Material híbrido hinchable en agua que comprende una matriz polimérica inherentemente reticulada y partículas sólidas inorgánicas unidas en la misma,

en el que el material híbrido tiene un comportamiento de hinchamiento dependiente del tiempo que corresponde a una captación de agua de al menos 7,5 veces el peso inherente del material híbrido en el plazo de una hora

Material híbrido hinchable en agua con sustancias aditivas inorgánicas y el procedimiento para su obtención.

La presente invención comprende un material híbrido novedoso, hinchable en agua, que comprende una matriz de polímero de estructura reticular y partículas de sustancia sólida inorgánica ligadas en ella, con un comportamiento de hinchamiento dependiente del tiempo que corresponde a una absorción de agua de, al menos, 12 veces el peso propio del material en el transcurso de la primera hora, así como sus aplicaciones. La presente invención comprende, asimismo, un procedimiento para la obtención de un material híbrido hinchable en agua, que comprende la facilitación de una mezcla de reacción que incluye, al menos, un componente polimerizable y, al menos, un solvente adecuado, asimismo, el valor del pH de la mezcla de reacción es inferior a 7; mezclado, en la mezcla de reacción, de las partículas de sustancia sólida inorgánica y, al menos, un reticulante; iniciación de la reacción de polimerización; y control de la reacción de polimerización, de modo tal que incrementando el volumen respecto del volumen de la mezcla de reacción se obtiene un material híbrido esponjoso e hinchable en agua que comprende una matriz de polímero de estructura reticular y partículas de sustancia sólida inorgánica ligadas en ella.

Antecedentes de la invención

Los (co)polímeros de acrilato que absorben agua o líquidos acuosos formando hidrogeles ya han sido descritos. Estos se obtienen, usualmente, mediante procedimientos de polimerización por emulsión o suspensión inversa, como se han descrito en las memorias US-PS 4 286 082, DE-PS 27 06 135, US-PS 4 340 706 y DE-PS 28 40 010. Los productos de polimerización obtenidos de este modo también son denominados superabsorbentes y, usualmente, se utilizan en el sector de higiene y sanitario. También se ha propuesto anteriormente utilizar los productos de polimerización que forman hidrogeles, obtenidos para el sector de higiene, en el sector de la botánica como almacenamiento de agua, por ejemplo, en las declaraciones de patente alemanas DE 101 14 169 6 y DE 10 130 427 Al, o también en la declaración de patente internacional WO 03/000621.

En el caso de materiales como los descritos en la memoria WO 03/000621, se descubrió que, debido a su proporción de iones metálicos polivalentes que pueden actuar como complejizantes, los superabsorbentes que contienen sustancias eruptivas, siguen propias normas en la fabricación como así también en la utilización. Se ha comprobado, especialmente, que tanto el procedimiento de elaboración, como así también las harinas de rocas utilizadas presentan una notable influencia sobre el comportamiento de hinchamiento de los productos descritos en esta declaración internacional. Por ejemplo, se ha descubierto que en la fabricación de estos materiales convencionales a partir de una mezcla de polimerización básica se obtienen partículas que requieren de un tiempo relativamente prolongado para hincharse completamente, en parte, 24 horas o más.

Resumen de la invención

El objetivo de la invención es, por ello, poner a disposición un producto que ya no requiera dicho tiempo prolongado de hinchamiento.

Además, se tenía como objetivo presentar un material híbrido hinchable en agua que, por ejemplo, facilite la oferta de minerales y nutrientes necesaria para las plantas en una matriz de polímero reticulada que contiene material de laste, de modo tal que no se vea restringida la capacidad de almacenamiento de agua o la capacidad de hinchamiento del material híbrido.

Además, otro objetivo es presentar procedimientos para la obtención de materiales híbridos que contienen sustancias minerales y sustancias sólidas inorgánicas, para múltiples fines de empleo, dichos procedimientos deben producir productos esencialmente libres de residuos de monómeros.

Las soluciones de la presente invención se obtienen gracias a los objetos de las reivindicaciones independientes de producto, procedimiento y aplicación. Los acondicionamientos ventajosos están descritos en las respectivas subreivindicaciones.

Descripción de las figuras

La figura 1 muestra la estructura esponjosa de un ejemplo de un material híbrido acorde a la invención del ejemplo 1, asimismo, la figura 1A muestra el material seco junto con un alfiler para la comparación de las dimensiones, y la figura 1B, el mismo material en un estado saturado con agua e hinchado.

La figura 2 muestra el comportamiento de hinchamiento del material según el ejemplo 4 (curva inferior, triángulos) en comparación con el material híbrido acorde al ejemplo 1 (curva superior, cuadrados).

La figura 3 muestra las diferentes alturas de crecimiento de césped, comparando el sustrato de las plantas sin adición de material híbrido acorde a la invención (macetas de la izquierda) con el sustrato de plantas que contiene el material híbrido (macetas de la derecha), con un riego de 57 ml cada tres días, asimismo, la figura 3B es un recorte ampliado de la foto de la figura 3A.

La figura 4 muestra las diferentes alturas de crecimiento de césped, comparando el sustrato de las plantas sin adición de material híbrido acorde a la invención (macetas de la izquierda) con el sustrato de plantas que contiene el material híbrido (macetas de la derecha), con un riego de 57 ml cada seis días, asimismo, la figura 4B es un recorte ampliado de la foto de la figura 4A.

Descripción detallada de los modos de ejecución ejemplares

Para la resolución de los objetos mencionados anteriormente, así como de otros objetos, en la presente invención se presenta un material híbrido nuevo, hinchable en agua, que comprende una matriz de polímero de estructura reticular y partículas de sustancia sólida inorgánica ligadas en ella, que presenta características extraordinarias, especialmente, en el comportamiento de hinchamiento. Sin querer aferrarnos a una teoría determinada, se considera en la actualidad que las características novedosas del material híbrido pueden estar condicionadas por su procedimiento de fabricación.

Acorde a un ejemplo de un modo de ejecución de la presente invención, se presenta para ello un material híbrido hinchable en agua que comprende una matriz de polímero de estructura reticular y partículas de sustancia sólida inorgánica ligadas en ella, asimismo, el material híbrido se hincha rápidamente en contacto con líquidos acuosos, por ejemplo, agua, absorbiendo el agua, y alcanza su máximo de absorción en lo posible, rápidamente.

Se entiende en este caso por "hinchable en agua" un material que en contacto con agua o líquidos acuosos, por ejemplo, soluciones salinas, líquidos corporales, etc., u otros solventes polares próticos, por absorción de dichos líquidos sufre un incremento de su volumen propio pero, preferentemente, no de su estructura química. El término "matriz de polímero de estructura reticular" define en el presente caso un homopolímero o copolímero tridimensional reticulado con estructura de poros abierta y/o cerrada, que contiene partículas de sustancia sólida inorgánica, preferentemente, en forma ligada, por ejemplo, logadas químicamente y/o ocluidas en la estructura de poros. Se prefiere que la matriz de polímero de estructura reticular, es decir, el material híbrido, conserve esencialmente su estructura, incluso en el estado saturado con agua. La matriz de polímero de estructura reticular, es decir, el material híbrido, puede absorber agua, preferentemente, hasta su límite de saturación, sin formar un hidrogel, es decir, la matriz de polímero o el material híbrido no forman un hidrogel líquido al absorber agua, como es usualmente el caso en los superabsorbentes. Las indicaciones de porcentajes en peso se refieren al peso total de un material híbrido seco, salvo que se indique lo contrario, es decir, por ejemplo, con una proporción de agua de, aproximadamente, menos de < 0,1% en peso y/o tras 12 horas de secado del material, preferentemente, a, aproximadamente, 40ºC, preferentemente, en la estufa de ventilación forzada. Todas las indicaciones de cifras, rango y características, así como parámetros, se entienden en principio como libremente combinables entre sí, salvo que se indique lo contrario.

El comportamiento de hinchamiento del material híbrido puede determinarse, por ejemplo, mediante el contacto del material híbrido con una cantidad suficiente de, por ejemplo, agua completamente desalinizada, habitualmente, a temperatura ambiente de, aproximadamente, entre 20-23ºC, preferentemente, 20ºC y el pesado del material escurrido...

1. Material hinchable en agua que comprende una matriz de polímero reticulada en tres dimensiones con estructura de poros abierta o cerrada y partículas de sustancia sólida inorgánica ligadas en ella, en el cual:

2. Material acorde a la reivindicación 1, caracterizado porque la absorción de agua corresponde a, al menos, 15 veces el peso propio del material en el transcurso de la primera hora.

3. Material acorde a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque contiene, al menos, una sustancia adicional soluble en agua, hinchable en agua y/o disuelta en agua, seleccionada de, al menos, un silicato alcalino, silicato potásico, silicato sódico, hidróxido de potasio, hidróxido de sodio, ácido silísico, fosfato alcalino, nitrato alcalino, fosfato de hidrógeno alcalinotérreo, ácido fosfórico, ácido bórico, colorantes, aromatizantes, fertilizantes, urea, ácido úrico, guanidina, glicol, glicerina, polietilenglicol y almidón.

4. Material acorde a una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque contiene, al menos, una sustancia adicional orgánica de grupo de microorganismos, bacterias, hongos, algas, levaduras, fungicidas, pesticidas, herbicidas, celulosa, derivados de almidones, plásticos o polisacáridos; madera, paja, turba, papel viejo, cuero libre de cromo y granulado reciclado, sustancias fibrosas o tejidos sin tejer.

5. Procedimiento para la obtención de un material hinchable en agua acorde a una de las reivindicaciones anteriores, que comprende los siguientes pasos:

6. Procedimiento acorde a la reivindicación 5, en el cual en el paso b) se agregan, adicionalmente, partículas de sustancia sólida orgánica.

7. Procedimiento acorde a la reivindicación 5 o 6, caracterizado porque el control de la reacción de polimerización comprende el control del calor de reacción.

8. Procedimiento acorde a la reivindicación 7, caracterizado porque el calor de reacción de la reacción de polimerización exotérmica es controlado de modo tal que se evapora, aproximadamente, 0,1 a 30% en peso, preferentemente, aproximadamente, 2 a 15% en peso de, al menos, un solvente, preferentemente, agua.

9. Procedimiento acorde a la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque el calor de reacción es controlado por la proporción del, al menos único, componente polimerizable respecto del, al menos único, solvente adecuado o del volumen del solvente, preferentemente, agua.

10. Procedimiento acorde a la reivindicación 9, caracterizado porque la proporción del, al menos único componente polimerizable respecto del, al menos único solvente adecuado, preferentemente, agua, es de entre, aproximadamente, 1:1 a 1:5.

11. Procedimiento acorde a las reivindicaciones 7 a 10, caracterizado porque el calor de reacción es controlado mediante la refrigeración de la mezcla de reacción.

12. Procedimiento acorde a una de las reivindicaciones 5 a 11, caracterizado porque mediante el control de la reacción de polimerización se provoca un incremento en el volumen respecto del volumen de la mezcla de reacción, antes de la implementación de la reacción de polimerización, de, al menos, 10%, preferentemente, al menos, 20%, de modo preferido, al menos, 50%, y de modo especialmente preferido, al menos, 100%.

13. Procedimiento acorde a una de las reivindicaciones 8 a 12, caracterizado porque la temperatura media de reacción de la reacción de polimerización se mantiene entre, aproximadamente, 50ºC y 130ºC, preferentemente, entre, aproximadamente, 60 a 110ºC, especialmente, de, aproximadamente, 70 a 100ºC, y la temperatura inicial de la mezcla de reacción se mantiene entre, aproximadamente, 4ºC y, aproximadamente, 40ºC, preferentemente, a temperatura ambiente.

14. Procedimiento acorde a una de las reivindicaciones 5 a 13, caracterizado porque el, al menos único solvente contiene solventes polares próticos, especialmente, agua.

15. Procedimiento acorde a una de las reivindicaciones 5 a 14, caracterizado porque el valor del pH de la mezcla de reacción antes de la adición de las partículas de sustancia sólida inorgánica se encuentra por debajo de 6,5 y, preferentemente, entre 1 y 6.

16. Procedimiento acorde a una de las reivindicaciones 5 a 15, caracterizado porque el, al menos único, componente polimerizable está seleccionado entre monómeros que comprenden ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido etacrílico, ácido sórbico, ácido maleico, ácido fumárico o ácido itacónico.

17. Procedimiento acorde a una de las reivindicaciones 5 a 16, caracterizado porque la mezcla de reacción contiene, asimismo, al menos, un comonómero soluble en agua insaturado etilénicamente, seleccionado de aminas insaturadas, como acrilamida, metalquilacrilamida, N-alquilacrilamida, N-alquilmetacrilamida, N dialquilaminoacrilamida, N-dialquilaminometacrilamida, N-metilolacrilamida, N-metulolmetacrilamida, N-vinilamida, N-vinilformamida, N-vinilacetamida, N-vinil-n-metilacetamida, N-vinil-n-metilacetamida, N-vinil-n-formamida; vinilpirrolidona, hidroxietilenacrilato, hidroxietilmetacrilato, éster de ácido acrílico y/o éster de ácido metacrílico.

18. Procedimiento acorde a una de las reivindicaciones 5 a 17, caracterizado porque el, al menos único, reticulante está seleccionado entre los compuestos que contienen, al menos, dos grupos insaturados etilénicamente, o, al menos, un grupo insaturado etilénicamente y, al menos un grupo funcional más que puede reaccionar con grupos ácidos.

19. Procedimiento acorde a la reivindicación 18, caracterizado porque el, al menos único, reticulante está seleccionado entre metilenbisacrilamida, mono, di y poliésteres del ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido itacónico, ácido maleico, ésteres de dichos ácidos con alcohol alílico o su homólogo oxalquilado, alcoholes polivalentes, butandiol, hexandiol, polietilenglicol, trimetilolpropano, pentaeritrito, glicerina, poliglicerina, homólogos oxalquilados de dichos alcoholes polivalentes, monoéster de dihidroxialquilo, diacrilato de butanodiol; alilacrilamida, trialilcitrato, trimonoalil, citrato de polietilenglicoléter, N-dialilacrilamida, dialilftalato, trialilcitrato, citrato de tri-monoalilpolietilenglicoléter, aliléter de di y polioles o sus oxetilatos; polialiléter de glicerina, trimetilolpropano, pentaeritrito o sus oxetilatos; tetraaliloxietano, poliglicidilaliléter, etilenglicoldiglicidiléter, glicidiléter de glicerina; diaminas o sus sales con, al menos, dos sustituyentes insaturados etilénicamente; di o trialilamina, o cloruro de tetraalilamonio.

20. Procedimiento acorde a una de las reivindicaciones 5 a 19, caracterizado porque la polimerización se inicia mediante un sistema Redox adecuado o por fotocatálisis, en presencia de estabilizadores adecuados, o sus combinaciones.

21. Material acorde a una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por una proporción de resto de humedad de, al menos, aproximadamente, 0,1% en peso, preferentemente, hasta, aproximadamente, 60% en peso, de modo especialmente preferido, de hasta, aproximadamente 35% en peso, en relación al peso total del material con restos de humedad.

22. Material acorde a una de las reivindicaciones 1 a 4 o 21, caracterizado por una dureza Shore A (DIN 53505) de, al menos, 25, preferentemente, de, aproximadamente, 30 a 50, tras 12 horas de secado del material a, aproximadamente, 40ºC.

23. Material acorde a una de las reivindicaciones 1 a 4 o 21 a 22, caracterizado por una dureza Shore A (DIN 53505) de, al menos, 1, preferentemente, de, aproximadamente, 2 a 10, en el estado saturado tras el almacenamiento del material durante 24 horas en agua completamente desalinizada.

24. Utilización del material acorde a una de las reivindicaciones 1 a 4 o 21 a 23, en la agricultura, en la viticultura, jardinería y parquización para campos de deporte y de golf y jardines, para techos verdes o parquización de cementerios, para la estabilización de plantas solitarias (árboles), fijación de pendientes y dunas, para la mejora del suelo, como depósitos de agua y sustancias activas, como serrín para animales, para combatir la desertificación en zonas áridas, para la absorción de olores, especialmente, en el caso de animales en corrales, para la absorción y deserción de fertilizantes, pesticidas, fungicidas, microorganismos y/o en combinación con semillas como acelerador de germinación.

25. Sustancia auxiliar para el suelo que contiene un material acorde a una de las reivindicaciones 1 a 4 o 21 a 24, y, al menos, una sustancia seleccionada de tierra, humus, arena, turba y similares.