ES2348258T3 - Membrana de estanqueidad prefabricada a base de ligante bituminoso modificado poliuretano y procedimiento de fabricacion. - Google Patents
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Abstract
Membrana de estanqueidad prefabricada, que presenta una gran estabilidad a los UV y se halla constituida por un soporte o refuerzo, tal como uno o varios armazones fibrosos o no, recubierto en al menos una de sus caras, y preferentemente impregnado en su totalidad con una composición a base de asfalto modificado, cuya membrana se caracteriza: porque la composición bituminosa termoplástica de enducción y/o impregnación se halla constituida por un ligante asfáltico modificado por un poliuretano termoplástico que presenta la siguiente formulación ponderal: - 40 a 90% de asfalto, - 10 a 50% de poliuretano termoplástico, - 0 a 10% de aceite aromático, - 0 a 50% de cargas, - 0 a 0,5% de catalizador, y porque el poliuretano termoplástico se halla desprovisto de doble enlace carbono-carbono y se obtiene a partir de un diisocianato de funcionalidad comprendida entre 2,0 y 2,1, de un ppoliol de funcionalidad comprendida entre 1,95 y 2,05 que no comporta enlaces etilénicos y de un alargador de cadena, y porque el ligante bituminoso modificado queda en condiciones de ser reblandecido bajo el efecto del calor y de recuperar sus propiedades después del enfriamiento.
Description
Membrana de estanqueidad prefabricada a base de
ligante bituminoso modificado poliuretano y procedimiento de
fabricación.
La presente invención hace referencia a las
membranas de estanqueidad prefabricadas flexibles a base de ligante
bituminoso que se utilizan principalmente para dotar de estanqueidad
a las cubiertas de los edificios, a las obras de arte y enálogos, y
tiene por objeto una membrana de este tipo a base de un ligante
bituminoso modificado poliuretanado, así como a su procedimiento de
fabricación.
Desde hace muchos años son ya conocidas las
membranas a base de asfalto modificado por los polímeros del tipo
SBS (Estireno Butadieno Estireno) o APP (= PPA: Polipropileno
Atáctico), que han sido ampliamente desarrollados desde los años
1970 en el sector de las cubiertas en forma de terraza.
Constituye una necesidad la modificación de los
asfaltos de destilación directa procedentes de las refinerías. En
efecto, los asfaltos clásicos que se utilizan en especial en la
industria de las carreteras, presentan unos puntos de
reblandecimiento del orden de 40ºC y a partir de los -5ºC son duros
y cortantes como si se tratara de cristal.
Sin embargo, estas temperaturas de utilización
resultan excesivamente limitativas en vistas a la utilización en
cubiertas, en el marco de la cual el margen de temperaturas en
función de los climas puede variar entre -40ºC y 110ºC.
Resulta pues necesario modificar el asfalto. Las
técnicas clásicas consisten en la modificación por medio de
polímeros termoplásticos del tipo, por ejemplo, de los elastómeros
en bloque (SBS, SEBS (por Estireno Etileno Butadieno Estireno) ...)
o plastómeros (poliolefina del tipo PPA, EVA, PPI, APAO (para
\alpha poliolefina amorfa)).
Así, para una modificación SBS, resulta posible
obtener un ligante bituminoso que presente un punto de
reblandecimiento del orden de 125ºC y una flexibilidad a baja
temperatura del orden de -30ºC. El margen de utilización de un
ligante modificado por polímeros plastómeros se halla por lo general
comprendido entre -15ºC y 150ºC.
Sin embargo, las membranas realizadas a base de
ligantes bituminosos modificados por los referidos polímeros
adolecen de unos determinados límites: estos polímeros son sensibles
a los UV y, como consecuencia de ello, la última capa requiere una
protección específica suplementaria contra la agresión de los
UV.
La indicada protección, cuando se integrada en
la membrana prefabricada, se realiza en la actualidad ya sea a base
de hojas metálicas (aluminio, cobre o acero inoxidable), ya sea por
medio de hojuelas o granulados de pizarra o de mica espolvoreados
sobre la superficie durante el proceso de fabricación. Estas
protecciones, denominadas "auto-protecciones"
representan un sobrepeso que puede alcanzar hasta 1,5 kg/m^{2},
representando hasta un 30% del peso total de la membrana y
aumentando sensiblemente el precio de costo de la membrana
final.
Aparte los UV, los productos ya conocidos a los
que se ha hecho referencia envejecen rápidamente en relación con la
duración de vida de las correspondientes obras y se degradan por
oxidación, no garantizando un grado efectivo de estanqueidad durante
un prolongado periodo de tiempo. En efecto, resulta necesario
rehacer la estanqueidad cada entre 15 y 20 años como promedio.
Desde hace algunos años se han desarrollado unos
revestimientos bituminosos modificados poliretanados. Estos
productos hallan especialmente una aplicación en el revestimiento de
las carreteras y en la estanqueidad de las obras de arte y de las
edificaciones. Los productos de este tipo actualmente conocidos
son:
- -
- aplicables en frío: el producto se presenta bajo la forma líquida, mono o bicompuesto, y alcanza sus características una vez reticulado.
- -
- aplicables en caliente: la polimerización se lleva a cabo con el asfalto caliente justo antes su aplicación en la obra.
Por ejemplo, en la patente francesa número 2 064
750 se describe un ligante bituminoso termoplástico que contiene
hasta un 10% de poliuretano. Los polioles utilizados presentan
funcionalidades superiores a 2, pudiendo alcanzar hasta 8. El
ligante conserva sus propiedades termoplásticas como consecuencia de
la reducida proporción de polímero.
El procedimiento descrito en la patente francesa
a la que se na hecho referencia requiere la realización de una
mezcla en la obra a unas temperaturas elevadas que pueden alcanzar
los 200ºC.
Por otra parte, a través de la solicitud europea
número 1 013 716 del 23 de diciembre de 1999, a nombre de la propia
recurrente, es ya conocida una composición líquida monocompuesta a
base de asfalto y de poliuretano que puede ser aplicada en frío
sobre el soporte que se trate de dotar de estanqueidad.
Sin embargo, los productos conocidos a través de
las patentes francesa y europea a las que se ha hecho referencia no
resultan adecuados para la realización en fábrica de membranas
prefabricadas.
A través del documento WO 97/03253, es ya
conocido un material en forma de hojas destinado a constituir una
barrera contra la humedad, que comprende una capa de una mezcla
asfalto/poliuretano aplicada sobre una película de polímero y
recubierta con una película desprendible.
La película de polímero realiza la protección de
la capa bituminosa contra los agentes exteriores, especialmente
contra los Uv, y la indicada capa bituminosa presenta unas
propiedades de adhesividad en frío y no resulta apta para ser
recalentada antes de la aplicación de la hoja de material.
El problema que se plantea en la presente
invención consiste en proponer una membrana de estanqueidad
prefabricada a base de ligante bituminoso modificado que pueda ser
fabricada de una manera industrial siguiendo las técnicas normales
de enducción o de impregnación, tales como el calandrado
(eventualmente, ligeramente adaptado), apta para ser reblandecida
por calentamiento antes de su colocación sin modificación de sus
características, que presente un alto grado de estabilidad ante los
UV (ultra-violetas) y una notable resistencia a la
oxidación y al envejecimiento al estar expuesta a las agresiones de
los agentes atmosféricos y climáticos.
Al indicado efecto, la invención tiene por
objeto una membrana de estanqueidad prefabricada constituida por un
soporte o refuerzo, tal como uno o varios armazones fibrosos o no,
recubierto sobre una al menos de sus caras, y preferentemente
impregnado en su totalidad (es decir, sobre todo su o sus espesores;
con una composición a base de asfalto modificado, caracterizada
porque la composición bituminosa termoplástica de enducción y/o
impregnación esta constituida por un ligante bituminoso
termoplástico de modificado por un poliuretano termoplástico según
la reivindicación 1, que presenta la siguiente formulación
ponderal:
- -
- 0 a 90% de asfalto,
- -
- entre un 10 y un 50% de poliuretano termoplástico,
- -
- 0 a 10% de aceite aromático,
- -
- 0 a 50% de cargas,
- -
- 0 a 0,5% de catalizador.
La idea básica ue la invención consiste, pues,
en realizar una membrana armada a base de un ligante bituminoso
modificado por un poliuretano termoplástico. La membrana se aplicará
preferentemente en la obra por soldadura con un soplete o con aire
caliente: el producto (es decir, la composición bituminosa
termoplástica) se reblandece bajo la acción del calor y recupera la
totalidad de sus propiedades al enfriarse. Cabría igualmente
aplicarse la membrana por adhesión total (por ejemplo, en frío) o a
través de unas bandas o unos puntos.
Teniendo en cuenta la naturaleza química de los
polioles y de los isocianatos que se utilizan, el indicado tipo de
ligante modificado presenta la ventaja de ser estable a los Uv y de
ser muy poco sensible a la oxidación.
De esta manera, las moléculas utilizadas no
contendrán dobles enlaces carbono-carbono y los
polioles utilizados no comportarán enlaces etilénicos.
Por otra parte, en función de los polioles y los
isocianatos utilizados y de las cantidades de polímero empleadas,
resulta posible obtener unos productos dotados de diferentes
características, eventualmente ajustados al efecto que interese por
medio de los aditivos seleccionados.
La síntesis de los TPU (poliuretanos
termoplásticos) es ya bien conocida por los técnicos en la materia y
se halla ampliamente descrita en la literatura especializada. Esta
síntesis puede realizarse ya sea por la vía denominada "one
shot" (en una sola vez) ya sea por la vía prepolímera.
Tal como se ha indicado ya precedentemente, el
ligante de enducción se halla principalmente constituido por bitumo
y TPU. Este ligante podrá igualmente contener cargas que permitan
disminuir el costo, así como aceites aromáticos o nafténicos con
objeto de mejorar sus cualidades en frío y un catalizador o
cualquier otro aditivo que permita mejorar sus cualidades iniciales:
fuego, resistencia a las raíces, adhesión.
De acuerdo con una forma preferente de
realización de la invención, la composición bituminosa de enducción
y/o de impregnación presenta la siguiente formulación ponderal:
- -
- 60 a 80% de bitumo,
- -
- 15 a 40% de poliuretano termoplástico,
- -
- 0 a 5%, preferentemente de 0 a 3% de aceite aromático,
- -
- 0 a 40%, preferentemente de 0 a 20%, de cargas,
- -
- 0 a 0,5% de catalizador.
De acuerdo con un ejemplo preferente y
optimizado de realización, la formulación precipitada podría
eventualmente ser afinada tal como sigue:
- -
- 60 a 80% de bitumo,
- -
- 20 a 30% de PU termoplástico,
- -
- 0 a 2% de aceite aromático,
- -
- 10 a 20% de cargas,
- -
- 0 a 0,2% de catalizador.
Además y de acuerdo con una característica
adicional y ventajosa de la invención, la composición bituminosa de
enducción y/o de impregnación contiene igualmente entre un 0,01 y un
20% en peso de uno o varios aditivos que mejoran la adhesividad, la
resistencia al fuego o a las llamas y/o la resistencia a las raíces
de la expresada composición.
El contenido en aditivo o aditivos puede variar
en función de la o de las propiedades adicionales que deba presentar
la composición.
Por lo general, el expresado contenido es del
orden de un porcentaje en peso.
El asfalto utilizado se hallará ventajosamente
constituido por un bitumo de destilación directa. En función de las
características que se deseen alcanzar para el ligante y la
membrana, se elegirá un asfalto más o menos blando. Los asfaltos
70/100 y 180/220 resultan particularmente adecuados.
El poliuretano termoplástico, cuyo prepolímero
puede eventualmente prepararse por anticipado, se obtiene a partir
de un disocianato de funcionalidad sensiblemente igual a 2, de un
poliol de funcionalidad sensiblemente igual a 2 y de un agente
alargador de la cadena.
La funcionalidad del poliol se halla comprendida
entre 1,95 y 2,05 y la del isocianato entre 2,0 y 2,1.
El isocianato puede elegirse entre los
isocianatos de funcionalidad sensiblemente igual a 2, eligiéndose
preferentemente un isocianato aromático, tal como, por ejemplo, un
MDI o un TDI.
El poliol podrá elegirse entre los poliésteres,
los poliésteres y los policarbonatos de funcionalidades
sensiblemente iguales a 2 y de masas molares de entre 1000 y 5000,
preferentemente comprendidas entre 1000 y 3000. Estos polioles
pueden ser utilizados aislados o en combinación, es decir, mezclados
unos con otros.
El alargador de cadena es un diol de masa molar
comprendida entre 50 y 500. Los alargadores corrientemente
utilizados son el 1,4-butadienol, el hexanediol, el
neopentilglicol, el 2-etil, el
1,3-hexanediol.
El poliuretano termoplástico se hallará
ventajosamente constituido por un grupo de segmentos duros (% en
masa isocianato + % en masa alargador de cadena) comprendido entre
un 10 y un 40%, preferentemente entre un 10 y un 30% la proporción
isocianato/poliol se halla comprendida entre 1,0 y 1,1, situándose
preferentemente en aproximadamente 1,05. El catalizador podrá
elegirse entre los catalizadores corrientemente utilizados en la
síntesis de los poliuretanos, bien conocidos de los técnicos en la
materia.
Las cargas o "fillers" se elegirán entre
las cargas minerales tales como la tiza, el sílice, el talco, la
dolomia, el caolín y las posibles mezclas entre al menos dos de
estas substancias.
La presente invención tiene igualmente por
objeto un procedimiento para la fabricación industrial de una
membrana de estanqueidad tal como la que ha quedado anteriormente
descrita.
De acuerdo con una primera forma de realización
del expresado procedimiento, el prepolímero es sintetizado
independientemente, en las condiciones de reacción habituales:
agitación bajo atmósfera inerte durante entre 45 y 120 minutos a una
temperatura de entre 80 y 90ºC. El prepolímero es seguidamente
introducido en el asfalto calentado a una temperatura superior a su
temperatura de fusión, de manera que se obtenga una masa fluida y
homogénea. Se añade seguidamente el agente alargador de cadena y en
último termino se añaden el catalizador y, eventualmente, los
restantes componentes. Según los polioles que en cada caso se
utilicen, la cantidad de catalizador y la temperatura de la mezcla,
la duración de reacción varía entre 15 y 120 minutos. Durante esta
reacción, se calienta la mezcla resultante, preferentemente de una
manera intermitente o, eventualmente, de una forma continua, hasta
la polimerización. La temperatura final del ligante puede alcanzar
los 180º para permitir una polimerización completa y poder obtenerse
una masa suficientemente fluida.
\newpage
De acuerdo con una segunda forma de realización
del indicado procedimiento de fabricación, la síntesis del
poliuretano puede realizarse enteramente "in situ" en el
asfalto (síntesis en una sola pasada). En este caso, el asfalto es
calentado hasta su temperatura de fusión, preferentemente a 100ºC.
Se añaden a la mezcla los polioles y los isocianatos y se agita el
conjunto hasta la obtención aproximada del porcentaje de NCO teórico
(entre 60 y 120 minutos). Se añaden entonces el agente alargador de
cadena, el catalizador y, en su caso, el resto de los componentes.
Se aumenta progresivamente a 180ºC la temperatura de la mezcla final
obtenida, con una agitación intermitente continua, para mantener una
masa fluida y permitir una completa polimerización.
Según sea el cipo de asfalto, puede ocurrir que
el mismo, como consecuencia de la presencia de grupos reactivos en
la fracción de los asfaltos, consuma una parte de los isocianatos.
En el caso de la síntesis del prepolímero en el asfalto (síntesis en
una pasada), debe tenerse en cuenta esta reactividad y ajustarse el
porcentaje de isocianato utilizado.
La composición bituminosa modificada caliente y
fluida obtenida, que presenta una composición ponderal tal como la
que se na señalado anteriormente, es seguidamente aplicada, por
ejemplo por enducción (por ejemplo, con una espátula) y es después
calandrada, formando una capa sobre un soporte tal como una armadura
fibrosa que circule debidamente para ser enducida e impregnada. En
este momento, la temperatura final de la composición bituminosa,
antes de la aplicación, se halla comprendida entre 160 y 185ºC,
preferentemente entre 165 y 180ºC.
A título de ejemplo no limitativo de la
invención, se describe detalladamente a continuación un posible
procedimiento práctico de realización de una membrana objeto de la
invención.
Deben mezclarse 500 partes de un poliester de
masa molar 3000 con 200,75 partes de MDI monomérico, bajo atmósfera
de nitrógeno, y a 80/90ºC durante 90 minutos (porcentaje de NCO
teórico: 7,63%).
A 250 partes de asfalto 180/220 calentado a
120ºC, se le añaden 57,8 partes de prepolímero preparado tal como se
ha indicado anteriormente. Se mezcla durante 5 minutos. Se aumenta
la temperatura de la mezcla hasta los 150ºC. Se añaden 0,05 partes
de DBTL y se continua calentando. Después de 10 minutos de mezcla,
la temperatura alcanza los 170ºC. Se retira la mezcla de la
calefacción y se aplica en forma de una película de 2 mm sobre la
armadura de soporte.
Se han llevado a cabo unas pruebas para
determinar la TBA, la penetración a 25ºC, las propiedades reológicas
con un barrido de temperaturas, la plegabilidad en frío y las
características mecánicas por tracción directa.
Los resultados de estas mediciones son los
siguientes:
- -
- TBA: 150ºC
- -
- Penetración 25; 54/10 mm
- -
- Plegrabilidad: -20ºC
- -
- características mecánicas: 0,74 en esfuerzo a la ruptura y un 200% de alargamiento
- -
- Reoligía: plataforma de caucho entre 30 y 150ºC, máximo tan delta: 10ºC, max G'': -20ºC
- -
- Porcentaje de segmentos duros: 34% -NCO/OH: 1006.
Como se comprende, la invención no puede
considerarse limitada a los ejemplos de realización descritos.
Resulta posible introducir modificaciones, especialmente desde el
punto de vista de la constitución de los diferentes elementos o
mediante la sustitución de equivalentes técnicos, sin que ello
signifique apartarse del ámbito de protección, de la invención.
\vskip1.000000\baselineskip
La lista de documentos indicada por el
solicitnate se ha confeccionado exclusivamente para información del
lector y no forma parte de la documentación de la patente europea.
Dicha lista se ha elaborado con gran esmero. Sin embargo, la Oficina
Europea de Patentes declina toda responsabilidad por eventuales
errores u omisiones.
- \bullet FR 2064750 [0011]
- \bullet WO 9703253 A [0015]
\bullet EP1013716 A [0013].
Claims (9)
1. Membrana de estanqueidad prefabricada, que
presenta una gran estabilidad a los UV y se halla constituida por un
soporte o refuerzo, tal como uno o varios armazones fibrosos o no,
recubierto en al menos una de sus caras, y preferentemente
impregnado en su totalidad con una composición a base de asfalto
modificado,
cuya membrana se caracteriza:
porque la composición bituminosa termoplástica
de enducción y/o impregnación se halla constituida por un ligante
asfáltico modificado por un poliuretano termoplástico que presenta
la siguiente formulación ponderal:
- -
- 40 a 90% de asfalto,
- -
- 10 a 50% de poliuretano termoplástico,
- -
- 0 a 10% de aceite aromático,
- -
- 0 a 50% de cargas,
- -
- 0 a 0,5% de catalizador,
y porque el poliuretano termoplástico se halla
desprovisto de doble enlace carbono-carbono y se
obtiene a partir de un diisocianato de funcionalidad comprendida
entre 2,0 y 2,1, de un ppoliol de funcionalidad comprendida entre
1,95 y 2,05 que no comporta enlaces etilénicos y de un alargador de
cadena, y
porque el ligante bituminoso modificado queda en
condiciones de ser reblandecido bajo el efecto del calor y de
recuperar sus propiedades después del enfriamiento.
2. Membrana de estanqueidad según la
reivindicación 1, caracterizada porque la composición
bituminosa de enducción y/o de impregnación presenta la siguiente
formulación ponderal:
- -
- 60 a 80% de asfalto,
- -
- 15 a 40% de poliuretano termoplástico,
- -
- 0 a 40% de cargas,
- -
- 0 a 5% ue aceite aromático,
- -
- 0 a 0,5% de catalizador.
3. Membrana de estanqueidad según una
cualesquiera de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizada
porque la composición bituminosa de enducción y/o de impregnación
contiene igualmente entre un 0,01 y un 20% en peso de uno o varios
aditivos que mejoran la adnesividad, la resistencia al fuego o a las
llamas y/o la resistencia a las raíces de la indicada
composición.
4. Membrana de estanqueidad según una
cualesquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada
porque el poliuretano termoplástico se obtiene a partir de un
diisocianato de funcionalidad sensiblemente igual a 2,
preferentemente un diisocianato aromático, de un poliol de
funcionalidad sensiblemente igual a 2, preferentemente elegido
dentro del grupo constituido por los poliésteres, los poliésteres,
los policarbonatos y las mezclas de estos polioles, de masas molares
comprendidas entre 1000 y 5000, y de un agente alargador de cadena,
preferentemente un diol de masa molar comprendida entre 50 y
500.
5. Membrana de estanqueidad según una
cualesquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada
porque el poliuretano termoplástico se halla constituido por un
grupo de segmentos duros comprendido entre un 10 y un 40%.
6. Membrana de estanqueidad según una
cualesquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada
porque el o los materiales que constituyen las cargas se eligen
dentro del grupo de las cargas minerales constituido por la tiza, el
sílice, el talco, la colomía, el caolín y las posibles mezclas de
dos o varias de estas substancias.
7. Procedimiento para la fabricación de una
membrana de estanqueidad según una cualesquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque consiste en
sintetizar un prepolímero del poliuretano termoplástico, en
introducir dicho prepolímero en el asfalto calentado a una
temperatura superior a su temperatura de fusión, en añadir
seguidamente al menos el agente alargador de cadena, después el
catalizador y, en fin, los restantes componentes, en calentar y
agitar la mezcla resultante, preferentemente de una manera
intermitente, hasta alcanzar una polimerización completa, para
obtener una composición que presente una formulación ponderal según
una cualesquiera de las reivindicaciones 1 a 3 y, en fin, en aplicar
la composición bituminosa caliente formando una capa sobre un
soporte tal como un armazón fibroso, a través de una o varias
operaciones de enducción y/o de impregnación.
8. Procedimiento para la fabricación de una
membrana de estanqueidad según una cualesquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque consiste en
calentar el asfalto a su temperatura de fusión, preferentemente a
100ºC, en añadir entonces el o los polioles y el isocianato
destinados a constituir el poliuretano termoplástico, en agitar la
mezcla intermedia resultante hasta la obtención de aproximadamente
el porcentaje de NCO teórico, en añadir seguidamente el agente
alargador de cadena, el catalizador y, eventualmente, los restantes
componentes, en aumentar progresivamente la temperatura de la mezcla
final hasta aproximadamente los 180ºC, agitando de manera
intermitente o continua, hasta la completa polimerización, para
obtener una composición que presenta una formulación ponderal según
una cualesquiera de las reivindicaciones 1 a 3 y, en fin, en aplicar
la composición bituminosa modificada caliente, formando una capa
sobre un soporte tal como un armazón fibroso, a través de una o
varias operaciones de enducción o impregnación.
9. Procedimiento según una cualesquiera de las
reivindicaciones 7 y 8, caracterizado porque la proporción
isocianato/poliol se haya comprendida entre 1,0 y 1,1, siendo de
preferencia aproximadamente de 1,05.
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