ES2329526T3

ES2329526T3 - Articulos geotecnicos.

Info

Publication number: ES2329526T3
Application number: ES07757729T
Authority: ES
Inventors: Izhar Halahmi; Oded Erez; Adi Erez
Original assignee: PRS Mediterranean Ltd
Current assignee: PRS Mediterranean Ltd
Priority date: 2007-03-01
Filing date: 2007-03-01
Publication date: 2009-11-26
Anticipated expiration: 2027-03-01
Also published as: PL1987087T3; EP1987087A1; SI1987087T1; DE602007001452D1; EP1987087B1; WO2008105877A1; ATE435257T1

Abstract

Material polimérico multifásico que mantiene su rigidez y su resistencia a la fluencia a lo largo de un intervalo de temperatura de menos 70ºC a más 90ºC, comprendiendo dicho material polimérico multifásico una fase continua rígida y una fase elástica dispersada en dicha fase continua rígida; en el que la fase continua rígida comprende un polímero rígido y la fase elástica comprende un polímero elástico; y en el que el material polimérico multifásico tiene un módulo secante de flexión al 1%, según la norma ASTM D790, comprendido entre aproximadamente 600 MPa y aproximadamente 2.200 MPa a 20-25ºC; un módulo de fluencia comprendido entre aproximadamente 400 MPa y aproximadamente 1.000 MPa a 20-25ºC, una carga de 20% de límite de elasticidad, y una duración de carga de 60 minutos, según la norma ISO 899-1; un módulo secante de flexión al 1%, según la norma ASTM D790, comprendido entre aproximadamente 500 MPa y aproximadamente 2.800 MPa a menos 20ºC; un módulo de fluencia comprendido entre aproximadamente 500 MPa y aproximadamente 1.500 MPa a menos 20ºC; una resistencia al desgarramiento según la norma ASTM D1004 de como mínimo 20 N para un grosor de película de 1 mm a 20-25ºC; y una resistencia al desgarramiento según la norma ASTM D1004 de como mínimo 10 N para un grosor de película de 1 mm a menos 20ºC.

Description

Artículos geotécnicos.

Referencia cruzada con solicitudes relacionadas

La presente solicitud está relacionada con la solicitud de Patente USA con número de serie (PRSI 200002), presentada simultáneamente y titulada "UV RESISTANT MULTILAYERED CELLULAR CONFINEMENT SYSTEM" ("Sistema de confinamiento celular multicapa resistente a UV"); y con la solicitud de Patente USA con número de serie (PRSI 200004), presentada simultáneamente y titulada "HIGH PERFORMANCE GEOSYNTHETIC ARTICLE" ("Artículo geosintético de alto rendimiento"); con la solicitud provisional de Patente USA con número de serie (PRSI 200005), presentada simultáneamente y titulada "WELDING PROCESS AND GEOSYNTHETIC PRODUCTS THEREOF" ("Procedimiento de soldadura y productos geosintéticos del mismo"); y con la solicitud provisional de Patente USA con número de serie (PRSI 200006), presentada simultáneamente y titulada "PROCESS FOR PRODUCING COMPATIBILIZED POLYMER BLENDS" ("Procedimiento para producir mezclas de polímeros compatibilizadas"). Estas cuatro solicitudes de Patente se incorporan en el presente documento como referencia en su totalidad.

Antecedentes

La presente exposición se refiere a artículos poliméricos de refuerzo de suelos y geotécnicos. Bandas, láminas, perfiles y sistemas de confinamiento celular están formados por composiciones poliméricas, tales como un material polimérico multifásico, que se optimizan para su utilización a temperaturas bajo cero.

Los artículos poliméricos o plásticos de refuerzo de suelos, particularmente los sistemas de confinamiento celular (CCS), se utilizan para aumentar la capacidad de soporte de carga, la estabilidad y la resistencia a la erosión de materiales geotécnicos tales como tierra, roca, piedra, turba, arcilla, arena, hormigón, materiales agregados y terrosos, soportados por dichos CCS.

Los CCS comprenden una serie de bandas de polietileno de alta densidad (HDPE) o polietileno de densidad media (MDPE) en una estructura tridimensional característica de tipo panal. Dichas bandas están soldadas unas a otras en puntos concretos a efectos de lograr dicha estructura. Los materiales geotécnicos se pueden reforzar y estabilizar dentro de dichos CCS o mediante los mismos. En adelante, el material geotécnico estabilizado y reforzado mediante dichos CCS se designa como material geotécnico reforzado (GRM). Las superficies de los CCS pueden estar troqueladas a efectos de aumentar la fricción con el GRM y disminuir el movimiento relativo entre los CCS y los GRM.

El CCS refuerza el GRM aumentando su resistencia a la cizalla y su rigidez como resultado de la resistencia circunferencial de las paredes de las celdas, la resistencia pasiva de las celdas adyacentes y la fricción entre el CCS y el GRM. Sometido a una carga, el CCS genera potentes fuerzas de confinamiento laterales y fricción entre el suelo y las paredes de las celdas. Estos mecanismos crean una estructura de puente con una elevada resistencia a la flexión y rigidez. Dicha acción de puente mejora el comportamiento de deformación por carga a largo plazo de los materiales de relleno granulares convencionales y permite reducciones enormes, de hasta el 50%, en el grosor y el peso de los elementos estructurales de soporte. Los CCS se pueden utilizar en aplicaciones de soporte de cargas, tales como estabilización de base de carreteras, depósitos intermodales, debajo de vías de ferrocarril a efectos de estabilizar los balastos de vía, muros de contención, para proteger GRM o vegetación, y en pendientes y canales.

En adelante, el término "HDPE" se refiere a un polietileno caracterizado por una densidad mayor de 0,940 g/cm^{3}. El término polietileno de densidad media (MDPE) se refiere a un polietileno caracterizado por una densidad comprendida entre más de 0,925 g/cm^{3} a 0,940 g/cm^{3}. El término polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) se refiere a un polietileno caracterizado por una densidad comprendida entre 0,91 y 0,925 g/cm^{3}.

Generalmente, los CCS comercialmente disponibles en la actualidad se preparan únicamente con HDPE. Las paredes de las celdas de los CCS hechas de HDPE son rígidas en la dirección vertical, mantienen cierta flexibilidad en la dirección horizontal, son dimensionalmente estables, resisten relativamente bien la fluencia a temperaturas de menos 10 a +40ºC y tienen una rigidez suficiente cuando las celdas están vacías, de tal modo que se pueden aplicar los CCS. A continuación se proporciona el GRM, generalmente vertiéndolo sobre el CCS y empaquetando, a continuación, las celdas dentro del CCS. Si la pared del CCS es demasiado flexible, se desploma durante la instalación en el campo, por ejemplo cuando algunas personas caminan por encima del CCS antes de rellenarse con el GRM o durante el llenado y condensación del GRM en las celdas de CCS.

Sin embargo, el HDPE es relativamente rígido; presenta un módulo secante de flexión al 1%, según la norma ASTM D790, de aproximadamente 950 megapascales (MPa). Esta rigidez hace que sea posible manejar la red y se pueda utilizar en operaciones de campo en condiciones ambiente (20 a 30ºC). Sin embargo, la instalación resulta dificultosa y a veces imposible a temperaturas bajo cero, particularmente a temperaturas por debajo de menos 10ºC. Además, el HDPE tiene una elevada tendencia a experimentar fluencia a temperaturas de aproximadamente +40ºC y superiores.

Además, el HDPE es frágil a bajas temperaturas (es decir, por debajo de menos 15ºC), típicas de los lugares situados en la tierra al norte de una latitud de 42 grados norte y al sur de una latitud de 42 grados sur (es decir, no cerca del ecuador) durante determinadas épocas del año, normalmente otoño e invierno. Estas bajas temperaturas también se experimentan en zonas elevadas (es decir, de aproximadamente 1.000 m por encima del nivel del mar o superiores) en todo el planeta. En adelante, estas zonas en las que las bajas temperaturas son típicas se designan "zonas frías". El HDPE y el MDPE presentan, además, una mala resistencia a la punción a temperaturas frías. A temperaturas menores de menos 10ºC, estos polímeros ya no son duros y dúctiles, sino frágiles y quebradizos.

Dos factores principales que afectan a la durabilidad del CCS son la resistencia a la fluencia del material plástico que constituye la pared del CCS y la fricción entre las paredes de las celdas y el GRM. La fluencia de la pared del CCS provoca un aflojamiento de la fricción y una pérdida de funcionalidad estructural de la estructura compuesta de CCS-GRM. El HDPE y otras poliolefinas no resisten la fluencia, particularmente a temperaturas mayores de aproximadamente 35-40ºC.

Las propiedades mecánicas de los CCS rellenados son un fenómeno compuesto en el que la rigidez y la tenacidad provienen del relleno compactado (GRM) que se comprime y se densifica a lo largo de las paredes plásticas de las celdas de CCS. La fricción entre el GRM y las paredes de las celdas proporciona integridad, continuidad mecánica y soporte de carga dinámica. El GRM y las paredes de las celdas se soportan dinámicamente entre ellos y pueden soportar un amplio espectro de cargas, vibraciones, tensiones térmicas y erosión, siempre y cuando se mantenga dicha relación. Cada vez que la transferencia de carga entre estos dos componentes se rompe -debido a la fluencia, ruptura o deformación irreversible de las paredes de las celdas-, la estructura de CCS rellenada pierde su integridad y no puede proporcionar la resistencia estructural, la estabilidad dimensional y la rigidez requeridas.

El mecanismo de fallo de los CCS preparados con HDPE a temperaturas bajo cero es complejo. La primera etapa es la refrigeración del GRM y el CCS. El polietileno tiene un elevado coeficiente de expansión térmica (CTE), de aproximadamente 150-200 ppm/ºC. En otras palabras, una banda de 100 metros se acortará aproximadamente en 15-20 centímetros cuando se enfríe de menos 15ºC a menos 25ºC. Sin embargo, generalmente, el GRM tiene un CTE de aproximadamente 5-10 veces menor. Dado que el GRM se encoge mucho menos, se genera tensión en las paredes de las celdas del CCS. Cuando dicha tensión se aplica durante muchos días a temperaturas menores de menos 15ºC, la dureza del HDPE o del MDPE resulta insuficiente y tiene lugar un fallo por quebramiento. Si el GRM se somete a congelación de agua, que expande del GRM, la tensión se incrementa aún más. Dado que la resistencia al crecimiento de grietas (dureza) del HDPE y del MDPE es mediana o incluso baja en comparación con el LLDPE o los elastómeros a dichas temperaturas, el CCS se rompe y pierde su integridad. Sin embargo, si el LLDPE o los elastómeros se utilizan como matriz del CCS, entonces el CCS sufre una grave fluencia a temperaturas mayores de 40ºC. En consecuencia, los ciclos repetidos de calentamiento, expansión del CCS y dispersión o derrumbe resultantes de la estructura de GRM previamente contenida por el CCS provocan el fracaso final o una pérdida considerable de funcionalidad del CCS.

Esta fragilidad también afecta a los CCS. Particularmente, dicha fragilidad afecta de forma crítica a los puntos de soldadura situados entre la serie de bandas. Los puntos de soldadura son puntos relativamente débiles; en consecuencia, cualquier aspecto negativo de los polímeros se ve magnificado en dichos puntos de soldadura. Además, normalmente los CCS se estabilizan con los GRM u otros materiales de infraestructura mediante anclajes, tendones y/o cuñas. Dado que los puntos de conexión entre los CCS y los anclajes, tendones y/o cuñas presentan cargas elevadas concentradas en un área pequeña, es más probable que cualquier fallo se produzca en estos puntos de concentración de tensión, particularmente en condiciones extremas tales como temperaturas bajo cero o temperaturas mayores de aproximadamente 40ºC.

El HDPE presenta además una resistencia al agrietamiento por tensión relativamente baja, una resistencia al desgarro y la punción de mediana a baja y una resistencia al crecimiento de grietas baja, particularmente a temperaturas bajo cero. En las aplicaciones geotécnicas, las grietas se inician durante la aplicación e instalación, así como durante el servicio, particularmente cuando se aplican cargas dinámicas. La resistencia al crecimiento de grietas es un fenómeno dependiente de la temperatura en el que, a medida que la temperatura disminuye, el material se vuelve más frágil y menos tolerante al daño. Dado que la fragilidad aumenta de un modo "casi exponencial" a medida que desciende la temperatura, los artículos que refuerzan que comprenden HDPE como constituyente principal, se ven sometidos a un fallo catastrófico a temperaturas bajo cero (ºC). Nuevamente, es más probable que cualquier fallo tenga lugar en los puntos de soldadura y en los puntos de contacto entre el CCS y las cuñas, anclajes y tendones.

También se genera tensión en las soldaduras entre las bandas que constituyen el CCS. Se puede aplicar tensión a partir de compresión cuando el GRM se vierte sobre el CCS a efectos de rellenar las celdas. El GRM también se puede expandir cuando se humedece o cuando el agua presente en el GRM se congela a temperaturas frías. Además, el GRM presenta un coeficiente de expansión térmica (CTE) aproximadamente 5-10 veces menor que el del HDPE utilizado para preparar las bandas. De este modo, el HDPE se expandirá más o se encogerá menos que el GRM contenido en las celdas, o bien se encogerá menos; esto también provoca tensión en las soldaduras.

Los polímeros más flexibles, tales como polietileno lineal de baja densidad (LLDPE), son mejores que el HDPE en condiciones de temperatura bajo cero. Sin embargo, los mismos presentan una resistencia a la fluencia muy baja a temperaturas mayores que la temperatura ambiente, y particularmente mayores de 40ºC. Dichas temperaturas elevadas son previsibles en zonas áridas y tropicales, pero también se alcanzan en zonas frías (por ejemplo, durante el verano). Otra desventaja de los polímeros relativamente flexibles (tales como LLDPE) consiste en que los mismos carecen de la rigidez necesaria cuando las celdas de CCS todavía están vacías y algunas personas tienen que caminar sobre las mismas durante la instalación o el rellenado y compactación del GRM. Si la pared del CCS es demasiado flexible, la misma se derrumbará durante la instalación en el campo, particularmente durante el rellenado y condensación del GRM en las celdas de CCS. Además, los mismos tienen tendencia a experimentar fluencia bajo carga, de tal modo que los puntos de conexión con los anclajes, tendones y/o cuñas se aflojan a lo largo del tiempo a temperaturas elevadas. Dicha fluencia menoscaba la integridad del CCS.

Actualmente, la única solución efectiva para las zonas frías son composiciones especiales de HDPE caracterizadas por una distribución de cadena bimodal, en las que un tipo de cadena es relativamente rígida y el segundo tipo de cadena es relativamente flexible. Dichos polímeros se preparan en un reactor y, en consecuencia, son muy limitados en flexibilidad de composición. Si se requiere una fase más gomosa, la misma no se puede preparar en el reactor. Estas composiciones especiales, además, tienen un coste relativamente elevado, habitualmente un 20-30% más elevado que el HDPE convencional. A pesar de la ventaja que supone utilizar dos tipos de polietileno en una resina, dichas resinas continúan experimentando fluencia a temperaturas mayores de 40ºC, presentan un CTE mayor de 150 ppm/ºC y tienen una viscosidad elevada.

La Patente USA 3.963.799 da a conocer composiciones de poliamida y poliolefina adaptadas mayormente a la industria del embalaje y métodos para formar aleaciones (mezclas compatibilizadas) de las mismas. Las composiciones descritas en dicha Patente no se pueden utilizar en aplicaciones estructurales geotécnicas, incluyendo CCS, debido a su fragilidad inherente, particularmente a bajas temperaturas, y a su falta de protección contra la humedad y la luz UV. Dicha Patente no se ocupa de las dificultades de soldadura de las composiciones o de la inestabilidad hidrolítica de la fase de poliamida, que se puede hidrolizar en los suelos, particularmente en los suelos ácidos.

En la Patente USA 4.346.834, se mezclan diferentes tipos de polietilenos a efectos de superar la fragilidad del HDPE y la baja resistencia a la punción de LDPE y LLDPE. Sin embargo, el propio LLDPE no proporciona una flexibilidad adecuada a bajas temperaturas. Además, debido a que las estructuras moleculares de HDPE o MDPE y un LLDPE más flexible similar a polietileno son diferentes, los mismos son inmiscibles y requieren una elevada energía mecánica y un tiempo de residencia adecuado a efectos de proporcionar propiedades físicas equilibradas. El mezclado en los equipos estándar de fabricación no proporciona la morfología requerida para una estabilidad a largo plazo cuando la temperatura del plástico expuesto puede variar desde menos 70ºC hasta +90ºC. Esto constituye un problema particularmente en las zonas frías, en las que, durante el otoño y el invierno, la temperatura de los plásticos expuestos puede descender por debajo de menos 40ºC, pero durante el verano, cuando la luz solar directa es absorbida por la superficie del CCS, la temperatura puede superar los +90ºC (particularmente en las superficies oscuras). En la Patente USA 6.355.733 se describe un enfoque similar. Otras desventajas relacionadas con esta mezcla de dos polietilenos para artículos geotécnicos son un CTE aún elevado (mayor de aproximadamente 150 ppm/ºC), baja conductividad térmica, fluencia elevada bajo las cargas existentes durante la descongelación del agua en los poros de GRM, resistencia química limitada a aceites y carburantes (por ejemplo en los campos de petróleo de Alaska y Siberia), y dificultades en la extrusión de caudal elevado de películas y bandas debido al bajo índice de flujo de masa fundida del LLDPE.

La Patente USA 4.564.658 da a conocer composiciones únicamente de poliéster y polietileno lineal de baja densidad (LLDPE), y no da a conocer ningún compatibilizador, es decir, ningún agente que estabilice la dispersión de los dos polímeros inmiscibles. En consecuencia, en aplicaciones de extrusión, por ejemplo extrusión de bandas para aplicaciones geotécnicas, el flujo de la masa fundida es heterogéneo (fractura de la masa fundida) y se observa la segregación de las fases. Las composiciones descritas en dicha Patente no se pueden utilizar en aplicaciones estructurales geotécnicas, incluyendo CCS, debido a su flexibilidad y su tendencia a la fluencia. Dicha Patente tampoco proporciona ninguna solución para la protección de la mezcla frente a la hidrólisis en suelos y vertederos, petróleos e hidrocarburos, y frente a la degradación provocada por el calor y la luz UV. En dicha Patente no se trata la calidad de la soldadura. Otra desventaja consiste en que el LLDPE no es suficientemente flexible y carece de la dureza requerida cuando alcanza temperaturas menores de menos 40ºC.

La Patente USA 5.280.066 da a conocer composiciones de poliéster, poliolefina y un elastómero estirénico funcionalizado para una resistencia al impacto mejorada, particularmente para moldeo por inyección. Dicha invención se limita únicamente a polipropileno (PP) como fracción poliolefínica. El PP es demasiado rígido y carece de flexibilidad a temperaturas por debajo de aproximadamente 0ºC, una propiedad obligatoria en los CCS. En dicha Patente, el compatibilizador se basa en estireno y, de este modo, presenta una resistencia limitada a la luz UV, lo que limita la vida útil de la composición a aproximadamente de 1 a 2 años. Las mezclas de poliéster, especialmente cuando no están particularmente estabilizadas frente a hidrólisis, pueden fallar en suelos, particularmente en los suelos con un pH mayor de 7, en un período de tiempo relativamente breve. No se discute la calidad de la soldadura. Otra desventaja consiste en que la mezcla no es suficientemente flexible y carece de la dureza requerida cuando alcanza temperaturas menores de menos 40ºC.

En la Patente 6.649.698 se describen composiciones similares para un mejor agrietamiento bajo tensión de las películas, incluyendo geomembranas. La incorporación de LLDPE, más amorfo, en la resina de HDPE, proporciona mecanismos de detención del agrietamiento, pero no se proporciona ninguna solución para los sistemas de CCS en los que la resistencia resulta crucial y la fluencia tiene que ser minimizada, particularmente a temperaturas mayores de 40ºC. Además, no se proporciona ninguna solución para temperaturas bajo cero, tales como temperaturas por debajo de menos 15ºC o menos 40ºC. Dado que los CCS son una estructura compuesta que comprende bandas y líneas de soldadura, la mezcla de dos polietilenos diferentes puede afectar negativamente a la resistencia de soldadura así como a la durabilidad a largo término. Un factor limitante principal en una mezcla sencilla de los polímeros consiste en que el CTE permanece elevado e incluso aumenta, de tal modo que la ventaja de una mejor resistencia a la ruptura a temperaturas frías es contrarrestada negativamente por un CTE más elevado. Otra desventaja de mezclar LDPE o LLDPE con HDPE consiste en que se obtiene una resistencia de soldadura inferior. Tampoco resulta sencillo dispersar el LLDPE, relativamente viscoso, en una matriz de HDPE, particularmente mediante equipos de extrusión convencionales.

La Patente USA 6.875.520 da a conocer composiciones de copolímero de bloque de poliamida y una poliolefina muy flexible. Dicha invención puede resultar útil para geomembranas, pero no para aplicaciones estructurales geotécnicas, incluyendo CCS. La elevada flexibilidad, que constituye una ventaja en las geomembranas, se convierte en una desventaja en los CCS: cuando se aplica carga sobre el CCS que soporta el GRM, la estructura compuesta de los dos componentes interactúa con la carga como un sistema integrado. El CCS transfiere la carga de celda en celda por fricción con el GRM, que proporciona rigidez y tenacidad. Si el CCS es demasiado flexible, la carga provoca una deformación del CCS hasta que disminuye la fricción con el GRM. En este estado específico, el sistema integrado ha sido dañado irreversiblemente y ya no puede proporcionar al GRM la durabilidad, la rigidez y la estabilización requeridas. La Patente no proporciona ninguna solución a la hidrólisis de la composición en suelos y vertederos, o cuando la misma se ve expuesta a hormigón u otros medios caracterizados por un pH mayor de 7. No se aborda ni se proporciona ninguna estabilidad térmica ni ninguna estabilidad frente a UV. La mezcla flexible presenta un CTE mayor de 150 ppm/ºC, y además no proporciona una dureza suficiente a temperaturas menores de menos 40ºC.

Persiste la necesidad de un artículo geotécnico, particularmente un CCS, que presente una excelente resistencia a la fluencia, incluso a temperaturas de aproximadamente 40ºC, un CTE bajo, una resistencia al desgarramiento mejorada y una elevada resistencia al crecimiento de grietas a temperaturas comprendidas entre aproximadamente menos 70ºC y aproximadamente +90ºC, que mantenga una flexibilidad suficiente a efectos de permitir la instalación y el rellenado del GRM a temperaturas que pueden llegar hasta menos 40ºC, que proporcione una calidad y una resistencia de soldadura mejoradas en comparación con los CCS basados en HDPE, particularmente bajo cargas continuas a temperaturas por debajo de menos 15ºC, y que proporcione una resistencia mejorada frente a la degradación por UV y por calor. Dichos CCS resultarían útiles en las zonas frías del planeta.

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Breve descripción

El presente documento se refiere a un artículo geotécnico, particularmente un sistema de confinamiento celular (CCS), que proporciona una combinación novedosa de resistencia a la fluencia, resistencia a la punción y al desgarramiento, resistencia de soldadura y dureza, un CTE bajo, resistencia química frente a aceites y carburantes, una resistencia mejorada frente a la degradación inducida por la luz UV y la degradación térmica y rigidez, en un intervalo de temperaturas comprendido entre aproximadamente menos 70ºC y aproximadamente +90ºC.

En una realización a título de ejemplo, una composición poliolefínica mejorada resulta particularmente útil para los CCS. La composición poliolefínica comprende, como mínimo, dos fases diferentes, una fase continua rígida y una fase dispersada elástica. Dicha composición también se designa material polimérico multifásico (MPM). El MPM presenta una elevada rigidez combinada con una buena resistencia al desgarramiento y a la punción en un intervalo de temperaturas comprendido entre aproximadamente menos 70ºC y aproximadamente +90ºC. El CTE del MPM es menor que el del HDPE, de tal modo que se minimizan la tensión a temperaturas bajas y la tendencia a perder fricción con el GRM. La fase continua rígida proporciona rigidez, resistencia a la fluencia y resistencia, particularmente a temperaturas mayores de +40ºC. La fase dispersada elástica proporciona flexibilidad a bajas temperaturas, dureza y resistencia al agrietamiento, de tal modo que el MPM se puede utilizar en un artículo geotécnico o CCS a temperaturas menores de menos 20ºC. Esta morfología permite que el CCS presente propiedades óptimas, particularmente en los extremos del intervalo de temperatura determinado, sin verse sometido a una fluencia elevada a temperaturas altas o a fragilidad a temperaturas bajo cero. El MPM se obtiene mediante un procedimiento que permite un amplio espectro de combinación de propiedades, al contrario que en las composiciones preparadas en reactor.

En algunas realizaciones, el MPM comprende una fase continua rígida y una fase elástica dispersada en dicha fase continua rígida;

en la que la fase continua rígida comprende un polímero rígido y la fase elástica comprende un polímero elástico; y

en la que el material polimérico multifásico tiene un módulo de flexión al 1% secante según la norma ASTM D790 entre aproximadamente 600 MPa hasta aproximadamente 2.200 MPa a 20-25ºC;

un módulo de fluencia entre aproximadamente 400 MPa hasta aproximadamente 1.000 MPa a 20-25ºC, una carga de 20% de límite de elasticidad, y una duración de carga de 60 minutos, según la norma ISO 899-1;

un módulo de flexión al 1% secante según la norma ASTM D790, entre aproximadamente 500 MPa hasta aproximadamente 2.800 MPa a menos 20ºC;

un módulo de fluencia entre aproximadamente 500 MPa y aproximadamente 1.500 MPa a menos 20ºC;

una resistencia al desgarramiento, según la norma ASTM D1004, de como mínimo 20 N para un grosor de película de 1 mm a 20-25ºC; y

una resistencia al desgarramiento, según la norma ASTM D1004, de como mínimo 10 N para un grosor de película de 1 mm a menos 20ºC.

En otras realizaciones, el polímero rígido tiene una densidad mayor de 0,925 g/cm^{3} y el polímero elástico tiene una densidad, como máximo, de 0,925 g/cm^{3}.

En otras realizaciones, la fase continua rígida comprende, además, una resina termoplástica de ingeniería que es un poliéster, poliamida o poliuretano. La introducción de un polímero resistente y duro en la fase rígida permite aumentar el contenido de la fase elástica dispersada en el MPM sin incrementar la fluencia o el CTE. Opcionalmente, puede estar presente un compatibilizador. La resina termoplástica de ingeniería puede comprender hasta un 70% del peso de la fase rígida. En realizaciones específicas, la resina termoplástica de ingeniería es tereftalato de polietileno (PET).

El polímero rígido se puede seleccionar entre el grupo que comprende polietileno de alta densidad (HDPE), polietileno de densidad media (MDPE) y combinaciones de los mismos.

El polímero elástico se puede seleccionar entre el grupo que comprende polietileno lineal de baja densidad (LLDPE); elastómero o plastómero de etileno-alfa olefina; elastómero de etileno-propileno; elastómero de etileno-propilendieno; copolímeros y terpolímeros de etileno-éster de acrilato o éster de metacrilato; caucho de butilo; caucho de nitrilo; elastómero de silicona; elastómero de poliuretano; copolímeros de bloque de estireno; y combinaciones de los mismos.

En otras realizaciones, el MPM comprende, además, una sustancia de relleno. Dicha sustancia de relleno, cuando se incorpora al MPM, proporciona una resistencia a la fluencia mejorada, un CTE menor, una rigidez mejorada, una conductividad térmica mejorada, una nucleación más rápida durante la preparación y una soldabilidad mejorada, particularmente mediante elementos de soldadura ultrasónica. El tamaño promedio de partícula de la sustancia de relleno puede ser menor de 50 micrones o, en realizaciones más específicas, menor de 10 micrones. Dicha sustancia de relleno puede comprender de aproximadamente 5 a aproximadamente 70 por ciento en peso del MPM. la sustancia de relleno también puede someterse a tratamiento de superficie. En realizaciones específicas, la sustancia de relleno se dispersa en la fase continua rígida. En realizaciones específicas, la sustancia de relleno es una sustancia de relleno mineral. Las partículas de sustancia de relleno pueden ser esféricas, fibrosas o en forma de copos.

En otras realizaciones, el MPM comprende, además, una sustancia absorbente de UV o un fotoestabilizador de tipo amina impedida (HALS).

En otras realizaciones, el MPM comprende además un pigmento y/o un colorante. El color puede ser verde, marrón, marrón y gris (tipo turba), gris claro y multicolor. El MPM puede comprender, además, negro de carbón y presentar también un color negro.

En algunas realizaciones, la fase elástica tiene una densidad, como máximo, de 2 g/cm^{3}.

En algunas realizaciones adicionales, el polímero elástico tiene una temperatura de transición vítrea menor de menos 15ºC, menos 25ºC o menos 55ºC.

En otras realizaciones, el polímero elástico presenta un coeficiente de expansión térmica de 150 ppm/ºC o menor, o menor de 120 ppm/ºC, o menor de 100 ppm/ºC.

En algunas realizaciones, la fase elástica tiene un tamaño promedio de partícula menor de 10 micrones, o menor de 5 micrones.

El material polimérico multifásico puede presentar una resistencia al impacto Izod con muesca, como mínimo, de 11 kJ/m^{2} a menos 60ºC, según las normas ASTM D256 ó ISO 180.

Cuando el MPM comprende una sustancia de relleno y una sustancia absorbente de UV, el mismo presenta una resistencia a UV mejorada en comparación con una composición polimérica que comprende HDPE, una sustancia de relleno y una sustancia absorbente de UV.

Una banda polimérica formada a partir del MPM puede presentar un grosor comprendido entre aproximadamente 0,1 mm y aproximadamente 5 mm. También puede presentar una anchura comprendida entre aproximadamente 10 mm y aproximadamente 5.000 mm.

En otras realizaciones, la banda polimérica comprende, además, una estructura potenciadora de la fricción seleccionada entre el grupo que comprende patrones texturizados, patrones troquelados, orificios, extensiones tipo dedo, extensiones tipo cabello, extensiones tipo ola, líneas coextrusionadas, puntos, capas y combinaciones de las mismas.

En otras aplicaciones, la banda presenta una serie de capas, y, como mínimo, una capa no comprende el MPM.

También se dan a conocer sistemas de confinamiento celular que utilizan MPM y bandas poliméricas. En otras realizaciones, la distancia entre juntas adyacentes es desde aproximadamente 50 mm hasta aproximadamente 1.200 mm, medida desde el centro de cada junta. Las juntas se pueden soldar mediante elementos de soldadura ultrasónica sin presión.

En otras realizaciones, la resistencia de soldadura definitiva de una junta que presenta una anchura de soldadura de 100 mm es mayor de 1.000 N cuando se mide a temperatura ambiente y mayor de 1.000 N cuando se mide a menos 20ºC.

En realizaciones adicionales, la resistencia de soldadura definitiva de una junta que presenta una anchura de soldadura de 100 mm es mayor de 1.300 N cuando se mide a temperatura ambiente y mayor de 1.600 N cuando se mide a menos 20ºC.

También se dan a conocer procedimientos para preparar el MPM. También se dan a conocer bandas, láminas, artículos, sistemas de confinamiento celular y otros artículos geotécnicos. También se da a conocer una junta soldada mejorada. A continuación se describen con mayor detalle éstas y otras realizaciones no limitativas.

Descripción de los dibujos

A continuación se expone una breve descripción de los dibujos, que se proporcionan con el propósito de ilustrar las realizaciones de ejemplo descritas en el presente documento y no con el propósito de limitarlas en ningún sentido.

La figura 1 es una vista en perspectiva de un CCS de una sola capa;

la figura 2 es una vista en perspectiva de una celda que contiene un material geotécnico reforzado (GRM);

la figura 3 es una vista en perspectiva de una celda que contiene un GRM y una cuña;

la figura 4 es una vista en perspectiva de una celda que contiene un tendón;

la figura 5 es una vista en perspectiva de una celda que contiene un tendón y cierres;

la figura 6 es una vista en perspectiva de una realización de ejemplo de una celda que incluye una parte de pared reforzada.

Descripción detallada

A continuación, se proporciona una descripción detallada a efectos de permitir a una persona experta en la materia llevar a cabo y utilizar las realizaciones dadas a conocer en el presente documento y a efectos de indicar los mejores modos considerados de llevar a cabo dichas realizaciones. Sin embargo, diversas modificaciones serán evidentes para los expertos en la materia y deben considerarse dentro del alcance de la presente descripción.

Se puede tener una comprensión más completa de los componentes, procedimientos y equipos descritos en el presente documento haciendo referencia a los dibujos adjuntos. Dichas figuras son representaciones puramente esquemáticas para una mayor comodidad y facilidad de demostrar la presente exposición, y, en consecuencia, no pretenden indicar tamaños y dimensiones relativos de los dispositivos o componentes de las mismas y/o definir o limitar el alcance de las realizaciones de ejemplo.

La figura 1 es una vista en perspectiva de un CCS de una sola capa. El CCS (10) comprende una serie de bandas poliméricas (14). Las bandas adyacentes están unidas mediante juntas físicas discretas (16). La unión se puede llevar a cabo mediante juntas, sutura o soldadura, pero generalmente se lleva a cabo por soldadura. La parte de cada banda situada entre dos juntas (16) forma una pared de celda (18) de una celda individual (20). Cada celda (20) presenta paredes de celda constituidas por dos bandas poliméricas distintas. Las bandas (14) están unidas formando un patrón de panal a partir de la serie de bandas. Por ejemplo, la banda exterior (22) y la banda interior (24) están unidas mediante juntas físicas (16), separadas regularmente a lo largo de la longitud de las bandas (22) y (24). Un par de bandas interiores (24) está unido mediante juntas físicas (32). Cada junta (32) se encuentra entre dos juntas (16). En consecuencia, cuando la serie de bandas (14) se tensa en una dirección perpendicular a las caras de las bandas, dichas bandas se curvan de un modo sinusoidal, formando el CCS (10). En el borde del CCS, donde se encuentran los extremos de dos bandas poliméricas (22), (24), se dispone una soldadura final (26) (también considerada una junta) a una distancia corta desde el extremo (28), formando una pequeña cola (30) que estabiliza las dos bandas poliméricas (22), (24).

El CCS (10) se puede reforzar e inmovilizar con relación al suelo, como mínimo, de dos modos distintos. Se pueden formar unas aberturas (34) en las bandas poliméricas, de tal modo que dichas aberturas compartan un eje común. A continuación, se puede extender un tendón (12) a través de las aberturas (34). El tendón (12) refuerza el CCS (10) y mejora su estabilidad actuando como un miembro de anclaje continuo e integrado que impide un desplazamiento no deseado del CCS (10). Dichos tendones se pueden utilizar en aplicaciones de canales y pendientes a efectos de proporcionar una estabilidad adicional frente a las fuerzas gravitacionales e hidrodinámicas, y los mismos pueden resultar necesarios cuando una capa inferior o un suelo/roca naturalmente duros impiden la utilización de estacas. También se puede utilizar una cuña (36) a efectos de anclar el CCS (10) al substrato al que se aplica, por ejemplo, al suelo. Dicha cuña (36) se inserta en el substrato hasta una profundidad suficiente a efectos de proporcionar un anclaje. Dicha cuña (36) puede presentar cualquier forma conocida en la técnica (es decir, el término "cuña" se refiere a la función, no a la forma). El tendón (12) y la cuña (36), tal como se muestra, son sencillamente una sección de barra reforzadora de hierro o acero cortada a una longitud apropiada. También pueden estar formados por un material polimérico. Los mismos pueden estar formados por la misma composición que el propio CCS. También puede resultar útil que el tendón (12) y/o la cuña (36) tengan una rigidez mayor que el CCS (10). Se utilizan un número suficiente de tendones (12) y/o cuñas (36) a efectos de reforzar/estabilizar el CCS (10). Es importante indicar que los tendones y/o cuñas tienen que colocarse siempre contra la pared de la celda, no contra una soldadura. Los tendones y/o cuñas presentan cargas elevadas concentradas en un área pequeña, y dado que las soldaduras son puntos relativamente débiles en el CCS, colocar un tendón o cuña contra una soldadura hace aumentar la probabilidad de fallo de la misma.

También se pueden incluir unas aberturas adicionales (34) en las bandas poliméricas, tal como se describe en la Patente USA 6.296.924. Dichas aberturas adicionales aumentan el enclavamiento friccional con el GRM hasta un 30%, aumentan la fijación de raíces en sistemas vegetales a medida que dichas raíces crecen entre las celdas (20), mejoran el drenaje lateral a través de las bandas, proporcionando un mejor rendimiento en suelos saturados, y facilitan un entorno de suelo saludable. También se puede obtener una reducción de la instalación y de los costes de mantenimiento a largo término. Además, dichos CCS son más ligeros y fáciles de manipular, en comparación con los CCS con paredes sólidas.

La figura 2 es una vista en perspectiva de una celda individual (20) que contiene un material geotécnico reforzado (GRM). La celda (20) se representa tal como puede aparecer cuando el CCS se sitúa en una pendiente (indicada por la flecha A), de tal modo que el GRM fijado dentro de la celda (20) se ha depositado de un modo sustancialmente horizontal (es decir, plano con respecto a la superficie de la tierra), mientras que las paredes de las celdas (14) del CCS (10) son sustancialmente perpendiculares a la pendiente A sobre la que se coloca el CCS. Dado que las paredes de las celdas (14) no están alineadas horizontalmente con el GRM, éste se deposita sustancialmente en la pared de celda inferior con respecto a la pendiente y se deja una "zona vacía" en la pared de celda superior con respecto a la pendiente.

Las paredes de las celdas (14) están sometidas a las fuerzas F1 y F2. A consecuencia de la inclinación, la fuerza F1 (ejercida por el peso del GRM) y la fuerza F2 (ejercida por la zona vacía de una celda adyacente inferior con respecto a la pendiente) no están equilibradas. La fuerza F1 es mayor que la fuerza F2. Este desequilibrio de fuerzas tensa las juntas (16). Además, el GRM también ejerce una fuerza de separación F3 contra las juntas (16). Esta fuerza de separación es resultado del peso del GRM y de las fuerzas naturales. Por ejemplo, el GRM se expande durante los periodos húmedos, dado que retiene agua. El GRM también se expande y contrae, por ejemplo debido a los ciclos repetidos de congelación-descongelación del agua retenida dentro de la celda (20). Este hecho pone de manifiesto la importancia de tener una soldadura fuerte en cada junta (16).

La figura 3 es una vista en perspectiva de una celda individual (20) que contiene un material geotécnico reforzado (GRM) y una cuña (36). La cuña (36) ejerce una fuerza adicional F4 sobre la pared de celda superior con respecto a la pendiente a efectos de ayudar a equilibrar las fuerzas ejercidas sobre las paredes de las celdas (14). La fuerza adicional se ejerce en una parte localizada de la pared de celda superior con respecto a la pendiente y puede ser perjudicial para la pared de celda si la misma no es suficientemente robusta y resistente a la fluencia.

Las figuras 4 y 5 son vistas en perspectiva de una celda individual (20) que contiene un tendón (12). Tal como se ha descrito anteriormente, el tendón (12) se extiende a través de las aberturas (34) de las bandas (14) y se utiliza a efectos de estabilizar el CCS (10), particularmente en los casos en los que no se pueden utilizar cuñas (36). La tensión se localiza en las bandas (14) y también alrededor de las aberturas (34). Por ejemplo, el tendón (12) puede presentar un CTE distinto de las bandas (14). En aplicaciones en las que las bandas (14) están provistas de aberturas (34) pero no se utiliza ningún tendón (12), el GRM o agua/hielo pueden infiltrarse también en dichas aberturas (34); en este caso, la expansión hace aumentar la tensión y puede dañar la integridad de las bandas (14). Tal como se muestra en la figura 5, los cierres (38) se pueden utilizar a efectos de dispersar la tensión a lo largo de un área mayor, pero dicha tensión continúa existiendo. La utilización de un cierre (38) proporciona una protección añadida frente al fallo a largo término.

La figura 6 es una vista en perspectiva de una realización de ejemplo de una celda que incluye una parte de pared reforzada. Se coloca una cuña (36) dentro de la celda (20). Tal como se ha descrito en referencia a la figura 3, la cuña (36) ejerce una fuerza adicional en una parte localizada de la pared de celda superior con respecto a la pendiente y puede ser perjudicial para la pared de celda si la misma no es suficientemente robusta y resistente a la fluencia. En una realización de ejemplo de la presente invención, se dispone una parte de pared reforzada (40) con un grosor mayor que el de la cuña (36) entre dicha cuña (36) y la pared de la celda superior con respecto a la pendiente. Como el cierre (38), la parte de pared reforzada (40) distribuye la tensión a lo largo de un área mayor de la pared de la celda. En una realización, la parte de pared reforzada (40) se extiende más allá del borde superior de la pared y se curva hacia abajo sobre la parte lejana de la pared, lo que hace aumentar adicionalmente la resistencia de la parte de la pared que contacta con la cuña. En otras realizaciones, la parte de pared reforzada (40) también puede tener una abertura (34) a efectos de permitir la utilización de un tendón (12).

En una realización, la parte de pared reforzada (40) se fija a la pared con un adhesivo apropiado, por ejemplo, un adhesivo sensible a la presión o un adhesivo endurecible. En otra realización, la parte de pared reforzada (40) puede estar fijada a la pared mediante una operación de soldadura, particularmente por soldadura ultrasónica, o sutura, practicadas en el sitio. La parte de pared reforzada (40) puede estar constituida por cualquier material adecuado. En realizaciones particulares, la misma está constituida por el mismo material que la pared de la celda. Si se desea, la parte de pared reforzada (40) también puede ser más rígida que la pared a efectos de soportar ella misma más tensión.

Las propiedades de las composiciones poliolefínicas descritas a continuación se miden a una temperatura comprendida entre +20 y +25ºC, a menos que se indique lo contrario.

Un material polimérico multifásico (MPM) es una mezcla de polímeros que comprende, como mínimo, dos fases discretas, en la que una primera fase es continua y una segunda fase está dispersada en la primera fase. La segunda fase dispersada puede presentar forma de esferas, nódulos, láminas, fibrilos, tubos, varillas y ameboide. Generalmente se alcanzan buenas propiedades mecánicas y físicas cuando la segunda fase dispersada presenta un diámetro promedio entre aproximadamente 0,1 hasta aproximadamente 25 micrones. En realizaciones más específicas, la segunda fase presenta un diámetro promedio entre aproximadamente 0,1 hasta aproximadamente 10 micrones, incluyendo de aproximadamente 0,1 a aproximadamente 5 micrones. La interfase entre las dos fases debe ser estable; dichas dos fases deben estar unidas covalentemente o compartir cadenas con una estructura química similar.

La morfología de una mezcla de los dos polímeros inmiscibles depende de unos pocos parámetros. En primer lugar, cuanto mejor sea la compatibilidad entre los dos polímeros, más fina y estable será la fase dispersada en la fase continua, y serán mejores las propiedades físicas resultantes. En segundo lugar, resulta preferente un polímero fluido para la fase dispersada y resulta preferente un polímero viscoso para la fase continua. En realizaciones específicas, la fase continua presenta un índice de flujo de masa fundida (MFI) de aproximadamente 0,1 a 30 g/10 min a 190ºC bajo una carga de 2,16 kg y la fase dispersada tiene un MFI, como mínimo, de dos veces el MFI de la fase continua. En tercer lugar, la morfología dependerá de la energía mecánica y el tiempo de residencia proporcionados al preparar la mezcla. Una dispersión fina se obtiene mediante una extrusionadora multi-husillos o, más preferentemente, una extrusionadora de doble husillo de co-rotación. La extrusionadora tiene que proporcionar trabajo mecánico a través de elementos amasadores o elementos de transmisión, o como mínimo, para 10%, como mínimo 20%, de sus L/D. Debería tener un tiempo de residencia como mínimo de 10 segundos y, en realizaciones específicas, como mínimo, de 20 segundos.

La norma ASTM D790 y su equivalente ISO 178 se aplican a las propiedades de flexión de un objeto. Un ensayo de flexión mide la fuerza necesaria para curvar una viga en condiciones de carga sobre 3 puntos. A menudo, los datos se utilizan para seleccionar materiales para piezas que deberán soportar cargas sin sufrir flexión. En otras palabras, la norma ASTM D790 mide la rigidez de un objeto, tal como un MPM.

La norma ASTM D1004 se aplica a la resistencia al desgarramiento inicial de película o lámina plástica. La resistencia al desgarramiento mide la fuerza final necesaria para desgarrar la película o lámina. A menudo se utiliza para comprobaciones de control de calidad o para la comparación entre materiales en los que se pueden producir fallos por desgarramiento. Es también un método útil para determinar la dureza de un artículo polimérico.

La norma ISO 899-1 especifica un método para determinar la fluencia de tracción de plásticos en forma de muestras estándar de ensayo en condiciones especificadas, tales como temperatura y humedad de pretratamiento. En otras palabras, la norma ISO 899-1 mide el módulo de fluencia de un objeto, tal como un MPM. La misma se puede utilizar para comparar diferentes composiciones poliméricas y predecir el fallo potencial debido a la fluencia. Generalmente, cuanto mayor es el módulo de fluencia, menor es la tendencia de la composición a sufrir fluencia.

Una combinación de (i) rigidez elevada y módulo de fluencia elevado a temperaturas mayores de 40ºC y (ii) dureza y resistencia al desgarramiento a temperaturas menores de menos 20ºC resulta crucial para la estabilidad dimensional a largo término de un CCS. Los compuestos de polietileno actuales preparados en reactor no cumplen estos requisitos contradictorios. Si una composición se enriquece con cadenas de LDPE, la misma tiende a experimentar fluencia a temperaturas mayores de 40ºC. En cambio, si una composición se enriquece con cadenas de HDPE, la misma tiende a ser frágil a temperaturas menores de menos 20ºC. Habitualmente, los polímeros adaptados para temperaturas bajo cero, como el LLDPE, tienen un módulo de fluencia por debajo de aproximadamente 100 MPa a 25ºC, a una carga de 20% de límite de elasticidad y un tiempo de carga de 60 minutos, según la norma ISO 899-1. Sin embargo, un CCS constituido únicamente por dicho material pierde su estabilidad dimensional y experimenta fluencia a temperaturas mayores de +40ºC. En consecuencia, el contacto entre el CCS y el GRM disminuye, la fricción con el GRM disminuye y se rompe la integridad de la estructura CCS-GRM. El resultado es el fracaso estructural del CCS, un suceso inaceptable. En consecuencia, es imposible combinar dureza y flexibilidad a temperaturas bajo cero con una baja afluencia a temperaturas mayores de +40ºC únicamente con un polímero.

Si se añade un polímero excesivamente rígido, como un HDPE, que presenta un módulo secante de flexión al 1% según la norma ASTM D790 de aproximadamente 900 MPa, la fluencia disminuye, pero el polímero resultante es demasiado frágil a temperaturas bajo cero. Además, se obtiene una morfología inadecuada cuando se mezclan mediante medios estándar; en consecuencia, una mezcla polimérica de este tipo resulta inadecuada para su utilización en zonas frías. Las composiciones preparadas en reactor presentan un módulo de fluencia menor que el de HDPE, pero no proporcionan una dureza suficiente a temperaturas menores de menos 40ºC.

Sorprendentemente, cuando un polímero rígido, tal como HDPE o MDPE, y, como mínimo, un polímero elastomérico se amasan en fusión hasta obtener una estructura de MPM, se alcanza una combinación de rigidez elevada y módulo de fluencia elevado con dureza a baja temperatura. La fase continua rígida proporciona resistencia a la fluencia y estabilidad dimensional, y la fase elástica dispersada proporciona elasticidad, dureza y resistencia al crecimiento de grietas a baja temperatura. La estructura de MPM mejora adicionalmente cuando se introduce una sustancia de relleno mineral, particularmente cuando la misma se introduce en la fase rígida. Se alcanza una mejora adicional cuando se introduce un termoplástico de ingeniería, tal como poliéster o poliamida, y opcionalmente un compatibilizador, a la fase rígida, o bien a las dos fases en una carga de aproximadamente 1 a aproximadamente 50 por ciento en peso, relativo al peso de la fase rígida.

Dicha fase rígida comprende un polímero rígido. Un polímero adecuado es un polímero de polietileno, tal como HDPE, MDPE y combinaciones de los mismos. El polímero rígido tiene una densidad mayor de 0,925 g/cm^{3}. El polímero de polietileno tiene una buena resistencia al desgarramiento y a la punción. La resistencia al desgarramiento y la resistencia a la punción son propiedades importantes en los CCS perforados, en los que la perforación proporciona un drenaje a través de la pared plástica pero debilita la banda y hace aumentar su sensibilidad al desgarramiento. La resistencia al desgarramiento y a la punción también resulta importante para la etapa en la que el CCS todavía está vacío, antes de ser rellenado con el GRM, y necesita sobrevivir a la etapa de rellenado.

La fase rígida puede comprender, además, una resina termoplástica de ingeniería, habitualmente con la asistencia de un compatibilizador. La resina termoplástica de ingeniería puede comprender de aproximadamente 5 a aproximadamente 50 por ciento en peso de la fase rígida. La resina termoplástica de ingeniería se puede seleccionar entre poliéster, poliamida y poliuretano, y copolímeros y mezclas de los mismos. En una realización específica, la resina termoplástica de ingeniería es tereftalato de polietileno (PET), que es un poliéster. El PET puede ser PET reciclado, particularmente botellas tras su utilización comercial y telas tras su utilización industrial. Las resinas termoplásticas de ingeniería adecuadas incluyen, sin limitarse a las mismas, poliamidas alifáticas, tales como poliamida 6, como por ejemplo Ultramid^{TM}, fabricada por BASF, Grilon^{TM}, fabricada por EMS-Grivory, y Akulon^{TM}, fabricada por DSM; poliamida 66, comercialmente disponible como Ultramid^{TM}, fabricada por BASF, Polynil^{TM}, fabricada por Nilit, Grilon^{TM}, fabricada por EMS-Grivory, y Akulon^{TM}, fabricada por DSM; poliamida 6-66, poliamida 6T, poliamida 6-12, poliamida 11 y poliamida 12, comercialmente disponible como Rilsan^{TM}, fabricada por Arkema; poliamida 46, comercialmente disponible como Stanyl^{TM}, fabricada por DSM; y poliéter bloque amida (PEBA), copolímeros y mezclas de los mismos. La presencia de resina termoplástica de ingeniería en la fase rígida mejora la resistencia del MPM frente a petróleos, fueles e hidrocarburos. Además, mejora significativamente el módulo de fluencia, habitualmente, como mínimo, en un 20%; dicha mejora es aún mayor en comparación con HDPE a temperaturas mayores de 40ºC. También hace disminuir el CTE, de tal modo que el CCS se ve sometido a una menor modificación dimensional durante el ciclado térmico. En realizaciones específicas, el MPM tiene un CTE menor de aproximadamente 150 ppm/ºC y, en otras realizaciones, menor de aproximadamente 120 ppm/ºC.

El compatibilizador es cualquier polímero u oligómero capaz de estabilizar una dispersión de dos polímeros inmiscibles. Son los más preferentes polímeros oligoméricos que contienen un promedio de, como mínimo, un grupo activo por cadena, seleccionándose dicho grupo activo entre anhídrido, carboxilo, amida, éster, oxirano, mercaptano, isocianato, metilol, oxazolina, amina, vinilo, alilo e isocianato bloqueado.

En una realización, la fase rígida comprende de 50 a 100% de HDPE o MDPE; hasta un 70% de sustancia de relleno, fibras o filamentos; hasta un 50% de resina termoplástica de ingeniería; y hasta un 50% de compatibilizador.

La fase elástica dispersada comprende, como mínimo, un polímero elastomérico. Habitualmente, el polímero presenta un módulo elástico menor de 500 MPa, y más preferentemente menor de 300 MPa a 25ºC. Polímeros elastoméricos adecuados incluyen, sin limitarse a los mismos, polietileno lineal de baja densidad (LLDPE) (por ejemplo Attane^{TM} y Dowlex^{TM}, fabricados por DOW, Petrothene^{TM}, fabricado por Equistar, y Exceed^{TM}, fabricado por ExxonMobil); elastómero de etileno-alfa olefina (por ejemplo Engage^{TM}, fabricado por DOW, Exact^{TM}, fabricado por ExxonMobil, y Tafmer^{TM} y Evolue^{TM}, fabricados por Mitsui); elastómero de etileno-propileno o elastómeros de etileno-propilendieno (por ejemplo Vistalon^{TM}, fabricado por ExxonMobil y Nordel^{TM}, fabricado por DOW); copolímeros y terpolímeros de etileno-éster de acrilato o éster de metacrilato (por ejemplo Elvaloy^{TM}, fabricado por DuPont y Lotryl^{TM}, fabricado por Arkema); caucho de butilo; caucho de nitrito; elastómero de silicona; elastómero de poliuretano; copolímeros de bloque de estireno (por ejemplo Kraton^{TM}, fabricado por Kraton); y combinaciones de los mismos. El polímero elástico puede tener una densidad, como máximo, de 0,925 g/cm^{3}.

Se puede utilizar un compatibilizador a efectos de estabilizar los componentes del MPM, incluyendo el polímero rígido, la resina termoplástica de ingeniería y/o el polímero elastomérico. El compatibilizador proporciona una mejor compatibilidad entre las dos fases mediante la interacción con dichas dos fases en su interfase, haciendo disminuir la entalpía de mezclado y encapsulando la fase dispersada.

En otras realizaciones, una sustancia de relleno se dispersa en el MPM. La sustancia de relleno mejora la rigidez vertical (crucial para la instalación), la conductividad térmica y la resistencia a la fluencia. También hace disminuir el CTE y mejora la velocidad de formación de soldadura. Si la sustancia de relleno presenta un color oscuro, la misma también puede absorber luz UV dañina y proteger el MPM contra su degradación. Todas estas ventajas se alcanzan sin sacrificar la elasticidad de la fase elástica dispersada y sin afectar a su temperatura de transición vítrea (Tg). Dicha sustancia de relleno puede comprender de aproximadamente 5 a aproximadamente 70 por ciento en peso del MPM, relativo al peso total del mismo. En otras realizaciones, dicha sustancia de relleno comprende de aproximadamente 10 a aproximadamente 50 por ciento en peso del MPM o de aproximadamente 20 a aproximadamente 40 por ciento en peso del MPM, relativo al peso total del mismo. La dispersión de la sustancia de relleno tiene un efecto significativo sobre las propiedades del MPM, de tal modo que el mismo se prepara preferentemente con una extrusionadora que comprende dos o más husillos, particularmente una extrusionadora de doble husillo de co-rotación.

La sustancia de relleno puede tener un diámetro promedio de partícula menor de 50 micrones, más preferentemente menor de 30 micrones y más preferentemente menor de 10 micrones. La sustancia de relleno se puede seleccionar, entre otros, entre sustancias de relleno minerales, óxidos metálicos, carbonatos metálicos, sulfatos metálicos, fosfatos metálicos, silicatos metálicos, boratos metálicos, hidróxidos metálicos, sílice, silicatos, aluminatos, aluminosilicatos, caliza, talco, dolomita, fibras, filamentos, wollastonita, arcilla, caolín, cenizas industriales, polvo de hormigón y cemento, dolomita, fibras naturales, papel de periódico, pasta de papel, serrín, harina de madera, carbón, aramida y mezclas de los mismos. Preferentemente, la sustancia de relleno es una sustancia de relleno mineral en forma de fibras o filamentos.

Ejemplos de sustancias de relleno comercialmente disponibles adecuadas para el MPM según la presente invención son Blank-Fixe^{TM}, fabricado por Sachtleben; Iokalit^{TM} y Yotalk^{TM}, fabricados por Yokal; Sillitin^{TM} y Aktisil^{TM}, fabricados por Hoffmann Mineral; y STARFIL PH^{TM} y MINSPAR^{TM}, fabricados por Kentucky-Tennessee Clay Company. En una realización particular, la sustancia de relleno se selecciona entre sílice, silicatos, aluminosilicatos, caliza, talco, dolomita, wollastonita, caolín, arcilla y ceniza industrial.

La sustancia de relleno se puede tratar superficialmente para una mejor compatibilidad con el MPM. En realizaciones particulares, el tratamiento de superficie se selecciona entre ácidos orgánicos, ésteres orgánicos, amidas orgánicas, organosilanos, organotitanatos y organozirconatos.

La sustancia de relleno se puede dispersar en la fase continua rígida y/o la fase elástica dispersada del MPM. En realizaciones específicas, la sustancia de relleno se dispersa en la fase continua rígida del MPM. La sustancia de relleno proporciona un CTE menor y una rigidez y resistencia a la fluencia mayores sin sacrificar la dureza, la resistencia al impacto y/o la resistencia de punción a temperaturas frías.

Otra ventaja asociada a un MPM que comprende sustancia de relleno es una mejor conductividad térmica. Una mejor conductividad térmica hace disminuir la acumulación de temperatura en el MPM y el producto de CCS resultante en su aplicación en campo. El resultado es una durabilidad mejorada frente a la degradación térmica e inducida por la luz UV. Esta ventaja ocurre particularmente cuando el CCS se utiliza junto con cuñas, particularmente cuñas metálicas (véase, por ejemplo, la figura 3).

Sorprendentemente, cuando la sustancia de relleno tiene un tamaño promedio de partícula menor de 10 micrones, las propiedades a baja temperatura del MPM permanecen intactas, incluyendo la resistencia al desgarramiento, la resistencia al impacto, la flexibilidad y la resistencia a la punción. La sustancia de relleno, particularmente cuando tiene un diámetro promedio menor de 6 micrones, parece facilitar la nucleación de las dos fases, de tal modo que aumentan el volumen de producción y la resistencia. Dado que la sustancia de relleno aumenta la rigidez de la fase rígida, haciendo aumentar la cristalinidad y proporcionando un refuerzo, el CCS presenta una resistencia a la fluencia mejorada a temperatura ambiente y a temperaturas comprendidas entre 40 y 70ºC, así como una excelente dureza a baja temperatura. Dado que la fase elástica dispersada es más amorfa que la fase rígida, presentando habitualmente un nivel de cristalinidad menor del 30% y a veces menor del 20%, su elasticidad y ductilidad se ven alteradas solo ligeramente por la sustancia de relleno.

El MPM puede comprender además aditivos seleccionados entre sustancias orgánicas absorbentes de UV, particularmente benzotriazolas y benzofenonas; sustancias inorgánicas absorbentes de UV, particularmente dióxido de titanio, óxido de zinc y negro de carbón, incluyendo nanosustancias inorgánicas absorbentes de UV; y estabilizantes térmicos, particularmente fotoestabilizadores de tipo amina impedida (HALS). Estos aditivos ayudan a proteger el MPM y los artículos preparados a partir del MPM contra su degradación en el campo durante un periodo de hasta 100 años.

Además, sorprendentemente, se ha descubierto que cuando el MPM comprende una sustancia de relleno y una sustancia absorbente de UV se produce un efecto sinérgico.

La sustancia absorbente de UV y/o HALS tiene una baja tendencia a evaporarse, extraerse o hidrolizarse en comparación con una composición basada en HDPE, ya que la menor velocidad de difusión creada por la presencia de la sustancia de relleno, particularmente una nanosustancia de relleno o partículas de tipo copo, tal como caolín, talco y arcillas. El efecto también se ve potenciado cuando se introduce una resina termoplástica de ingeniería en la fase rígida. Otro efecto positivo de la sustancia de relleno es una menor acumulación de calor en el artículo debido a una mejor conductividad térmica, lo que hace disminuir la velocidad de degradación. En una realización específica, se utiliza sustancia de relleno de óxido de zinc. Dicha sustancia de relleno de óxido de zinc presenta una absorción elevada de luz UV y, en consecuencia, proporciona una protección eficaz.

El MPM puede comprender además pigmentos y/o colorantes, de tal modo que dicho MPM se puede adaptar al color del GRM. Habitualmente, el color es distinto de negro o gris oscuro, particularmente cualquier color que no esté en la escala de los grises. El MPM no tiene que presentar obligatoriamente un color uniforme; también se consideran patrones de color (tales como camuflaje). Un grupo preferente de colores y sombras son el marrón (tipo tierra), marrón y gris (tipo turba), grisáceo (tipo agregado), gris claro (tipo hormigón), verde (tipo hierba) y un aspecto multicolor que puede presentar manchas, lunares, granos, puntos o aguas tipo mármol. Dichos colores presentan la característica útil de que permiten que el CCS se utilice en aplicaciones en las que el CCS es visible (es decir, no está enterrado ni cubierto por material de relleno). Por ejemplo, dicho CCS se puede utilizar en terrazas en las que las capas exteriores son visibles, pero se puede colorear a efectos de integrarse en el entorno.

En una realización específica, el MPM presenta un módulo secante de flexión al 1% según la norma ASTM D790, como máximo, de 2.200 MPa; una densidad, como máximo, de 1,4 g/cm^{3}; y una resistencia al desgarramiento según la norma ASTM D1004, como mínimo, de 20 N para un grosor de película de 1 mm.

En otra realización específica, el MPM presenta un módulo secante de flexión al 1% según la norma ASTM D790, como máximo, de 2.800 MPa; una densidad, como máximo, de 2,5 g/cm^{3}; y una resistencia al desgarramiento según la norma ASTM D1004 de como mínimo 10 N para un grosor de película de 1 mm. La fase continua rígida comprende hasta 99% de poliolefina con una densidad mayor de 0,925 g/cm^{3} y la fase elástica dispersada comprende hasta 99% de poliolefina con una densidad de como máximo 0,925 g/cm^{3}.

En otra realización específica, el MPM comprende una fase continua rígida y una fase elástica dispersada. La fase continua comprende un polímero seleccionado entre HDPE, MDPE y combinaciones de los mismos. La fase continua también puede comprender hasta 70 por ciento en peso de sustancia de relleno mineral. La fase continua presenta un módulo secante de flexión al 1%, según la norma ASTM D790, como máximo, de 1.800 MPa; una densidad, como máximo, de 2,5 g/cm^{3}; y un módulo de fluencia, como mínimo, de 400 MPa a 25ºC, una carga de 20% de límite de elasticidad, y un tiempo de carga de 60 minutos, según la norma ISO 899-1. La fase elástica dispersada comprende un elastómero seleccionado entre el grupo que consiste en polietileno lineal de baja densidad (LLDPE); elastómero o plastómero de etileno-alfa olefina; elastómero de etileno-propileno; elastómero de etileno-propilendieno; copolímeros y terpolímeros de etileno-éster de acrilato o éster de metacrilato; caucho de butilo; caucho de nitrilo; elastómero de silicona; elastómero de poliuretano; copolímeros de bloque de estireno; y combinaciones de los mismos. La fase elástica dispersada presenta un módulo secante de flexión al 1%, según la norma ASTM D790, como máximo, de 500 MPa; una densidad, como máximo, de 2 g/cm^{3}; y una temperatura de transición vítrea menor de menos 15ºC.

En otra realización específica, el MPM comprende una fase continua rígida y una fase elástica dispersada. La fase continua comprende hasta 100% de HDPE o MDPE; hasta 50% de sustancia de relleno mineral; y hasta 50% de resina termoplástica de ingeniería. La fase continua puede comprender además un compatibilizador. La fase continua tiene una densidad comprendida entre más de 0,925 g/cm^{3} y aproximadamente 2,5 g/cm^{3}; un módulo secante de flexión al 1% según la norma ASTM D790 comprendido entre aproximadamente 600 y aproximadamente 2.800 MPa; y un módulo de fluencia según la norma ISO 899-1 comprendido entre aproximadamente 150 y aproximadamente 1.500 MPa a 25ºC. La fase dispersada comprende hasta 100% de LLDPE o copolímero o terpolímero de etileno; hasta 50% de sustancia de relleno mineral; y hasta 100% de elastómero. El elastómero se selecciona entre elastómero de etileno-alfa olefina; elastómero de etileno-propileno; elastómero de etileno-propilendieno; copolímeros y terpolímeros de etileno-éster de acrilato o éster de metacrilato; caucho de butilo; caucho de nitrilo; elastómero de silicona; elastómero de poliuretano; copolímeros de bloque de estireno; y combinaciones de los mismos. La fase dispersada tiene un módulo secante de flexión al 1% según la norma ASTM D790 comprendido entre aproximadamente 50 y aproximadamente 450 MPa.

En otra realización específica, el MPM comprende de aproximadamente 1 a aproximadamente 99 por ciento en peso de la fase continua rígida y de aproximadamente 1 a aproximadamente 99 por ciento en peso de la fase elástica dispersada. El MPM presenta un módulo secante de flexión al 1% según la norma ASTM D790, como máximo, de 1.800 MPa; una densidad, como máximo, de 2,5 g/cm^{3}; y un módulo de fluencia, como mínimo, de 200 MPa a 25ºC, una carga de 20% de límite de elasticidad, y un tiempo de carga de 60 minutos, según la norma ISO 899-1.

En otras realizaciones, el MPM resultante tiene un coeficiente de expansión térmica (CTE) de 150 ppm/ºC o menor.

Como comparación, se indican los siguientes valores:

A.: El HDPE tiene un módulo secante de flexión al 1%, según la norma ASTM D790, de aproximadamente 900-1.100 MPa y un módulo de fluencia de aproximadamente 400-600 MPa a 25ºC, una carga de 20% de límite de elasticidad, y una duración de carga de 60 minutos, según la norma ISO 899-1.

B.: El MDPE tiene un módulo secante de flexión al 1%, según la norma ASTM D790, de aproximadamente 450-850 MPa y un módulo de fluencia de aproximadamente 250-500 MPa a 25ºC, una carga de 20% de límite de elasticidad, y una duración de carga de 60 minutos, según la norma ISO 899-1.

C.: El LLDPE tiene un módulo secante de flexión al 1%, según la norma ASTM D790, de aproximadamente 220-380 MPa y un módulo de fluencia de aproximadamente 150-200 MPa a 25ºC, una carga de 20% de límite de elasticidad, y una duración de carga de 60 minutos, según la norma ISO 899-1.

En otras realizaciones, el MPM tiene una resistencia al impacto Izod con muesca, como mínimo, de 11 kJ/m^{2} a menos 60ºC, según la norma ASTM D256 ó ISO 180.

El MPM se puede preparar mediante un procedimiento que comprende las siguientes etapas:

a): proporcionar polímeros de fase rígida y de fase elástica a una extrusionadora multi-husillos;

b): fundir dichos polímeros mediante amasado por fusión a efectos de obtener un polímero fundido;

c): opcionalmente, introducir sustancia de relleno en el polímero fundido;

d): someter a amasado por fusión el polímero y opcionalmente la sustancia de relleno a efectos de obtener un compuesto de MPM en el que el diámetro promedio de la fase dispersada es menor de 30 micrones;

e): opcionalmente, desaglomerar y dispersar la sustancia de relleno;

f): bombear el compuesto de MPM fuera de la extrusionadora; y

g): opcionalmente, extruir el MPM hasta obtener una lámina o perfiles o gránulos o polvo de copos o lentejas.

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Los polímeros de fase continua rígida y fase elástica dispersada se pueden mezclar en una extrusionadora multi-husillos. Sin embargo, se puede utilizar una extrusionadora de un solo husillo si se disponen elementos especiales de mezclado. Si se dispone una sustancia de relleno mineral, la misma se debe premezclar con polímero y suministrar en forma de mezcla madre. Las propiedades de la mezcla de MPM dependen en grado elevado del método de mezclado. Habitualmente, una extrusionadora de un solo husillo no consigue proporcionar un tiempo de residencia y un amasado suficientes para reducir la fase dispersa a un tamaño óptimo y/o para desaglomerar la sustancia de relleno. En una realización específica, como mínimo, dos polímeros (que serán la fase continua rígida y la fase elástica dispersada) y opcionalmente la sustancia de relleno se someten a amasado por fusión en una extrusionadora multi-husillos hasta obtener una dispersión fina del polímero de fase dispersa. Habitualmente, una mezcla preparada en una extrusionadora de un solo husillo es inferior en resistencia a la punción y al desgarramiento, en alargamiento a la ruptura y en propiedades de fatiga.

La extrusionadora multi-husillos es preferentemente una extrusionadora de entrecruzamiento, más específicamente una extrusionadora de doble husillo de co-rotación. En una realización específica, los husillos de la extrusionadora comprenden, como mínimo, una zona de fusión, como mínimo una zona de amasado, opcionalmente, como mínimo, un elemento inverso, como mínimo una válvula o boca de desgasificación y, como mínimo, una zona de transporte. La sustancia de relleno se suministra preferentemente en la extrusionadora mediante un alimentador superior o lateral. La humedad y el aire se pueden eliminar mediante una válvula situada adyacente al alimentador lateral de sustancia de relleno.

La introducción de sustancias de relleno minerales a la capa polimérica también mejora la calidad de fabricación de dicha capa. Dichas sustancias de relleno hacen disminuir la acumulación de calor reduciendo el par durante el amasado por fusión, la extrusión y el moldeo. Esto es particularmente importante durante el amasado por fusión, que es un procedimiento que genera calor y que puede degradar el polímero. Sorprendentemente, cuando se introduce sustancia de relleno se requiere menos energía mecánica para el amasado por fusión de una unidad de masa de compuesto en comparación con HDPE o MDPE no rellenados, de tal modo que el caudal relativo aumenta y la acumulación de calor en dicho compuesto a lo largo de la extrusionadora disminuye. Además, la resistencia al desgarramiento durante la compactación y extrusión es menor que con HDPE. En consecuencia, se generan menos geles y tiene lugar una degradación menor del polímero. Esto permite la producción de bandas más finas con el mismo par de la extrusionadora y, en consecuencia, un volumen de producción mayor, medido como unidad de longitud por unidad de tiempo. Esta ventaja es muy importante cuando el polímero tiene un MFI menor de aproximadamente 0,2 g/10 minutos a 190ºC bajo una carga de 2,16 kg, dado que la elevada viscosidad de los polímeros limita la velocidad de fabricación e impide la preparación de bandas poliméricas finas.

El compuesto de MPM se puede preparar en un procedimiento de una sola etapa en el que los polímeros de la fase continua rígida y la fase elástica dispersada se suministran a una primera abertura (tolva) de la extrusionadora, se someten a amasado por fusión, y la sustancia de relleno se suministra desde una segunda abertura de la extrusionadora a la masa fundida, habitualmente a través de un alimentador lateral. El aire atrapado y la humedad adsorbida se pueden eliminar mediante una válvula atmosférica. La mezcla se somete a amasado por fusión hasta que la mayoría de los aglomerados se han desaglomerado y la sustancia de relleno se ha dispersado uniformemente en la mezcla polimérica. Las sustancias volátiles atrapadas, así como los productos secundarios, se eliminan opcionalmente mediante una válvula de vacío opcional. A continuación, el compuesto de MPM resultante se puede bombear a través de una matriz a efectos de formar lentejas, copos, gránulos, polvo, perlas, esferas, perfiles o una lámina.

En un procedimiento de dos etapas, las lentejas, copos, gránulos o polvo se pueden suministrar posteriormente a una segunda extrusionadora para refundir y extruir un perfil o una lámina. Alternativamente, el compuesto de MPM también se puede bombear como masa fundida directamente a una segunda extrusionadora, sin refrigerar ni formar lentejas.

Los perfiles, bandas o láminas poliméricos formados a partir del MPM se pueden formar por extrusión o moldeo. Una banda polimérica puede presentar un grosor total comprendido entre aproximadamente 0,1 mm y aproximadamente 5 mm y/o una anchura total comprendida entre aproximadamente 10 mm y aproximadamente 5.000 mm.

La banda polimérica puede comprender, además, estructuras integrales potenciadoras de la fricción. La fricción aumentada hace disminuir el movimiento de la banda polimérica en relación con el GRM que soporta. Habitualmente, dichas estructuras potenciadoras de la fricción se forman por troquelado. Dichas estructuras pueden comprender un patrón seleccionado entre el grupo que consiste en patrones texturizados, patrones troquelados, orificios, extensiones tipo dedo, extensiones tipo cabello, extensiones tipo ola, líneas coextrusionadas, puntos, capas y combinaciones de los mismos.

También se puede formar una banda polimérica multicapa en la que como mínimo una capa comprende un MPM. En una realización específica, una capa es un MPM y una segunda capa es una poliolefina.

Las bandas poliméricas preparadas a partir del MPM según la presente descripción presentan una resistencia de soldadura y una durabilidad mejores. La resistencia de las soldaduras es, como mínimo, un 10% mayor en comparación con una banda polimérica que consiste en HDPE o MDPE virgen cuando se mide a temperaturas de menos 20ºC o menores. Cuando las bandas soldadas se someten a carga de largo término a temperaturas bajo cero, su proporción de fallo es, como mínimo, un 10% menor en comparación con bandas soldadas que consisten en HDPE o MDPE virgen. Esta resistencia de soldadura se mantiene asimismo a temperaturas bajo cero, tales como menos 20ºC o menos 40ºC, y de hasta menos 60ºC. Esta soldabilidad mejorada es particularmente significativa cuando se utiliza soldadura ultrasónica, ya que el polietileno, particularmente los grados de baja densidad de polietileno, resulta difícil de soldar por soldadura ultrasónica debido a su baja densidad, su bajo contenido de cristalinidad y su bajo coeficiente de fricción. Las propiedades del HDPE a temperaturas bajo cero son insuficientes para las aplicaciones en zonas frías. A temperaturas inferiores a menos 20ºC, las soldaduras entre bandas poliméricas que consisten únicamente en HDPE o MDPE sufren un fallo catastrófico con relativa facilidad.

Habitualmente, la resistencia de soldadura de un material multicomponente es inferior a la de un material de un único componente. Por ejemplo, la resistencia de soldadura del HDPE es mucho más elevada que la resistencia de soldadura del HDPE mezclado con otros polietilenos de baja densidad en una extrusionadora convencional de láminas de un solo husillo, cuando se mide a temperatura ambiente. La diferencia de resistencia es aún más pronunciada cuando se mezclan elastómeros.

Sorprendentemente, un MPM según la presente invención, particularmente un MPM que comprende una sustancia de relleno mineral, presenta una resistencia de soldadura igual o mayor a la del HDPE cuando se mide a temperatura ambiente, y una resistencia de soldadura significativamente mejor a temperaturas inferiores a menos 20ºC. Cuanto mayor es la viscosidad (mayor peso molecular) de la fase dispersa, más difícil resulta de dispersar, pero mayor es la resistencia de soldadura del MPM soldado. En consecuencia, el MPM es adecuado para su utilización a temperaturas bajo cero. La mejora reside en la velocidad con la que se funde la superficie, la velocidad con la que dicha superficie recupera su resistencia, la resistencia de soldadura final y su capacidad de soporte de cargas para períodos
prolongados.

Sin que ello responda a ningún planteamiento teórico, la mejor soldabilidad parece tener un comportamiento sinérgico. La fase rígida, caracterizada por un elevado módulo de elasticidad y un bajo amortiguamiento acústico, es decir, módulo de fluencia, módulo de pérdida y factor de disipación, responde rápidamente a las vibraciones ultrasónicas y calienta la fase elastomérica, que habitualmente presenta un punto de fusión más bajo, de tal modo que la soldadura se forma más rápidamente que cuando se suelda HDPE solo. La presencia de sustancia de relleno, particularmente en la fase rígida, hace aumentar su módulo de elasticidad, su coeficiente de fricción y la velocidad del sonido en dicha fase. Durante una etapa de enfriamiento posterior, la fase rígida cristaliza más rápidamente que la fase elastomérica, de tal modo que se proporciona un tiempo de ciclo más breve. Durante la etapa de enfriamiento, la sustancia de relleno sirve como agente de nucleación. La presencia de sustancia de relleno mejora la velocidad de nucleación de las dos fases, de tal modo que la soldadura resultante se vuelve resistente y duradera mucho más rápidamente en comparación con HDPE o MDPE sin rellenar.

Un sistema de confinamiento celular tridimensional se forma a partir de una serie de bandas poliméricas. Habitualmente, un CCS presenta dos formas. Habitualmente, el CCS se almacena o transporta en una forma "recién moldeada", en la que las bandas poliméricas están apiladas o aplanadas y no existen celdas. A continuación, el CCS se convierte en una forma "en campo" expandiendo dicho CCS, de tal modo que aparecen las celdas. La forma "recién moldeada" no se muestra; la forma "en campo" se puede observar en la figura 1. Tal como se observa en la figura 1, habitualmente cada banda presenta un patrón ondulado con picos y valles. Los picos de una banda se unen a los valles de otra banda, de tal modo que se forma un patrón de tipo panal. En otras palabras, las bandas se apilan paralelas unas a otras e interconectadas por una serie de juntas físicas discretas, estando separadas entre sí dichas juntas por partes no unidas. Las juntas se pueden formar por soldadura, enlace, sutura o cualquier combinación de los mismos. En realizaciones específicas, las juntas se sueldan mediante soldadura ultrasónica. En otras realizaciones, las juntas se sueldan mediante soldadura ultrasónica sin presión. En otras realizaciones, la distancia entre juntas adyacentes está comprendida entre aproximadamente 50 mm y aproximadamente 1.200 mm, medida desde el centro de cada junta.

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En una realización específica, la resistencia de soldadura final de cada junta es mayor de 1.000 N para una anchura de soldadura de 100 mm, cuando se mide a temperatura ambiente. En otra realización específica, la resistencia de soldadura final de cada junta es mayor de 1.300 N para una anchura de soldadura de 100 mm, cuando se mide a temperatura ambiente. En otra realización específica, la resistencia de soldadura final de cada junta es mayor de 2.000 N para una anchura de soldadura de 100 mm, cuando se mide a temperatura ambiente.

En otra realización específica, la resistencia de soldadura final de cada junta es mayor de 1.000 N para una anchura de soldadura de 100 mm, cuando se mide a menos 20ºC. En otra realización específica, la resistencia de soldadura final de cada junta es mayor de 1.600 N para una anchura de soldadura de 100 mm, cuando se mide a menos 20ºC.

Como comparación, el HDPE y el MDPE tienen resistencias de soldadura finales de 1.200-1.800 N cuando se miden a temperatura ambiente. Sin embargo, a temperaturas bajo cero, su resistencia de soldadura final descenderá desde estas resistencias de soldadura iniciales hasta prácticamente cero a medida que se vuelven frágiles. En algunas composiciones, el MPM según la presente descripción tiene una resistencia de soldadura ligeramente reducida a temperatura ambiente, pero mantiene dicha resistencia de soldadura a temperaturas bajo cero, ya que no se vuelve frágil. Cuando la fase rígida del MPM comprende una resina termoplástica de ingeniería, la resistencia de soldadura es igual o mayor que la resistencia del HDPE cuando se mide a temperatura ambiente. Cuando la fase rígida comprende únicamente HDPE o MDPE, la resistencia de soldadura es aproximadamente un 10% menor que la resistencia del HDPE cuando se mide a temperatura ambiente.

En otra realización específica, la resistencia de soldadura final de las bandas poliméricas de MPM es, como mínimo, del 75%, incluyendo como mínimo 85%, y más específicamente, como mínimo, un 10% mayor que la resistencia de soldadura de las bandas que comprenden únicamente HDPE o MDPE cuando se miden a 20-25ºC. El término "aproximadamente" se refiere en adelante a una tolerancia del 20% con respecto a la medida definida. Nuevamente, debe remarcarse que el MPM presenta una resistencia de soldadura ligeramente reducida a temperatura ambiente cuando comprende únicamente HDPE o MDPE, pero mantiene su resistencia de soldadura a temperaturas bajo cero, ya que no se vuelve frágil.

A continuación, la presente descripción se ilustra en los siguientes ejemplos de trabajo no limitantes, entendiéndose que dichos ejemplos tienen propósitos únicamente ilustrativos y que la presente descripción no se limita a los materiales, condiciones, parámetros de proceso y similares indicados en dichos ejemplos. A menos que se especifique lo contrario, todas las proporciones están expresadas en peso.

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Ejemplos Ejemplo 1

Se preparó una composición de MPM que comprendía 70-90 por ciento en peso de Marlex® K306 MDPE (fabricado por Chevron Philips) con una densidad de 0,937 g/cm^{3}, 5-40 por ciento en peso de Marlex® 7104 LLDPE (fabricado por Chevron Philips) con una densidad de 0,918 g/cm^{3}, 0-25 por ciento en peso de plastómero metaloceno Engage® 8100 (fabricado por DOW), y hasta 30% de sustancia de relleno de carbonato de calcio o talco con un tamaño promedio de partícula menor de 10 micrones. Los ingredientes se sometieron a amasado por fusión en una extrusionadora de doble husillo de co-rotación caracterizada por una relación L/D de aproximadamente 40, equipada, como mínimo, con un alimentador lateral para la sustancia de relleno, una válvula atmosférica y una válvula de vacío para la desgasificación. El compuesto de MPM resultante se convirtió en lentejas. Dichas lentejas se secaron y refundieron en una segunda extrusionadora de un solo husillo a una temperatura de fusión de aproximadamente 160-280ºC y se bombearon a través de una matriz a efectos de formar una lámina. Dicha lámina se enfrió entre rodillos metálicos de enfriamiento. En la tabla 1 se describen dos formulaciones separadas de acuerdo con el procedimiento anterior, designadas fórmula 1 y 2, respectivamente.

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Ejemplo 2

Se preparó una composición de MPM que comprendía 50-80 por ciento en peso de SABIC® HDPE B5411 (fabricado por Sabic) con una densidad de 0,954 g/cm^{3}, 0-40 por ciento en peso de Marlex® 7104 LLDPE (fabricado por Chevron Philips) con una densidad de 0,918 g/cm^{3}, 5-40 por ciento en peso de plastómero Exact® 201 (fabricado por ExxonMobil) con una densidad de 0,902 g/cm^{3}, 0-20 por ciento en peso de granulado seco de PET, aproximadamente 10 por ciento en peso de polietileno maleato (Bondyram^{TM} 5001, fabricado por Poliram), y 0-40 por ciento en peso de sustancia de relleno de carbonato de calcio o talco con un tamaño promedio de partícula menor de 10 micrones. Los ingredientes se sometieron a amasado por fusión en una extrusionadora de doble usillo de co-rotación caracterizada por una relación L/D de aproximadamente 40, equipada, como mínimo, con un alimentador lateral para la sustancia de relleno, una válvula atmosférica y una válvula de vacío para la desgasificación. El compuesto de MPM resultante se convirtió en lentejas. Dichas lentejas se secaron y refundieron en una segunda extrusionadora de un solo husillo a una temperatura de fusión de aproximadamente 160-280ºC y se bombearon a través de una matriz a efectos de formar una lámina. Dicha lámina se enfrió entre rodillos metálicos de enfriamiento. En la tabla 1 se describen dos formulaciones separadas de acuerdo con el procedimiento anterior, designadas fórmula 3 y 4 respectivamente.

TABLA 1 Composiciones de MPM

1

Evaluación

La lámina de MPM, según la fórmula 1 presentó un módulo secante de flexión al 1%, según la norma ASTM D790, de aproximadamente 810 MPa, una resistencia al desgarramiento, según la norma ASTM D1004, de aproximadamente 28 N para un grosor de película de 1 mm, y un módulo de fluencia de aproximadamente 520 MPa a 25ºC, una carga de 20% de límite de elasticidad, y una duración de carga de 60 minutos, según la norma ISO 899-1. El módulo de fluencia a menos 40ºC fue de 770 MPa.

La lámina de MPM, según la fórmula 2, presentó un módulo secante de flexión al 1%, según la norma ASTM D790, de aproximadamente 690 MPa, una resistencia al desgarramiento, según la norma ASTM D1004, de aproximadamente 35 N para un grosor de película de 1 mm, y un módulo de fluencia de aproximadamente 440 MPa a 25ºC, una carga de 20% de límite de elasticidad, y una duración de carga de 60 minutos, según la norma ISO 899-1. El módulo de fluencia a menos 40ºC fue de 660 MPa.

Se soldaron ultrasónicamente a 20 MHz dos bandas de 100 mm de anchura cada una. Dicho procedimiento se repitió a efectos de obtener 10 parejas. La resistencia de soldadura de cada pareja se midió 48 horas después de la soldadura y se promedió. La resistencia de soldadura promedio de la fórmula 1 estaba dentro del intervalo 1.600-2.000 N a 20-25ºC y 1.400-2.000 N a menos 20ºC. La resistencia de soldadura promedio de la fórmula 1 estaba dentro del intervalo 1.200-1.750 N a 20-25ºC y 1.400-1.800 N a menos 20ºC.

Se soldaron ultrasónicamente a 20 MHz dos bandas de 100 mm de anchura cada una. Dicho procedimiento se repitió a efectos de obtener 10 parejas. Cada pareja soldada se cargó con 88 kg de peso durante 2 semanas a 20-25ºC y durante dos semanas a menos 20ºC. Las diez parejas de fórmula 1 y fórmula 2 sobrevivieron intactas a ambas temperaturas.

La lámina de MPM según la fórmula 3 presentó un módulo secante de flexión al 1%, según la norma ASTM D790, de aproximadamente 960 MPa, una resistencia al desgarramiento, según la norma ASTM D1004, de aproximadamente 22 N para un grosor de película de 1 mm, y un módulo de fluencia de aproximadamente 620 MPa a 25ºC, una carga de 20% de límite de elasticidad, y una duración de carga de 60 minutos, según la norma ISO 899-1. El módulo de fluencia a menos 40ºC fue de 880 MPa.

La lámina de MPM según la fórmula 4 tenía un módulo secante de flexión al 1%, según la norma ASTM D790, de aproximadamente 990 MPa, una resistencia al desgarramiento, según la norma ASTM D1004, de aproximadamente 35 N para un grosor de película de 1 mm, y un módulo de fluencia de aproximadamente 740 MPa a 25ºC, una carga de 20% de límite de elasticidad, y una duración de carga de 60 minutos, según la norma ISO 899-1. El módulo de fluencia a menos 40ºC fue de 860 MPa.

Se soldaron ultrasónicamente a 20 MHz dos bandas de 100 mm de anchura cada una. Dicho procedimiento se repitió a efectos de obtener 10 parejas. La resistencia de soldadura de cada pareja se midió 48 horas después de la soldadura y se promedió. La resistencia de soldadura promedio de la fórmula 3 estaba dentro del intervalo 1.600-2.200 N a 20-25ºC y 1.400-1.900 N a menos 20ºC. La resistencia de soldadura promedio de la fórmula 4 estaba dentro del intervalo 1.400-2.350 N a 20-25ºC y 1.400-2.400 N a menos 20ºC.

Se soldaron ultrasónicamente a 20 MHz dos bandas de 100 mm de anchura cada una. Dicho procedimiento se repitió a efectos de obtener 10 parejas. Cada pareja soldada se cargó con 88 kg de peso durante 2 semanas a 20-25ºC y durante dos semanas a menos 20ºC. Las diez parejas de fórmula 3 y fórmula 4 sobrevivieron intactas a ambas temperaturas.

Con propósitos comparativos, se prepararon bandas soldadas con la misma anchura y grosor a partir de Marlex® K306 MDPE y se sometieron a ensayo en las mismas condiciones. Su proporción de fallo fue de aproximadamente el 50% después de 30 días sometidas a 88 kg.

Aunque en la presente descripción se han descrito realizaciones particulares, los solicitantes u otras personas expertas en la materia pueden pensar en alternativas, modificaciones, variaciones, mejoras y equivalentes sustanciales actualmente imprevistos o posiblemente imprevistos. En consecuencia, las reivindicaciones adjuntas, tal como se han presentado y tal como puedan resultar modificadas, pretenden abarcar todas estas alternativas, modificaciones, variaciones, mejoras y equivalentes sustanciales.

Claims

1. Material polimérico multifásico que mantiene su rigidez y su resistencia a la fluencia a lo largo de un intervalo de temperatura de menos 70ºC a más 90ºC,

comprendiendo dicho material polimérico multifásico una fase continua rígida y una fase elástica dispersada en dicha fase continua rígida;

en el que la fase continua rígida comprende un polímero rígido y la fase elástica comprende un polímero elástico; y

en el que el material polimérico multifásico tiene un módulo secante de flexión al 1%, según la norma ASTM D790, comprendido entre aproximadamente 600 MPa y aproximadamente 2.200 MPa a 20-25ºC;

un módulo de fluencia comprendido entre aproximadamente 400 MPa y aproximadamente 1.000 MPa a 20-25ºC, una carga de 20% de límite de elasticidad, y una duración de carga de 60 minutos, según la norma ISO 899-1;

un módulo secante de flexión al 1%, según la norma ASTM D790, comprendido entre aproximadamente 500 MPa y aproximadamente 2.800 MPa a menos 20ºC;

un módulo de fluencia comprendido entre aproximadamente 500 MPa y aproximadamente 1.500 MPa a menos 20ºC;

una resistencia al desgarramiento según la norma ASTM D1004 de como mínimo 20 N para un grosor de película de 1 mm a 20-25ºC; y

una resistencia al desgarramiento según la norma ASTM D1004 de como mínimo 10 N para un grosor de película de 1 mm a menos 20ºC.

2. Material polimérico multifásico, según la reivindicación 1, en el que el polímero rígido tiene una densidad mayor de 0,925 g/cm^{3} y el polímero elástico tiene una densidad, como máximo, de 0,925 g/cm^{3}.

3. Material polimérico multifásico, según la reivindicación 1, en el que la fase rígida comprende, además, una resina termoplástica de ingeniería seleccionada entre el grupo que comprende poliésteres, poliamidas y poliuretanos.

4. Material polimérico multifásico, según la reivindicación 3, en el que la resina termoplástica de ingeniería comprende hasta 70% del peso de la fase rígida.

5. Material polimérico multifásico, según la reivindicación 3, en el que la resina termoplástica de ingeniería es tereftalato de polietileno (PET).

6. Material polimérico multifásico, según la reivindicación 1, en el que el polímero rígido se selecciona entre el grupo que comprende polietileno de alta densidad (HDPE), polietileno de densidad media (MDPE) y combinaciones de los mismos.

7. Material polimérico multifásico, según la reivindicación 1, en el que el polímero elástico se selecciona entre el grupo que comprende polietileno lineal de baja densidad (LLDPE); elastómero o plastómero de etileno-alfa olefina; elastómero de etileno-propileno; elastómero de etileno-propilendieno; copolímeros y terpolímeros de etileno-éster de acrilato o éster de metacrilato; caucho de butilo; caucho de nitrilo; elastómero de silicona; elastómero de poliuretano; copolímeros de bloque de estireno; y combinaciones de los mismos.

8. Material polimérico multifásico, según la reivindicación 1, en el que la fase continua rígida o la fase elástica comprende además una sustancia de relleno en forma de fibras o filamentos.

9. Material polimérico multifásico, según la reivindicación 8, en el que la sustancia de relleno se selecciona entre el grupo que comprende sustancias de relleno minerales, óxidos metálicos, carbonatos metálicos, sulfatos metálicos, fosfatos metálicos, silicatos metálicos, boratos metálicos, hidróxidos metálicos, sílice, silicatos, aluminatos, aluminosilicatos, caliza, talco, dolomita, fibras, filamentos, wollastonita, arcilla, caolín, cenizas industriales, polvo de hormigón y cemento, dolomita, fibras naturales, papel de periódico, pasta de papel, serrín, harina de madera, carbón, aramida y mezclas de los mismos.

10. Material polimérico multifásico, según la reivindicación 8, en el que el tamaño promedio de partícula de la sustancia de relleno es menor de 50 micrones.

11. Material polimérico multifásico, según la reivindicación 8, en el que el tamaño promedio de partícula de la sustancia de relleno es menor de 10 micrones.

12. Material polimérico multifásico, según la reivindicación 8, en el que la sustancia de relleno comprende de aproximadamente 5 a aproximadamente 70 por ciento en peso del material polimérico multifásico.

13. Material polimérico multifásico, según la reivindicación 1, que comprende además un aditivo seleccionado entre el grupo que consiste en sustancias orgánicas absorbentes de UV; sustancias inorgánicas absorbentes de UV; y estabilizantes térmicos.

14. Material polimérico multifásico, según la reivindicación 1, que comprende además un pigmento y/o colorante.

15. Material polimérico multifásico, según la reivindicación 14, en el que el material polimérico es de un color seleccionado entre el grupo que comprende verde, marrón, marrón y gris (similar a turba), gris claro y multicolor.

16. Material polimérico multifásico, según la reivindicación 1, en el que la fase continua rígida tiene una densidad comprendida entre más de 0,925 g/cm^{3} y aproximadamente 2,5 g/cm^{3}.

17. Material polimérico multifásico, según la reivindicación 1, en el que la fase elástica tiene una densidad, como máximo, de 2 g/cm^{3}.

18. Material polimérico multifásico, según la reivindicación 1, en el que el polímero elástico presenta una temperatura de transición vítrea menor de menos 15ºC.

19. Material polimérico multifásico, según la reivindicación 1, en el que el polímero elástico presenta una temperatura de transición vítrea menor de menos 45ºC.

20. Material polimérico multifásico, según la reivindicación 1, en el que el polímero elástico presenta una temperatura de transición vítrea menor de menos 55ºC.

21. Material polimérico multifásico, según la reivindicación 1, en el que dicho material polimérico multifásico presenta un coeficiente de expansión térmica de 150 ppm/ºC o menor.

22. Material polimérico multifásico, según la reivindicación 1, en el que dicho material polimérico multifásico presenta un coeficiente de expansión térmica menor de 120 ppm/ºC.

23. Material polimérico multifásico, según la reivindicación 1, en el que dicho material polimérico multifásico presenta un coeficiente de expansión térmica menor de 100 ppm/ºC.

24. Material polimérico multifásico, según la reivindicación 1, en el que dicho material polimérico multifásico presenta una resistencia al impacto Izod con muesca, como mínimo, de 11 kJ/m^{2} a menos 60ºC, según las normas ASTM D256 ó ISO 180.

25. Material polimérico multifásico, según la reivindicación 1, que comprende, además, una sustancia de relleno y una sustancia absorbente de UV, en el que dicho material polimérico multifásico presenta una resistencia mejorada a UV en comparación con una composición polimérica que comprende HDPE, una sustancia de relleno y una sustancia absorbente de UV.

26. Material polimérico multifásico, según la reivindicación 1, en el que la fase elástica presenta un tamaño promedio de partícula menor de 10 micrones.

27. Material polimérico multifásico, según la reivindicación 1, en el que la fase elástica presenta un tamaño promedio de partícula menor de 5 micrones.

28. Material polimérico multifásico, según la reivindicación 1, en el que la resistencia de soldadura de una junta formada a partir de material polimérico multifásico y con una anchura de soldadura de 100 mm es mayor de 1.000 N medida a temperatura ambiente, y mayor de 1.000 N medida a menos 20ºC.

29. Material polimérico multifásico, según la reivindicación 1, en el que la resistencia de soldadura de una junta formada a partir de material polimérico multifásico y con una anchura de soldadura de 100 mm es mayor de 1.300 N medida a temperatura ambiente, y mayor de 1.600 N medida a menos 20ºC.

30. Sistema de confinamiento celular, formado por una serie de bandas poliméricas y formado uniendo dichas bandas mediante una serie de juntas físicas discretas, estando separadas dichas juntas entre sí mediante partes no unidas de las bandas poliméricas,

en el que cada banda polimérica comprende el material polimérico multifásico según la reivindicación 1.

31. Sistema de confinamiento celular, según la reivindicación 30, en el que las juntas se forman mediante soldadura ultrasónica sin presión.

32. Geomembrana, formada por una serie de bandas poliméricas, en la que cada banda polimérica comprende el material polimérico multifásico según la reivindicación 1.

33. Geotextil, formado por una serie de bandas poliméricas, en el que cada banda polimérica comprende el material polimérico multifásico según la reivindicación 1.

34. Geomalla, formada por una serie de bandas poliméricas, en la que cada banda polimérica comprende el material polimérico multifásico según la reivindicación 1.