ITMI961794A1 - Lastre antirumore e antiframmentazione - Google Patents
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Description
Descrizione dell'invenzione industriale
La presente invenzione riguarda lastre a base di polimeri acrilici da essere usate come barriere dotate di proprietà antirumore e antiframmentazione.
In particolare si riferisce a lastre di polimetilmetacrilato ad alto spessore, dell'ordine di 10-25 mm, preferibilmente 15-20 mm, trasparenti, per barriere autostradali, viadotti, ponti, ecc.
E' ben noto utilizzare pannelli acrilici rispetto ad altri materiali nella costruzione di barriere antirumore, per esempio da impiegarsi in autostrada.
Il problema tecnico si pone quando un corpo contundente urta il pannello determinando così la formazione di frammenti che cadono nell'area stradale. Lo stesso problema si pone nel caso di viadotti e ponti creando situazioni di pericolo per ciò che si trova al di sotto di queste strutture.
E' noto costruire barriere protettive contro questa frammentazione per mezzo di reti che avvolgono il pannello. Tuttavia le maglie della rete devono avere dimensioni ampie altrimenti il pannello non presenta più fenomeni di trasparenza, necessaria per le applicazioni pratiche di questi pannelli. L'alternativa che è stata utilizzata in pratica è quella di impiegare reti a maglie larghe per permettere una certa trasparenza. Lo svantaggio di questa soluzione tecnica è che la capacita di antiframmentazione delle reti risulta in questo modo molto diminuita. In più per mantenere una certa trasparenza i pannelli devono essere soggetti a operazioni di pulizia molto frequenti in quanto le reti facilitano l'accumulo di sostanze che diminuiscono la trasparenza, ad esempio polvere, foglie, ecc. Questo richiede lo smontaggio delle reti con conseguente aumento dei costi di manutenzione.
Gli stessi svantaggi si verificano anche se le reti vengono inserite nel pannello per quanto riguarda la trasparenza anche se in questo modo viene eliminata l'operazione di pulizia sopra descritta.
In una precedente domanda di brevetto italiana a nome della Richiedente MI 95 A 002267 sono state descritte lastre antirumore e antiframmentazione a base di polimeri acrilici impiegando un film continuo di polimero avente la proprietà di avere modulo elastico inferiore a quello del PMMA di almeno il 30%, e/o allungamento a rottura più elevato di almeno 40%, preferibilmente di almeno 60% misurato con il test secondo la normativa ISO 527 per le lastre e i film, o normative analoghe, posto all'interno del pannello.
Venivano descritti in detta domanda come polimeri preferiti: polialchilentereftalati trasparenti con l'alchile da 2 a 5 atomi di carbonio, ad esempio polietilentereftalato (PET), polibutilenteref talato (PBT); polivinilbutirrale (PVB), elastomeri trasparenti a base acrilica, elastomeri termoplastici a base stirenica trasparenti come ad esempio i copolimeri a blocchi stirene/butadiene, copolimeri a base stirenica trasparenti tipo MBS.
La Richiedente ha ora sorprendentemente e inaspettatamente trovato altri tipi specifici di film polimerici, che hanno le proprietà di modulo elastico e/o allungamento a rottura indicate sopra, con i quali è possibile realizzare lastre antirumore e antiframmentazione a base di polimeri acrilici che danno buone proprietà di antiframmentazione.
Costituisce un oggetto della presente invenzione lastre antirumore e antiframmentazione a base di polimeri acrilici impiegando un film continuo di polimero che ha la proprietà di avere modulo elastico inferiore a quello del PMMA di almeno il 30%, e/o allungamento a rottura più elevato di almeno 40%, preferibilmente di almeno 60% misurato con il test secondo la normativa ISO 527 per le lastre o i film, o normative analoghe, posto all'interno del pannello, il film da essere utilizzato come strato interno fra due lastre di PMMA comprende i seguenti componenti essenziali:
(a) scelto fra i seguenti componenti:
(al) monomeri alchil(met)acrilati aventi formula generale:
in cui
R0''' può essere H, CH3
R01 può essere un'alchile da 1 a 10 atomi di carbonio lineare o ramificato quando possibile, preferibilmente una catena alchilica lineare, preferibilmente da 1 a 6 atomi di carbonio, oppure un cicloalchil alchile da 5 a 15 atomi di carbonio, eventualmente contenente eteroatomi, per esempio ciclopentile o cicloesile;
(a2) oligomeri uretano di(tri)(met)acrilati . alifatici ottenibili per reazione di un poliisocianato, preferibilmente di(tri)isocianato di formula generale:
in cui R' è una catena alifatica da 1 a 10 atomi di carbonio, preferibilmente da 2 a 6, oppure una catena (alchil)cicloalifatica in cui l'alchile ha il significato sopra descritto e il cicloalchile è un anello ciclico da 3 a 6 atomi di carbonio, preferibilmente 5-6,
q essendo un intero da 2 a 6, preferibilmente da 2 a con
dialcoli di formula generale:
in cui R'' ha lo stesso significato di R'; detto prepolimero terminato NCO o OH, viene fatto reagire con acido (met)acrilico per ottenere terminazioni insature;
(al) e (a2) potendo anche essere in miscela fra di loro, la quantità di (a2) variando dal 20 all'80% in peso rispetto ad (al), preferibilmente fra 20-40% in peso;
(b) scelto fra uno o più dei seguenti componenti:
(bl) polialchilglicoli di-poli-(met)acrilati di formula generale:
in cui
R0 è uguale ad H, CH3,
R''' è uguale a H, alchile da 1 a 6 atomi di carbonio, preferibilmente di 1,
m è un intero da 2 a 12, preferibilmente da 3 a 10; (b2) alchil di-poli-(met)acrilati di formula generale:
m cui
R0 è uguale a H, CH3,
n' è un intero da 2 a 10, preferibilmente da 4 a 6; (b3) poliallilglicidileteri di formula generale:
in cui
n" è un intero da 1 a 8, preferibilmente da 3 a 6, m' è un intero da 2 a 10, preferibilmente da 2 a 6, R0' è uguale a H oppure un alchile da 1 a 10 atomi di carbonio, preferibilmente da 1 a 6;
la miscela di (a) e (b) è tale da avere una viscosità fra 50 e 3.000 Poises, preferibilmente fra 100 e 1.000;
il componente (b) potendo essere omesso nel caso in cui nella formulazione sia presente il componente (a2); (c) alchil(met)acrilato di idrossi o carbossi alchili da 2 a 6 atomi di carbonio, in quantità comprese fra lo 0,5 e il 5% peso sul totale, preferibilmente 0,5-2, avente formula generale:
in cui
R0 è H o CH3,
R02 è un'alchile da 1 a 10 atomi di carbonio, preferibilmente da 1 a 6;
la quantità di componente (b) nella composizione essendo compresa fra 5 e 20% peso, preferibilmente fra 5 e 10% peso;
il film essendo ottenuto mediante polimerizzazione UV in presenza di fotoiniziatori in quantità compresa fra 0,1 e 10% peso, preferibilmente fra 0,5 e 5% peso;
la quantità di (a) essendo il complemento a 100.
I componenti di tipo (a2) sono noti commercialmente ad esempio come EB<® >; quali EB 230, EB 264, EB 284, EB 244 prodotti dalla società UCB.
I componenti di tipo (al) sono ad esempio l'acrilato di metile, etile, butile, isobutile, etil-esil, ecc.
I composti (bl) sono anche questi noti commercialmente come: SARTOMER<® >252, SARTOMER<® >400, commercializzati dalla Cray Valley, oppure il tripropilenglicolediacrilato (TPGDA),- i composti (b2) sono ben noti, si può citare citare l'esandiolodiacrilato (HDDA); i composti (b3) sono noti in commercio come SANTOLINK<® >XI 100 commercializzato dalla Monsanto.
I composti (c) che si possono citare sono gli idrossietil- e gli idrossipropil-acrilati o-metacrilati, preferito 1'alfa-idrossietil (met)acrilato, il carbossietil(met)acrilato, ad esempio il 2-carbossietil(met)acrilato.
II film può essere posto a metà del pannello o vicino alla superficie in trazione durante l'urto (superficie opposta alla superficie soggetta all'urto).
Il film quando è posto vicino alla superficie opposta alla superficie soggetta all'urto, opzionalmente anche vicino alla superficie soggetta all'urto, si trova a distanza fra 20-35% dello spessore totale della lastra rispetto alla superficie.
Secondo un altro aspetto dell'invenzione si possono usare due o più film inseriti all'interno del pannello che costituisce la lastra antiframmentazione. Questo viene ottenuto realizzando strutture multistrato con spessori del film verso il limite inferiore come sotto definito.
Il film ha uno spessore in generale da 70 μπι fino a 6 mm, preferibilmente da 90 μιη a 5 mm. Nelle strutture multistrato in genere lo spessore del film è dell'ordine di 500 micron fino a 2 mm.
Come fotoiniziatori di polimerizzazione di tipo radicalico indotta da luce ultravioletta si possono citare quelli a base di benzofenone come ESACURE<® >KT 37 e UVECRYL<® >P115 della Lamberti, o come IRGACURE<® >500 della Ciba-Geigy. Si possono anche utilizzare DAROCUR<® >1173 e gli altri composti indicati nel brevetto EP 374516; perossidi e/o idroperossidi alchilici o aromatici, ad esempio il perossido di benzoile, ter-butilidroperossido, laurilperossido, lauroilperossido, cumilidroperossido, ecc. La quantità di fotoiniziatori radicalici come detto sopra varia fra 0,5 e 5% in peso, preferibilmente fra 0,5 e 2% in peso.
Industrialmente il processo preferito per la preparazione dei pannelli antiframmentazione della presente invenzione è il seguente :
si prendono due lastre di PMMA (colato o estruso) si sovrappongono interponendo ai bordi delle lastre un nastro biadesivo, ad esempio il prodotto commercializzato da 3M come VHB<®>, di spessore di qualche millimetro, al fine di creare una intercapedine delle stesse dimensioni delle lastre e spessore del nastro, avendo però cura di lasciare una o più aperture a secondo delle dimensioni delle lastre, per permettere il riempimento dell'intercapedine con la resina polimerizzabile UV dell'invenzione. La quantità di resina è determinata tenendo conto oltre che del volume dell'intercapedine anche del ritiro dimensionale della composizione dell'invenzione durante la fase di polimerizzazione. Il pannello così ottenuto viene inserito all'interno di un forno dotato di lampade UVA e ivi tenuto per il tempo necessario alla polimerizzazione. Poiché questo tipo di lampade non danno origine ad un forte innalzamento della temperatura del pannello in preparazione, vengono così evitati i possibili tensionamenti del pannello che potrebbero pregiudicarne le proprietà.
La reticolazione oltre che i fotoiniziatori radicalici indicati sopra può essere anche di tipo misto di fotoiniziatori di tipo radicalico e cationico. Gli iniziatori cationici di polimerizzazione e reticolazione alla luce UV sono ben noti nell'arte, si possono citare ad esempio i sali di triarilsolfonio come gli esafluoroantimoniati di triarilsolfonio (UVI-6974-CYRACURE<®>, Union Carbide) e gli esafluorofostati di triarilsolfonio (UVI-6990-CYRACURE<®>, Union Carbide).
Tali fotoiniziatori cationici non vengono inibiti dal'ossigeno e vengono impiegati in combinazione con i fotoiniziatori radicalici preferibilmente in un rapporto in peso fra fotoiniziatore radicalico/cationico di almeno 2/1, più preferibilmente di 3/1. Impiegando tali rapporti è possibile ottenere la reticolazione della resina in un ambiente di aria con umidità relativa fino al 60%.
La quantità di fotoiniziatore di tipo cationico varia in genere tra 0,01 e 3% in peso, preferibilmente fra 0,2 e 0,6.
La resina reticolata come indicato sopra porta a prodotti di natura gommosa con le caratteristiche sopra indicate. In genere la reticolazione con fotoiniziatori radicalici viene effettuata per tempi compresi fra 30 sec.-30 min. in funzione della potenza della lampada, della distanza fra pannello e lampada, in generale in funzione della potenza radiante che raggiunge effettivamente il pannello contenente la resina da polimerizzare .
I pannelli con il film secondo la presente invenzione possono resistere ad una energia di impatto secondo il test indicato negli esempi.
In questo modo si determina se il pannello si rompe senza provocare frammenti, cioè se i frammenti vengono trattenuti dal film.
Per polimeri a base acrilica secondo la presente invenzione si intendono gli omopolimeri di MMA, i copolimeri di MMA con altri comonomeri tipo etil(met)acrilato, butil(met)acrilato in concentrazioni basse. In genere le quantità di comonomero sono fino a 10% in peso. Gli omopolimeri o copolimeri del MMA possono essere ottenuti per polimerizzazione secondo le tecniche usuali, ad esempio polimerizzazione in massa o sospensione. Il peso molecolare può essere regolato con l'aggiunta di opportuni trasferitori di catena, per esempio della classe dei mercaptani. I pesi molecolari medi ponderali M„ sono in generale compresi nell'intervallo 50.000-2.000.000.
I valori più bassi di peso molecolare essendo preferiti per la produzione di lastre per (co)estrusione; quelli più alti nel caso di preparazione di lastre per colate.
I seguenti esempi vengono dati solo a titolo illustrativo ma non limitativo della presente invenzione.
ESEMPIO 1
Preparazione della resina da polimerizzare
I componenti dlla resina dell'invenzione (a) (b) e (c) vengono pesati in un pallone di vetro scuro, quindi si scalda sotto in rotazione fino a 40°C in un bagno termostatico ad ultrasuoni per ottenere una perfetta omogeneizzazione degli stessi .
La miscela così ottenuta deve essere conservata in recipienti di vetro scuro per evitare la polimerizzazione prematura della stessa .
Le formulazione di questo esempio è la seguente:
Formulazione 1
ESEMPIO 2
Con lo stesso procedimento dell'esempio 1 è stata preparata la seguente resina:
Formulazione 2
ESEMPIO 3
Con lo stesso procedimento dell'esempio 1 è stata preparata la seguente resina:
Formulazione 3
ESEMPIO 4
Con lo stesso procedimento dell'esempio 1 è stata preparata la seguente resina:
Formulazione 4
ESEMPIO 5
Preparazione dei provini per le prove di impatto
La preparazione dei pannelli antiframmentazione è stata effetuata nel seguente modo:
si prendono due lastre di PMMA ottenute per colata aventi dimensioni 1000 mm x 1100 mm, e spessore 8 ram, non contenenti UV adsorber, si sovrappongono interponendo ai bordi delle lastre un nastro biadesivo (prodotto commercializzato da 3M VHB<®>) , di spessore di 1,5 mm, al fine di creare una intercapedine delle stesse dimensioni delle lastre e spessore del nastro, e lasciando tre aperture per il deflusso dell'aria durante il riempimento dell'intercapedine con la resina polimerizzabile UV dell'invenzione avente la composizione indicata nell'esempio 1. La quantità di resina introdotta è di 1815 cc. Durante la fase di riempimento si deve aver cura che non si formino bolle d'aria che possono eventualmente essere rimosse tramite l'uso di una siringa attraverso il nastro biadesivo e/o tramite pressione sulle lastre di PMMA. Una volta terminato il riempimento dell'intercapedine si sigillano i fori di deflusso dell'aria. Il pannello così ottenuto viene inserito all'interno di un forno a temperatura ambiente dotato di lampade UVA da 25 Watt/cm, mantenuta a distanza di circa 20 cm dal pannello, e ivi tenuto per 15 min. (tempo necessario per la polimerizzazione).
Prova antiframmentazione
Dalla lastra ottenuta con il metodo descritto sopra viene ricavato un provino di dimensioni 620 x 620 x 17,5 mm.
Il provino viene appoggiato su un supporto rigido quadrato di 600 x 600 mm avente una cornice di 30 mm circa di larghezza. Il pannello viene colpito nel centro da una sfera di acciaio di 90 mm di diametro avente un peso di 3 Kg circa lasciata cadere da un'altezza di 6 metri.
Dopo l'urto la lastra presenta una frattura a forma di stella ma i frammenti di PMMA sono perfettamente tenuti insieme dal film interposto tra le due lastre acriliche.
La stessa prova è stata ripetuta su 10 provini: alcuni hanno dato la frattura a forma di stella come indicato sopra, gli altri non hanno presentato alcun fenomeno di frattura.
In ogni caso quando la lastra si frattura i pezzi sono tenuti insieme dal film interposto fra le due lastre acriliche.
ESEMPIO 6
Si opera come nell'esempio 5 per la preparazione del pannello e per la prova antiframmentazione, ma utilizzando per quest'ultima una sfera di acciaio da 4 Kg circa e di diametro 100 mm.
I risultati della prova antiframmentazione sono simili a quelli dell'esempio 5.
ESEMPIO 7
Si segue la stessa procedura dell'esempio 5 per la preparazione del provino da sottoporre alla prova di antiframmentazione, ma il provino viene incastrato utilizzando una cornice superiore delle stesse dimensioni della cornice inferiore con l'utilizzo di due morsetti per lato tale che la pressione di serraggio sia di 150 kN/m<2>.
I risultati della prova antiframmentazione sono simili a quelli dell'esempio 5, in questo caso la lastra ha presentato una frattura a forma di stella ma i frammenti sono stati tenuti insieme dal film.
ESEMPIO 8
Si opera come nell'esempio 5, ma ricavando un provino di 250 mm x 250 mm x 17,5 mm. Il provino viene appoggiato su un supporto quadrato di 255 mm di lato avente una cornice di appoggio di 10 mm di larghezza. Viene fatto cadere sul centro del provino un punzone con all'estremità una sfera di acciaio di 50 mm di diametro per un peso complessivo di 4 Kg da un'altezza di 2 m.
I risultati della prova antiframmentazione sono simili a quelli dell'esempio 5.
Claims (13)
- RIVENDICAZIONI 1. Lastre antirumore e antiframmentazione di spessore 10-25 mm a base di polimeri acrilici impiegando un film continuo di polimero che ha la proprietà di avere modulo elastico inferiore a quello del PMMA di almeno il 30%, e/o allungamento a rottura più elevato di almeno 40%, misurato con il test secondo la normativa ISO 527 per le lastre o i film, posto all'interno del pannello, il film da essere utilizzato come strato interno fra due lastre di PMMA comprende i seguenti componenti essenziali: (a) scelto fra i seguenti componenti: (al) monomeri alchil(met)acrilati aventi formula generale:in cui R0''' può essere H, CH3 R01 può essere un'alchile da 1 a 10 atomi di carbonio lineare o ramificato quando possibile, un cicloalchil alchile da 5 a 15 atomi di carbonio, eventualmente contenente eteroatomi, (a2) oligomeri uretano di(tri)(met)acrilati alifatici ottenibili per reazione di un poliisocianato, di formula generale:in cui R' è una catena alifatica da 1 a 10 atomi di carbonio, una catena (alchil)cicloalifatica in cui l'alchile ha il significato sopra descritto e il cicloalchile è -un anello ciclico da 3 a 6 atomi di carbonio, q essendo un intero da 2 a 6, con dialcoli di formula generale:in cui R'' ha lo stesso significato di R'; detto prepolimero terminato NCO o OH, viene fatto reagire con acido (met)acrilico per ottenere terminazioni insature; (al) e (a2) potendo anche essere in miscela fra di loro, la quantità di (a2) variando dal 20 all'80% in peso rispetto ad (al), (b) scelto fra uno o più dei seguenti componenti: (bl) polialchilglicoli di-poli-(met)acrilati di formula generale:in cui R0 è uguale ad H, CH3, R''' è uguale a H, alchile da 1 a 6 atomi di carbonio, m è un intero da 2 a 12, (b2) alchil di-poli-(met)acrilati di formula generale:in cui R0 è uguale a H, CH3, n' è un intero da 2 a 10, (b3) poliallilglicidileteri di formula generale:in cui n" è un intero da 1 a 8, m' è un intero da 2 a 10, R0' è uguale a H oppure un alchile da 1 a 10 atomi di carbonio, la miscela di (a) e (b) è tale da avere una viscosità fra 50 e 3.000 Poises, il componente (b) potendo essere omesso nel caso in cui nella formulazione sia presente il componente (a2); (c) alchil(met)acrilato di idrossi o carbossi alchili da 2 a 6 atomi di carbonio, in quantità comprese fra lo 0,5 e il 5% peso sul totale, avente formula generale:in cui R0 è H o CH3, R02 è un'alchile da 1 a 10 atomi di carbonio, la quantità di componente (b) nella composizione essendo compresa fra 5 e 20% peso, peso; il film essendo ottenuto mediante polimerizzazione UV in presenza di fotoiniziatori in quantità compresa fra 0,1 e 10% peso, la quantità di (a) essendo il complemento a 100.
- 2. Lastre antirumore e antiframmentazione a base di polimeri acrilici impiegando un film continuo di polimero secondo la rivendicazione 1 in cui i componenti di tipo (al) sono l'acrilato di metile, etile, butile, isobutile, etilesil, il componente (bl) è il tripropilenglicolediacrilato (TPGDA); il composto (b2) è l'esandiolodiacrilato (HDDA), i composti (c) sono scelti tra gli idrossietil- e gli idrossipropil-acrilati o-metacrilati, il carbossietil(met)acrilato.
- 3 . Lastre antirumore e antiframmentazione a base di polimeri acrilici impiegando un film continuo di polimero secondo le rivendicazioni 1 e 2 in cui il film è posto circa a metà del pannello o vicino alla superficie in trazione durante l'urto.
- 4. Lastre antirumore e antiframmentazione a base di polimeri acrilici impiegando un film continuo di polimero secondo la rivendicazione 3 in cui il film è posto vicino alla superificie opposta alla superficie soggetta all'urto, opzionalmente anche vicino alla superficie soggetta all'urto, a distanze fra 20 e 35% dello spessore totale della lastra rispetto alla superficie.
- 5. Strutture multistrato comprendenti le lastre antirumore e antiframmentazione a base di polimeri acrilici che impiegano più strati di film continuo di polimero secondo le rivendicazioni 1-4.
- 6. Lastre antirumore e antiframmentazione a base di polimeri acrilici impiegando un film continuo di polimero secondo le rivendicazioni 1-4 in cui il film ha spessore da 70 μπι fino a 6 mm.
- 7. Lastre antirumore e antiframmentazione a base di polimeri acrilici impiegando un film continuo di polimero secondo la rivendicazione 6 in cui il film ha spessore dell'ordine di 500 micron fino a 2 mm.
- 8. Lastre antirumore e antiframmentazione a base di polimeri acrilici impiegando un film continuo di polimero secondo le rivendicazioni 1-4 e 6-7 in cui i fotoiniziatori UV di polimerizzazione sono di tipo radicalico sono scelti fra quelli a base di benzofenone, perossidi e/o idroperossidi alchilici o aromatici, la quantità di fotoiniziatori radicalici come detto sopra varia fra 0,5 e 5% in peso .
- 9. Lastre antirumore e antìframmentazione a base di polimeri acrilici impiegando un film continuo di polimero secondo la rivendicazione 8 in cui la reticolazione viene effettuata con fotoiniziatori di tipo misto di fotoiniziatori di tipo radicalico e cationico.
- 10. Lastre antirumore e antiframmentazione a base di polimeri acrilici impiegando un film continuo di polimero secondo la rivendicazione 9 in cui i fotoiniziatori cationici sono scelti tra i sali di triarilsolfonio.
- 11. Lastre antirumore e antiframmentazione a base di polimeri acrilici impiegando un film continuo di polimero secondo le rivendicazioni 9 e 10 in cui il rapporto in peso fra fotoiniziatore radicalico/cationico è di almeno 2/1.
- 12. Lastre antirumore e antiframmentazione a base di polimeri acrilici impiegando un film continuo di polimero secondo le rivendicazioni 1-4 e 6-11 in cui i polimeri a base acrilica sono gli omopolimeri di MMA, i copolimeri di MMA con altri comonomeri tipo etil(met)acrilato, butil(met)acrilato in quantità di comonomero fino al 10% in peso.
- 13. Processo per la preparazione delle lastre antirumore e antiframmentazione secondo le rivendicazioni 1-4 e 6-12 in cui il film è ottenibile per colata fra le lastre di polimero acrilico, ottenibili per estrusione o colata.
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