ITVR20070078A1

ITVR20070078A1 - Composizione e procedimento per l'ottenimento di un materiale lapideo artificiale

Info

Publication number: ITVR20070078A1
Application number: IT000078A
Authority: IT
Inventors: Guglielmo Catel; Ruggero Ferrario; Giuseppe Testa
Original assignee: Aros Srl
Priority date: 2007-06-05
Filing date: 2007-06-05
Publication date: 2008-12-06
Also published as: IL191794A0; BRPI0802294A2; CN101319056A; CN101319056B; CA2631344A1; EP2003099A1; US20090143519A1

Description

COMPOSIZIONE E PROCEDIMENTO PER L’OTTENIMENTO DI UN MATERIALE LAPIDEO ARTIFICIALE

La presente invenzione riguarda una composizione per l’ottenimento di nuovi materiali lapidei artificiali, un procedimento per la produzione di nuovi materiali lapidei artificiali mediante tale composizione, nonché un nuovo uso di benzopinacolo e suoi derivati.

Attualmente per la realizzazione di materiali compositi lapidei, tipicamente agglomerati artificiali di pietre naturali, quali marmi o graniti, si miscela un legante resinoso termoindurente, solitamente una resina poliestere insatura, con uno o più componenti di riempimento, come, ad esempio, polveri di ossidi, carbonati, silicati, talco, materiali lapidei macinati e/o frammenti, il legante resinoso essendo aggiunto preferibilmente in una percentuale compresa tra il 7 e il 30% in peso. L’impasto fluido così ottenuto viene colato in impronte di appositi stampi, forme o vasche, in cui, eventualmente dopo ulteriore omogeneizzazione sottoponendolo all’azione di adatti vibratori o scuotitori, esso viene fatto indurire così da ottenere un materiale lapideo artificiale avente una forma desiderata.

Per permettere l’indurimento della miscela, all’impasto si aggiungono basse percentuali di un iniziatore di polimerizzazione, un generatore di specie radicaliche, il quale è significativamente attivo allorché la temperatura venga portata al di sopra di un predeterminato valore di soglia: l’iniziatore di polimerizzazione potendo essere aggiunto in una qualsiasi fase di miscelazione. Si possono inoltre aggiungere frazioni percentuali di sali di metalli di transizione fungenti da promotori di reazione, al fine di meglio catalizzare la decomposizione dell’iniziatore di polimerizzazione. Solitamente, come iniziatori di polimerizzazione si utilizzano dei perossidi aventi una temperatura di decomposizione ben al di sopra delle temperature di conduzione delle fasi di miscelazione e, come promotori, si impiegano sali organici di cobalto (a varie concentrazioni) in solventi organici, quali ragia minerale, xilene, toluene, eccetera.

L’indurimento o polimerizzazione della miscela viene condotto in un forno ad una temperatura prestabilita, la quale è funzione del tipo di iniziatore di polimerizzazione e della concentrazione di promotore di reazione, con tempi di reazione che possono variare da caso a caso.

La presenza simultanea nella miscela di iniziatore di polimerizzazione e di promotore di reazione può provocare l’innesco della reazione di indurimento o polimerizzazione secondo cinetiche che dipendono dalla concentrazione degli stessi e dalla temperatura (la reazione può avvenire anche a temperatura ambiente). Di conseguenza, allorché sia l’iniziatore che il promotore siano stati aggiunti alla miscela, quest’ultima deve essere prontamente trasferita dai miscelatori agli stampi, in caso contrario la miscela indurirebbe eccessivamente, compromettendo, tra l’altro, anche il successivo utilizzo del miscelatore.

Scopo principale della presente invenzione è quello di fornire una composizione che additivata ad un legante resinoso permetta di ottenere una miscela per la realizzazione di nuovi materiali artificiali o similari che sia più stabile rispetto alle miscele sinora proposte e possa essere stoccata anche per lunghi periodi allo stato fluido.

Un altro scopo della presente invenzione è quello di fornire una composizione per la realizzazione di materiali lapidei che richieda bassi costi di stoccaggio.

Secondo un primo aspetto della presente invenzione si fornisce una composizione per la realizzazione di materiali lapidei artificiali comprendente un composto scelto dal gruppo formato da benzopinacolo e almeno un suo derivato.

In accordo con un secondo aspetto della presente invenzione si fornisce una miscela per l'ottenimento di un materiale lapideo artificiale comprendente un composto a base resinosa ed una composizione comprendente un composto scelto dal gruppo formato da benzopinacolo ed almeno un suo derivato in una percentuale tra 0,1 ed il 10% in peso rispetto al composto a base resinosa.

Secondo un terzo aspetto della presente invenzione si fornisce un procedimento per la realizzazione di materiali lapidei artificiali, comprendente le seguenti fasi:

- predisporre una composizione comprendente un composto scelto dal gruppo formato da benzopinacolo ed almeno un suo derivato;

- miscelare tale composizione con almeno un composto a base resinosa ottenendo una miscela fluida-pastosa;

- trasferire la miscela fluida-pastosa in almeno uno stampo; e

- riscaldare la miscela così ottenuta ad una temperatura superiore ad un valore di soglia predeterminato onde provocare la sua polimerizzazione.

Secondo un quarto aspetto della presente invenzione si fornisce un nuovo uso del benzopinacolo o di un suo derivato come promotore di polimerizzazione e per il controllo termico di una miscela per la realizzazione di materiali lapidei artificiali.

Secondo la presente invenzione si fornisce una composizione per la realizzazione di materiali lapidei artificiali sottoforma di agglomerati e similari a base di benzopinacolo e/o suoi derivati destinata a generare specie radicaliche per termodecomposizione o degradazione endotermica, la composizione essendo di preferenza aggiunta ad uno o più composti a base resinosa, preferibilmente a composti resinosi insaturi, impiegati come legante.

La termodecomposizione avviene sensibilmente già a temperature superiori a 60°C, ed in maniera più significativa al di sopra di un valore di soglia di temperatura che è stato valutato essere pari a circa 90°C. Al di sopra di tale valore di soglia è necessario un apporto continuo di calore perché avvenga la generazione delle specie radicaliche, le quali sono responsabili dell’inizio della polimerizzazione radicalica nei sistemi resinosi insaturi impiegati come leganti.

Qui di seguito sono state schematizzate le reazioni di degradazione del benzopinacolo con formazione di specie radicaliche.

Con riferimento allo schema sopra riportato, si noterà come dapprima il benzopinacolo si decomponga termicamente per via omolitica e quindi l’idrogeno venga trasferito al monomero vinilico. Tale seconda fase costituisce l’inizio della polimerizzazione radicalica di un composto resinoso insaturo. Secondo la presente invenzione, per “composti resinosi insaturi” si intendono tutte le resine costituite da molecole o polimeri di poliaddizione o di policondensazione contenenti insaturazioni del tipo descritto nelle formule strutturali riportate qui di seguito, disciolti o meno in monomeri vinilici, acrilici o metacrilici.

Nelle formule strutturali di cui sopra sono stati riportati esempi di insaturazioni caratteristiche di composti resinosi termoindurenti, in particolare:

1) maleica; 2) fumarica; 3) tetraidroftalica; 4) itaconica; 5) acrilica o metacrilica; 6) allilica; 7) diciclopentadienica terminale; 8) endometilentetraidroftalica.

Una composizione secondo la presente invenzione comprende di preferenza uno o più agenti disperdenti, antiossidanti e promotori di reazione di polimerizzazione.

In particolare, l’agente disperdente può comprendere una sostanza singola od una miscela di sostanze ed ha la funzione di agevolare la dissoluzione del benzopinacolo e/o dei suoi derivati nel composto legante a base resinosa. Per tale ragione, la sua natura dipende da quella del composto a base resinosa insatura utilizzato. L’agente disperdente in una composizione secondo la presente invenzione può essere presente in una percentuale che varia dal 10 al 95% in peso.

Gli antiossidanti sono scelti dal gruppo costituito da chinoni, idrochinoni, derivati fenolici, complessi di metalli, sali di metalli e similari, i quali sono destinati ad aumentare la stabilità del composto a base resinosa in fase di stoccaggio anche ad alte temperature, così da garantire stabilità anche per più di 30 giorni a 50°C.

I promotori possono essere scelti tra i derivati acetacetici, i sali dei metalli di transizione, le ammine e similari e hanno la funzione di ridurre i tempi di indurimento. Essi sono attivi solamente al di sopra di un valore soglia di temperatura di innesco della decomposizione endotermica del benzopinacolo e/o dei suoi derivati.

Una composizione secondo la presente invenzione viene aggiunta ad un composto a base resinosa, di preferenza in un intervallo tra lo 0,1 ed il 10,0% in peso, rispetto al composto a base resinosa. Tale composizione può essere miscelata direttamente con il composto a base resinosa, oppure additivata ad un composto a base resinosa caricato, ad esempio, con polveri di ossidi, carbonati, silicati, talco, macinati e/o frammenti di pietra naturale, usualmente impiegati allo stato della tecnica di produzione di agglomerati lapidei artificiali, in qualunque fase del processo di preparazione di tale composto.

Qui di seguito vengono dati alcuni esempi di realizzazione attualmente preferiti di una composizione secondo la presente invenzione, della sua applicazione ad un composto a base resinosa, nonché della realizzazione di un materiale lapideo artificiale.

Preparazione della composizione

Si miscelarono 40,00 g di benzopinacolo con 49,80 g di tristi rilfenolo etossi fosfato ad una temperatura inferiore a 50°C. Si aggiunsero 10,00 g di dietilacetoacetammide e 0,20 g di trimetilidrochinone e si omogeneizzò la composizione ottenuta. Si ottenne una pasta molto fluida, omogenea, di colore giallo pallido.

Si verificò la stabilità alla sedimentazione e la stabilità chimica della composizione dopo mantenimento ad una temperatura di 70°C per più di 5 giorni.

Esempio 1

A 200 g di resina poliestere insatura ortoftalica con contenuto solido del 64% si aggiunsero 5,00 g della composizione realizzata come sopra indicato. Quindi la miscela così ottenuta fu omogeneizzata.

100 g della miscela così ottenuta vennero posti in un recipiente configurato a disco in teflon, il quale fu posto in una stufa a ventilazione forzata a 130°C per 30 minuti. Si ottenne così un disco di colore giallo paglierino pallido, indurito ed integro, con superficie regolare, il quale dimostrò scarso effetto di ritiro volumetrico e quindi buona stabilità dimensionale nel tempo.

50 g della miscela vennero invece posti in una bottiglietta di vetro bruno, chiusa con tappo e controtappo. La bottiglia fu posta in una stufa a ventilazione forzata a 50°C. Nella miscela si potè osservare la formazione di geli dopo oltre 30 giorni.

Esempio 2

A 100 g di resina poliestere insatura ortoftalica con contenuto solido del 64% si aggiunsero 2,50 g della composizione realizzata come sopra indicato. La miscela così ottenuta fu poi omogeneizzata.

12 g di questa miscela furono additivati con 88 g di carica composta da calcio carbonato e talco 7/1, con aggiunta di pigmento rosso. Il tutto venne posto in un mortaio e impastato manualmente: dopo macinazione accurata si ottenne una miscela omogenea che fu pressata in un contenitore cilindrico di teflon e posta in stufa a ventilazione forzata a 130°C per 30 minuti. Si ottenne così un dischetto di colore rosso omogeneo, perfettamente indurito, compatto e resistente alla prova di graffio. Non si osservarono rotture del dischetto anche in seguito a severe sollecitazioni termiche.

Esempio 3

A 50 g di resina poliestere insatura ad elevato contenuto di insaturazione maleica (22%) al 64% in peso in miscela di monomeri reattivi acrilici e vinilici, esente da stirene, si aggiunsero 1,50 g della composizione realizzata come sopra indicato. Quindi la miscela così ottenuta fu omogeneizzata.

30 g di una miscela così ottenuta furono versati in un contenitore metallico comprendente una superficie circolare o base con diametro pari a 86 mm ed un bordo circonferenziale di altezza pari a 9 mm a partire dalla base.

Tale contenitore fu quindi posto in una stufa a ventilazione forzata a 100° per 1 ora.

Si è ripetuto quindi l’esperimento preaccelerando il composto a base resinosa con 0,1 % in peso di soluzione di sali organici di cobalto con 6,0% in peso di contenuto di metallo e con un catalizzatore a base di terbutilperbenzoato al 2,0% in peso in acetilacetone all’80%.

Si sottoposero 30 g di una miscela così ottenuta alle condizioni a cui era stata sottoposta la miscela ottenuta a partire da resina poliestere insatura ad elevato contenuto di insaturazione maleica (22%) con la composizione secondo l’invenzione.

Estratti successivamente entrambi i contenitori dalla stufa, si ottennero due dischetti perfettamente induriti. Il secondo dischetto (quello cioè privo di benzopinacolo) risultò tuttavia deformato, con ritiro volumetrico evidente e intensamente colorato di rosa, mentre il primo dischetto presentò una colorazione pressoché inalterata rispetto alla fase fluida e basso ritiro volumetrico.

Altri 20 g delle due miscele così ottenute furono conservati a temperatura ambiente. Dopo 24 ore la miscela ottenuta con benzopinacolo risultò ancora fluida, mentre la miscela ottenuta senza benzopinacolo risultò completamente indurita.

Esempio 4

A 50 g di resina poliestere insatura ortoftalica con contenuto solido del 64%, si aggiunsero 1,50 g della composizione realizzata come sopra indicato. Quindi la miscela così ottenuta fu omogeneizzata.

Si è ripetuto quindi l’esperimento preaccelerando 50 g di composto a base resinosa con 0,1 % in peso di soluzione di sali organici di cobalto con 6,0% in peso di contenuto di metalli e con un catalizzatore a base di terbutilperbenzoato al 2,0% in peso in acetilacetone all’80% in peso.

40 g di entrambe le miscele ottenute vennero versati in un rispettivo contenitore metallico comprendente una superficie circolare o base con diametro pari a 86 mm ed un bordo circonferenziale di altezza pari a 9 mm a partire dalla base. I due contenitori furono posti per 1 ora in una stufa a ventilazione forzata a 100°C.

Una volta indurita la composizione, i dischetti vennero lasciati a temperatura ambiente per 12 ore.

Nella tabella qui di seguito sono illustrati i risultati ottenuti:

Colore CIELAB: determinazione delle coordinate dello spazio colorimetrico secondo la norma ASTM E308;

Durezza Bareoi: determinazione della durezza di un materiale plastico secondo la norma ASTM D2583;

Tg: temperatura di transizione vetrosa determinata per calorimetria differenziale a scansione.

Da tali esami si può concludere che l’efficienza nel processo di indurimento è la medesima sia con la miscela secondo l’invenzione che con miscele tradizionali. Il dischetto ottenuto mediante indurimento di composto a base resinosa con benzopinacolo è tuttavia privo di deformazioni e non presenta ritiri significativi a differenza del dischetto ottenuto con composizioni e metodi tradizionali. Inoltre, la miscela con benzopinacolo non presenta colorazione rosa intenso dovuta alla presenza dei sali di cobalto.

Con una composizione ed un procedimento secondo la presente invenzione è quindi possibile effettuare un controllo termico sulla reazione di polimerizzazione e quindi sull’indurimento della miscela comprendente una composto a base resinosa e benzopinacolo o suoi derivati. Si è rilevato che al di sotto di una valore soglia di temperatura (circa 90°C) la miscela non indurisce.

Mantenendo la miscela a lungo a temperature superiori a 50°C può verificarsi una lieve destabilizzazione del composto resinoso insaturo, che si manifesta con la formazione di macrogeli.

Con una composizione secondo la presente invenzione quindi:

- la fase di aggiunta della composizione secondo la presente invenzione ad un composto a base resinosa potrà avvenire in qualsiasi momento prima dell’esposizione della miscela risultante ad una temperatura superiore a quella di soglia; e

- il processo di fabbricazione dei materiali lapidei artificiali risulta essere indipendente da interruzioni dovute a guasti meccanici od a mancanza di tensione nell’impianto di lavorazione in quanto non sussiste più la necessità di trasferire la miscela appena viene realizzata nello stampo.

Un altro vantaggio derivante dall’uso di una composizione secondo la presente invenzione è dato dal fatto che la miscela per la realizzazione di materiali artificiali lapidei è un sistema monocomponente stabile, mentre con le miscele tradizionali, come sopra menzionato, si dovevano stoccare separatamente due componenti, vale a dire il perossido come iniziatore e i sali di cobalto come promotori che venivano miscelati prima del caricamento della miscela nello stampo.

La miscela secondo la presente invenzione peraltro presenta caratteristiche estremamente vantaggiose sia dal punto di vista della manipolazione in stabilimento che dell’impatto ambientale, in quanto viene in sostanza eliminata le necessità di particolari accorgimenti in fase di stoccaggio e problemi di smaltimento che invece si hanno con i composti tradizionali ottenuti a partire da perossidi e da sali di cobalto.

L’invenzione sopra descritta è suscettibile di numerose modifiche e varianti entro l’ambito di protezione definito dalle rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Composizione per la realizzazione di materiali lapidei artificiali comprendente un composto scelto dal gruppo formato da benzopinacolo e almeno un suo derivato.
2. Composizione secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto di comprendere almeno un agente disperdente, in una percentuale in peso compresa tra il 10 al 95% in peso.
3. Composizione secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzata dal fatto di comprendere almeno un agente antiossidante scelto dal gruppo costituito da chinoni, idrochinoni, derivati fenolici, complessi di metalli e sali di metalli.
4. Composizione secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un composto promotore di polimerizzazione scelto nel gruppo costituito da derivati acetacetici, sali di metalli di transizione ed ammine.
5. Composizione secondo una qualunque delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata dal fatto di comprendere 40,00 g di benzopinacolo, 49,80 g di tristirilfenolo etossi fosfato, 10,00 g di dietilacetoacetammide e 0,20 g di trimetilidrochinone.
6. Miscela per l'ottenimento di un materiale lapideo artificiale comprendente un composto a base resinosa ed una composizione secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 4 in una percentuale tra 0,1 ed il 10% in peso rispetto a detto composto a base resinosa.
7. Miscela secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che detto composto a base resinosa è un composto a base resinosa insatura scelto dal gruppo costituito da resina maleica, fumaria, tetraidroftalica, itaconica, acrilica o metacrilica, allilica, diciclopentadienica terminale ed endometilentetraidroftalica.
8. Miscela secondo la rivendicazione 6 o 7, caratterizzata dal fatto di comprendere almeno un composto di riempimento scelto dal gruppo costituito da polveri di ossidi, carbonati, silicati, talco, macinati e/o frammenti di pietra naturale.
9. Miscela secondo una qualunque delle rivendicazioni da 6 a 8, caratterizzata dal fatto di comprendere 200 g di resina poliestere insatura ortoftalica con contenuto solido del 64%, ed una composizione secondo la rivendicazione 5.
10. Miscela secondo una qualunque delle rivendicazioni da 6 a 8, caratterizzata dal fatto di comprendere 100 g di resina poliestere insatura ortoftalica con contenuto solido del 64%, 2,50 g di una composizione secondo la rivendicazione 5.
11. Miscela secondo una qualunque delle rivendicazioni da 6 a 8, caratterizzata dal fatto di comprendere 50 g di resina poliestere insatura con 22% di insaturazione maleica (22%) al 64 % in peso in miscela di monomeri reattivi acrilici e vinilici, 1,50 g di una composizione secondo la rivendicazione 5.
12. Miscela secondo una qualunque delle rivendicazioni da 6 a 8, caratterizzata dal fatto di comprendere 50 g di resina poliestere insatura ortoftalica con contenuto solido del 64%, 1,50 g di una composizione secondo la rivendicazione 5.
13. Procedimento per la realizzazione di materiali lapidei artificiali, comprendente le seguenti fasi: - predisporre una composizione secondo una qualunque delle rivendicazioni da 1 a 5; - miscelare detta composizione con almeno un composto a base resinosa ottenendo una miscela fluida-pastosa; - trasferire detta miscela fluida-pastosa in almeno uno stampo; e - riscaldare la miscela così ottenuta ad una temperatura superiore ad un valore di soglia predeterminato onde provocare la sua polimerizzazione.
14. Nuovo uso del benzopinacolo o di un suo derivato come promotore di polimerizzazione e per il controllo termico di una miscela per la realizzazione di materiali lapidei artificiali.