ES2245213A1 - Additive for recovery of bituminous compositions, comprises at least a polymeric component selected from elastomers and/or plastomers, and additional component including sepiolite - Google Patents
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Abstract
Description
Aditivo para composiciones bituminosas para recubrimientos, composiciones que contienen el aditivo, procedimiento para su preparación y su uso.Additive for bituminous compositions for coatings, compositions containing the additive, procedure for its preparation and its use.
La presente invención pertenece al campo técnico de las composiciones bituminosos empleadas para recubrimientos aditivadas y, particularmente, al sector de los aditivos para este tipo de composiciones.The present invention belongs to the technical field of the bituminous compositions used for coatings additives and, particularly, the additives sector for this type of compositions.
Las composiciones bituminosas se emplean para una multitud de aplicaciones, tales como en la fabricación de láminas impermeabilizantes y para el sellado de superficies y en cubiertas, techumbres, paredes etc.Bituminous compositions are used for a multitude of applications, such as in sheet manufacturing waterproofing and for sealing surfaces and roofs, roofs, walls etc.
Estas composiciones, también denominadas másticos en algunas aplicaciones, contienen, además de betún, una serie de componentes adicionales que confieren a la composición las propiedades que interesan para cada aplicación y que el betún, como tal, no presenta o en un grado menor al necesario. Entre tales componentes adicionales se encuentran diversos polímeros, entre los que cabe destacar elastómeros tales como el estireno-butadieno-estirenos (SBS) y el estireno-butadieno (SB), y plastómeros tales como el polipropileno atáctico (APP) y el acetato etilenvinílico (EVA). En algunas aplicaciones, tales como en las láminas impermeabilizantes que se emplean para cubrir techumbres y paredes, también se emplean cargas minerales, como por ejemplo de carbonato cálcico que, además de abaratar el coste de la composición, confiere consistencia y viscosidad a la misma. Las composiciones bituminosas convencionales son aquellas que se basan en un betún de una dureza variable y función de la aplicación industrial final, que se mezcla con una serie de componentes que incorporan aquéllas propiedades que interesan en aplicación y que no posee el betún de partida. Por ejemplo, en láminas impermeabilizantes se utiliza un polímero termoplástico del tipo SBS, EVA, APP, etc..., para incorporar propiedades plásticas a la mezcla, y una carga de carbonato cálcico que le da consistencia, viscosidad y abarata la formulación.These compositions, also called mastic in some applications, contain, in addition to bitumen, a series of additional components that give the composition the properties that interest each application and that bitumen, as such, it does not present or to a lesser extent than necessary. Among such Additional components are various polymers, among the which should be noted elastomers such as styrene-butadiene-styrenes (SBS) and styrene-butadiene (SB), and such plastomers such as atactic polypropylene (APP) and ethylene vinyl acetate (EVE). In some applications, such as in sheets waterproofing materials used to cover roofs and walls, mineral fillers are also used, such as carbonate calcium that, in addition to lowering the cost of the composition, It gives consistency and viscosity to it. The compositions Conventional bituminous are those that are based on a bitumen of a variable hardness and function of the final industrial application, which is mixed with a series of components that incorporate those properties that interest in application and that does not have the bitumen of departure. For example, a waterproofing sheet uses a thermoplastic polymer of the type SBS, EVA, APP, etc ..., for incorporate plastic properties into the mixture, and a load of calcium carbonate that gives consistency, viscosity and lowers the formulation.
La normativa actualmente aplicable en España y que limita las características de las mezclas impermeabilizantes se expone a continuación.The regulations currently applicable in Spain and which limits the characteristics of the waterproofing mixtures are set out below.
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- Densidad y densidad relativa de los materiales bituminosos, NLT-122/84.Density and relative density of bituminous materials, NLT-122/84.
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- Penetración de los materiales bituminosos, NLT-124/89.Penetration of the materials bituminous, NLT-124/89.
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- Punto de reblandecimiento anillo y bola de los materiales bituminosos, NLT-125/99.Ring softening point and ball of bituminous materials, NLT-125/99.
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- Ductilidad de los materiales bituminosos, NLT-126/84.Ductility of the materials bituminous, NLT-126/84.
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- Punto de inflamación y combustión de los materiales bituminosos (aparato Cleveland, v/a), NLT-127/84.Flash point and combustion of bituminous materials (Cleveland apparatus, v / a), NLT-127/84.
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- Cenizas en los materiales bituminosos, NLT-132/90.Ashes in the materials bituminous, NLT-132/90.
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- Índice de penetración de los betunes asfálticos, NLT-181/89.Index of Penetration of asphaltic bitumens, NLT-181/89.
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- Punto de fragilidad Fraass de los materiales bituminosos, NLT-182/84.Fraass Point of Fraass de bituminous materials, NLT-182/84.
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- Efecto del calor y del aire sobre los materiales bituminosos en película fina y rotatoria, NLT-186/85.Effect of heat and air on bituminous materials in thin and rotating film, NLT-186/85.
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- Estabilidad al almacenamiento de betunes asfálticos modificados, NLT-328/91.Storage stability of modified asphaltic bitumen, NLT-328/91.
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- Recuperación elástica por torsión de betunes asfálticos modificados, NLT-329/91.Elastic recovery by twisted modified asphalt bitumen, NLT-329/91.
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- Propiedades mecánicas en tracción de los ligantes bituminosos, NLT-366/93.Mechanical properties in traction of bituminous binders, NLT-366/93.
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- Plegabilidad a diferentes temperaturas, UNE 104-281-85 (parte 6-4).Folding to different temperatures, UNE 104-281-85 (part 6-4).
La función de los polímeros que se emplean como aditivos en las composiciones bituminosas, es principalmente la de formar una red elastomérica tridimensional en el seno de bituminoso sin alterar la naturaleza coloidal del betún asfáltico. Ésta red confiere resistencia a la rotura y al agrietado, elasticidad y cohesión a la composición. Sin embargo, estos polímeros son, en comparación con el betún, costosos y, en consecuencia encarecen el coste de las composiciones bituminosas que, al fin y al cabo, son productos que se emplean masivamente.The function of the polymers used as additives in bituminous compositions, it is mainly that of form a three-dimensional elastomeric network within bituminous without altering the colloidal nature of asphaltic bitumen. This network confers resistance to breakage and cracking, elasticity and cohesion to the composition. However, these polymers are, in comparison with bitumen, expensive and, accordingly, make the price more expensive cost of bituminous compositions that, after all, are products that are used massively.
Era por tanto, deseable encontrar un aditivo para composiciones bituminosos de menor coste y que a la vez confiriera las propiedades deseadas a tales composiciones.It was therefore desirable to find an additive for bituminous compositions of lower cost and at the same time conferring the desired properties to such compositions.
La presente invención tiene por objeto poner a disposición un aditivo que, sin mermar las cualidades requeridas a las composiciones bituminosas, permite reducir la proporción de polímero y así abaratar los costes de las composiciones bituminosas. De acuerdo con la invención, tal objetivo se consigue mediante un aditivo para composiciones bituminosas para recubrimientos de impermeabilización que comprende al menos un componente polimérico seleccionado entre elastómeros, plastómeros y combinaciones de los mismos y al menos un primer componente adicional comprendido por sepiolita con un tamaño medio de partícula máximo de 200 \mum.The present invention is intended to set provision of an additive that, without diminishing the required qualities to bituminous compositions, allows to reduce the proportion of polymer and thus lower the costs of the compositions bituminous According to the invention, such an objective is achieved. by means of an additive for bituminous compositions for waterproofing coatings comprising at least one polymer component selected from elastomers, plastomers and combinations thereof and at least a first component additional sepiolite with an average size of maximum particle of 200 µm.
Sorprendentemente, se ha podido determinar que la sepiolita, siendo un mineral permite sustituir hasta un 40% del componente polimérico sin que las propiedades de la composición bituminosas que incorporan el nuevo aditivo, se vean mermadas frente a composiciones bituminosos que incorporan un aditivo sólo polimérico convencional. Ello parece deberse a que la formación de la red polimérica tridimensional en el seno bituminoso, se ve favorecida por la naturaleza acicular de la sepiolita y por la presencia de sus centros activos superficiales que son especialmente compatibles con la naturaleza polar de los polímeros. El resultado es que se produce un efecto sinérgico entre la sepiolita y el polímero que, a la vista de que la sepiolita es un producto comparativamente más barato, conduce a un abaratamiento del aditivo y, por lo tanto, de la composición bituminosa.Surprisingly, it has been determined that the sepiolite, being a mineral allows replacing up to 40% of the polymer component without the composition properties bituminous that incorporate the new additive, are reduced versus bituminous compositions that incorporate an additive only conventional polymeric. This seems to be because the formation of the three-dimensional polymer network in the bituminous sinus, is seen favored by the acicular nature of sepiolite and by the presence of its surface active centers that are especially compatible with the polar nature of polymers. The result is that a synergistic effect occurs between the sepiolite and the polymer that, in view of the fact that sepiolite is a comparatively cheaper product, leads to cheaper of the additive and, therefore, of the bituminous composition.
La sepiolita pertenece al grupo de los silicatos pseudolaminares, también conocido como el grupo paligorskita-sepiolita cuya estructura determina una morfología microfibrosa o acicular. Así, la sepiolita es un silicato magnésico hidratado aunque también existen sepiolitas alumínicas (con un 19% de las posiciones octaédricas ocupadas por iones aluminio), férricas (denominadas xylotilo), niqueloférricas (falcondoita) y sódicas (loughlinita). Según Brauner y Preisinger, estructuralmente la sepiolita está formada por cintas tipo talco, compuestas por dos capas de tetraedros de sílice unidos mediante átomos de oxigeno a una capa central de octaédros de magnesio. Estas cintas tipo talco se disponen de forma que la capa tetraédrica de sílice es continua pero con los tetraedros de sílice invertidos cada seis unidades. Esta estructura determina una morfología acicular de las partículas de sepiolita, elongadas a lo largo del eje c, y la presencia de canales, denominados zeolíticos, orientados en la dirección del eje c de las partículas aciculares, con unas dimensiones de 3,7 \ring{A} x 10,6 \ring{A}, donde puede penetrar agua y otros líquidos. Como consecuencia de esta estructura, la sepiolita tiene una superficie específica muy alta, que se debe no sólo a la elevada superficie externa, sino también a la superficie interna originada por los canales zeolíticos. La superficie específica total teórica de la sepiolita, calculada a partir de los modelos estructurales, es de 900 m^{2}/g, de los que 400 m^{2}/g corresponden al área externa y 500 m^{2}/g al área interna. Sin embargo, no toda la superficie de la sepiolita es igualmente accesible a todas las moléculas. La superficie accesible de la sepiolita depende del adsorbato utilizado, de su tamaño y polaridad, lo que determina la accesibilidad de la molécula de adsorbato a los microporos de la arcilla y en los canales zeolíticos. La superficie BET accesible a N_{2} es de más de 300 m^{2}/g, que es una de las superficies más elevadas para un compuesto natural.Sepiolite belongs to the group of silicates pseudolaminar, also known as the group paligorskita-sepiolite whose structure determines a microfibrous or acicular morphology. So, sepiolite is a hydrated magnesium silicate although sepiolites also exist Alumni (with 19% of the octahedral positions occupied by aluminum ions), ferric (called xylotyl), nickel-ferric (falcondoite) and sodium (loughlinite). According to Brauner and Preisinger, structurally the sepiolite is formed by talc type tapes, composed of two layers of silica tetrahedra joined by oxygen atoms to a central layer of magnesium octahedra. These talc type tapes are arranged so that the tetrahedral layer of silica is continuous but with inverted silica tetrahedra every six units This structure determines a morphology acicular of sepiolite particles, elongated along the c axis, and the presence of channels, called zeolites, oriented in the direction of the c axis of the acicular particles, with dimensions of 3.7 \ ring {A} x 10.6 \ ring {A}, where Water and other liquids can penetrate. As a consequence of this structure, sepiolite has a very high specific surface, which is due not only to the high external surface, but also to the internal surface originated by the zeolitic channels. The theoretical total specific surface area of sepiolite, calculated at from the structural models, it is 900 m2 / g, of the that 400 m2 / g corresponds to the external area and 500 m2 / g to internal area However, not the entire surface of sepiolite is equally accessible to all molecules. Accessible surface sepiolite depends on the adsorbate used, its size and polarity, which determines the accessibility of the molecule of adsorbate to clay micropores and channels zeolitic The BET surface accessible to N_ {2} is more than 300 m2 / g, which is one of the highest surfaces for a natural compound
De acuerdo con la presente invención, la sepiolita empleada en el aditivo puede ser sepiolita natural, sepiolita micronizada, preferentemente con un tamaño medio de partícula máximo de 150 \mum, y/o sepiolita tratada como la sepiolita de grado reológico (comercializada, por ejemplo, por TOLSA, S.A., Madrid, España, bajo la marca PANGEL y obtenida a partir de sepiolita natural mediante procesos especiales de micronización que sustancialmente evitan la rotura de las fibras descritas (p.ej. en la solicitud de patente EP-A-0170299).In accordance with the present invention, the sepiolite used in the additive can be natural sepiolite, micronized sepiolite, preferably with an average size of maximum particle of 150 µm, and / or sepiolite treated as the rheological grade sepiolite (marketed, for example, by TOLSA, S.A., Madrid, Spain, under the PANGEL brand and obtained from from natural sepiolite through special processes of micronization that substantially prevent fiber breakage described (eg in the patent application EP-A-0170299).
Preferentemente, la sepiolita está presente en el aditivo en una proporción entre 3 y 40%. Para algunas aplicaciones, como por ejemplo cuando se trata de un producto para solicitaciones donde la resistencia térmica es importante en tanto en cuanto es necesario mantener un comportamiento plástico adecuado, se prefiere que el aditivo objeto de la patente comprenda entre 10 y 15% en peso de sepiolita. En otras aplicaciones, como por ejemplo cuando el producto se va a destinar a lugares de imprimación en los cuales es importante alcanzar un recubrimiento impermeable homogéneo y continuo, se prefiere que el aditivo objeto de la patente comprenda entre 8% y 10% en peso de sepiolita.Preferably, sepiolite is present in the additive in a proportion between 3 and 40%. For some applications, such as when it comes to a product for solicitations where thermal resistance is important insofar as it is it is necessary to maintain a suitable plastic behavior, it is preferred that the additive object of the patent comprises between 10 and 15% in sepiolite weight In other applications, such as when the product will be destined to places of primer in which it is important to achieve a homogeneous waterproof coating and continuous, it is preferred that the additive object of the patent comprises between 8% and 10% by weight of sepiolite.
Los elastómeros pueden estar seleccionados entre elastómeros en si convencionales, como por ejemplo al menos un elastómero seleccionado del grupo comprendido por composiciones estireno-butadieno-estireno y estireno-butadieno, mientras que plastómeros preferentes son el polipropileno atáctico y el acetato etilenvinílico.Elastomers may be selected from conventional elastomers, such as at least one elastomer selected from the group comprised of compositions styrene-butadiene-styrene and styrene-butadiene while plastomers Preferred are atactic polypropylene and acetate ethylene vinyl.
El componente polimérico puede estar presente en forma finamente particulada, en cuyo caso presenta preferentemente un tamaño medio de partícula entre 20 \mum y 2 mm. Estas partículas se funden y, por tanto, llegan a fluidificarse cuando se calientan por lo que la presente invención también abarca cualquier polímero compatible con la sepiolita y con el proceso seguido que no tenga un tamaño de partícula definido en el momento de su calentamiento.The polymer component may be present in finely particulate form, in which case it preferably presents an average particle size between 20 µm and 2 mm. These particles melt and therefore become fluidized when heat so the present invention also encompasses any polymer compatible with sepiolite and with the process followed that does not have a defined particle size at the time of its heating.
La presente invención también abarca composiciones bituminosas preparadas que comprenden un aditivo que comporta las características anteriormente descritas. En estas composiciones y en dependencia de su aplicación, el aditivo está presente en una proporción de 5 a 15% en peso y, más preferentemente de 5 a 12% en peso, referido al peso total de la composición.The present invention also encompasses prepared bituminous compositions comprising an additive that It includes the characteristics described above. In these compositions and depending on its application, the additive is present in a proportion of 5 to 15% by weight and, more preferably from 5 to 12% by weight, based on the total weight of the composition.
Preferentemente, cuando se trata de composiciones útiles en la fabricación de láminas impermeabilizantes, las composiciones de la presente invención también comprenden al menos una carga mineral, preferentemente entre el 25 y 35% referido al peso total de la composición, como por ejemplo una carga mineral de carbonato de calcio en sí convencional.Preferably, when it comes to compositions useful in the manufacture of waterproofing sheets, the compositions of the present invention also comprise at least a mineral load, preferably between 25 and 35% referred to total weight of the composition, such as a mineral load of Conventional calcium carbonate itself.
La presente invención también se refiere a un procedimiento empleado para preparar el aditivo anteriormente descrito. Este procedimiento comprende una mezcla física de dos sólidos homogéneamente distribuidos, es decir, sepiolita con tamaño medio de partícula máximo de 90 \mum con un componente polimérico seleccionado entre granzas de granulometría diversa, polvos con un tamaño medio de partícula de 20 \mum a 2 mm. En una realización, la sepiolita se mezcla con el componente polimérico a una temperatura a la que reblandece el componente polimérico.The present invention also relates to a procedure used to prepare the additive previously described This procedure comprises a physical mixture of two homogeneously distributed solids, that is, sepiolite with size maximum particle medium of 90 µm with a polymer component selected among granules of diverse granulometry, powders with a average particle size from 20 µm to 2 mm. In one embodiment, the sepiolite is mixed with the polymer component at a temperature at which the polymer component softens.
De acuerdo con la invención, la incorporación de sepiolita en substitución parcial del polímero permite mantener las características del mástico, mejorando los costes de la formulación y el comportamiento al envejecimiento. Existe un límite mínimo característico sobre el contenido de polímero, función de la aplicación final del mástico, por debajo del cual se pierden las propiedades del mismo, fundamentalmente la plegabilidad en frío. La sepiolita permite disminuir este límite mínimo sin que se produzcan alteraciones sobre las características finales del mástico formulado, manteniendo los valores de plegabilidad a bajas temperaturas y mejorando su susceptibilidad térmica.According to the invention, the incorporation of sepiolite in partial replacement of the polymer allows to maintain the characteristics of the mastic, improving the costs of the formulation and aging behavior. There is a limit characteristic minimum on the polymer content, function of the final application of the mastic, below which the properties thereof, mainly cold folding. The sepiolite allows to reduce this minimum limit without occurring alterations on the final characteristics of the mastic formulated, keeping folding values down temperatures and improving its thermal susceptibility.
Por otra parte y con respecto a la exudación, la sepiolita rinde resultados comparables al mástico que contiene mayor cantidad de polímero, lo que significa que el aditivo mejora la relación coste/eficacia cuando la sepiolita se introduce en el sistema.On the other hand and with regard to exudation, the sepiolite yields results comparable to the mastic it contains more polymer, which means that the additive improves the cost / effectiveness ratio when sepiolite is introduced into the system.
A la vista de lo anterior, el aditivo según la presente invención es un producto organo-inorgánico a partir de una mezcla de sepiolita y polímero en sí convencional, para uso en sistemas bituminosos, como por ejemplo los destinados a fabricar láminas impermeabilizantes. En consecuencia, el aditivo de la presente invención mejora el comportamiento de los productos por separado, al presentar una sinergia entre ambos, la cual permite alcanzar una relación coste/eficacia más favorable. Las características obtenidas para estos sistemas formulados con el nuevo producto cumplen la normativa UNE expuesta anteriormente, actualmente vigente en España.In view of the above, the additive according to the The present invention is an organo-inorganic product from a mixture of sepiolite and conventional polymer itself, for use in bituminous systems, such as those intended for manufacture waterproofing sheets. Consequently, the additive of The present invention improves the behavior of the products by separated, by presenting a synergy between them, which allows achieve a more favorable cost / effectiveness. The characteristics obtained for these systems formulated with the New product meet the UNE regulations set forth above, currently in force in Spain.
A continuación, se describirán algunos ejemplos de la invención cuyas características generales se han descrito anteriormente en la presente memoria descriptiva.Next, some examples will be described of the invention whose general characteristics have been described earlier in the present specification.
En una amasadora doble sigma calorifugada se preparó una mezcla de 8,80 kg de estiren-butadiento-estireno (SBS) y 1,10 kg de sepiolita PANSIL comercializada por TOLSA, S.A., Madrid, España, a una temperatura de 100°C (que corresponde a la temperatura de reblandecimiento del SBS utilizado). La mezcla se realizó durante 60 minutos hasta obtener un primer aditivo en el que la sepiolita estaba homogéneamente distribuida en el seno del SBS.In a double sigma kneader, heated prepared a mixture of 8.80 kg of styrene-butadiento-styrene (SBS) and 1.10 kg of sepiolite PANSIL marketed by TOLSA, S.A., Madrid, Spain, at a temperature of 100 ° C (corresponding to the softening temperature of the SBS used). The mixture is performed for 60 minutes until obtaining a first additive in the that the sepiolite was homogeneously distributed within the SBS
De forma análoga a la descrita en el ejemplo 1, se preparó un segundo aditivo en el cual la sepiolita era PANGEL C-150, comercializada también por TOLSA, S.A., Madrid, España.Similarly to that described in example 1, a second additive was prepared in which the sepiolite was PANGEL C-150, also marketed by TOLSA, S.A., Madrid Spain.
Se preparó una primera composición bituminosa para láminas de recubrimiento mezclando durante 270 minutos, a una temperatura de 195°C y en una mezcladora Ika RW 20n específica para este tipo de sistemas, 66 kg de betún 150/200, 9 kg del primer aditivo del ejemplo 1, y 25 kg de carbonato de calcio.A first bituminous composition was prepared for coating sheets mixing for 270 minutes, at a 195 ° C temperature and in a specific Ika RW 20n mixer for this type of systems, 66 kg of bitumen 150/200, 9 kg of the first additive of example 1, and 25 kg of calcium carbonate.
De forma análoga, se preparó una segunda composición empleando, en vez del primer aditivo del ejemplo 1, el segundo aditivo del ejemplo 2.Similarly, a second one was prepared composition using, instead of the first additive of example 1, the second additive of example 2.
Las dos composiciones bituminosas antes descritas se sometieron a ensayos correspondientes a las partes 1-6, 1-4, 1-5 y 1-7 de la norma UNE 104-281-86 aplicable así como a la parte 6-4 de la norma UNE 104-281-85. Los resultados de los ensayos quedan reflejados en la tabla 1.The two bituminous compositions described above underwent tests corresponding to the parties 1-6, 1-4, 1-5 and 1-7 of the UNE standard 104-281-86 applicable as well as to the part 6-4 of the UNE standard 104-281-85. The results of the trials are reflected in table 1.
Puede observarse que las composiciones que comprenden un aditivo de la presente invención, son eficaces y efectivas en sistemas asfálticos impermeabilizantes, y cumplen la normativa UNE vigente impartiendo las prestaciones que se mencionan a continuación a una relación coste/eficacia superior.It can be seen that the compositions that comprise an additive of the present invention, are effective and effective in waterproofing asphalt systems, and comply with the UNE regulations in force providing the services mentioned then at a higher cost / effectiveness.
Así, la incorporación del nuevo aditivo:Thus, the incorporation of the new additive:
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- Reduce los costes de fabricación.Reduce the costs of manufacturing.
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- No modifica el proceso de fabricación, ya que se dispersa y se incorpora fácilmente a la mezcla bituminosa incluso a bajas cizallas.It does not modify the process of manufacturing, as it is dispersed and easily incorporated into the bituminous mixture even at low shears.
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- No presenta interferencias con las cargas minerales empleadas en la formulación, obteniéndose unos másticos muy homogéneos. Permite obtener másticos con altos niveles de carga.Does not interfere with the mineral loads used in the formulation, obtaining some Very homogeneous mastic. It allows to obtain mastic with high levels loading
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- Permite lograr una excelente acabado superficial.It allows to achieve an excellent surface finish
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- Es compatible con distintos tipos de betunes empleados en impermeabilización (80/100, 150/200, 180/220).It is compatible with different types of bitumen used in waterproofing (80/100, 150/200, 180/220).
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- Mantiene valores estables de plegabilidad en frío.Maintains stable values of cold folding.
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- Mejora la susceptibilidad térmica del mástico.Improves susceptibility thermal of the mastic.
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- 2004-02-10 ES ES200400300A patent/ES2245213B1/en not_active Expired - Fee Related
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