ITMI20100988A1 - Membrane impermeabilizzanti a base di bitume modificato con polimeri, contenenti cenosfere di silicato di alluminio in combinazione con microsfere cave di vetro, per la fabbricazione di membrane impermeabilizzanti a peso specifico inferiore a 1 g/cm3 - Google Patents
Membrane impermeabilizzanti a base di bitume modificato con polimeri, contenenti cenosfere di silicato di alluminio in combinazione con microsfere cave di vetro, per la fabbricazione di membrane impermeabilizzanti a peso specifico inferiore a 1 g/cm3 Download PDFInfo
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Description
Descrizione del brevetto per invenzione industriale avente per titolo:
“MEMBRANE IMPERMEABILIZZANTI A BASE DI BITUME MODIFICATO CON POLIMERI, CONTENENTI CENOSFERE DI SILICATO DI ALLUMINIO IN COMBINAZIONE CON MICROSFERE CAVE DI VETRO, PER LA FABBRICAZIONE DI MEMBRANE IMPERMEABILIZZANTI A PESO SPECIFICO INFERIORE A 1 G/CM<3>â€
L’invenzione riguarda membrane impermeabilizzanti a base di bitume.
STATO DELLA TECNICA
Formulati comprendenti bitume industriale, una carica minerale, un polimero termoplastico o una miscela di polimeri termoplastici sono stati da tempo proposti per la preparazione di membrane impermeabilizzanti per applicazioni in edilizia. La carica minerale tipica dei formulati convenzionali à ̈ il carbonato di calcio.
Ad esempio, US 2006/0110996 descrive membrane impermeabilizzanti ottenute per applicazione di un formulato comprendente bitume, un polimero termoplastico, carbonato di calcio e biossido di titanio su un lato di un materiale fibroso quale fibra di vetro o un poliestere non tessuto.
US 4,420,524 descrive simili membrane impermeabilizzanti ottenute per impregnazione di una pluralità di strati di rinforzo costituiti da strutture di fibra di vetro e di poliestere con un formulato di bitume e un polimero termoplastico ed eventualmente una carica minerale costituita da vari composti quali calce spenta, talco, argille, terra di diatomee, cemento e simili.
Nello specifico settore applicativo, à ̈ particolarmente sentita l’esigenza di formulati bituminosi che consentano la preparazione di membrane impermeabilizzanti che siano il più possibile leggere, senza compromissione delle caratteristiche di resistenza meccanica e di prestazioni della membrana.
DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE
Si à ̈ ora trovato che à ̈ possibile ottenere un formulato bituminoso particolarmente vantaggioso sostituendo il carbonato di calcio, o equivalenti cariche minerali dei formulati noti, con un materiale costituito da una miscela di silicato di alluminio in forma di cenosfere e di microsfere cave di vetro con densità molto inferiore a 1 g/cm<3>.
Il formulato dell’invenzione à ̈ caratterizzato da un peso specifico molto inferiore al peso specifico del formulato tradizionale, il che consente la fabbricazione di membrane, a parità di spessore, più leggere rispetto a quelle fabbricate con il formulato tradizionale, mantenendo inalterate le caratteristiche di resistenza meccanica e di prestazioni della membrana.
La riduzione di peso comporta un grande vantaggio nella applicazione della membrana impermeabilizzante in cantiere, applicazione che à ̈ tuttora eseguita manualmente.
Viene facilitato il trasporto dei rotoli di membrana in quota, riducendo lo sforzo del posatore per la sua stesura sulla superficie da impermeabilizzare.
La maggiore flessibilità della nuova membrana consente inoltre un migliore adattamento alla superficie da impermeabilizzare, superficie che raramente à ̈ perfettamente piana.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE
L’invenzione fornisce, in suo primo aspetto, membrane impermeabilizzanti costituite da un materiale di rinforzo impregnato con un formulato bituminoso comprendente bitume industriale, una carica minerale, un polimero termoplastico o una miscela di polimeri termoplastici, caratterizzate dal fatto che la carica minerale à ̈ costituita da silicato di alluminio in forma di cenosfere con densità compresa tra 0,6 e 0,85 g/cm<3>e dimensioni comprese tra 5 e 300, preferibilmente tra 5 e 106 µm, in combinazione con microsfere cave di vetro con densità tra 0,10 e 0,14 g/cm<3>e dimensioni inferiori 120 µm.
Le membrane impermeabilizzanti bituminose dell’invenzione sono caratterizzate da un peso specifico inferiore a 1 g/cm<3>.
In un suo ulteriore aspetto, l’invenzione riguarda anche un processo per la preparazione di membrane impermeabilizzanti, che comprende l’impregnazione di un materiale di rinforzo con un formulato come sopra definito. L’invenzione riguarda infine anche le membrane ottenibili da detto processo, appartenenti a diverse classi definite da valori di flessibilità a freddo, misurata secondo norma EN 1109, negli intervalli da 0°C a -25°C.
Il polimero termoplastico à ̈ preferibilmente scelto fra polietilene bassa densità , polietilene alta densità , polipropilene isotattico, copolimero etilene/propilene, terpolimero etilene/propilene/butene, polipropilene atattico, copolimero a blocchi stirene-butadiene-stirene.
Il bitume industriale, in particolare bitume 180-200, à ̈ generalmente presente nei formulati dell’invenzione in quantità compresa tra il 75% e l’85% in peso mentre il polimero o i polimeri termoplastici sono presenti in quantità comprese tra il 10% e il 18%.
Il silicato di alluminio in forma di cenosfere con densità compresa tra 0,6 e 0,85 g/cm<3>e dimensioni comprese tra 5 e 300, preferibilmente tra 5 e 106 µm à ̈ un prodotto disponibile in commercio con la denominazione di Fillite®. Le microsfere cave di vetro con densità tra 0,10 e 0,14 g/cm<3>e dimensioni inferiori 120 µm, da utilizzare in combinazione con Fillite, sono disponibili in commercio con la denominazione di Scotchlite della 3M.
Dette cariche leggere sono presenti nel formulato in quantità compresa tra il 2% e il 10% in peso, preferibilmente in quantità compresa tra il 3% e il 6% in peso.
I materiali di rinforzo da impregnare con i formulati dell’invenzione per la preparazione delle membrane impermeabilizzanti comprendono sia poliestere tessuto non tessuto che velo vetro.
Le membrane bituminose sono tradizionalmente classificate in base al parametro di flessibilità a freddo, misurato secondo la norma EN 1109 che determina la temperatura minima alla quale il provino di membrana bituminosa può essere piegato intorno ad uno specifico mandrino senza rompersi.
Tre sono le classi più diffuse sul mercato, e precisamente Classe -5°C, Classe -10°C, Classe -15°C. Questa classificazione non trova riferimento in una normativa specifica ma à ̈ storicamente riconosciuta dal mercato.
Tipici formulati tradizionali per ciascuna classe sono:
Classe -5°C.
Composizione del formulato, espressa in % in peso:
ƒ Miscela di polietilene alta e bassa densità : 6%;
ƒ Carbonato di calcio: 49%;
ƒ Bitume industriale 180-200: 45%.
Peso della membrana di spessore 4 mm: 5,7 kg/m<2>.
Peso del rotolo da 10 m<2>di membrana: 57 kg.
Caratteristiche meccaniche del compound:
ƒ Flessibilità a freddo (EN1109): -5°C;
ƒ Penetrazione a 25°C (EN 1426): 18 dmm;
ƒ Penetrazione a 60°C (EN 1426): 80 dmm;
ƒ Temperatura di rammollimento (EN1427): 120°C;
ƒ Viscosità a 180°C con viscosimetro Brookfield DV-E, girante RV07, 100 rpm: 13000 cps.
Caratteristiche tipiche prestazionali della membrana:
ƒ Resistenza allo scorrimento ad elevata temperatura (EN 1110):
110°C.
ƒ Impermeabilità all’acqua (EN 1928-B): 100 kPa.
Classe -10°C.
Composizione del formulato, espressa in % in peso:
ƒ Miscela di polietilene alta e bassa densità : 8%;
ƒ Carbonato di calcio: 38%;
ƒ Bitume industriale 180-200: 54%;
Peso della membrana di spessore 4 mm: 5,2 kg/m<2>;
Peso del rotolo da 10 m<2>di membrana: 52 kg.
Caratteristiche meccaniche del compound:
ƒ Flessibilità a freddo (EN1109): -10°C;
ƒ Penetrazione a 25°C (EN 1426): 18 dmm;
ƒ Penetrazione a 60°C (EN 1426): 85 dmm;
ƒ Temperatura di rammollimento (EN1427): 120°C;
ƒ Viscosità a 180°C con viscosimetro Brookfield DV-E, girante RV07, 100 rpm: 9300 cps.
Caratteristiche tipiche prestazionali della membrana:
ƒ Resistenza allo scorrimento ad elevata temperatura (EN 1110):
110°C;
ƒ Impermeabilità all’acqua (EN 1928-B): 100 kPa.
Classe -15°C.
Composizione del formulato, espressa in % in peso:
ƒ Miscela di polietilene bassa densità e copolimero a blocchi stirene-butadiene-stirene: 6%;
ƒ Carbonato di calcio: 35%;
ƒ Bitume industriale 180-200: 59%.
Peso della membrana di spessore 4 mm: 5,1 kg/m<2>;
Peso del rotolo da 10 m<2>di membrana: 51 kg.
Caratteristiche meccaniche del compound:
ƒ Flessibilità a freddo (EN1109): -15°C;
ƒ Penetrazione a 25°C (EN 1426): 26 dmm;
ƒ Penetrazione a 60°C (EN 1426): 103 dmm;
ƒ Temperatura di rammollimento (EN1427): 118°C;
ƒ Viscosità a 180°C con viscosimetro Brookfield DV-E, girante RV07, 100 rpm: 9200 cps.
Caratteristiche tipiche prestazionali della membrana:
ƒ Resistenza allo scorrimento ad elevata temperatura (EN 1110): 110°C.
ƒ Impermeabilità all’acqua (EN 1928-B): 100 kPa.
Il formulato dell’invenzione consente di ottenere membrane con peso notevolmente ridotto rispetto alle membrane tradizionali, mantenendo inalterate le prestazioni e, per alcuni aspetti, ulteriormente migliorandole.
In particolare, le caratteristiche distintive del nuovo formulato, rispetto al formulato tradizionale adatto per la fabbricazione di una membrana della stessa classe, possono così essere riassunte:
Totale assenza di carbonato di calcio;
Carica minerale costituita da silicato di alluminio in forma di cenosfere con densità compresa tra 0,6 e 0,85 g/cm<3>e dimensioni comprese tra 5 e 300 µm, in combinazione con microsfere cave di vetro con densità tra 0,10 e 0,14 g/cm<3>e dimensioni inferiori 120 µm.
Temperatura di rammollimento più elevata;
Caratteristiche reologiche diverse permettono una riduzione sensibile dei tempi nel processo di trasferimento del compound dal miscelatore alla vasca di impregnazione e un miglior comportamento nella fase di impregnazione.
La caratteristica distintiva delle membrane ottenute utilizzando il formulato dell’invenzione sono:
Peso della membrana, a parità di spessore, notevolmente inferiore.
Punto di rammollimento più elevato. La nuova membrana resiste maggiormente alle alte temperature, favorisce la fase di posa evitando la fusione di tutto il compound, previene il fenomeno di “foot print†.
Maggiore velocità della linea di produzione.
L’invenzione à ̈ illustrata in maggior dettaglio negli esempi seguenti. ESEMPIO 1: membrana Classe -5
In un mescolatore di volume pari a 10 m<3>si alimentano:
ƒ Polietilene bassa densità : 800 kg;
ƒ Polipropilene isotattico: 600 kg;
ƒ Carica minerale costituita da silicato di alluminio in forma di cenosfere con densità compresa tra 0,6 e 0,85 g/cm<3>e dimensioni comprese tra 5 e 300 µm: 500 kg;
ƒ Carica minerale costituita da microsfere cave di vetro con densità compresa tra 0,10 e 0,14 g/cm<3>e dimensioni inferiori a 120 µm: 20 kg.
ƒ Bitume industriale 180-200: 7535 kg.
La composizione del formulato, espressa in % in peso, risulta:
ƒ Miscela di polietilene bassa densità e polipropilene isotattico:
15,5%;
ƒ Carica minerale: 5,5%;
ƒ Bitume industriale 180-200: 79%.
Caratteristiche meccaniche del compound:
ƒ Flessibilità a freddo (EN1109): -5°C;
ƒ Penetrazione a 25°C (EN 1426): 18 dmm;
ƒ Penetrazione a 60°C (EN 1426): 78 dmm;
ƒ Temperatura di rammollimento (EN1427): 159°C;
ƒ Viscosità a 180°C con viscosimetro Brookfield DV-E, girante RV07, 100 rpm: 10900 cps.
Il compound così ottenuto, alimentato in una linea di produzione di membrane del tutto convenzionale, consente di realizzare una membrana con le seguenti caratteristiche:
ƒ Peso della membrana di spessore 4 mm: 3,7 kg/m<2>;
ƒ Peso del rotolo da 10 m<2>di membrana: 37 kg.
Caratteristiche prestazionali della membrana:
ƒ Resistenza allo scorrimento ad elevata temperatura (EN 1110):
120°C;
ƒ Impermeabilità all’acqua (EN 1928-B): 100 kPa.
ESEMPIO 2: membrana Classe -10
In un mescolatore di volume pari a 10 m<3>si alimentano:
ƒ Polietilene bassa densità : 500 kg;
ƒ Polipropilene isotattico: 400 kg;
ƒ Copolimero etilene/propilene: 500 kg;
ƒ Carica minerale costituita da silicato di alluminio in forma di cenosfere con densità compresa tra 0,6 e 0,85 g/cm<3>e dimensioni comprese tra 5 e 300 µm: 500 kg;
ƒ Carica minerale costituita da microsfere cave di vetro con densità compresa tra 0,10 e 0,14 g/cm<3>e dimensioni inferiori a 120 µm: 20 kg.
ƒ Bitume industriale 180-200: 7536 kg.
La composizione del formulato, espressa in % in peso, risulta:
ƒ Miscela di polietilene bassa densità , polipropilene isotattico, copolimero etilene/propilene: 14,7%;
ƒ Carica minerale: 5,5%;
ƒ Bitume industriale 180-200: 79,8%.
Caratteristiche meccaniche del compound:
ƒ Flessibilità a freddo (EN1109): -10°C;
ƒ Penetrazione a 25°C (EN 1426): 18 dmm;
ƒ Penetrazione a 60°C (EN 1426): 77 dmm;
ƒ Temperatura di rammollimento (EN1427): 159°C;
ƒ Viscosità a 180°C con viscosimetro Brookfield DV-E, girante RV07, 100 rpm: 7250 cps.
Il compound così ottenuto, alimentato in una linea di produzione di membrane del tutto convenzionale, consente di realizzare una membrana con le seguenti caratteristiche:
ƒ Peso della membrana di spessore 4 mm: 3,7 kg/m<2>;
ƒ Peso del rotolo da 10 m<2>di membrana: 37 kg.
Caratteristiche prestazionali della membrana:
ƒ Resistenza allo scorrimento ad elevata temperatura (EN 1110):
130°C.
ƒ Impermeabilità all’acqua (EN 1928-B): 100 kPa.
Le caratteristiche reologiche del nuovo formulato sono significativamente diverse da quelle del formulato tradizionale, come risulta dalla Tabella, che riporta i valori di viscosità in cps a 180°C con viscosimetro Brookfield DV-E, girante RV07, al variare del numero di giri del viscosimetro.
10 rpm 20 rpm 50 rpm 100 rpm
Nuovo formulato 14300 13500 9200 6100
Formulato 14600 11800 10360 9300 tradizionale
Tabella
Dai dati riportati in Tabella si evince che entrambi i formulati hanno un marcato comportamento di tipo pseudo-plastico, in quanto la loro viscosità diminuisce al crescere del numero di giri della girante, al cui crescere cresce la velocità di deformazione del fluido.
Tuttavia, mentre il formulato tradizionale mostra la prevalente caduta del valore di viscosità nell’intervallo 10-20 rpm, il formulato dell’invenzione mostra la prevalente caduta del valore di viscosità nell’intervallo 20-100 rpm, con una viscosità a 100 rpm significativamente inferiore a quella del formulato tradizionale. Questo differente comportamento indica che il formulato dell’invenzione, pur avendo valori di viscosità equivalenti al tradizionale a basse velocità di deformazione, à ̈ caratterizzato da viscosità nettamente inferiori a velocità di deformazione elevata.
Tale comportamento si traduce in un vantaggio nel processo di produzione, con riduzione dei tempi di trasferimento del compound dal miscelatore alla linea di produzione e successivamente nella fase di impregnazione (maggiore velocità della linea) dove l’elevata velocità della linea di produzione impone al compound grandi velocità di deformazione. La elevata viscosità a basse velocità di deformazione, tipiche della fase di asciugatura, evita fenomeni di colaggio del compound a valle della fase di impregnazione.
ESEMPIO 3: membrana Classe -15
In un mescolatore di volume pari a 10 m<3>si alimentano:
ƒ Polietilene bassa densità : 400 kg.
ƒ Copolimero a blocchi stirene-butadiene-stirene: 700 kg.
ƒ Carica minerale costituita da silicato di alluminio in forma di cenosfere con densità compresa tra 0,6 e 0,85 g/cm<3>e dimensioni comprese tra 5 e 300 µm: 500 kg;
ƒ Carica minerale costituita da microsfere cave di vetro con densità compresa tra 0,10 e 0,14 g/cm<3>e dimensioni inferiori a 120 µm: 20 kg.
ƒ Bitume industriale 180-200: 7869 kg.
La composizione del formulato, espressa in % in peso, risulta:
ƒ Miscela di polietilene bassa densità , copolimero a blocchi stirenebutadiene-stirene: 11,5%;
ƒ Carica minerale: 5,5%;
ƒ Bitume industriale 180-200: 83%.
Caratteristiche meccaniche del compound:
ƒ Flessibilità a freddo (EN1109): -15°C;
ƒ Penetrazione a 25°C (EN 1426): 28 dmm;
ƒ Penetrazione a 60°C (EN 1426): 126 dmm;
ƒ Temperatura di rammollimento (EN1427): 124°C;
ƒ Viscosità a 180°C con viscosimetro Brookfield DV-E, girante RV07, 100 rpm: 7820 cps.
Il compound così ottenuto, alimentato in una linea di produzione di membrane del tutto convenzionale, consente di realizzare una membrana con le seguenti caratteristiche:
ƒ Peso della membrana di spessore 4 mm: 3,7 kg/m<2>;
ƒ Peso del rotolo da 10 m2 di membrana: 37 kg.
Caratteristiche prestazionali della membrana:
ƒ Resistenza allo scorrimento ad elevata temperatura (EN 1110):
110°C;
Impermeabilità all’acqua (EN 1928-B): 100 kPa.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Membrane impermeabilizzanti costituite da un materiale di rinforzo impregnato con un formulato bituminoso comprendente bitume industriale, una carica minerale, un polimero termoplastico o una miscela di polimeri termoplastici, caratterizzato dal fatto che la carica minerale à ̈ costituita da silicato di alluminio in forma di cenosfere con densità compresa tra 0,6 e 0,85 g/cm<3>e dimensioni comprese tra 5 e 300 µm, preferibilmente tra 5 e 106 µm, in combinazione con microsfere cave di vetro con densità tra 0,10 e 0,14 g/cm<3>e dimensioni inferiori 120 µm.
- 2. Membrane impermeabilizzanti secondo la rivendicazione 1 in cui il polimero termoplastico à ̈ scelto fra polietilene bassa densità , polietilene alta densità , polipropilene isotattico, copolimero etilene/propilene, terpolimero etilene/propilene/butene, polipropilene atattico, copolimero a blocchi stirene-butadiene-stirene.
- 3. Membrane impermeabilizzanti secondo la rivendicazione 1 o 2 in cui il bitume industriale à ̈ presente in quantità compresa tra il 75% e l’85% in peso.
- 4. Membrane impermeabilizzanti secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 3 in cui il polimero o i polimeri termoplastici sono presenti in quantità compresa tra il 10% e il 18%.
- 5. Membrane impermeabilizzanti secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 4 in cui la carica minerale à ̈ presente in quantità compresa tra il 2% e il 10% in peso, preferibilmente in quantità compresa tra il 3% e il 6% in peso.
- 6. Membrane impermeabilizzanti bituminose secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 5 caratterizzate da un peso specifico inferiore a 1 g/cm<3>.
- 7. Processo per la preparazione di membrane impermeabilizzanti appartenenti a diverse classi definite da valori di flessibilità a freddo, misurata secondo norma EN 1109, negli intervalli da 0°C a -25°C, che comprende l’impregnazione di un materiale di rinforzo con un formulato bituminoso comprendente bitume industriale, una carica minerale costituita da silicato di alluminio in forma di cenosfere con densità compresa tra 0,6 e 0,85 g/cm<3>e dimensioni comprese tra 5 e 300 µm, preferibilmente tra 5 e 106 µm, in combinazione con microsfere cave di vetro con densità tra 0,10 e 0,14 g/cm<3>e dimensioni inferiori 120 µm e un polimero termoplastico o una miscela di polimeri termoplastici.
- 8. Processo secondo la rivendicazione 7, in cui il materiale di rinforzo à ̈ un poliestere tessuto non tessuto.
- 9. Membrane impermeabilizzanti ottenibili dal processo delle rivendicazioni 7 o 8.
- 10. Un formulato bituminoso per la preparazione di membrane impermeabilizzanti comprendente bitume industriale, una carica minerale, un polimero termoplastico o una miscela di polimeri termoplastici, caratterizzato dal fatto che la carica minerale à ̈ costituita da silicato di alluminio in forma di cenosfere con densità compresa tra 0,6 e 0,85 g/cm<3>e dimensioni comprese tra 5 e 300 µm, preferibilmente tra 5 e 106 µm, in combinazione con microsfere cave di vetro con densità tra 0,10 e 0,14 g/cm<3>e dimensioni inferiori 120 µm. Milano, 1° giugno 2010
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