ITMI20011526A1

ITMI20011526A1 - Manufatto idroassorbente

Info

Publication number: ITMI20011526A1
Application number: IT2001MI001526A
Authority: IT
Inventors: Giuseppe Furlan
Original assignee: Eos Srl
Priority date: 2001-07-18
Filing date: 2001-07-18
Publication date: 2003-01-18
Also published as: ITMI20011526A0; ATE294638T1; EP1425094A1; DE60204029D1; WO2003008093A1; EP1425094B1

Description

Descrizione dell’invenzione industriale dal titolo:

CAMPO DELL’INVENZIONE

La presente invenzione riguarda un manufato assorbente in forma d’involucro. In particolare riguarda un manufatto capace di assorbire liquidi prevalentemente acquosi rigonfiandosi, in modo da creare una barriera alla propagazione del liquido.

TECNICA ANTERIORE

Sono noti neN’arte materiali capaci di assorbire acqua formando gel insolubili; un’importante carateristica di questi materiali è la loro elevata capacità di tratenere il liquido assorbito anche quando sotoposti a pressione. Si trata di particolari tipi di materiali polimerici, noti come “polimeri superassorbenti”, che sono generalmente impiegati in forma di solido granulare; alcuni di questi polimeri possono assorbire masse d’acqua fino ad oltre 150 volte il proprio peso. Esempi di polimeri superassorbenti sono sali di polimeri reticolati dell’acido acrilico o suoi derivati e loro copolimeri (per esempio con acrilammide o amido).

Un tipico impiego di solidi granulari di questo tipo è in manufati assorbenti come, ad esempio, i pannolini, al fine di migliorare la loro capacità di intrappolare liquido. Generalmente, tali materiali sono impiegati mescolati ad altri materiali assorbenti di tipo fibroso, come, ad esempio, la cellulosa, aventi lo scopo di garantire la permeabilità al liquido della massa assorbente. A causa dell’insolubilità dei gel formati dai materiali polimerici di cui sopra, infatti, alte concentrazioni di granuli assorbenti possono provocare la formazione, dopo l’assorbimento di determinate quantità di liquido, di porzioni aventi una certa impermeabilità, che ostacolerebbero un’uniforme e rapida distribuzione del liquido nel resto della massa assorbente, diminuendo l’efficacia complessiva del manufatto.

Quando è necessario assorbire o contenere grandi quantità di liquido, come può succedere nel caso d’emergenze conseguenti ad alluvioni, o rotture di tubazioni, sono desiderabili manufatti assorbenti di pronto impiego di dimensioni anche considerevoli, con altissima capacità d’assorbimento per unità di volume e di massa, di facile immagazzinamento, trasporto e, dopo l’impiego, rimozione. Inoltre è necessario che tali manufatti costituiscano un’efficace barriera alla propagazione di liquidi, anche dopo aver esaurito la loro capacità assorbente.

In casi come quelli menzionati sopra sono comunemente impiegati sacchi di sabbia. Evidenti sono i problemi connessi con tale soluzione, dovuti alla notevole densità del materiale impiegato, anche quando asciutto, ed alla sua limitata capacità d'assorbimento. Inoltre la massa di sabbia è permeabile al liquido, quindi, al fine di ottenere un soddisfacente effetto di contenimento anche una volta esaurita la capacità assorbente del materiale, si rendono necessari spessori rilevanti. Infine è scarsa la capacità di trattenere il liquido assorbito, che viene rilasciato in gran parte per il semplice effetto della gravità, il che, tra l’altro, può provocare difficoltà in fase di rimozione dei sacchi.

È pertanto desiderabile impiegare materiali come i detti polimeri superassorbenti, sfruttandone appieno le caratteristiche d’assorbimento e la loro impermeabilità una volta esaurita la capacità d’assorbimento al fine di creare una barriera alla propagazione del liquido.

Un problema connesso all’uso di tali materiali deriva dal notevole aumento di volume che consegue all’assorbimento del liquido. Per questo motivo il manufatto assorbente deve contenere il materiale superassorbente una volta dilatato, e non deve costituire un ostacolo a tale espansione fino ad un livello corrispondente ad un assorbimento adeguato e per evitare la rottura del manufatto stesso. D’altra parte, prima dell’uso il materiale superassorbente ha un volume assai ridotto tale da rendere difficile la sua uniforme distribuzione all’interno di un manufatto assorbente basato su tale materiale. Quest’ultima caratteristica riveste notevole importanza: innanzi tutto, per rendere ottimale lo sfruttamento di tutto il polimero contenuto nel manufatto, poiché se il polimero si trovasse concentrato in gran quantità in uno spazio ridotto, il materiale che ha assorbito liquido per primo può costituire una barriera alla diffusione del liquido nel resto del materiale, per le proprietà discusse sopra; inoltre, è desiderabile che tutto il volume del manufatto assorbente possa immediatamente esercitare la sua azione d’assorbimento e di contenimento del liquido.

L’utilizzo d'altri materiali assorbenti per disperdere i granuli di polimero superassorbente non porterebbe a risultati soddisfacenti. Infatti, l’introduzione di materiale con capacità assorbenti ridotte rispetto al

materiale superassorbente, diminuirebbe la capacità assorbente massica

e volumica complessiva del manufatto. Inoltre, la permeabilità di detti

materiali anche quando impregnati ridurrebbe l'efficacia di contenimento

del manufatto, ed infine, il liquido assorbito sarebbe facilmente rilasciato

per l’effetto della gravità o per applicazione di pressione.

La Richiedente ha sviluppato un manufatto assorbente di nuova

concezione in grado di soddisfare adeguatamente le esigenze esposte

sopra.

SOMMARIO

La presente invenzione riguarda pertanto un manufatto assorbente

comprendente un involucro esterno permeabile all’acqua, detto

manufatto essendo caratterizzato dal fatto che detto involucro esterno

contiene un involucro interno costituito da almeno un materiale

sostanzialmente privo di resistenza meccanica se bagnato, detto

involucro interno contenente un polimero superassorbente in forma di

granuli.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE

Il materiale costituente detto involucro esterno è preferibilmente scelto in

modo da coniugare la migliore permeabilità con un’adeguata resistenza

meccanica. Possono essere vantaggiosamente impiegati tessuti non

tessuti, preferibilmente tali da consentire la chiusura dell’involucro

mediante opportune tecniche, quali, per esempio, la cucitura, la

termosaldatura, la saldatura ad ultrasuoni. Particolarmente preferiti sono

i materiali termosaldabili, come, ad esempio, quelli in fibra di ,7 / polipropilene. Il peso di questi tessuti non tessuti può essere scelto vantaggiosamente tra 20 e 100 g/m<2>, il che rappresenta un buon compromesso tra le esigenze di permeabilità e resistenza. Un esempio di materiale particolarmente adatto per realizzare detto involucro esterno è il “100% polipropilene trattato permeabile”, della BBA NonWovens Fabric, avente peso di 50 g/m<2>.

Preferibilmente, l’involucro interno è interamente costituito da detto materiale sostanzialmente privo di resistenza meccanica se bagnato. Detto materiale deve essere sostanzialmente privo di resistenza meccanica una volta che entra in contatto con l’acqua, il che vuol dire capace di disintegrarsi, disciogliersi o comunque rompersi facilmente in modo da non costituire in alcun modo una barriera all’espansione del polimero superassorbente contenuto in detto involucro interno. Preferibilmente detto materiale si disintegra o si discioglie quando viene bagnato. È preferibile che esso presenti un’elevata permeabilità. Da asciutto il materiale dell’involucro interno deve invece presentare quel minimo di resistenza meccanica per garantirne la lavorabilità e la trasportabilità. Secondo un aspetto particolarmente preferito dell’invenzione viene usato un materiale termosaldabile. Detto materiale ha preferibilmente un peso compreso tra 50 e 120 g/m<2>. Secondo un aspetto preferito dell’invenzione, viene impiegata una carta assorbente con minimo contenuto di fibre di cellulosa ed a bassissimo contenuto di colla, avente umidità residua compresa tra 1 e 20% in peso, più preferibilmente non superiore al 7%, con spessore tra 90 e 170 μm e resistenza meccanica a trazione, ovviamente da asciutto, tra 0,3 ed 1 ,5 kN/m.

A scopo puramente indicativo, viene sommariamente descritto un possibile modo per ottenere una carta assorbente avente le caratteristiche sopra indicate. Si sottopone carta da macero di bassa qualità (con scarso contenuto di cellulosa, presente come fibre disomogenee e cortissime) a spappolamento in condizioni di bagnato mediante apposite mole, fino ad ottenere la consistenza di una pasta, che viene spalmata su nastro di feltro e battuta, mentre viene sottoposta ad aspirazione dalla parte inferiore del nastro per allontanare l’acqua rilasciata. Quando il materiale è asciutto e presenta spessore sufficientemente uniforme, si stacca un primo foglio dal nastro di feltro che viene fatto passare a caldo tra due rulli, in modo da conferirgli lo spessore definitivo e completarne l’essiccamento. Il materiale può venire avvolto in rulli. È preferibile non aggiungere collanti durante la preparazione: i residui di colla presenti nella carta da macero impiegata devono fornire resistenza sufficiente ed anche termosaldabilità al materiale ottenuto, senza comprometterne la capacità di disintegrarsi quando posto a contatto con l’acqua. L’esperto nella tecnica può facilmente ottimizzare i parametri di processo per regolare secondo necessità le proprietà del materiale ottenuto, come pure ottenere materiali con le caratteristiche indicate sopra in altro modo.

Secondo un altro possibile aspetto dell’invenzione, si può utilizzare un materiale idrosolubile per realizzare detto involucro interno. Un esempio è un materiale organico dell’aspetto di una velina trasparente di peso compreso tra 30 e 100 g/m<2>, disponibile col nome commerciale di “Hydrolene" della Idroplast (Altopascio - LU). Quando si utilizza un materiale del genere è necessario mantenere, durante le fasi di lavorazione, un’atmosfera ad umidità estremamente bassa, a causa della estrema igroscopicità del materiale.

L’involucro interno ha lo scopo di mantenere il polimero superassorbente opportunamente distribuito all’interno dell’involucro esterno finché il manufatto non viene impiegato. Non avendo praticamente resistenza meccanica da bagnato, si disintegrerà, se non per semplice contatto con l’acqua, per azione del polimero contenuto, quando questo si rigonfia, lasciandolo libero di andare a riempire l’involucro esterno, avente capacità opportuna.

Secondo un aspetto preferito dell’invenzione, l’involucro interno può essere costituito da due fogli di detto materiale sostanzialmente privo di resistenza meccanica se bagnato, preferibilmente di carta assorbente avente le proprietà indicate sopra, uniti opportunamente lungo i bordi, preferibilmente mediante termosaldatura. Ancora più preferibilmente i due fogli sono similmente uniti in altri punti in modo da formare una pluralità di celle contenenti il polimero superassorbente. Preferibilmente le celle sono chiuse, cioè non comunicanti fra di loro. L’involucro interno avrà così l’aspetto di un “foglio di celle”, ciascuna cella essendo ricavata tra i due fogli costituenti detto involucro esterno.

Il polimero può essere distribuito nelle celle in quantità variabile secondo le esigenze; preferibilmente tutte le celle hanno sostanzialmente le stesse dimensioni e contengono quantità simili di polimero.

Le celle possono avere varie forme e dimensioni, a seconda delle proprietà desiderate del prodotto e delle esigenze di lavorazione. Secondo un aspetto dell’invenzione le celle possono avere forma quadrata o rettangolare; le dimensioni sono vantaggiosamente piuttosto piccole, per migliorare la distribuzione del polimero, compatibilmente con l’agevolezza del processo di produzione. Si è visto che sono adatte celle di dimensioni tali da avere nella struttura a “foglio di celle” dell’involucro interno, tra 500 e 2000 celle per m<2>, preferibilmente tra 700 e 1200.

Secondo un ulteriore aspetto dell’invenzione, il riempimento delle celle è scelto in base da bilanciare un ottimale sfruttamento di tutto il polimero superassorbente e la capacità del polimero rigonfiato di costituire una barriera al passaggio di liquido.

I manufatti assorbenti secondo la presente invenzione possono avere le più svariate forme e dimensioni a seconda delle esigenze da soddisfare. Secondo un aspetto preferito i manufatti assorbenti possono avere la forma di cuscini ottenuti saldando insieme sui bordi due fogli, uguali per forma e dimensioni, del materiale costituente l’involucro esterno. Preferibilmente i cuscini hanno forma rettangolare, cioè sono ricavati da due fogli del materiale costituente l’involucro esterno aventi forma rettangolare. Tra questi due fogli sarà posto l’involucro interno contenente il polimero. A titolo puramente esemplificativo un tale manufatto potrebbe avere dimensioni di 50 cm per 80 cm.

Come detto sopra l’involucro interno sarà preferibilmente costituito da due fogli di carta assorbente saldati insieme in modo da costituire una struttura dell’aspetto di un “foglio di celle”. Questa struttura può avere convenientemente una forma analoga alla forma del manufatto assorbente, in modo da distribuire il polimero in tutto lo spazio tra i due fogli di materiale permeabile, costituenti l’involucro esterno. Possono essere usate anche più di dette strutture sovrapposte l’una all’altra; è però preferibile usarne una sola per ogni manufatto assorbente. Questo permette di ottimizzare lo sfruttamento del polimero e le proprietà di contenimento del liquido del manufatto, e di realizzare quest’ultimo con la minore quantità possibile di materiale diverso dal polimero superassorbente.

L’involucro esterno ha principalmente la funzione di contenere il polimero rigonfiato. Il volume disponibile nell’involucro esterno deve essere tale da permettere un’espansione del polimero corrispondente ad un assorbimento di liquido adeguato. Quando detto involucro esterno ha la forma di un cuscino individuato da due fogli di involucro esterno uniti insieme lungo i bordi, valori adeguati di detto volume possono essere vantaggiosamente tra 35 e 100 I per m<2 >di superficie laterale del manufatto assorbente, dove per superficie laterale si intende la superficie di uno dei due fogli costituenti l’involucro esterno. Più preferibilmente tale volume è di almeno 50, ancora più preferibilmente almeno 70 l/m<2>.

Il polimero superassorbente in forma di granuli può essere facilmente scelto in funzione dell'utilizzo. Preferiti sono sali di acido poliacrilico reticolato, come poliacrilato di sodio reticolato. In termini di efficienza sono preferiti polimeri capaci di assorbire almeno 10 volte il proprio peso di acqua, più preferiti sono quelli che assorbono almeno 50 volte il proprio peso di acqua. Un prodotto particolarmente preferito è disponibile soto il nome di FAVOR-PAC 230, prodoto da Stockhausen, avente una granulometria da 100 ad 860 μm.

È preferibile che i manufati assorbenti dell’invenzione contengano tra 0,5 e 2 kg, più preferibilmente tra 1 e 1 ,25 kg di polimero per m<2 >di superficie laterale come sopra definita.

Un parametro che può essere importante valutare è il peso del manufato una volta rigonfiato. Può essere utile che esso sia tale da far sì che l’atrito del manufato con il terreno ne ostacoli il trascinamento da parte del liquido che si vuole tratenere. Infati, i manufatti assorbenti secondo la presente invenzione sono particolarmente indicati per l’utilizzo in caso di versamento di grandi quantità di liquido, come nel caso di alluvioni, perdite di liquido da tubazioni o impianti. Può essere altresì vantaggioso che tali manufati siano provvisti di mezzi per unirne più insieme, in modo da otenere struture d’assorbimento e di contenimento di dimensioni opportune; per esempio, può essere applicata una serie d’occhielli maschio e femmina, opportunamente alternati, lungo i bordi dei manufati.

Deti manufati possono anche essere fissati a struture rigide o contenuti in strutture come gabbie, che possono essere utilizzate nel contenimento di rilevanti flussi di liquido.

Inoltre, è facile regolare il contenuto per unità di volume o di superficie di polimero nonché scegliere dimensioni opportune, in modo da soddisfare anche altri tipi d’esigenza, come utilizzi domestici o sanitari, il che conferisce una gran flessibilità d’impiego al trovato.

I manufati assorbenti secondo la presente invenzione sono d’agevole rimozione dopo l’impiego, senza perdita del liquido assorbito. Possono essere smaltiti, grazie ad una opportuna scelta dei materiali che li compongono, come normali rifiuti (fatto salvo il caso in cui avessero assorbito liquidi con inquinanti particolari).

Possono anche essere asciugati, per esempio lasciandoli alla luce. Il polimero in questo caso rilascia l’acqua assorbita, in forma gassosa, alleggerendosi. Questo può essere utile per il trasporto dei manufatti utilizzati e per il loro smaltimento (i polimeri superassorbenti possono generalmente essere inceneriti).

Generalmente, i polimeri del tipo impiegato, una volta utilizzati, anche dopo aver rilasciato l’acqua assorbita nel modo indicato, avranno perso la loro capacità di assorbimento. Per questo, un riutilizzo dei manufatti assorbenti secondo l’invenzione sarà possibile solo nel caso in cui abbiano assorbito liquido solo per una parte della propria capacità totale. Data la loro natura, i manufatti secondo l’invenzione dovranno essere protetti, fino al loro impiego, dall’umidità, che verrebbe altrimenti assorbita dal polimero, compromettendone la capacità d’assorbimento, e che potrebbe portare alla disgregazione dell’involucro interno. Un sistema adatto è quello di conservare i manufatti in involucri di materiale impermeabile sigillati.

A titolo puramente esemplificativo, si segnala che l’involucro interno a celle può venire prodotto con macchine simili a quelle utilizzate per confezionare prodotti in forma di polveri in bustine di carta o di altri materiali termosaldabili, macchine che producono un foglio continuo con struttura a celle, che viene poi tagliato in bustine. Invece di venire tagliato, tale foglio può venire posto tra due fogli del materiale costituente l'involucro esterno del manufatto secondo l’invenzione, svolti in continuo da rulli. Il “nastro” a più strati così ottenuto viene termosaldato lungo i bordi e contemporaneamente termosaldato e tagliato trasversalmente ad intervalli adeguati, per ottenere manufatti rettangolari delle dimensioni desiderate. Le modifiche necessarie ai macchinari utilizzati possono essere facilmente individuate dai tecnici del ramo.

È da notare che, operando nel modo delineato sopra, l’involucro interno risulta saldato per tutti e quattro i lati a quello esterno. Tale caratteristica, dovuta alla necessità di semplificare il processo di produzione, può risultare vantaggiosa al fine di mantenere il polimero nella posizione voluta. Non è comunque generalmente indispensabile che l’involucro interno sia fissato a quello esterno.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Manufatto assorbente comprendente un involucro esterno permeabile all’acqua, detto manufatto essendo caratterizzato dal fatto che detto involucro esterno contiene un involucro interno costituito da almeno un materiale sostanzialmente privo di resistenza meccanica se bagnato, detto involucro interno contenente un polimero superassorbente in forma di granuli.
2. Manufatto secondo la rivendicazione 1 in cui l’involucro esterno è realizzato con un tessuto non tessuto del peso compreso tra 20 e 100 g/m<2>.
3. Manufatto secondo la rivendicazione 2 in cui detto materiale è polipropilene.
4. Manufatto secondo qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detto polimero superassorbente è in grado di assorbire acqua oltre 10 volte il proprio peso.
5. Manufatto secondo la rivendicazione 4 in cui detto polimero superassorbente è in grado di assorbire acqua oltre 50 volte il proprio peso.
6. Manufatto secondo la rivendicazione 4 o 5 in cui detto polimero superassorbente è un sale sodico dell’acido poliacrilico reticolato avente granulometria compresa fra 100 e 860 μm .
7. Manufatto secondo qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui detto involucro interno è costituito da carta assorbente avente peso compreso tra 50 e 120 g/m<2>.
8. Manufatto secondo la rivendicazione 7 in cui detta carta assorbente è termosaldabile.
9. Manufatto secondo la rivendicazione 7 o 8 in cui detta carta assorbente ha umidità residua compresa tra 1 e 20% in peso, spessore tra 90 e 170 μm e resistenza meccanica a trazione da asciutto, tra 0,3 ed 1 ,5 kN/m.
10. Manufatto secondo la rivendicazione 9, in cui detta carta assorbente ha un’umidità residua non superiore al 7% in peso.
11. Manufatto secondo qualsiasi delle rivendicazioni da 7 a 10, in cui detta carta assorbente è ottenuta da carta da macero spappolata e stesa in fogli.
12. Manufatto secondo qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 6 in cui detto involucro interno è costituito da un materiale termosaldabile ed idrosolubile.
13. Manufatto secondo qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto involucro interno comprende una pluralità di celle chiuse, contenenti detto polimero superassorbente.
14. Manufatto secondo la rivendicazione 13, in cui detto involucro interno è costituiti da due fogli di detto materiale, sostanzialmente privo di resistenza meccanica se bagnato, termosaldati in modo da avere una pluralità di celle, ciascuna ricavata tra i due detti fogli.
15. Manufatto secondo la rivendicazione 14, in cui detto involucro interno presenta tra 500 e 2000 celle per m<2>.
16. Manufatto secondo la rivendicazione 15, in cui detto involucro interno presenta tra 700 e 1200 celle per m<2>.
17. Manufatto secondo qualsiasi delle rivendicazioni precedenti avente forma di un cuscino rettangolare, individuato da due fogli di materiale costituente l’involucro esterno uniti fra loro lungo i bordi.
18. Manufatto secondo la rivendicazione 17, in cui il polimero è presente in quantità compresa fra 0,5 e 2 kg/m<2>.
19. Manufatto secondo la rivendicazione 18, in cui il polimero è presente in quantità compresa fra 1 e 1 ,25 kg/m<2->20. Manufatto secondo qualsiasi rivendicazione da 17 a 19, in cui il volume disponibile nell’involucro esterno è compreso tra 35 e 100 l/m<2 >di superficie laterale, preferibilmente superiore a 50 l/m<2>. (CIA/lm)