MXPA06008421A - Cal y polimero que contiene una mezcla fraguable - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a una mezcla fraguable la cual comprende (I) una composición absorbente de agua (II) una emulsión acuosa de un polímero orgánico o (III) un polímero orgánico que se puede dispersar, en donde la composición absorbente de agua (I) contiene ingredientes inorgánicos que tienen la capacidad de reaccionar con el agua y la composición absorbente de agua (I) contiene por lo menos el 95%en peso de cal y en donde la cantidad de la emulsión acuosa de polímero orgánico (II) en relación con (I) es tal como para proporcionar una proporción de peso combinado de sólidos de polímero a peso combinado de los ingredientes que tienen la capacidad de reaccionar con el agua de 0.5:1 a 10:1, preferentemente de 1:1 a 4:1, y en donde la cantidad de polímero orgánico que se puede dispersar (III) en relación con (I) es tal como para proporcionar una proporción de peso combinado de polímeros a peso combinado de los ingredientes que tienen la capacidad de reaccionar con el agua de 0.5:1 a 10.1, preferentemente de 1:1 a 4:1.

Description

CAL Y POLÍMERO QUE CONTIENEN UNA MEZCLA FRAGUABLE Campo de la Invención La presente invención se refiere a una mezcla fraguable, un método de aplicación de un recubrimiento, el recubrimiento y el uso de recubrimiento.

Antecedentes de la Invención Anteriormente se ha propuesto aplicar un recubrimiento a una superficie de roca en una mina rociando una emulsión acuosa de un polímero orgánico y ocasionando que la emulsión se coagule para producir un recubrimiento flexible en la forma de una película o piel en la superficie. Los polímeros que han sido descritos para este propósito incluyen poliuretanos y policloropreno . Este último ha sido descrito en la Patente Sudafricana No. 8203384. Más recientemente se ha descrito en el documento WO 98/58886 una composición que comprende dos partes. Una es una emulsión acuosa de un polímero orgánico, tal como el copolímero de etileno y acetato de vinilo. La otra parte es una composición cementosa con capacidad de absorber por lo menos su propio peso de agua. La composición cementosa descrita es una composición que forma de etringita que contiene cemento con alta alúmina, cemento Portland ordinario y anhidrito . Durante el uso las dos partes son rociadas sobre la superficie de la roca de un mina para formar un recubrimiento. Esta Patente describe también una mezcla seca de sólidos formados a partir de la composición cementosa y una emulsión seca de polímero a la cual se le agrega el agua de mezcla en la mina. Las composiciones descritas en el documento WO 98/58886 anteriormente mencionado se llevan un tiempo importante para alcanzar una resistencia temprana adecuada, generalmente no menor de 24 horas. Aunque el recubrimiento está desarrollando su resistencia, por razones de seguridad, no se admite la entrada del personal al área tratada y por lo tanto, esa parte de la mina no es productiva. Por lo tanto, se desea reducir el tiempo tomado para el recubrimiento para desarrollar una resistencia temprana adecuada. Recientemente, se ha descrito en el documento WO 01/28955 una solución a este problema proporcionando una composición cementosa que forma etringita más rica en aluminato de calcio que aquellas descritas anteriormente, y la cual proporciona una resistencia temprana más alta. Esta composición cementosa formadora de etringita contiene del 25% al 59% en peso de aluminato de calcio, del 0% al 10% en peso de cal y del 0% al 50% en peso de sulfato de calcio.

Aunque las composiciones descritas en el documento WO 01/28955 mencionado anteriormente, se llevan un tiempo mejorado (más corto) para alcanzar una resistencia temprana adecuada, se desea reducir adicionalmente el tiempo de secado y mejorar adicionalmente la resistencia temprana. Además, se debe reducir el precio de dichas composiciones .

Sumario de la Invención Por lo tanto, el objeto de la presente invención es mejorar una resistencia temprana de un recubrimiento correspondiente el cual es aplicado a una superficie. La solución de este objeto es una mezcla fraguable, la cual comprende : (i) una composición absorbente de agua y (ii) una emulsión acuosa de polímero orgánico o (iii) polímero orgánico que se puede dispersar, en donde la composición absorbente de agua (i) contiene ingredientes inorgánicos los cuales tienen la capacidad de reaccionar con el agua y la composición absorbente de agua (i) contiene por lo menos el 95% en peso de cal y en donde la cantidad de la emulsión acuosa de polímero orgánico (ii) en relación con (i) es tal como para proporcionar una proporción combinada de peso de sólidos de polímero a peso combinado de los ingredientes, los cuales tienen la capacidad de reaccionar con el agua de aproximadamente 0.5:1 a 10:1, preferentemente de 1:1 a 4:1, en donde la cantidad de polímero orgánico que se puede dispersar (iii) en relación con (i) es tal como para proporcionar una proporción combinada en peso de los polímeros a un peso combinado de los ingredientes los cuales tienen la capacidad de reaccionar con el agua de 0.5:1 a 10:1, preferentemente de 1:1 a 4:1. La frase "ingredientes que tienen la capacidad de reaccionar con el agua" pretende incluir por una parte ingredientes los cuales solamente reaccionan con agua (por ejemplo, la hidratación de CaO), y por otra parte, ingredientes que reaccionan en una reacción con agua y otros ingredientes (por ejemplo, algunos ingredientes cementosos los cuales están reaccionando en una reacción cementosa con el agua) . De acuerdo con la presente invención, los "ingredientes que tienen la capacidad de reaccionar con el agua" típicos son componentes cementosos y la cal rápida (CaO) , mientras los rellenadores los cuales son utilizados frecuentemente en las composiciones cementosas no son "ingredientes que tienen la capacidad de reaccionar con el agua" debido a la presente invención.

La cal puede ser cal rápida (CaO) o puede ser proporcionada por cemento Portland ordinario el cual libera la cal en el momento de la hidratación.

Generalmente, es posible que la cal sea proporcionada por una composición cementosa. La emulsión acuosa del polímero orgánico a la que algunas veces nos referimos en la técnica como una emulsión de látex de polímero puede contener como polímero uno o más de un amplio rango de homopolímeros o copolímeros. Los ejemplos incluyen estireno, copolímeros estireno divinilo, de estireno butadieno, metacrilato metilo, copolímeros de estireno y metil metacrilato o anhídrido maleico, acrílicos y resinas de éster acrílico, copolímeros de acetato de vinilo y copolímeros de los mismos con etileno y otras olefinas (por ejemplo, acetato etileno vinilo), copolímeros de cloruro de vinilo plastificado . También pueden ser utilizadas mezclas de polímeros o copolímeros. Se prefiere emplear un polímero con una temperatura de transición al vidrio de aproximadamente -50 °C a +50 °C.

Se pueden agregar plastificadores , tales como Cerecyor (una parafina clorinada) , dibutil ftalato, dietilénglicol para mejorar la flexibilidad. Los contenidos de polímeros sólidos adecuados de la emulsión son de aproximadamente 5% al 80%, preferentemente de por lo menos el 25%, por ejemplo, del 30% al 70%, más preferentemente del 45% al 65% en peso basado en el peso de la emulsión. El polímero orgánico que se puede dispersar es convenientemente obtenido secando, por ejemplo, secando por rociado una emulsión de polímero acuoso. El polímero seco se puede conseguir comercialmente . El alto contenido de cal (por lo menos el 95% en peso de la composición absorbente de agua (i) ocasiona que se produzca una generación intensa de calor de hidratación (Ca (OH) 2) . Como resultado, el tiempo para el secado es reducido y se mejora la resistencia temprana. Debido a que la cal es una materia prima relativamente barata, el precio de la composición absorbente de agua (i) se reduce de modo que la mezcla fraguable de acuerdo con la presente invención también es económica. Debido a que en la modalidad preferida de la presente invención la composición absorbente de agua (i) comprende aproximadamente el 100% en peso de cal. "Aproximadamente 100% en peso" significa que es posible que (i) no solamente contenga cal sino también impurezas ocasionadas por otros ingredientes. Debido a que en otra modalidad de la presente invención la composición absorbente de agua (i) también contiene una composición cementosa de la cual los componentes preferentemente forman etringita durante la absorción del agua. La etringita es un trisulfoaluminato de calcio que tiene 32 moléculas de agua de cristalización y tiene la fórmula 3CaO. AL203. 3CaS04. 32H20. La etringita es producida mediante la hidratación de los materiales cementosos que contienen aluminato de calcio y sulfato de calcio. A menos que el contexto requiera lo contrario, el término etringita en la presente descripción pretende incluir análogos de etringita. Estos se definen en "Química del Cemento" (Cement Chemistry) de H. F. W. Taylor, 2A edición 1997 publicado por Thomas Telford. La composición cementosa generalmente contiene aluminato de calcio y sulfato de calcio. El término aluminato de calcio pretende incluir no solamente la forma de aluminato de calcio que con frecuencia está escrita en la abreviatura del cemento como CA, sino también otros cementos que contienen aluminato, los cuales se escriben como CA2, CA3, C12A7, C4AF y CllA7CaF2 y además sulfoalu inato de calcio y ferroaluminato de calcio y análogos de los mismos. El aluminato de calcio puede ser proporcionado por un cemento con un contenido alto de alúmina, al que algunas veces nos referimos como Ci ent Fondu el cual generalmente contiene de aproximadamente el 40% a aproximadamente el 80% en peso de fases de aluminato de calcio (o del 40% al 50% en peso de aluminato de calcio (CA) ) . El sulfato de calcio puede ser proporcionado por un material que contiene sulfato de calcio, tal como un beta-anhidrito, yeso o yeso de París. Las referencias al sulfoaluminato de calcio en la descripción son para el sulfoaluminato de calcio puro, el cual es de la fórmula C4A3S* en donde C es CaO ó Ca (OH) 2), A es A1203 y S* es S03. Este a veces es conocido como un compuesto de Klein y también puede ser escrito como 3CaO. 3A1203. CaS0 . Con respecto a la formación de etringita, la composición absorbente de agua (i) con frecuencia contiene un excedente estequiométrico de cal. La expresión "un excedente estequiométrico de cal" significa que por lo menos una porción de la cal que es usada como eductor no puede participar en la reacción cementosa de la etringita - por lo tanto, existe un resto de cal rápida el cual es hidratado. La presente invención se refiere además a un método de aplicación de un recubrimiento a una superficie cuyo método comprende formar una mezcla fraguable de una composición absorbente de agua (i) y una emulsión acuosa (ii) como se definió anteriormente, y colocar la mezcla en la superficie para formar un recubrimiento preferentemente de por lo menos 2 mm de espesor y permitir que se seque el recubrimiento. Cuando es utilizada una emulsión de polímero orgánico (ii) el agua puede ser el agua ya presente en la emulsión (ii) por lo que el agua de la emulsión acuosa es utilizada para hidratar los ingredientes de las composiciones absorbentes de agua (i) . Si se requiere o se prefiere, se puede agregar agua adicional . La presente invención proporciona también un método alternativo de aplicación de un recubrimiento a una superficie cuyo método comprende formar una mezcla fraguable de una composición absorbente de agua (i) , y un polímero orgánico que se puede dispersar (iii) como se definió anteriormente, combinando la mezcla fraguable con el agua y colocando la mezcla sobre la superficie para formar un recubrimiento con un espesor preferentemente de por lo menos 2 mm y permitiendo que se seque el recubrimiento. En caso de que se utilice una emulsión de polímero seco (iii) con la composición absorbente de agua (i) es necesario agregar el agua requerida para hidratar los ingredientes de la composición absorbente de agua (i) . Ya sea que se use la emulsión de polímero seco el peso del agua generalmente es tal, que todos los ingredientes de la composición absorbente de agua (i) son convertidos mediante la reacción con el agua. Normalmente el recubrimiento es aplicado a la superficie rociando la mezcla sobre la superficie. Antes de rociar la mezcla se le pueden agregar otros aceleradores y retardadores de cemento. Cuando se desee iniciar o aumentar además el índice de secado, éste puede ser efectuado mediante la adición de un alcalino.

La presente invención también se refiere a un recubrimiento, el cual se puede fabricar de acuerdo con un método el cual se definió anteriormente. Además, la presente invención proporciona el uso de dicho recubrimiento como medio de soporte de roca. Se ha descubierto que un recubrimiento de aproximadamente 4 mm (por ejemplo, de 3 a 7 mm) de espesor puede ser utilizado como un reemplazo para una malla de alambre empleada para evitar que haya deslaves y caigan fragmentos de roca suelta en la mina. Los recubrimientos pueden ser utilizados en las minas, las cuales son conocidas como "minas de roca dura" tales como minas de níquel u oro y también en minas de carbón.

Los recubrimientos pueden ser utilizados, por ejemplo, en minas de carbón 7debido al método de espacio y pilares para reducir el tamaño de los pilares los cuales se dejan para proporcionar un soporte y por lo tanto, recuperar más carbón. Esto se logra rociando el recubrimiento bajo el pilar aumentando de este modo su capacidad portadora de carga. El recubrimiento también puede ser utilizado para estabilizar los bordes. Los recubrimientos también pueden ser aplicados para reducir o evitar el desgaste, que es la erosión de las superficies de roca recientemente expuestas por el aire de la mina o para la supresión de un gas de radón en una mina de uranio o para la estabilización de bancos, por ejemplo, en una cantera, para estabilizar los techos de los túneles o similares . La presente invención se refiere además al uso de un recubrimiento tal como se definió anteriormente, como un medio impermeable al agua. Por lo tanto, el recubrimiento es aplicado por lo menos a una superficie parcialmente colgante. La resistencia al agua de las minas y túneles con frecuencia es muy apreciada, debido a que si el agua encuentra su camino dentro de la mina o el túnel, las actividades de trabajo pueden ser perturbadas . La presente invención tiene una aplicación en la Industria de la Construcción para el tratamiento de edificios que incluye paredes externas e internas, pisos y techos. Como se describió anteriormente no solamente se pretende mejorar la resistencia temprana (la resistencia temprana debe ser definida como que es la resistencia del recubrimiento aplicado después del tiempo de secado de una hora) del recubrimiento correspondiente, sino también para reducir el precio del recubrimiento. Generalmente se pretende que también deban de ser suficientes el alargamiento en la rotura y la resistencia final. Especialmente si el recubrimiento es utilizado como medios a prueba de agua se desea un alto alargamiento en las roturas - en este caso, el alargamiento en las roturas debe ser por lo menos del 70% y preferentemente del 110%. En el caso en que es usado un recubrimiento correspondiente como medios de soporte de roca, el parámetro de resistencia final es muy importante - en este caso la resistencia final (resistencia final de acuerdo con la presente invención debe ser definida como que es la resistencia a la tensión después del tiempo de secado de 28 días) debe de ser de por lo menos 3 MPa, preferentemente 3, 5 Mpa, dependiendo de la aplicación específica) .

Generalmente, se prefiere que la resistencia a la tensión después de un tiempo de secado de una hora (resistencia temprana) sea de por lo menos 0.4, preferentemente de por lo menos 0.5 y más preferentemente de por lo menos 0.75 MPa. La resistencia a la tensión y el alargamiento en las roturas fueron medidos de acuerdo con un método de medición estándar de la norma DIN 53504: S2, en donde S2 es la muestra de prueba. La optimización de las características de "alta resistencia temprana y el precio" también conducen al siguiente resultado: La composición absorbente de agua (i) debe contener por lo menos el 95% en peso y más preferentemente aproximadamente el 100% en peso de cal y opcionalmente una composición cementosa. El contenido de la composición cementosa es variable (pero no superior al 5% en peso) . Aproximadamente el 100% en peso de cal debe de significar que es posible que la composición absorbente en agua (i) también contenga impurezas ocasionadas por otros ingredientes . La mezcla fraguable que contiene una composición absorbente de agua la cual solamente consiste de cal generalmente es más barata que una mezcla fraguable que también contiene una composición cementosa. Además, la cal con frecuencia es fácil de conseguir (pero las composiciones cementosas con frecuencia son difíciles de obtener) .

Breve Descripción de las Figuras A continuación se describe adicionalmente la presente invención por medio de las figuras . Las figuras muestran: la figura 1 un diagrama en el cual está trazada la resistencia temprana del recubrimiento de acuerdo con la presente invención contra el contenido de cal en la composición absorbente de agua (i) , Descripción Detallada de la Invención Los recubrimientos cuyas características se muestran en dibujos presentes están basados en una mezcla fraguable consistente del 40% en peso de la composición absorbente de agua (i) y el 60% en peso de polímero orgánico que se puede dispersar (iii) . La base de la composición absorbente de agua (i) son tres partes en peso de un Enlazador CSA (un cemento que contiene aproximadamente el 75% en peso de 4Ca0. 3A1203. S04 (Yeeli it) y el 10% en peso de Na2S04 (Tenardita) ) y dos partes en peso de un Agente Expansivo CSA (un cemento que contiene aproximadamente 63% en peso de CaS04 (anhidrito) , aproximadamente el 28% en peso de CaO (Estabilita/Cal) y el 8% en peso de 4CaO. 3A1203. S04 (Yeelimit) ) . El contenido de cal varia mediante la adición de CaO y Ca04 (anhidrito) , respectivamente a dicha mezcla del Enlazador CSA y el Agente Expansivo CSA. El polímero orgánico que se puede dispersar (iii) consiste de VINAPAS RE 5044 N, el cual es un polvo que esencialmente comprende copolímeros de acetato de vinilo y etileno. En el diagrama de la figura 1, X (en la ordenada) sitúa la "resistencia temprana [MPa] " y n (en la abscisa) para el "% en peso de CaO en la composición absorbente de agua (i)". Se logra una resistencia temprana de 0.4 MPa, si la composición absorbente de agua (i) contiene aproximadamente por lo menos el 13% en peso de cal. Se considera que es necesaria una resistencia temprana de por lo menos 0.4 MPa para proporcionar una "tecnología de recubrimiento" satisfactoria. Pero se prefiere que la resistencia temprana de recubrimiento sea de por lo menos 0.5 MPa. Es importante observar que no fue posible medir la resistencia "temprana de los recubrimientos los cuales están basados en composiciones absorbentes de agua (i) , los cuales contienen menos del 6% en peso de cal. La presente invención se describe adicionalmente haciendo referencia a los siguientes ejemplos no limitativos : Ejemplo 1 La mezcla fraguable contiene el 60.00% en peso de VINNAPAS0 RE 5044 N (copolímero de acetato de vinilo-etileno) y el 40.00% de CaO. Esto significa que la composición absorbente de agua (i) consiste de cal (rápida) . Resultados : Resistencia temprana > 0.5 MPa Alargamiento en la rotura (con respecto al tiempo de secado de 28 días) > 100% Resistencia final (28d) > 1 MPa Ejemplo 2 La mezcla fraguable contiene 30.00% en peso de Arconal0 430P (un polvo que contiene poliacrilato) y el 70.00% en peso de CaO. Por lo tanto, la composición absorbente de agua (i) consiste de cal (rápida) . Resultados : Resistencia temprana > 0.5 MPa Alargamiento en la rotura (con respecto al tiempo de secado de 28 días) - no medida Resistencia final (28d) > 2 MPa Los resultados de los ejemplos anteriores muestran que los buenos valores de las características de resistencia temprana y alargamiento en la rotura, así como valores más o menos aceptables de la característica de resistencia final, también pueden ser logrados, si se varían los parámetros como el tipo de polímero y la proporción del polímero y la composición absorbente de agua (i) .

Claims (20)

1. NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención, se considera como novedad y por lo tanto, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes:
2. REIVINDICACIONES 1. Una mezcla fraguable, caracterizada porque comprende : (i) una composición absorbente de agua y (ii) una emulsión acuosa de polímero orgánico ó (iii) un polímero orgánico que se puede dispersar, en donde la composición absorbente de agua (i) contiene ingredientes inorgánicos los cuales tienen la capacidad de reaccionar con el agua y la composición absorbente de agua (i) contiene por lo menos el 95% en peso de cal y en donde la cantidad de la emulsión acuosa de polímero orgánico (ii) en relación con (i) es tal como para proporcionar una proporción de peso combinado de los sólidos de polímero a peso combinado de los ingredientes que tienen la capacidad de reaccionar con el agua de 0.5:1 a 10:1, y en donde la cantidad del polímero orgánico que se puede dispersar (iii) en relación con (i) es tal como para proporcionar una proporción de peso combinado de polímeros a peso combinado de ingredientes que tienen la capacidad de reaccionar con el agua de 0.5:1 a 10:1. 2. Una mezcla fraguable de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la composición absorbente de agua (i) comprende aproximadamente el 100% en peso de cal.
3. 3. Un método para aplicar un recubrimiento a una ' superficie cuyo método comprende formar una mezcla fraguable de conformidad con la reivindicación 1, la cual contiene una composición absorbente de agua (i) y una emulsión acuosa de polímero orgánico (ii) y colocar la mezcla fraguable en una superficie para formar un recubrimiento .
4. 4. Un método para aplicar un recubrimiento a una superficie cuyo método comprende formar una mezcla fraguable de conformidad con la reivindicación 1, la cual contiene una composición absorbente de agua (i) y un polímero orgánico que se puede dispersar (iii) , combinando la mezcla fraguable con agua y colocando la mezcla en la superficie para formar un recubrimiento.
5. 5. El recubrimiento elaborado de conformidad con el método definido en la reivindicación 3.
6. 6. Un método para utilizar el recubrimiento de conformidad con la reivindicación 5, como un medio de soporte de roca.
7. 7. El método para utilizar el recubrimiento de conformidad con la reivindicación 5, como medios a prueba de agua.
8. 8. La mezcla fraguable de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la cantidad de emulsión acuosa de polímero orgánico (ii) en relación con (i) es tal como para proporcionar una proporción de peso combinado de sólidos de polímero a peso combinado de los ingredientes que tienen la capacidad de reaccionar con el agua de 1:1 a 4:1.
9. 9. La mezcla fraguable de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada porque la composición absorbente de agua (i) comprende aproximadamente el 100% en peso de cal.
10. 10. La mezcla f aguable de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la cantidad de polímero orgánico que se puede dispersar (iii) en relación con (i) es tal como para proporcionar una proporción de peso combinado de polímeros a peso combinado de los ingredientes que tienen la capacidad de reaccionar con el agua de 1:1 a 4:1.
11. 11. La mezcla fraguable de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada porque la composición absorbente de agua (i) comprende aproximadamente 100% en peso de cal .
12. 12. Un método para aplicar un recubrimiento a una superficie cuyo método comprende formar una mezcla fraguable de conformidad con la reivindicación 2, la cual contiene una composición absorbente de agua (i) y una emulsión acuosa de polímero orgánico (ii) y colocar la mezcla fraguable sobre la superficie para formar un recubrimiento .
13. 13. El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el recubrimiento tiene un espesor de por lo menos 2 mm.
14. 14. El método de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque el recubrimiento tiene un espesor de por lo menos 2 mm.
15. 15. Un método para aplicar un recubrimiento a una superficie cuyo método comprende formar una 'mezcla fraguable de conformidad con la reivindicación 2, la cual contiene una composición absorbente de agua (i) y un polímero orgánico que se puede dispersar (iii) , combinando la mezcla fraguable con agua y colocando la mezcla en la superficie para formar un recubrimiento.
16. 16. El método de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el recubrimiento tiene un espesor de por lo menos 2 mm.
17. 17. El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el recubrimiento tiene un espesor de por lo menos 2 mm.
18. 18. Un recubrimiento elaborado de conformidad con el método definido en la reivindicación 4.
19. 19. Un método para utilizar el recubrimiento de conformidad con la reivindicación 18, como medios de soporte de roca.
20. 20. Un método para utilizar el recubrimiento de conformidad con la reivindicación 18, como medio a prueba de agua.