ES2252219T3 - Matereial de envasado soluble en medio basico para utilizar en materiales compuestos cementosos moldeables. - Google Patents

Matereial de envasado soluble en medio basico para utilizar en materiales compuestos cementosos moldeables.

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ES2252219T3
ES2252219T3 ES01928917T ES01928917T ES2252219T3 ES 2252219 T3 ES2252219 T3 ES 2252219T3 ES 01928917 T ES01928917 T ES 01928917T ES 01928917 T ES01928917 T ES 01928917T ES 2252219 T3 ES2252219 T3 ES 2252219T3
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Klaus-Alexander Rieder
William J. Hurley, Jr.
Anandakumar Ranganathan
Michael B. Macklin
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WR Grace and Co
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    • E04C5/076—Specially adapted packagings therefor, e.g. for dosing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B28C—PREPARING CLAY; PRODUCING MIXTURES CONTAINING CLAY OR CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Abstract

Un envase, que consta de: por lo menos una sustancia destinada a fabricar o modificar una composición cementosa moldeable; y un envase para contener por lo menos una sustancia, el envase tiene un componente de pared entera que consta de un material polimérico soluble en medio básico capaz de envasar dicha por lo menos una sustancia, de permitir la introducción de dicha por lo menos una sustancia en la composición cementosa, de evitar que se disuelva en agua a un pH en torno a 7 y de disolverse en la composición cementosa moldeable fabricada o modificada por dicha sustancia introducida con dicho envase; dicho envase es continuo, en el sentido de que sustancialmente no lleva fibras de pasta integradas o constitutivas de dicho componente de pared entera; el envase es termoplástico y tiene una forma elegida entre la de una bolsa, una caja, un tubo, un sobre, una cápsula, una saca, una lata, una cartera, una bola, un cigarro habano, una cinta envolvente, un saco, un tubo sellado, una botella o un cilindro, definidos por dicho componente de pared entera.

Description

Material de envasado soluble en medio básico para utilizar en materiales compuestos cementosos moldeables.
Ámbito de la invención
La invención se refiere a fracciones o elementos adicionales para fabricar o modificar composiciones cementosas moldeables y, más en particular, a un sistema de envasado soluble en medio básico que se introduce directamente en una mezcladora, en la que la composición cementosa moldeable actúa disolvente el material de envase.
Antecedentes de la invención
Ya es conocido el material de envase para dispensar elementos adicionales directamente a mezclas para hormigón. Una ventaja de tal envase es que los elementos adicionales contenidos en dicho envase pueden pesarse previamente, reduciendo el error que conlleva la aplicación en la obra.
La solicitud de patente japonesa Sho 50-14722 (número de publicación) de Kiyoshi Watanabe y col. describe que un saco fabricado con una lámina soluble en agua se puede arrojar a de la tolva de un camión hormigonera con el fin de introducir un tensioactivo en un mortero o cemento que se está mezclando en la hormigonera. Después de agitar la mezcla, el saco empieza a disolverse en el agua de la mezcla y su contenido puede dispersarse en ella. El saco soluble en agua está fabricado con un material soluble en agua, por ejemplo el alcohol polivinílico, el poli(óxido de etileno), la amilosa, la metilcelulosa, la hidroxipropilcelulosa o el almidón.
En la patente US-4 961 790 de Smith y col. se describe un contenedor soluble en agua, fabricado con alcohol polivinílico o poli(óxido de etileno) y que contiene un componente adicional sólido, p.ej. un elemento adicional reductor de agua, superplastificantes, fibras u otros agentes para modificar el cemento. De modo similar al saco soluble de Watanabe, los sacos de Smith y col. requieren un forro protector exterior para impedir que la bolsa se disuelva durante el transporte o antes de que se utilice en la obra en construcción.
En las patentes US-5 203 629 y US-5 224 774 de Valle y col. se describen bolsas no solubles, por otro lado, para introducir elementos adicionales sólidos en el hormigón o mortero fresco. Después de la agitación en una mezcla, el papel (p.ej. pasta kraft) se desintegra y permite que los elementos adicionales contenidos en su interior salgan de la bolsa y se distribuyan en el cemento o mortero. Con una agitación mecánica suficiente de la mezcla de cemento, el material del saco no soluble se disgrega por la acción abrasiva de las máquinas formando una pulpa inocua. Aunque los sacos no solubles pueden transportarse en embalaje exterior para facilitar el paletizado, estas bolsas no son proclives a sufrir destrucción simplemente por acción de la lluvia que pueda caer en la obra en construcción, a menos que las bolsas en cuestión se hayan fabricado con materiales solubles en agua.
En la patente US-5 224 595 de Sugimoto y col. se describe un material de envase hidrolizable con álcalis, fabricado con fibras de pasta (p.ej. fabricadas con madera, no madera, rayón, poliéster, cáñamo, etc.) aglutinadas con un polímero. El polímero incluye derivados polisacáridos, por ejemplo la carboximetilcelulosa, la carboxietilcelulosa y el almidón carboximetilado, o sus sales, así como ligantes poliméricos sintéticos (p.ej. polímeros de ácidos carboxílicos insaturados) y ligantes poliméricos naturales (p.ej. ácido algínico, goma xantano, etc.). El ligante polimérico se debilita en el medio alcalino de una mezcla fresca de cemento, de tal modo que el material de la bolsa de fibra puede deshacerse y el envase puede soltar su contenido en la mezcla.
En la patente US-5 320 851 de Mars y col. se describen elementos adicionales semilíquidos o líquidos de cemento que pueden encapsularse en una gelatina o una cera que se rompe, se trocea o se desintegra en el cemento húmedo durante el período de mezclado mecánico.
Para los materiales no solubles, por ejemplo el componente de la pasta descrito por Sugimoto y col. y por Valle y col. y los que tienen el componente de cera descrito por Mars y col., la agitación mecánica de la mezcla de cemento tiene que realizarse durante un período suficiente para asegurar que el envase se desintegre de modo suficiente dentro de la mezcla cementosa.
Los inventores presentes creen que se necesitan sistemas de envase más firmes y más convenientes y económicos.
En la patente US-5 224 595 se describe un material de envase que contiene una sustancia fibrosa y un polímero provisto de grupos carboxilo, que se desintegra en un elemento adicional del cemento.
En el documento JP 10 053 444A se describe un retardante de fraguado que está encapsulado en un material pulverulento o granulado o en forma de lámina.
En el documento DE 4010002 se describen polímeros sólidos solubles en álcalis o en agua, que se eliminan por disolución, dejando huecos en el cemento fraguado.
En WO 94/25102 se describen composiciones moldeables de refuerzo.
Resumen de la invención
Para superar los inconvenientes del envase de la técnica anterior, la presente invención proporciona envases poliméricos insolubles en agua, pero solubles en medio básico, para fabricar y/o modificar composiciones cementosas moldeables. El envase puede utilizarse para introducir ligante(s) cementosos o elemento(s) adicional(es) o un gran número de fibras o una combinación de los anteriores, en forma de unidad discreta, dentro de una mezcladora.
La presente invención proporciona un envase que consta de:
por lo menos una sustancia destinada a fabricar o modificar una composición cementosa moldeable; y un envase para contener por lo menos una sustancia, el envase tiene un componente de pared entera que consta de un material polimérico soluble en medio básico capaz de envasar dicha por lo menos una sustancia, de permitir la introducción de dicha por lo menos una sustancia en la composición cementosa, de evitar que se disuelva en agua a un pH en torno a 7 y de disolverse en la composición cementosa moldeable fabricada o modificada por dicha sustancia introducida con dicho envase;
dicho envase es continuo, en el sentido de que sustancialmente no lleva fibras de pasta integradas o constitutivas de dicho componente de pared entera;
el envase es termoplástico y tiene una forma elegida entre la de una bolsa, una caja, un tubo, un sobre, una cápsula, una saca, una lata, una cartera, una bola, un cigarro habano, una cinta envolvente, un saco, un tubo sellado, una botella o un cilindro, definidos por dicho componente de pared entera;
dicho componente de envase de pared entera comprende la por lo menos una sustancia destinada a fabricar o modificar la composición cementosa hidratable moldeable, dicha sustancia consta de:
(A) por lo menos un elemento adicional elegido entre el grupo formado por un reductor de agua, un superplastificante, un agente que oclusión el aire, un superagente reductor de agua y que ocluya el aire, un agente desaireante, un agente acelerante del fraguado, un retardante del fraguado, un agente reductor de separación, un agente inhibidor de la oxidación, un agente inhibidor de la corrosión, un agente hinchante, un agente para el mezclado del polímero, un agente reductor de la contracción, un agente colorante, un tensioactivo y un agente reductor de la permeabilidad;
(B) un gran número de fibras, fabricadas con acero, vidrio, carbono, materiales acrílicos, de poliéster, de poliamida, de poliolefina, o una mezcla de ellos;
(C) un material aglutinante cementoso hidratable seco, que contiene un polvo cementoso hidratable elegido entre el grupo formado por el cemento portland, el yeso, la piedra calcárea, la sílice calcinada, la escoria de hornos, las puzolanas y las cenizas volantes; o
(D) una mezcla de cualesqiera de (A), (B) y (C);
dicho envase polimérico está formado por un copolímero resultante de la reacción de una mezcla de monómeros que consta de un éster y de un ácido, el monómero éster tiene la fórmula estructural
1
en la que R^{1} significa H, CH_{3} o C_{2}H_{5}; y R^{2} significa CH_{3}, C_{2}H_{5}, C_{3}H_{7} o C_{4}H_{9}; el monómero ácido tiene la fórmula estructural
2
en la que R^{3} significa H, CH_{3} o C_{2}H_{5}; dicho envase está destinado a disolverse en una composición cementosa moldeable que tiene un medio básico y a soltar de dicho envase la por lo menos una sustancia que lleva como contenido y está destinada a fabricar o modificar una composición moldeable.
La proporción entre el éster y el ácido se sitúa con preferencia entre 1:1 y 20:1 y con mayor preferencia en el intervalo de 3:1 a 4:1.
Cuanto mayor es el contenido en el componente ácido, tanto más rápida será la disolución del material polimérico en el medio básico.
El material de envase se fabrica con preferencia por extrusión, moldeo, colada, recubrimiento por pulverización, recubrimiento por inmersión u otro tipo de moldeo, adoptando la forma de un artículo o superficie continuos de un artículo entero, por ejemplo una lámina o pared rígida (p.ej. láminas autoportantes), que constituye el envase en su totalidad o una porción del envase; o el envase se fabrica utilizando el material polimérico ya mencionado en una forma de aplicación líquida, por ejemplo el recubrimiento continuo de las sustancias que se van a dispensar a la mezcladora. El envase se fabrica con preferencia por extrusión de una película o lámina continua o en otras formas. El término "continuo" utilizado en esta descripción tiene el sentido de que el material de envase está sustancialmente sin fibras de pasta incluidas en el mismo o que constituyan la pared del material de envase. El envase tiene una forma elegida entre una cápsula, una saca, una bola, una bolsa (p.ej. una funda de almohada o en forma de saca), una caja, un tubo, un sobre, una cartera, un cigarro habano, una cinta envolvente, un saco, un tubo sellado, un bote, una botella o una forma cilíndrica definida por el componente de pared entera.
El envase puede fabricarse en tal forma por ejemplo por moldeo de inyección o por moldeo de soplado.
El envase puede ser por ejemplo autoportante cuando está vacío o cuando está lleno de las sustancias.
El material de envase es además de naturaleza termoplástica y por ello puede cerrarse por sus extremos y laterales aplicando calor. El material de envase de la invención no se disuelve por acción normal del agua, a diferencia de los materiales propuestos por Smith y col. (US-4 961 790). Además, a diferencia de Valle y col. (US-5 203 629; 5 224 774) y Sugimoto y col. (US-5 224 595), la presente invención no requiere la incorporación de pasta no soluble a las paredes del envase.
Por otro lado, los polímeros solubles en medio básico de la invención proporcionan un material de envase de forma continua (p.ej. película, recubrimiento, lámina, pared autoportante, artículos de forma moldeada por soplado o por inyección, ya indicadas antes), que son relativamente más fáciles de fabricar y de manejar y que pueden disgregarse y dispersarse con mayor rapidez en una composición cementosa, a diferencia de las bolsas de fibra de pasta o los encapsulados en cera, que requieren una trituración mecánica que precisa tiempo en el mezclado abrasivo dentro de un camión hormigonera.
Una ventaja de la presente invención es, pues, la capacidad del material soluble en medio básico para utilizarse en cementos de mortero, que carecen de agregados gruesos.
Otra ventaja del uso del polímero soluble en medio básico como material de envase consiste consiste en que sus propiedades termoplásticas pueden modificarse o ampliarse. Por ejemplo, además de la capacidad de proporcionar las tres formas dimensionales mencionadas antes, el envase puede contraerse en estado fundido por acción del calor (p.ej. aplicaciones de tipo "retráctil"), de modo que el envase (que se dispensa directamente sin abrir o de cualquier otra forma no abierta a la composición de cemento) pueda fabricarse con una proporción relativamente baja entre el volumen del contenido y el área de la superficie exterior para facilitar la introducción de la sustancia contenida (o empaquetada, p.ej. enfardada, envuelta por su perímetro) a la composición cementosa que se pretende modificar, o bien para facilitar la desintegración y distribución dentro de dicha composición. Por ejemplo, el envase puede utilizarse para envasar las fibras de refuerzo estructural una formación empaquetada densa (para aumentar la capacidad de expedición a granel), al tiempo que presentan una área superficial exterior mínima. Esto no puede lograrse con los materiales basados en papel, que pierden su consistencia cuando se exponen a la humedad.
Otra ventaja de la presente invención es que permite el uso de elementos adicionales secos o líquidos o una combinación de ambos (en el supuesto de que los elementos adicionales envasados no generen un medio básico capaz de disolver prematuramente el envase o no contengan disolventes orgánicos que disuelvan el material del envase).
Además, el envase de la presente invención puede adoptar la forma de una bolsa, de una caja, de un tubo o cualquier otra forma para contener un gran número de fibras (y/o cemento y otras sustancias, por ejemplo elementos adicionales, en forma líquida o seca). Por lo tanto, el envase puede contener fibras para reforzar el cemento (y/o para inhibir la contracción plástica del hormigón) y contener además un reductor de agua húmedo o seco (p.ej. un superplastificante) para contrarrestar cualquier disminución de la manipulabilidad del cemento debida a las fibras, así como otros elementos adicionales (p.ej. pigmentos, agentes de control de aire, como son los agentes de oclusión de aire, los repelentes de agua, los agentes que reducen la permeabilidad, etc.) para la modificación adicional de la composición cementosa.
En otras formas de ejecución ejemplares de la invención pueden envasarse un gran número de aditivos y/o elementos adicionales juntos en cantidades pesadas previamente, por ejemplo combinaciones de agentes de control de aire (p.ej. elementos adicionales para la oclusión de aire, elementos adicionales de desaireación) con uno o varios superplastificantes, elementos adicionales para reducir la contracción, inhibidores de corrosión y otros elementos adicionales. Debido a la mejora en desintegración/solubilidad selectiva de los materiales de envase de la invención, los elementos adicionales envasados por separado o los elementos adicionales pueden envasarse en envases solubles en medio básico de mayor volumen (p.ej. un gran número de envases dentro de un envase) y de este forma venderse, transportarse y emplearse en forma de sistema integrado, que conste con preferencia de paquetes o contenedores separados de los materiales adicionales pesados previamente. Los ingredientes pesados previamente pueden ser útiles para reducir los errores del operario del camión hormigonera o de la maquinaria existente en la obra en construcción.
Además, un envase ejemplar adicional de la invención consta por lo menos de dos componentes diferentes aditivo/elemento adicional dentro de uno o varios contenedores solubles en medio básico. Por ejemplo, pueden envasarse un gran número de fibras y un elemento adicional (p.ej. un superplastificante) dentro del mismo envase (p.ej. una bolsa, una saca, un bote, etc.) o dentro de contenedores separados (p.ej. un envase para el superplastificantes que se aloja dentro de un envase de fibras). Otra forma de ejecución ejemplar consta de un elemento adicional en forma líquida (p.ej. un superplastificante líquido) envasado por separado con o dentro de una mezcla de cemento o de hormigón proyectable en forma seca (p.ej. polvo seco) en una bolsa o en otro tipo de contenedor.
Otros sistemas y aplicaciones de envase ejemplares más de la invención pueden constar de un sistema completo para fabricar una composición cementosa, por ejemplo una composición resistente a la llama o de hormigón proyectado, que contengan cantidades premezcladas de ligante(s), agregado(s) y otras sustancias, p.ej. fibras, o elemento(s) adicional(es) o una mezcla de los mismos. El sistema de envase se lanza directamente a la mezcladora y se rompe o trocea, quedando abierto, por acción mecánica de la mezcladora, con lo cual el contenido puede combinarse con el agua de la mezcladora, dando lugar a una composición cementosa moldeable, en la que se disuelve el material contenido en el envase. No hay materiales residuales de envase que perjudiquen la operación de la construcción.
La presente invención puede decirse, pues, que proporciona métodos para fabricar y/o modificar composiciones cementosas moldeables, utilizando el envase recién mencionado. Otras ventajas y características de la invención se describen a continuación con mayor detalle.
Breve descripción de las figuras
Para la mejor comprensión de las ventajas y características de la invención se facilita como referencia la descripción detallada en combinación con las figuras anexas, de las cuales:
La figura 1 es una representación esquemática de un sistema ejemplar de envase soluble en medio básico de la presente invención, moldeado en forma de bolsa o de caja, para contener una gran variedad de fibras.
La figura 2 es una representación esquemática de otro envase ejemplar de la invención, moldeado en forma de bote para contener fibras y/o otros elementos adicionales del hormigón.
La figura 3 es una representación esquemática de otro envase ejemplar de la invención, moldado en forma de un "torpedo" para contener fibras.
La figura 4 es una representación esquemática de un sistema de envase ejemplar de la invención que, a su vez, contiene elementos adicionales envasados de la invención.
La figura 5 es una representación esquemática de un sistema de envase ejemplar de la invención moldeado en forma de botella.
Descripción detallada de las formas de ejecución ejemplares
La presente invención se refiere a envase "selectivamente soluble", fabricado con preferencia con una película, recubrimiento, cinta o material de tipo lámina continua, que no es soluble en agua, pero es "soluble en medio básico" (p.ej. soluble en un medio alcalino). Más en concreto, el envase se disuelve solamente en niveles altos del pH, por ejemplo los que surgen en composiciones cementosas moldeables recién preparadas, p.ej. lechadas de mortero o de cemento, por ejemplo el cemento "ready mix", el cemento proyectable, el hormigón prefabricado, las composiciones resistentes a la llama, etc. El envase no se disuelve fácilmente en agua, que es un medio neutro que tiene un pH típico en torno a 7.
El término "composición cementosa moldeable" empleado en esta descripción indica tanto la forma líquida como la seca. Los términos "cemento" y "composición de cemento" (que son sinónimos de "composiciones cementosas") utilizados en esta descripción indican los polvos secos y también las pastas, morteros, lechadas de cemento, por ejemplo las lechadas de cemento para cimentar los pozos de petróleo, y las composiciones de hormigón que contengan un ligante para cemento hidráulico. Los términos "pasta", "mortero" y "hormigón" son términos de la técnica: las pastas son mezclas compuestas por un ligante hidratable (por lo general, aunque no exclusivamente, el cemento portland, el cemento de juntas para albañilería o el cemento de mortero y pueden incluir el yeso, la arcilla calcárea, la cal hidratada, las cenizas volantes, las escorias de altos hornos, las puzolanas, la sílice calcinada u otros materiales incluidos habitualmente en tales cementos) y agua; los morteros son pastas que contienen además agregados finos (p.ej. arena) y los hormigones son morteros que contienen además agregados gruesos (p.ej. grava, piedras). Las composiciones de cemento pueden formarse por mezclado de las cantidades necesarias de ciertos materiales, p.ej. un ligante hidratable (por ejemplo cemento y/o yeso, agua y opcionalmente agregados finos y/o gruesos), de modo que pueden aplicarse para que la composición cementosa particular pueda moldearse.
Un material filmógeno, soluble a pH elevado, que se cree idóneo para el envasado/entrega de sustancia, por ejemplo ligantes cementosos, aditivos y/o elementos adicionales y/o fibras, a una mezcladora, como el propuesto por la presente invención, los inventores presentes creen que se ha publicado en la patente US-4 870 148 de Belz y col. Este material filmógeno se cree que tiene buenas propiedades, en particular en lo que respecta a la elasticidad, resistencia mecánica y tiene una capacidad de disolución en medio alcalino claramente definida. El monómero de tipo éster utilizado con preferencia tiene un grupo alcohol y de 1 a 18 átomos de carbono y, con mayor preferencia, es el acrilato de metilo, el metacrilato de metilo, el acrilato de etilo o el acrilato de butilo. El polímero puede ser un copolímero o un terpolímero y un termonómero especialmente idóneo es un monómero perteneciente al grupo de los ésteres vinílicos que tenga de 3 a 18 átomos de carbono, por ejemplo el éter de vinil-isobutilo, los hidrocarburos vinílicos aromáticos que tengan de 8 a 11 átomos de carbono, en particular el estireno, los acrilatos o los metacrilatos con un resto alcohol que tenga de 1 a 18 átomos de carbono y más en particular el acrilato de n-butilo, el metacrilato de butilo y el metacrilato de estearilo. La proporción molar entre el acrilato y el ácido orgánico en el caso de un copolímero y en caso de un terpolímero se situará con preferencia entre 3:1 y 5:1, en especial en 4:1. En el terpolímero, la proporción entre el ácido orgánico y el termonómero se sitúa con preferencia entre 1:0,1 y 1:0,4, en especial entre 1:0,2 y 1:0,3.
El contenido en grupos carboxilo de los polímeros se sitúa con preferencia entre el 5 y el 15% y con mayor preferencia entre el 7 y el 13%. Los terpolímeros especialmente preferidos se obtienen a partir del acrilato de etilo, el ácido metacrílico y el éter de vinil-isobutilo.
Con mayor preferencia, los materiales poliméricos solubles en medio básico, utilizados en el envase de la invención pueden comprender por ejemplo un copolímero de 0,2 a menos de 2,5 moles de (met)acrilato por cada mol de ácido (met)acrílico y de 0 a 0,5 moles de un termonómero neutro, distinto del (met)acrilato. Con mayor preferencia, el copolímero está presente en una cantidad de 0,2 a 2 moles y en especial de 0,4 a 0,8 moles de (met)acrilato por cada mol de ácido (met)acrílico. Es preferida en especial la proporción molar de 0,5 a 1. Se ha encontrado que los copolímeros que tienen una proporción elevada de grupos ácido carboxílico o carboxilo todavía pueden procesarse termoplásticamente. Debido a la presencia de un gran número de grupos carboxilo, los copolímeros pueden disolverse en medio acuoso solamente cuando se añaden pequeñas cantidades de sustancias básicas. Esto hace posible desintegrar o disolver los copolímeros y artículos producidos con ellos en medios acuosos sin añadir álcalis o añadiendo solamente pequeñas cantidades de álcalis y el copolímero puede precipitarse de nuevo por una ligera acidificación del medio acuoso, de modo que sea posible evitar una formación de sal indeseablemente alta durante el proceso de neutralización. El contenido en grupos carboxilo dentro del copolímero se situará con preferencia entre el 30% y el 50% y en particular entre el 35 y el 45% en peso, y se situará con preferencia en torno al 40 % en peso, porcentaje referido al polímero (sin cargas de relleno).
Con mayor preferencia, el acrilato del copolímero es el acrilato de metilo, el ácido es con preferencia el ácido acrílico y el copolímero está exento de termonómeros. Si están presentes los termonómeros, entonces se dará preferencia a los acrilatos o a los metacrilatos, en los que los restos alcohol tienen de 2 a 19 átomos de carbono y con mayor preferencia de 2 a 6.
Los copolímeros pueden proporcionar en forma de un polvo procesable termoplásticamente o de un material granulado, idóneo para utilizar en el moldeo por inyección, moldeo por compresión, moldeo por prensado, moldeo por soplado, moldeo por embutición profunda o para utilizar en la fabricación de láminas, planchas u otros artículos moldeados.
Las cargas de relleno solubles en agua y/o las insolubles en agua pueden incorporarse al polímero soluble en medio básico del envase de la invención para modificar las propiedades de dicho polímero. Las cargas de relleno pueden utilizarse en una cantidad del 10 al 90% del peso del polímero. Dado que se piensa que el contenido en cargas de relleno dentro del polímero puede ser muy elevado sin deteriorar la procesabilidad termoplástica de la mezcla polimérica y la resistencia mecánica del artículo moldeado, es posible moldear artículos de envase con un polímero soluble en medio básico que tenga del 30% al 80% en peso de por lo menos una carga de relleno, con mayor preferencia del 30% al 70%. Para muchas aplicaciones, el porcentaje preferido de cargas de relleno se situará entre el 40% y el 60% del peso total del polímero. Las cargas de relleno preferidas incluyen el talco, el sulfato de bario, el fosfato cálcico, la mica, el caolín y mezclas de los mismos. La carga de relleno es con preferencia insoluble en medios acuosos neutros. El tamaño de partícula de las cargas de relleno se sitúa con preferencia en el intervalo de 0,1 a 2 mm o inferior, y con mayor preferencia en el margen de 0,2 a 1 mm. En el caso de las cargas de relleno insolubles, el tamaño de partícula se situará con preferencia entre 0,1 y 200 \mum y más en particular entre 0,2 y 50 \mum. Las cargas de relleno divididas en partículas constituirán con preferencia por lo menos un tercio del grosor de la película o del artículo que se moldea. Si se emplean cargas de relleno insolubles, entonces el contenido en cargas de relleno se situará con preferencia por debajo del 10% del peso total del polímero.
El polímero puede producirse empleando cualquier medio convencional conocido, por ejemplo extrusoras de doble husillo, que dispongan opcionalmente de zonas de calentamiento y/o enfriamiento. Los procesos idóneos se describen en la patente US-4 870 148, ya mencionada anteriormente. Los polímeros que pueden utilizarse en el envase de la invención pueden obtenerse a partir de películas moldeadas directamente a partir de la masa fundida resultante de la polimerización. Los polímeros pueden moldearse también por procesos convencionales, por ejemplo la embutición profunda, el moldeo por inyección o por compresión.
El material en forma de película, de recubrimiento o de hoja puede fabricarse en cualquier grosor que se necesite para contener aditivos o elementos adicionales empleados para modificar las composiciones cementosas. En general, el grosor de las películas puede situarse por ejemplo entre 5 micras y 2 mm. Puede ser incluso mayor, por ejemplo entre 40 y 500 micras y en especial entre 40 y 120 micras, por lo menos en el caso de las películas y de las piezas delgadas obtenidas por embutición profunda. El grosor de pared dependerá de la durabilidad de la bolsa o contenedor que se requiere para envasar los elementos adicionales y del tiempo de disolución del envase en la composición cementosa moldeable. Por ejemplo, las bolsas o contenedores que se quieran introducir en el mortero o en el hormigón y que contienen agregados gruesos (p.ej. grava triturada) pueden utilizarse en grosores relativamente grandes. (La rotura de los agregados por las fuerzas abrasiva y disruptiva ayuda a disgregar el material de envase y acelera el proceso de disolución en el medio básico de una mezcla de hormigón.)
En otras formas de ejecución ejemplares, el envase puede utilizarse para contener cemento seco o materiales cementosos (p.ej. cemento portland, yeso, cemento proyectable, etc.) que pueden arrojarse a una mezcladora. El envase puede utilizarse para envasar cemento y uno o varios agregados (p.ej. arena) y quizás otros materiales (p.ej. fibras, elementos adicionales, etc.). El envase puede fabricarse en forma de bolsa o saca y arrojarse directamente a la mezcladora con agua. Durante la agitación en la mezcladora se rompe la bolsa y queda abierta, de modo que la composición cementosa de la mezcladora puede llegar a disolver el material del envase. De este modo no quedan restos de materiales de envase en la obra en construcción. Por lo tanto, un envase individual que contenga los componentes pesados previamente para el hormigón pulverizable resistente a la llama o para el hormigón proyectable, por ejemplo que contenga el ligante cementoso, los agregados, las fibras y uno o varios elementos adicionales, podrá fabricarse, transportarse y utilizarse de forma conveniente y rápida en la obra, evitándose el problema de la recogida de material residual de envase en la obra y su eliminación como residuo.
En otras formas de ejecución ejemplares de la invención pueden envasarse dos tipos diferentes de elementos adicionales en materiales poliméricos similares, solubles en medio básico, si, por ejemplo, se desea que un elemento adicional esté expuesto a la mezcla cementosa moldeable antes de que se suelte el segundo elemento adicional. Para ilustrar un ejemplo, los inventores presentes explican que cuando los agregados que contienen arcilla plantean problemas a ciertos superplastificantes (tal como se debate en la solicitud PCT nº PCT/US98/12876), los inventores presentes proponen que el agente que modifica la actividad de la arcilla puede colocarse en una primera bolsa y los demás elementos adicionales (p.ej. superplastificantes) pueden colocarse en una segunda bolsa, que sea más gruesa que la primera, de modo que la primera se romperá presumiblemente antes y permitirá la introducción de los agentes modificadores de la actividad de la arcilla antes que se introduzca el superplastificante. Por consiguiente, otras formas de ejecución ejemplares de la invención comprenden un sistema de envase, en el que se utilizan envases de diferentes grosores de pared para controlar la secuencia o la velocidad con la que los elementos adicionales se introducen en la composición cementosa moldeable.
Tal como se emplea en esta descripción, el término "envase" indica empaquetar, confinar, contener, envasar, empaquetar o envolver uno o varios elementos adicionales para facilitar su introducción en una mezcladora en la que se está fabricando una composición cementosa moldeable, por ejemplo mortero húmedo o una mezcla de hormigón, de modo que, con de la agitación de la mezcla cementosa húmeda, se disuelva el envase. El envase tiene la forma que se ha definido antes.
La envoltura perimétrica incluye: los manguitos, el enrollado o el encamisado circunferencial.
La forma de cigarro habano (o torpedo) es cilíndrica con extremos cónicos.
De estas formas de envase son preferidas las bolsas en forma de sobre de dos caras, debido a que su fabricación y uso es relativamente fácil.
El envase puede ser flexible (por ejemplo una bolsa o una saca) o "rígido", con este término se indica que el medio de envase es autoportante (ya sea por sí mismo, ya sea por inclusión de la sustancia contenida dentro del envase).
En las figuras de 1 a 4 se ilustran varias formas y combinaciones del envase ejemplar de la invención. Tal como se indica en la figura 1, un sistema de envase ejemplar de la invención consta de un material de envase polimérico 10, soluble en medio básico, insoluble en agua, moldeado en forma de material entero, por ejemplo una bolsa o una caja, para contener uno o varios elementos adicionales y en este caso un gran número de fibras (solamente se representan unas pocas para que la figura ilustrada sea más clara), que se indican con el número 12. El grosor del envase (p.ej. una bolsa) puede variar en función de la resistencia mecánica deseada. Los grosores de bolsa ejemplares pueden ser de 2 a 10 milésimas de pulgada y con mayor preferencia de 5 a 8 milésimas de pulgada. Los envases pueden coserse y sellarse aplicando calor, adhesivos convencionales o utilizando el mismo polímero no soluble en agua, soluble en medio básico, con el que se ha fabricado la bolsa.
Tal como se indica en la figura 2, el material de envase puede moldearse, moldearse por inyección, moldearse por soplado o bien por colada o configurarse como un bote 20. Esta forma de bote 20 puede ser ventajosa en particular para el envasado de fibras, de modo que en los casos en los que las fibras se comprimen para que ocupen un menor volumen y entonces se empaquetan en forma densa dentro del envase de tipo bote. Esto puede permitir reducir los costes de expedición de las fibras a granel.
En la figura 3, el material de envase tiene forma de cigarro habano o "torpedo" 30, que es igualmente ventajosa para incorporar un gran volumen de fibras 12 o de elementos adicionales (o combinación de ambos) a través de una abertura relativamente pequeña del camión hormigonera. Un contenedor más grande 40 puede utilizarse para el envasado de contenedores más pequeños 50 y 60 en los que se han envasado elementos adicionales y/o fibras (no ilustradas por separado), tal como se indica en la figura 4. No solamente pueden envasarse juntos las fibras y los elementos adicionales, sino que la presente invención permite además envasar, pues, por separado los elementos adicionales secos (p.ej. polvo) y líquidos (o semilíquidos) dentro de un contenedor mayor de envasado (en el supuesto de que en estado líquido la sustancia no genere un medio básico que pueda disolver el material de envase).
Por ejemplo, los sobres o sacas pequeñas de fibras pueden envasarse junto con uno o varios elementos adicionales (p.ej. elementos adicionales reductores de agua, plastificantes o superplastificantes, etc.) dentro de un contenedor grande, por ejemplo una caja o una caja de cartón, lo cual facilita la paletización. El envase entero puede introducirse directamente en una mezcla de hormigón y romperse o disolverse empleando una mezcladora.
Tal como se representa en la figura 5, los elementos adicionales líquidos pueden envasarse en un envase que tiene forma de botella 70. El polímero no soluble en agua, soluble en medio básico, puede moldearse por soplado, por ejemplo, y cerrar por calor el extremo superior 72 de la botella después de el elemento adicional o los elementos adicionales 74 se hayan cargado en el interior del contenedor 70.
Los envases ejemplares de la invención contienen una o varias sustancias (también llamadas "aditivos" o "elementos adicionales") que se incorporan a una mezcla cementosa moldeable, un material de cemento (p.ej. cemento portland ordinario) u otros materiales cementosos, por ejemplo el yeso, la piedra caliza, la escoria de horno, la puzolana o las cenizas volantes. Pueden contener también "elementos adicionales", un término de la técnica para designar los componentes distintos del cemento, de los agregados y del agua, que se emplean para modificar una o varias propiedades del hormigón (que se compone de un cemento, agregados finos, por ejemplo arena, y agregados gruesos, por ejemplo piedras troceadas y/o grava) o del mortero (cemento y agregados finos). Los elementos adicionales convencionales incluyen los reductores de agua, los superplastificantes, los agentes de oclusión de aire, los agentes de oclusión de aire y reducción de agua, los superagentes de oclusión de aire y reducción de agua, los agentes acelerantes de fraguado, los retardantes de fraguado, los agentes reductores de separación, los inhibidores de oxidación y/o corrosión, los agentes hinchantes, los agentes de mezclado de polímeros, los agentes reductores de la contracción, los agentes colorantes, los tensioactivos, los agentes reductores de la permeabilidad y los materiales de refuerzo, como son las fibras, y todos ellos se cree que son idóneos para utilizar junto con los sistemas de envase de la invención.
Actualmente se conocen listas de materiales adicionales convencionales de la técnica, que pueden encontrarse por ejemplo en la patente US-4 961 790 de Smith y col.; en las patentes US-5 203 629 y 5 224 774 de Valle y col.; y en la patente US-5 224 595 de Sugimoto y col.
Las formas preferidas de ejecución de la invención comprenden el envase polimérico soluble en medio básico e insoluble en agua, descrito anteriormente (que tiene paredes fabricadas con un material polimérico extruido o moldeado por soplado en forma continua, selladas por calor o cerradas o cosidas con adhesivos por uno o varios bordes de las paredes, para proporcionar un recipiente), que contiene un gran número de fibras que actúan reduciendo la contracción plástica del hormigón húmedo o del mortero o que pueden actuar para proporcionar un refuerzo estructural al hormigón o al mortero, una vez haya fraguado. Las fibras y los materiales de fibra convencionales están contemplados para el uso en la invención. Las fibras por ejemplo pueden alargarse en su forma geométrica y alcanzar longitudes que exceden ampliamente el grosor y/o la anchura de las fibras y pueden estar disponibles en forma de monofilamentos o de fibrillas. Las fibras pueden utilizarse también en forma de láminas fibrillables, por ejemplo. Los materiales de fibra conocidos comprenden el acero, el vidrio, el carbono, los materiales acrílicos, el poliéster, la poliamida (p.ej. el Nylon), las poliolefinas (p.ej. el polietileno, el polipropileno o mezclas de ambos), los materiales celulósicos o mezclas de los anteriores. Son especialmente preferidos para el uso en la presente invención los materiales de fibra empleados habitualmente en la industria para reforzar y/o reducir la contracción de rotura del hormigón y de las composiciones de cementosas, porque su carga en las lechadas cementosas es un problema que conlleva mucho consumo de tiempo a pie de obra. Se cree que los sistemas de envase de la presente invención son especialmente indicados para el mezclado de materiales de fibras de poliolefinas, que por lo general son hidrófobas, en los medios de lechadas acuosas, por ejemplo las mezclas de hormigón. Las fibras pueden estar opcionalmente recubiertas, por ejemplo con agentes humectantes convencionales o con tensioactivos para variar sus características de tensión superficial. Los ejemplos de tales materiales incluyen los ésteres glicéridos de ácidos grasos, las amidas de ácidos grasos, los poliglicolésteres, las amidas polietoxiladas, los tensioactivos no iónicos y los tensioactivos catiónicos. Como alternativa, las fibras pueden recubrirse con materiales de mejora de fijación, por ejemplo los agentes de mejora del enlace glicol-éter o de glicerina-éter propuestos en la patente US-5 753 368 de Berke y col.
Dado que los materiales de envase contemplados para el uso en la invención pueden ser termoplásticos, se prevé también que puedan incorporarse otros materiales ejemplares, por ejemplo los plastificantes, tales como los ésteres orgánicos, los ftalatos, el ftalato de diisobutilo, el ftalato de diisodecilo (DIDP) y otros. Los materiales de envase pueden incluir además otros ingredientes opcionales, tales como cargas de relleno, p.ej. el talco, el carbonato cálcico y la arcilla hasta un 10-20% en peso, porcentaje referido al peso total del material de envase.

Claims (10)

1. Un envase, que consta de:
por lo menos una sustancia destinada a fabricar o modificar una composición cementosa moldeable; y un envase para contener por lo menos una sustancia, el envase tiene un componente de pared entera que consta de un material polimérico soluble en medio básico capaz de envasar dicha por lo menos una sustancia, de permitir la introducción de dicha por lo menos una sustancia en la composición cementosa, de evitar que se disuelva en agua a un pH en torno a 7 y de disolverse en la composición cementosa moldeable fabricada o modificada por dicha sustancia introducida con dicho envase;
dicho envase es continuo, en el sentido de que sustancialmente no lleva fibras de pasta integradas o constitutivas de dicho componente de pared entera;
el envase es termoplástico y tiene una forma elegida entre la de una bolsa, una caja, un tubo, un sobre, una cápsula, una saca, una lata, una cartera, una bola, un cigarro habano, una cinta envolvente, un saco, un tubo sellado, una botella o un cilindro, definidos por dicho componente de pared entera;
dicho componente de envase de pared entera comprende la por lo menos una sustancia destinada a fabricar o modificar la composición cementosa hidratable moldeable, dicha sustancia consta de:
(A) por lo menos un elemento adicional elegido entre el grupo formado por un reductor de agua, un superplastificante, un agente que oclusión el aire, un superagente reductor de agua y que ocluya el aire, un agente desaireante, un agente acelerante del fraguado, un retardante del fraguado, un agente reductor de separación, un agente inhibidor de la oxidación, un agente inhibidor de la corrosión, un agente hinchante, un agente para el mezclado del polímero, un agente reductor de la contracción, un agente colorante, un tensioactivo y un agente reductor de la permeabilidad;
(B) un gran número de fibras, fabricadas con acero, vidrio, carbono, materiales acrílicos, de poliéster, de poliamida, de poliolefina, o una mezcla de ellos;
(C) un material aglutinante cementoso hidratable seco, que contiene un polvo cementoso hidratable elegido entre el grupo formado por el cemento portland, el yeso, la piedra calcárea, la sílice calcinada, la escoria de hornos, las puzolanas y las cenizas volantes; o
(D) una mezcla de cualesquiera de (A), (B) y (C);
dicho envase polimérico está formado por un copolímero resultante de la reacción de una mezcla de monómeros que consta de un éster y de un ácido, el monómero éster tiene la fórmula estructural
3
en la que R^{1} significa H, CH_{3} o C_{2}H_{5}; y R^{2} significa CH_{3}, C_{2}H_{5}, C_{3}H_{7} o C_{4}H_{9}; el monómero ácido tiene la fórmula estructural
4 
\vskip1.000000\baselineskip
en la que R^{3} significa H, CH_{3} o C_{2}H_{5}; dicho envase está destinado a disolverse en una composición cementosa moldeable que tiene un medio básico y a soltar de dicho envase la por lo menos una sustancia que lleva como contenido y está destinada a fabricar o modificar una composición moldeable.
2. Un envase según la reivindicación 1, en el que la pared de dicho envase contiene por lo menos una carga de relleno, un plastificante o una mezcla de ambos.
3. Un envase de la reivindicación 1, en el que dicha por lo menos una sustancia destinada a fabricar o a modificar una composición moldeable es un elemento adicional.
4. El envase de la reivindicación 3, en el que dicho elemento adicional es un agente colorante.
5. El envase de la reivindicación 1, que contiene un gran número de fibras.
6. El envase de la reivindicación 1, en el que dicha por lo menos una sustancia destinada a fabricar o a modificar una composición moldeable es un material cementoso.
7. El envase de la reivindicación 1, que alberga por lo menos a otro envase.
8. El envase de la reivindicación 1, que contiene sustancias tanto secas como líquidas.
9. El envase de la reivindicación que tiene forma de botella.
10. Un método para la fabricación o modificación de una composición cementosa, que consiste en introducir el envase de la reivindicación 1 en una composición cementosa hidratable.
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