BARRERA AUTORREPARADORA CONTRA EL AGUA SALADA.

Un artículo de material geocompuesto autorreparador, que comprende:

a) al menos una capa de membrana impermeable al agua; y b) una capa autorreparadora activa, que se hincha con el agua salada, consistente en un copolímero parcialmente reticulado, insoluble en agua, de acrilamida/ácido acrílico/acrilato; y c) opcionalmente una tela de geotextil, tejida o no tejida, que contiene al menos una parte de la capa autorreparadora adherida a la capa de membrana para emparedar la capa autorreparadora activa entre la membrana y la tela, cuyo artículo de geocompuesto presenta un índice de comportamiento en autorreparación inferior a 0,1 cuando se ensaya realizando una hendidura de 2,54 cm (1 pulgada) a través de todas las capas del artículo de geocompuesto sellado por sus bordes bajo 4 metros de agua con una conductividad de 1 mS/cm o mayor.

CAMPO DEL INVENTO

El presente invento se refiere a métodos y a artículos de fabricación útiles como membranas impermeables para impermeabilizar superficies con el fin de evitar la penetración de agua que contenga sal, con una conductividad elevada, por ejemplo, aguas de bahía, aguas subterráneas, aguas de pantano, aguas salobres, agua de mar, aguas residuales de minería, tal como en la formación de áreas de construcción impermeables sometidas al contacto con aguas de elevada conductividad tales como lagunas, áreas de contención de residuos tóxicos o peligrosos, superficies de cimientos subterráneos y similares. Más particularmente, el presente invento se refiere a artículos de fabricación impermeables al agua salada, formados confinando un copolímeroparcialmente reticulado de poliacrilamida/ácido poliacrílico parcialmente neutralizado, en una esterilla. Alternativamente, puede forzarse al copolímero a entrar en la esterilla textil no tejida tras la formación de la esterilla o se le puede producir directamente en la estructura por polimerización o mediante otros procedimientos.

ANTECEDENTES DEL INVENTO Y TÉCNICA ANTERIOR

A la superficie del suelo se le han aplicado diversos polímeros, arcillas hinchables y artículos de fabricación multicapa para proporcionar una capa impermeable con el fin de evitar la penetración en la tierra de agua y/o de materiales tóxicos o peligrosos, y proporcionar lagunas, balsas y otras áreas de contención de agua. Las arcillas que se hinchan con el agua, tales como la bentonita, han sido aplicadas directamente a la superficie del suelo e impactadas en posición, como se describe en la patente norteamericana anterior núm. 3.986.365 del cesionario de la presente. Además, se han fabricado muchos artículos de fabricación multicapa diferentes que contienen una arcilla que se hincha con el agua, tal como bentonita de sodio, asegurando la arcilla que se hincha con el agua a las superficies internas mayores de materiales en lámina flexibles, por ejemplo, la patente norteamericana núm. 4.501.788, de Clem, para la aplicación a la superficie del suelo en relación de apoyo o solapamiento con artículos multicapa adyacentes. Ejemplos de otros materiales en lámina flexibles que contienen arcillas que se hinchan con el agua, aseguradas mediante adhesivo, se encuentran en las siguientes patentes norteamericanas núms. 4.467.015, de Clem; 4.693.923, de McGroarty y otros; 4.656.062, de Harriett, y 4.787.780 de Harriett.

La solicitud de patente británica publicada GB 2.202.185 A describe una capa de bentonita que se hincha con el agua dispuesta entre capas textiles flexibles que han sido sometidas juntas a tratamiento con agujas en un telar de agujas, para asegurar entre sí las capas superior e inferior, en la que al menos una de las capas textiles es de un material textil no tejido.

Otra barrera impermeable, descrita en la patente norteamericana núm. 4.344.722, de Blais, se construye en el campo aplicando una primera capa textil flexible, permeable al agua, superponiendo sobre ella un grosor de material de arcilla que se hincha con el agua y aplicando encima un revestimiento del mismo textil flexible, permeable al agua. Otras patentes que describen el uso de capas de barrera contra el agua para proteger una superficie del suelo incluyen la memoria de la patente británica 1.059.363; la memoria de la patente británica 1.029.513, y la memoria de la patente británica 1.129.840.

La patente alemana DE 37 04 503 C2 describe un artículo que tiene dos capas textiles que incluyen un textil no tejido que rodea a una capa de arcilla de bentonita, en el que las dos capas textiles son sometidas juntas a tratamiento con agujas. La patente norteamericana núm. 4.565.468, de Crawford, describe un artículo que incluye dos capas textiles que rodean una capa de arcilla de bentonita, en el que las dos capas textiles son acolchadas juntas con un diseño que forma compartimientos de cuatro lados.

Si bien los artículos descritos en las patentes antes mencionadas son eficaces para lograr la impermeabilización frente a la penetración de agua relativamente no contaminada, no son capaces de evitar la penetración de agua que contenga sal (por ejemplo ClNa), tal como el agua de mar. La patente norteamericana núm. 5.389.116 del cesionario de la presente, que se incorpora a este documento como referencia, describe la incorporación de una arcilla que se hincha con el agua en una esterilla mientras se tienden las fibras para formar la esterilla.

Sorprendentemente, se ha encontrado que un copolímero parcialmente reticulado de acrilamida/ácido poliacrílico parcialmente neutralizado, de preferencia un copolímero de acrilamida/acrilato de potasio o acrilato de sodio/ácido acrílico (CAS núm. 312-12-13-2) por ejemplo, STOCKOSORB o STOCKOSORB S, de Stockhausen, Inc., de Greensboro, NC., EE.UU., impermeabilizará las superficies evitando la penetración de agua con elevada conductividad. Los artículos descritos en este documento tienen una máxima utilidad a la hora de proporcionar una barrera contra el agua que contenga iones multivalentes con una conductividad de, al menos, 1 mS/cm, de preferencia al menos 10 mS/cm, más preferiblemente de al menos 30 mS/cm, todavía más preferiblemente al menos 40 mS/cm y, del modo más preferible al menos 50 mS/cm.

Desde los años 70 se han producido polímeros superabsorbentes ("SAP") para uso en una diversidad de productos que incluyen, entre otros, productos para la higiene tales como pañales desechables, braguitas de aprendizaje, productos para la higiene femenina y dispositivos para incontinencia, productos para usos agrícolas y hortícolas y absorbentes industriales y ambientales. Los SAP se utilizan, principalmente, para incrementar o mejorar la absorción de agua de un producto.

Los SAP se producen a partir de una diversidad de componentes mediante una variedad de procesos. Por ejemplo, con frecuencia, los SAP se preparan a partir de monómeros tales como acrilamida, ácido acrílico y acrilato, que resultan particularmente adecuados para aplicación en productos para la higiene.

Alternativamente, para proporcionar capacidad de absorción de agua a un producto pueden utilizarse arcillas hinchables, tales como arcillas se esmectita sódica, por ejemplo bentonita sódica. En lo que respecta al coste, el coste de las arcillas hinchables tiende a ser mínimo en comparación con el de los monómeros químicos anteriormente descritos. Además, las arcillas hinchables son relativamente estables en comparación con los monómeros químicos y no están sometidas a degradación. Sin embargo, las arcillas hinchables tienen una capacidad de absorción de agua significativamente menor que la de los SAP y, al igual que los SAP comunes de copolímero de ácido acrílico parcialmente neutralizado y parcialmente reticulado, las esmectitas sódicas carecen de la suficiente capacidad de hinchado libre, cuando entran en contacto con agua salada con alta conductividad, para actuar como barrera contra el agua salada.

Algunos productos incluyen tanto un SAP como una arcilla hinchable, como se describe en la patente norteamericana núm. 6.610.780 y en la patente norteamericana núm. 6.783.802 del cesionario de la presente, que se incorporan a este documento como referencias. Sin embargo, ni los SAP ni las arcillas que se hinchan con el agua han sido capaces de impermeabilizar superficies evitando la penetración de agua contaminada con iones con alta conductividad, tal como agua de mar.

Es bien sabido que el grupo de arcillas de la montmorillonita se hidratan y se hinchan en agua dulce pero el hinchado se inhibe sustancialmente en agua contaminada. El agua contaminada con sal se encuentra, frecuentemente, en los entornos de uso de las arcillas de bentonita cuando la bentonita se emplea, ventajosamente, por su capacidad para hincharse, por ejemplo, como aditivo en lodos de perforación con el fin de obturar las fisuras que aparecen en las formaciones terrestres que rodean al pozo perforado con vistas a impedir la pérdida de fluido de perforación, y para sellar lagunas y vertederos. Cuando entra en contacto con agua contaminada con sal, la capacidad para hincharse y la estabilidad de las arcillas de montmorillonita comunes se ven severamente inhibidas, haciendo necesario utilizar cantidades mucho mayores de la arcilla para conseguir el grado de hinchado necesario con fines de obturación. En algunos casos, en lugar de las arcillas de montmorillonita se utilizan arcillas de paligorskita (atapulgita) debido a sus superiores propiedades de dispersión en agua salada, como se describe en la patente... [Seguir leyendo]

1. Un artículo de material geocompuesto autorreparador, que comprende:

a) al menos una capa de membrana impermeable al agua; y

b) una capa autorreparadora activa, que se hincha con el agua salada, consistente en un copolímero parcialmente reticulado, insoluble en agua, de acrilamida/ácido acrílico/acrilato; y

c) opcionalmente una tela de geotextil, tejida o no tejida, que contiene al menos una parte de la capa autorreparadora adherida a la capa de membrana para emparedar la capa autorreparadora activa entre la membrana y la tela,

cuyo artículo de geocompuesto presenta un índice de comportamiento en autorreparación inferior a 0,1 cuando se ensaya realizando una hendidura de 2,54 cm (1 pulgada) a través de todas las capas del artículo de geocompuesto sellado por sus bordes bajo 4 metros de agua con una conductividad de 1 mS/cm o mayor.

2. El artículo de material geocompuesto autorreparador de la reivindicación 1, en el que la capa autorreparadora activa es de un material absorbente de agua con alta conductividad, en polvo o en gránulos, capaz de absorber agua con una conductividad de, al menos, 1 mS/cm, en el que el material absorbente de agua con alta conductividad, en polvo o en gránulos, se incluye opcionalmente en el artículo en una cantidad comprendida en el intervalo de desde 2,83 g hasta 13,61 kg por cada 0,09 m2 (de 0,1 onzas a 30 libras por pie cuadrado), preferiblemente de 2,83 g a 2,27 kg por cada 0,09 m2 de la superficie mayor del artículo, y en el que el material absorbente de agua tiene, opcionalmente, un hinchado libre mayor que 35 mL por cada 2 gramos de material en una solución de sal marina en agua al 4,5%.

3. El artículo de material geocompuesto autorreparador de la reivindicación 2, en el que la capa autorreparadora activa comprende un copolímero de ácido acrílico parcialmente reticulado, parcialmente neutralizado, insoluble en agua y en el que, opcionalmente, el segundo material en polvo o en gránulos se incluye en el copolímero en una cantidad inferior al 50% en peso basado en el peso total del copolímero y el segundo material en polvo o granular.

4. El artículo de material geocompuesto autorreparador de la reivindicación 2, en el que la capa autorreparadora activa comprende una combinación de dicho copolímero junto con un segundo material en polvo o en gránulos, seleccionado del grupo que consiste en arcilla de esmectita de sodio; arcilla organofílica; carbón activado; polvo de coque; hierro con valencia cero; zeolita; serrín de turba; resina polímera de intercambio iónico; adsorbente polímero; y una mezcla de los mismos o en el que la capa autorreparadora activa es de un copolímero parcialmente reticulado, insoluble en agua, de acrilamida/ácido acrílico/acrilato, identificado como CAS núm. 31212-13-2.

5. El artículo de material geocompuesto de la reivindicación 3, en el que el coolímero contiene aproximadamente 0-95% molar de acrilamida; aproximadamente 5-95% molar de acrilato de sodio o de potasio o de litio o de amonio, y 5-95% molar de ácido acrílico.

6. El artículo de material geocompuesto de la reivindicación 4, en el que el copolímero contiene aproximadamente un 25-50% molar de acrilamida; aproximadamente 25-50% molar de acrilato de sodio o de potasio o de litio o de amonio, y aproximadamente 25-50% molar de ácido acrílico y en el que, opcionalmente, el copolímero en polvo o en gránulos incluye menos de 5000 ppm de monómero de acrilamida, preferiblemente menos de 1000 ppm de monómero de acrilamida y, más preferiblemente menos de 100 ppm de monómero de acrilamida.

7. El artículo de material geocompuesto de la reivindicación 1, en el que la tela de geotextil, antes de recibir el copolímero en polvo o en gránulos, tiene un tamaño de aberturas aparente comprendido en el intervalo de unos 0,5 mm a unos 6 mm y en el que, opcionalmente, el copolímero en polvo o en gránulos comprende de aproximadamente el 50% a, aproximadamente, el 99,9% en volumen de tela de geotextil o en el que la tela de geotextil es no tejida.

8. El artículo de material geocompuesto de la reivindicación 2, en el que el copolímero en polvo o en gránulos tiene un tamaño de partículas tal que al menos el 90% de las partículas tiene un tamaño comprendido en el intervalo de malla 6 a malla 325, aproximadamente.

9. El artículo de material geocompuesto de la reivindicación 1, en el que el material reactivo en polvo o en gránulos comprende de aproximadamente un 50% a aproximadamente un 99,9% en volumen de la tela de geotextil, y el artículo de material geocompuesto presenta un índice de comportamiento en autorreparación inferior a 0,01.

10. Un método de fabricar un artículo de material geocompuesto que proporciona una barrera contra agua con una conductividad de, al menos, 1 mS/cm, que comprende:

proporcionar una esterilla o lámina de material geotextil, tejido o no tejido;

poner la esterilla o malla de material geotextil en contacto con una capa que se hincha con el agua salada consistente en un copolímero parcialmente reticulado, insoluble en agua, de acrilamida/acrilato/ácido acrílico, en polvo o en gránulos, y hacer que al menos parte del copolímero en polvo o en gránulos penetre en la esterilla de material geotextil para llenar por lo menos parte de las aberturas de la esterilla o lámina de material geotextil; y

adherir una lámina de cubierta impermeable a los líquidos sobre una superficie mayor de la esterilla de material geotextil adyacente al copolímero después de que la esterilla haya recibido el copolímero en polvo o en gránulos y que, además, incluye opcionalmente el paso de asegurar una lámina de cubierta impermeable a los líquidos a una superficie mayor inferior de la esterilla o lámina de material geotextil antes de poner en contacto la esterilla o lámina de material geotextil con el copolímero en polvo o en gránulos o que, además, incluye el paso de cubrir los bordes de la esterilla de material geotextil previamente formada con una capa de material impermeable al agua.

11. El método de la reivindicación 10, en el que los bordes de la esterilla o lámina de geotextil se cubren con material en exceso de la capa de cubierta impermeable al agua y, opcionalmente, en el que el material en exceso de la lámina de cubierta se asegura para cubrir los bordes de la tela de geotextil asegurando con adhesivo la lámina de cubierta sobre los bordes de la tela de geotextil, o soldando por calor la lámina de cubierta en torno a los bordes de la tela de geotextil.

12. El método de la reivindicación 10, en el que el copolímero en polvo o en gránulos es hecho entrar en la tela de geotextil haciendo vibrar la tela de geotextil mientras está en contacto con el copolímero en polvo o en gránulos o aplicando un vacío a la superficie inferior de la tela de geotextil para arrastrar el copolímero en polvo o en gránulos al interior de la esterilla o lámina desde la superficie superior, que incluye opcionalmente el paso de cubrir todas las superficies de borde con material de cubierta en exceso, y asegurar el material de cubierta en exceso al artículo de material geocompuesto reduciéndose así o eliminándose el escape de copolímero en polvo o en gránulos a través de todas las superficies de borde del artículo de geotextil.

13. El método de la reivindicación 10, que incluye además el paso de proporcionar la lámina de cubierta impermeable al agua con unas dimensiones mayores de las de la superficie mayor de la tela de geotextil a fin de proporcionar material de cubierta en exceso de modo que el material de cubierta en exceso se extienda sobre una superficie de borde del artículo de material geocompuesto, y asegurar el material de cubierta en exceso al artículo de geotextil para cubrir la superficie de borde, reduciéndose por tanto o eliminándose el escape de copolímero en polvo o en gránulos a través de la superficie de borde cubierta del artículo de geotextil.

14. El método de la reivindicación 12, en el que la lámina de cubierta se asegura sobre la superficie de borde gracias a un método seleccionado del grupo que consiste en asegurar mediante adhesivo, técnicas de soldadura térmica, soldadura por vibraciones y soldadura ultrasónica.

15. Un método de impermeabilizar una superficie frente al contacto con una fuente de agua con una conductividad de, al menos, 1 mS/cm, que comprende disponer el artículo de material geocompuesto de la reivindicación 1 o de la reivindicación 5 de tal manera que primero entre en contacto con la fuente de agua la lámina de cubierta impermeable al agua.