadas.

Hasta ahora, solo ha sido posible unir entre sí dos láminas de caucho con un empalme homogéneo con las propiedades del caucho, vulcanizando dichas láminas entre sí. La vulcanización de las láminas se efectúa colocando una tira de empalme de caucho no vulcanizado entre láminas de caucho que se solapan mutuamente y luego aplicando presión y calor al empalme durante un periodo de tiempo determinado. El periodo de tiempo necesario para completar el proceso ha limitado en gran medida el uso de láminas basadas en caucho en las aplicaciones en las que es necesario un empalme, por motivos económicos.

También se han probado otros métodos de empalme, tales como encolado o métodos parecidos. No obstante, dichos métodos también tienen serias limitaciones en relación con la productividad y durabilidad. También son perjudiciales desde un punto de vista medioambiental, por la necesidad de utilizar disolventes no deseables.

En el caso de aplicaciones de edificación o construcción, el uso de membranas impermeables en la cobertura de techumbres o en la construcción de túneles, puentes, diques, piscinas y otras aplicaciones similares, las dificultades experimentadas a la hora de empalmar entre sí láminas de caucho a menudo han tenido como resultado la preferencia de utilizar productos de sellado no elásticos o membranas impermeables basadas en alquitrán o materiales termoplásticos que pueden empalmarse rápidamente fundiendo entre sí las superficies de materiales superponiendo el empalme, por ejemplo, calentando dichas superficies con aire caliente o de otro modo adecuado y luego aplicando presión sobre dichas superficies a medida que dichos materiales se enfrían. Se han sugerido diversos métodos para evitar los problemas anteriormente descritos, asociados con el uso de caucho cuando es necesario realizar
empalmes.

El documento JP-A-60 203640 describe un método para evitar problemas al empalmar caucho en la producción de una lámina impermeable, simplemente colocando una capa de caucho y un elastómero termoplástico solapando una con otra las superficies a acoplar y, después, calentando las láminas a una temperatura de 400-600ºC mediante una pistola de aire caliente. Las láminas calentadas de este modo se presionan la una contra la otra con ayuda de un rodillo de presión a 5-10 kg/cm para formar dicho empalme o unión. Se entiende que la aplicación de este método está limitada por los elevados costes de material y de fabricación implicados.

El documento EP-A1-0 528 296 describe un empalme o unión de caucho y un método para empalmar una lámina intermedia de película de poliolefina termoplástica entre las superficies solapantes de las láminas de caucho. La unión, o empalme, se efectúa calentando las superficies solapantes hasta una temperatura ligeramente superior al punto de fusión de la película termoplástica. Se indica que este método sirve para producir una unión con una mayor productividad y una mayor resistencia que una unión encolada entre las láminas de caucho. No obstante, las propiedades elásticas de la unión se reducen en comparación con la unión obtenida por vulcanización con una lámina de caucho intermedia tal y como se ha descrito anteriormente. Esto también presenta una complicación en comparación con el uso de material de sellado termoplástico fundible, como se ha mencionado anteriormente.

El documento US-A-3962 018 describe un método para producir materiales compuestos multicapa a partir de plástico y de caucho, en los que una capa comprende una mezcla de poliolefina termoplástica y 10-40% por peso de elastómero fundidos juntos a una temperatura superior a 150ºC. La mezcla se aplica a una superficie elastomérica (EPDM o caucho butílico) que ha sido calentada a 150ºC, después de lo cual las capas se unen entre sí calentando dichas capas a alrededor de 150-250ºC y presionando dichas capas con una presión de entre 1 y 10 kg/cm^{2}. Este método permite que los materiales de cobertura se coloquen y acoplen para formar una composición multicapa en un proceso continuo. No obstante, el material de cobertura está formado principalmente por un material termoplástico, que no tiene las propiedades elásticas requeridas para coactuar con el caucho y, de ese modo, proporcionar un producto acabado que posee propiedades del caucho.

El documento EP-A1-0 693 367 describe un estratificado que se produce uniendo una película de polímero a caucho EPDM vulcanizado, o extrudiendo dicha película y caucho conjuntamente y luego vulcanizando el producto obtenido. En este caso particular, la película de polímero se basa en poliamida y/o polietileno, copolímeros de etileno, polipropileno o copolímeros de propileno. Puesto que la fabricación, incluida la conformación de dichas capas, la colocación de dichas capas de forma conjunta y su unión, se efectúa en un proceso continuo, el producto de estratificado es atractivo desde el punto de vista de los costes, aunque sigue siendo insuficientemente elástico para poderlo medir respecto al caucho en lo relativo al empalme o unión del producto.

El estratificado de la invención está previsto para proporcionar un material que posee propiedades del caucho, sin estar afectado por los problemas mencionados relativos a su capacidad de empalme, asociados con el material de caucho, ni por uniones y empalmes insuficientemente elásticos asociados con estratificados de caucho/polímero conocidos hasta ahora. De este modo, el estratificado puede usarse ventajosamente como membrana de sellado para las coberturas de techumbres y otras aplicaciones de construcción similares en las que es muy necesario un rápido empalme/unión.

En consecuencia, se proporciona según la invención un estratificado elástico empalmable con las características indicadas en la reivindicación de producto adjunta, y un método para producir un estratificado de este tipo según los pasos del método descritos en las reivindicaciones de método.

Tal y como se menciona en la introducción, el estratificado de la invención está formado por dos capas unidas entre sí formadas por compuestos de hidrocarburos no polares, una de cuyas láminas o capas está formada por un elastómero termoplástico (TPE) y la otra está formada por caucho EPDM reticulado vulcanizado o caucho butílico. El estratificado se caracteriza porque el elastómero termoplástico incluye al menos 10% en peso de un copolímero elástico que puede mezclarse con carga y con agente ignífugo en una mezcla que contiene al menos un 50% por peso de carga.

Un elastómero termoplástico (TPE) es un elastómero, es decir un material polímero, con una elevada tensión elástica en el que las fuerzas cohesivas necesarias para la deformación elástica del material son de naturaleza física y que pueden anularse calentado o fundiendo el material, a diferencia del caucho, con lo que el material se vuelve plásticamente formable a temperaturas elevadas y regresa a su estado altamente elástico al enfriarse.

El copolímero elástico usado es uno que contiene etileno y octeno en las relaciones de 1:10 a 4:10, preferiblemente relaciones de 2:10 a 3:10. El copolímero también puede contener convenientemente resina de petróleo en una cantidad que corresponda a 1-20% en peso, lo que proporciona una buena adherencia y adapta la viscosidad y la elastici-
dad.

El elastómero termoplástico también contendrá adecuadamente una carga en una cantidad que corresponda a un 20-80% en peso, preferiblemente 40-60% en peso. La carga puede ser carbonato cálcico, negro de carbono o silicato. El agente ignífugo antes mencionado puede ser hidrato de aluminio o hidrato de magnesio.

La composición del elastómero termoplástico puede ser convenientemente una tal que imparta al elastómero una viscosidad entre 0,01-1 Nm, preferiblemente 0,05-0,6 Nm dentro de un intervalo de temperatura de 70-150ºC. La viscosidad de esta capa puede optimizarse para obtener una buena adhesión (humectación) a la capa de EPDM cuando el calor suelda dichas capa entre sí, y para evitar que los estratificados se peguen entre ellos al vulcanizarlos o manipularlos y al almacenar dichos estratificados en rollos.

Ambas capas del estratificado pueden incluir convenientemente peróxidos en una cantidad que corresponda a no menos de un 1% por peso, con la intención de mejorar la reticulación a través del medio de los enlaces carbono-carbono con la capa elástica termoplástica.

La capa termoelástica del estratificado tendrá normalmente un grosor inferior a 0,5 mm, mientras que el grosor de la capa de caucho será superior a 0,5 mm. Un intervalo de grosor adecuado de la capa termoelástica es 0,2-0,4 mm y de 0,7-0,9 mm con respecto a la capa de caucho. Si se considera adecuado, puede incluirse un refuerzo de filamentos en la capa de caucho y/o en la capa termoelástica. La capa termoelástica puede incorporar colores predeterminados con fines específicos significativos en el diseño de techumbres y de sistemas para techumbres, así como para mejorar la reflexión térmica.

Al cubrir una techumbre o al usar el estratificado en aplicaciones similares, la capa termoelástica se encarará hacia la superficie de apoyo subyacente y se solapará a la parte adyacente del estratificado encarado en dirección opuesta a dicha superficie, es decir la capa de caucho, en los puntos de unión.

El estratificado de la invención se produce mediante el calandrado o extrusión de caucho EPDM no vulcanizado o caucho butílico y lámina o película elastómera termoplástica (TPE) que contiene al menos 10% en peso de copolímero elástico para formar una banda de lámina continua. Entonces se enrolla la banda en un tambor y luego se vulcaniza, por ejemplo en un autoclave. A pesar de que el componente elástico termoplástico y el caucho se pegarán el uno al otro en este caso, y el caucho se reticulará, por lo que será infundible en las condiciones mencionadas en esta memoria, la capa elástica termoplástica conservará sus propiedades termoplásticas y formará una capa fundible. Por "calandrado" se entiende un tratamiento en una máquina que incluye dos o más rollos equipados con dispositivos para calentar y enfriar a distancias ajustables. Por "extrusión" se entiende en la presente memoria la llamada extrusión con tobera de ranura ancha, en la cual los componentes de entrada se extruden a través de una tobera plana que tiene un orificio ancho, es decir un orificio con una altura inferior respecto a la anchura.

Un tipo de caucho adecuado para su utilización con la invención es un caucho de etileno-propileno (EPDM) basado en terpolímeros de etileno, propileno y un dieno, cuya parte insaturada restante entra en la posición lateral de la cadena principal.

A continuación se describirá la invención con más detalle con referencia a ejemplos prácticos, así como con una discusión más amplia de las ventajas técnicas y prácticas proporcionadas por la invención.

Por lo tanto, la invención se basa en un copolímero elástico. Los últimos desarrollos en el ámbito de los catalizadores metaloceno han hecho posible producir materiales termoplásticos con propiedades elásticas termoplásticas muy similares a las propiedades del caucho. La capa elástica termoplástica del estratificado de la invención se basa, por lo tanto, en un copolímero elástico que puede modificarse para permitir que

\bullet: sea estratificado en tejido de caucho, caucho butílico o caucho EPDM mediante un proceso convencional de calandrado o extrusión de forma rentable;

\bullet: sea vulcanizado para mejorar la adhesión entre las capas sin que dichas capas pierdan sus propiedades del caucho y propiedades elásticas termoplásticas, respectivamente;

\bullet: pueda empalmarse o acoplarse aplicando calor a una región de unión solapante, donde las capas elásticas termoplásticas se funden y se adhieren a la capa de caucho para obtener una unión/empalme fuerte e impermeable con propiedades elásticas, cuando la unión se comprime y enfría; y

\bullet: permita lograr dicha unión/empalme con la ayuda de un aparato de soldadura normalmente disponible en el terreno.

Por lo tanto, la invención permite la fabricación de láminas y membranas de sellado que poseen propiedades del caucho y que pueden acoplarse o empalmarse entre ellas bajo condiciones prácticas de tratamiento del mismo modo que las anteriores membranas impermeables basadas en alquitrán y termoplástico conocidas, lo cual representa una ventaja técnica muy significativa y, en el contexto que nos ocupa, una asunción que no ha sido posible obtener anteriormente con láminas o membranas basadas en caucho. No obstante, al ser diferente de las láminas de sellado o membranas impermeables basadas en alquitrán y material termoplástico, el estratificado de la invención proporcionará una unión o empalme con propiedades caucho-elásticas en todas las direcciones y que también puede fundirse aplicando calor a través de dicha lámina de caucho sin dañar el estratificado, de modo que la capa elástica termoplástica se ablandará hasta llegar a un estado en el que pierde su resistencia mecánica y, por lo tanto, permite la abertura de dicha unión/empalme. Las uniones/empalmes pueden soldarse según los métodos previamente conocidos en relación con láminas o membranas de sellado termoplásticas, calentando dichas láminas a temperatura de soldadura con la ayuda de aire caliente o una cuña térmica y luego enfriando la unión bajo presión.

La resistencia mecánica y la elasticidad de la unión/empalme tendrán el mismo orden de magnitud que las de una unión vulcanizada convencional. Los ensayos de tracción se realizaron sobre una banda de 25 mm que incluía uniones/empalmes, a una velocidad de tensión de la banda de 100 mm/min. A continuación se muestran en la siguiente tabla los resultados obtenidos.

TABLA

Tipo de unión/empalme	Resistencia mecánica (N/mm^{2})	Alargamiento de rotura (%)
Uniones de estratificado elásticos
soldadas con aire caliente	8,2	450
Uniones vulcanizadas	10,4	425

Comparado con el componente de caucho y con el componente de TPE del estratificado, este tiene una resistencia mecánica del mismo orden de magnitud hasta un alargamiento de alrededor del 150% y, con un mayor alargamiento, una resistencia mecánica más próxima al componente de caucho que al componente de TPE.

Los ensayos prácticos realizados en techumbres de ensayo con un estratificado de la invención demostraron que el tiempo de aplicación podía reducirse hasta en alrededor de un 30% en relación con los materiales y métodos disponibles y conocidos hasta ahora, y que también podían reducirse otros componentes auxiliares necesarios asociados con la instalación de tejados a 2 en número en contraposición con los 5 en número en el caso de los métodos conocidos.

No es necesario sujetar las láminas o membranas de sellado formadas por un estratificado de la invención en su lugar con la ayuda de elementos fijadores penetrantes, sino que pueden soldarse en bandas o placas que se han sujetado mecánicamente a la superficie subyacente. Entonces se aplica el estratificado elástico con la capa elástica termoplástica encarada hacia dicha banda o placa. Entonces se aplica calor a la superficie de caucho expuesta mediante calor por contacto, calor por radiación o aire caliente, pasando dicho calor a través de la capa de caucho y fundiendo la capa elástica termoplástica. Entonces se efectúa la sujeción, aplicando presión a la superficie de sujeción, por ejemplo con una almohadilla de presión o una prensa de calandra, mientras el material se enfría.

El estratificado de la invención es único y proporciona ventajas en muchos aspectos, de los cuales los siguientes se describen a modo de ejemplo.

\bullet: El estratificado permite el uso de un sistema de unión/empalme con el cual tan solo será necesario usar aire caliente para empalmar el estratificado, lo cual puede realizarse mediante pistolas de aire caliente convencionales.

\bullet: Puede efectuarse el empalme/unión calentando la capa de caucho de modo que el calor lo atraviese hasta llegar a la capa elástica termoplástica hasta que se alcance la temperatura de soldadura correcta, tras lo cual la unión/empalme se somete a presión y se enfría.

\bullet: Puede acoplarse la totalidad de la superficie del estratificado a otra superficie, con lo que pueden realizarse todos los tránsitos o acciones en el tejado fácilmente sin la necesidad de utilizar productos especiales al efecto.

\bullet: El estratificado o lámina o membrana de sellado puede soldarse a dispositivos de sujeción en forma de tiras o placas, permitiendo de ese modo la sujeción sin perforación de dicha lámina a diferentes tipos de superficies de soporte subyacente.

\bullet: Las uniones/empalmes pueden abrirse para permitir el reemplazo de las láminas o membranas de sellado, calentando la lámina de caucho a una temperatura a la cual el calor pasará a través del caucho hasta la capa elástica termoplástica, hasta que dicha capa se ablande hasta un punto en el que pierde su resistencia mecánica.

\bullet: El sustrato puede tener diferentes colores.

\bullet: El estratificado puede reforzarse, por ejemplo, incluyendo tejido de fibra de vidrio o tejido de poliéster entre dichas capas, o laminando felpa de fibra a la capa elástica termoplástica.

\bullet: El estratificado es térmicamente estable, lo que significa que el estratificado en conjunto no puede fundirse o ser fundido, a diferencia de productos de PVC o de alquitrán.

\bullet: El estratificado es elástico en todas las direcciones y puede estirarse un cien por cien, reteniendo las propiedades del caucho mencionadas.

Claims

1. Un estratificado elástico empalmable/acoplable con propiedades del caucho y que incluye dos capas unidas entre sí que comprenden compuestos de hidrocarburos no polares, de las cuales una capa es un elastómero termoplástico (TPE) y la otra es un caucho vulcanizado reticulado de tipo EPDM o de tipo butilo, caracterizado porque el elastómero termoplástico incluye al menos un 10% en peso de un copolímero elástico que contiene etileno y octeno en una relación de 1:10 a 4:10, copolímero elástico que puede mezclarse con una carga y agente ignífugo para proporcionar una mezcla que contiene al menos un 50% de carga.

2. Un estratificado elástico empalmable/acoplable según la reivindicación 1, caracterizado porque el copolímero elástico es un producto de polimerización de catálisis de metaloceno.

3. Un estratificado elástico empalmable/acoplable según la reivindicación 1, caracterizado porque el copolímero elástico contiene etileno y octeno en una relación de 2:10 a 3:10.

4. Un estratificado elástico empalmable/acoplable según la reivindicación 1, caracterizado porque el copolímero elástico contiene resina de petróleo en una cantidad correspondiente al 1-20% en peso, preferiblemente 8-12% en peso.

5. Un estratificado elástico empalmable/acoplable según la reivindicación 1, caracterizado porque el elastómero termoplástico contiene una carga, tal como carbonato cálcico, negro de carbono o silicato en una cantidad que corresponda a un 20-80% en peso, preferiblemente 40-60% en peso.

6. Un estratificado elástico empalmable/acoplable según la reivindicación 1, caracterizado porque el elastómero termoplástico posee una composición que imparte al mismo una viscosidad dentro del intervalo de 0,01-1 Nm, preferiblemente 0,05-0,6 Nm dentro de un intervalo de temperaturas de 70-150ºC.

7. Un método para producir el estratificado empalmable/acoplable según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por calandrar o extrudir simultáneamente un caucho no vulcanizado del tipo EPDM o de tipo butilo y una lámina o película de material termoelástico (TPE) que contiene al menos un 10% en peso de copolímero elástico que contiene etileno y octeno en una relación de 1:10 a 4:10, copolímero elástico que puede mezclarse con una carga y un agente ignífugo para proporcionar una mezcla que contiene al menos un 50% de carga, para formar una banda de lámina continua y enrollar la banda en un tambor y entonces vulcanizar dicha banda, con lo que la adhesión tiene lugar entre el material termoelástico y el caucho en la banda y el caucho se reticula y se vuelve infundible, mientras que la capa termoelástica conserva sus propiedades termoelásticas y forma una capa fundible.

8. El uso del estratificado según cualquiera de las reivindicaciones 1-6 como una lámina de sellado o membrana impermeable en sistemas de cobertura de techumbres.

9. El uso del estratificado según cualquiera de las reivindicaciones 1-6 como una lámina de sellado o membrana impermeable en la construcción de puentes, túneles, piscinas, pilones y construcciones similares.