BR102013011872A2 - Composição aquosa de aglutinante de termocura, método para usar a composição aquosa de aglutinante de termocura, e, esteira de fibra tratada - Google Patents

Abstract

Composição aquosa de aglutinante de termocura, método para usar a composição aquosa de aglutinante de termocura, e, esteira de fibra tratada. A presente invenção provê as composições aquosas de aglutinante de termocura compreendendo um ou mais açúcar redutor, uma ou mais diamina diprimária ou poli (amina primária), e de 7 a 45% em peso, com base nos sólidos totais, de um ou mais polissacarídeos tendo um valor (de) equivalente dextrose de 5 a 30. As composições fornecem artigos tendo uma pérda de peso de aglutinante dramaticamente reduzida quando da cura e uma redução na energia de cura necessária para obter uma resistência no estado seco inicial

Description

“COMPOSIÇÃO AQUOSA DE AGLUTINANTE DE TERMOCURA, MÉTODO PARA USAR A COMPOSIÇÃO AQUOSA DE AGLUTINANTE DE TERMOCURA, E, ESTEIRA DE FIBRA TRATADA” A presente invenção se refere às composições aquosas de aglutinantes compreendendo um ou mais açúcar redutor uma ou mais diamina diprimária ou poli(amina primária) e um polissacarídeo, como uma maltodextrina, usos das mesmas como aglutinantes curáveis para uma variedade de materiais de substrato finamente divididos, assim como, tecidos e não tecidos, e os produtos tratados com aglutinante curado feitos a partir das mesmas.

Devido ao seu custo/desempenho favorável, as resinas de aglutinantes de termocura de escolha no passado tem sido as resinas de fenol/formaldeído ou uréia/formaldeído. Aplicações para resinas de formaldeído são extensas, particularmente em aglutinação de fibras de mineral e de vidro. No entanto, para evitar a toxicidade e problemas ambientais colocados por resinas contendo formaldeído, foram desenvolvidos vários aglutinantes livres de formaldeído comerciais que mais comumente contém um polímero de ácido policarboxílico e um poliol que esterifica e forma um termocurado quando curado por calor. Todos estes aglutinantes são conhecidos como sendo derivados primariamente de cargas de alimentação de petróleo que estão diminuindo e experimentando flutuações amplas de preço e que contribuem para dióxido de carbono atmosférico. Os aglutinantes livres de formaldeído mais recentes foram feitos a partir de materiais sustentáveis que não são derivados de alimentações de petróleo.

Publicação de patente WIPO número WO 2012/037451 A, para Mueller et al descreve as composições de aglutinantes livres de formaldeído que formam lanoidinas a partir da condensação de aminas ou amônia com carboidratos como termocurados, cujos aglutinantes são catalisados por ácidos contendo enxofre orgânico ou fósforo, e em que os carboidratos incluem polissacarídeos tendo um grau de polimerização de 3-10, como melaços e celuloses hidrolisadas ou amidos. As composições visam fornecer aglutinantes menos corrosivos em uso. No entanto, as composições quando usadas como aglutinantes incluindo apenas polissacarídeos e não açúcares primariamente redutores não se destinam provavelmente a formar um termocurado. Tais aglutinantes iriam assim fornecer produtos curados com resistência à tração e resistência à água inadequadas. Além disso, mesmo quando os açúcares redutores são incluídos, proporções grandes das composições de aglutinantes são perdidas em uso como água, amônia ou amina volátil e vapor de dióxido de carbono. Por exemplo, perda de peso em sistemas de composições de aglutinantes dextrose/ poliamina é significante a 35% de perda de peso para uma formulação 80/20 p/p. Esta perda de peso em uso representa perda de aglutinante e é um aumento do custo para o usuário final.

Tem sido procurado prover um aglutinante livre de formaldeído para resolver o problema de fornecer aglutinantes de termocura de fonte renovável que atendam à necessidade para um aglutinante de termocura livre de formaldeído resistente à água que é mais retido sobre o substrato no processo de cura e que, assim, tem uma perda de peso menor quando da cura.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO 1. De acordo com a presente invenção, as composições aquosas de aglutinantes de termocura compreendem i) um ou mais açúcar redutor, como dextrose, ii) uma ou mais diamina diprimária ou poli(amina primária), em que a relação em peso dos sólidos totais de diamina diprimária ou poli(amina primária) para sólidos totais de açúcar redutor está na faixa de 1,2:1 a 0,12:1, preferivelmente, de 0,5:1 a 0,05:1; iii) de 7 a 45% em peso, com base nos sólidos totais, preferivelmente, de 10 a 30% em peso um ou mais polissacarídeos tendo um valor (DE) equivalente de dextrose de 5 a 30, preferivelmente 7 ou mais, ou, mais preferivelmente, de 10 a 23, por exemplo, maltodextrinas tendo o valor DE desejado. 2. As composições da presente invenção cm 1, acima, podem ainda compreender até 20% em peso, ou, preferivelmente, até 10% em peso, de um ou mais estabilizador, como um ácido estabilizador ou sal tendo um pKa de 8,5 ou menos, preferivelmente 7,5 ou menos, por exemplo, sais de amônio de ácidos inorgânicos, como fosfato de amônio, fosfato de diamônio (DAP) ou sulfato de amônio (AS). 3. As composições da presente invenção em 1 ou 2, acima, podem ainda compreender até 6% em peso, ou, preferivelmente, até 4% em peso, de um ou mais retardante de fogo, como, sais contendo fósforo ou um composto de bromo orgânico, como, por exemplo, óxido de decabromodifenila/trióxido de antimônio. 4. Em qualquer uma das composições de 1 a 3, acima, um ou mais açúcar redutor é, preferivelmente, um monossacarídeo de 5 carbonos ou 6 carbonos. 5. Em outro aspecto da presente invenção, métodos de usar qualquer uma das composições aquosas de aglutinantes de termocura 1 a 4, acima, compreende, aplicar as composições de aglutinantes ou misturando os mesmos com um substrato e então aquecendo os substratos assim tratados ou misturas para curar o aglutinante, por exemplo, de 100 a 400°C. Os substratos apropriados podem incluir fibras, lascas, aparas, partículas, películas, folhas, e combinações dos mesmos. Os materiais de substrato apropriados podem incluir, por exemplo, vidro, fibra de vidro, rocha, fibras de rocha, compósitos e fibras compósitas ou de substratos orgânicos e inorgânicos, madeira, ou materiais de madeira. 6. Em outro aspecto, a presente invenção compreende um substrato tratado, por exemplo, uma esteira de fibra, contendo um aglutinante curado resultante a partir da aplicação das composições de qualquer de 1 a 4 ao mesmo. Preferivelmente, a densidade da esteira de fibra é de 5 a 220 (kg/m3).

Como usado aqui, a expressão “alquila” significa qualquer grupo alquila alifático tendo um ou mais átomos de carbono, o grupo alquila incluindo grupos n-alquila, s-alquila, i-alquila, t-alquila ou alifáticos cíclicos contendo uma ou mais estruturas de anel de 5, 6 ou sete membros.

Como usado aqui, a expressão “aquoso” inclui água e misturas compostas substancialmente de água e solventes miscíveis em água.

Como usado aqui, a expressão “com base nos sólidos totais” se refere às quantidades em peso de qualquer ingrediente dado em comparação à quantidade de peso total de todos os ingredientes não voláteis no aglutinante (por exemplo, açúcar(es) redutor(es), polissacarídeo(s), amina(s) primária, estabilizadores, silanos etc).

Como usado aqui, a expressão “DE” ou “equivalente de dextrose” se refere ao “teor de açúcar redutor expresso como percentagem de dextrose em material seco” e é usado para caracterizar o peso molecular de polissacarídeos. Ver Handbook of Starch Hvdrolvsis Products and Their Derivatives (página 86, 1995, por M. W. Kearsley, S. Z. Dziedzic. Seu valor teórico que é inversamente proporcional ao peso molecular médio numérico (Mn), é calculado como DE = Mglicose/Mn x 100 ou 180/Mn X 100. Ver Rong Y. Sillick M. Gregson CM. “Determination Of Dextrose Equivalent Value And Number Average Molecular Weight Of Maltodextrin By Osmometry”, J Food Sei. 2009 Jan-Fev; 74(1), pp. C33-C40. Por exemplo, dextrose tem um DE de 100 enquanto amido puro (por exemplo, milho) tem um valor de DE de 0.) Como usado aqui o “pKa” de um estabilizador será tratado como o pKa do próton mais ácido de um estabilizador de ácido ou o pKa menor do ácido ou estabilizador de sal, isto é, o pKa do próton mais forte ou base conjugada é entendido.

Como usado aqui, o termo “poli(amina primária)” significa qualquer composto tendo três ou mais grupos amina primário.

Como usado aqui, a expressão “formaldeído substancialmente livre” se refere às composições livres de formaldeído adicionado, e que não libera formaldeído substancial como um resultado de secagem e/ou cura. Preferivelmente, tal aglutinante ou material que incorpora o aglutinante libera menos do que 100 ppm de formaldeído, mais preferivelmente menos do que 25 e o mais preferivelmente menos do que 5 ppm de formaldeído, como um resultado de secagem e/ou cura o aglutinante.

Como usado aqui, “% em peso” ou “percentagem em peso” significa percentagem em peso com base nos sólidos.

As formas singulares “a,”um,” e “o” e “a” incluem referentes no plural salvo se o contexto claramente ditar o contrário. Salvo indicado em contrário, os termos técnicos e científicos usados aqui têm o mesmo significado como é comumente entendido por um versado na técnica.

Salvo indicado em contrário, qualquer termo contendo parêntese se refere, altemativamente, ao termo completo como se nenhum parêntese estivesse presente e o termo sem que estava contido no parêntese, e combinações de cada alternativa. Assim, o termo “(poli)sacarídeo” engloba, na alternativa, um sacarídeo, ou polissacarídeo, ou misturas dos mesmos.

Os pontos finais de todas as faixas dirigidas para o mesmo componente ou propriedade são inclusive do ponto final e independentemente combináveis. Assim, por exemplo, uma faixa descrita de um valor equivalente de dextrose (DE) de 5 a 30, preferivelmente 7 ou mais, ou, mais preferivelmente, de 10 a 23 inclui qualquer um com DE de 5 a 30, de 7 a 30, de 5 a 23, de 5 a 10, de 7 a 10, de 7 a 23, de 10 a 23, de 5 a 7, de 10 a 30 e de 23 a 30.

Salvo indicado em contrário, condições de temperatura e pressão são temperatura ambiente (~20-22°C) e pressão padrão, também referidas como “condições ambientes”. As composições aquosas de aglutinantes podem ser secadas sob condições diferentes das condições ambientes A composição aquosa aglutinante da presente invenção compreende materiais totalmente renováveis a partir de fontes naturais, como cargas de alimentação vegetais. A resistência da cura inicial e a proporção de aglutinante restante após cura são ambos melhoradas através do uso das composições aquosas de aglutinantes da presente invenção. As composições aquosas de aglutinantes de termocura da presente invenção assim tem uma perda de peso do aglutinante inferior quando da cura e, assim, tem um custo inferior em uso para aplicações de aglutinantes. Além disso, como mostrado pelo rápido desenvolvimento de propriedades físicas durante a cura, as composições aquosas de aglutinantes exibem um custo de energia inferior para obter uma resistência inicial no estado seco quando comparado aos aglutinantes a partir de outras cargas de alimentação naturais ou renováveis.

Para cada composição aglutinante aquosa descrita aqui, existe uma forma de realização associada em que a composição aquosa é uma composição aglutinante e em que a composição está presente em um material compósito ou produto. Como definido aqui, o termo “material compósito” se refere aos materiais compreendendo: (a) um material substrato selecionado dentre fibras, lascas, aparas, partículas, películas, folhas e combinações dos mesmos; e (b) a composição de aglutinante da forma de realização descrita. A presente invenção provê composições de aglutinantes aquosas compreendendo sólidos totais de 5 a 95% em peso, preferivelmente, 4% em peso ou mais, ou, preferivelmente, 60% em peso ou menos, ou, mais preferivelmente, 30 a 50% em peso, com base no peso total do aglutinante aquoso. A composição aquosa de aglutinante de termocura compreende um polissacarídeo tendo um DE de 5 a 30, como uma maltodextrina, uma dextrina, gomas ou gelanos, frações elevadas de xaropes de milho, ou amido hidrolisado ou maltodextrina que tem o valor DE desejado. Um polissacarídeo de DE inferior é preferível a partir de uma perda de peso do aglutinante do ponto de vista da cura. No entanto, um DE de menos do que 5 pode levar à formação de precipitados na solução aglutinante, assim afetando a estabilidade em armazenagem, preferivelmente, se o DE do polissacarídeo for de 7 ou menor, é usado na forma de uma mistura de dispersão aquosa compreendendo menos do que 35% em peso do polissacarídeo. Os polissacarídeos tendo um DE entre 7 e 10 tendem a ser mais solúveis do que os tendo DE menor do que 7, mas são menos desejáveis do que os polissacarídeos de DE maior do que 10 devido à necessidade de evitar a precipitação. Os polissacarídeos tendo um DE de 10 ou maior podem ser usados para prover aglutinantes tendo estabilidade na prateleira maior do que 60 dias. Preferivelmente, os polissacarídeos apropriados têm um DE na faixa de 7 a 23, ou, mais preferivelmente, de 10 a 23.

Os polissacarídeos apropriados podem incluir, por exemplo, Clintose™ CR 10, 15, e 18 DE maltodextrinas, (ADM, Decatur, IL), Com Syrup 26/42 (DE 26) (ADM Decatur, IL), STAR-DRI™ 5 (DE), 10 (DE), e 20 (DE) maltodextrinas (Tate & Lyle, Decatur, IL).

As quantidades apropriadas do polissacarídeo nas composições aquosas de aglutinantes de termocura da presente invenção podem estar na faixa de 7 a 45% em peso, com base nos sólidos totais, preferivelmente, de 10 a 30% em peso. Acima 50% em peso de polissacarídeos, as propriedades mecânicas de produtos feitos a partir dos aglutinantes podem começar a diminuir. A composição aglutinante aquosa da presente invenção compreende pelo menos um açúcar redutor, que pode ser um monossacarídeo ou dissacarídeo. Um açúcar redutor aqui é qualquer açúcar que tem um aldeído ou uma cetona em sua forma de cadeia aberta. Isto permite o açúcar agir como um agente redutor, por exemplo, em uma reação com uma amina. Um açúcar pode ser um açúcar redutor quando seu carbono anomérico (o carbono ligado a dois átomos de oxigênio) está na forma livre. Os açúcares podem ocorrer em uma cadeia, assim como, uma estrutura de anel e é possível ter um equilíbrio entre estas duas formas. Além disso, alguns açúcares ceto são açúcares redutores porque eles podem ser convertidos para um aldeído via uma série de deslocamentos tautoméricos para migrar a carbonila no final da cadeia. Esta via pode ser tomar acessível durante o processo de cura térmica.

Os açúcares redutores incluem todos os monossacarídeos, se aldose (contendo um aldeído) ou cetose (contendo uma cetona). Os açúcares redutores incluem glicose, frutose, gliceraldeídos, lactose, arabinose e maltose. Consequentemente, o componente açúcar redutor da presente invenção pode ser um monossacarídeo em sua forma de aldose ou cetose, incluindo uma triose, uma tetrose, uma pentose, uma hexose, ou uma heptose. Gliceraldeído e di-hidroxiacetona são considerados para serem aldose e açúcares cetose, respectivamente. Exemplos de açúcares aldotetrose incluem eritrose e treose; e açúcares cetotetrose incluem eritrulose. Açúcares aldopentose incluem ribose, arabinose, xilose, e lixose; e açúcares cetopentose incluem ribulose, arabulose, xilulose, e lixulose. Exemplos de açúcares aldohexose incluem glicose (por exemplo, dextrose), manose, galactose, alose, altrose, talose, gulose, e idose; e açúcares cetohexose incluem frutose, psicose, sorbose, e tagatose. Açúcares ceto-heptose incluem sedo-heptulose. A maioria dos dissacarídeos também são açúcares redutores. Outros estereoisômeros naturais ou sintéticos ou isômeros ópticos de açúcares redutores também podem ser utilizáveis como o componente de açúcar redutor da composição aglutinante aquosa; por exemplo, dextrose, que é um dos isômeros ópticos de glicose. O componente de açúcar redutor da composição aglutinante aquosa opcionalmente pode ser substituído, por exemplo, com hidróxi, halo, alquila, alcóxi, ou outros grupos substituintes; por exemplo, dihidroxiacetona é uma ceto cetose substituída apropriada. Além disso, o açúcar redutor pode compreender uma forma desidratada de um mono ou dissacarídeo redutor, como, hidroximetil furfural de glicose desidrogenada.

Os açúcares redutores opcionalmente podem ser substituídos, por exemplo, com hidróxi, halo, alquila, alcóxi, carbonila ou outros grupos substituintes.

Os açúcares redutores apropriados podem incluir, por exemplo, frutose, gliceraldeídos, lactose, arabinose, maltose, glicose, dextrose e levulose. Além disso, um número de fontes de açúcar redutor apropriado pode ser usado, como xarope de milho, xarope de milho de frutose elevada, e outra frutose e equivalentes de dextrose.

Em uma forma de realização, o componente de açúcar redutor compreende um xarope de teor de dextrose elevado, por exemplo, tendo um maior do que 30% em peso de dextrose. Em tais xaropes, quanto maior o teor de dextrose, melhor; xaropes com mais do que 95%, de teor de dextrose são comercialmente disponíveis, por exemplo, xarope de milho ADM 97/71, de Atcher Daniels Midland Company (Decatur, Illinois, USA).

As diaminas primárias e as poliaminas poliprimárias apropriadas podem incluir, por exemplo, alquila diprimária ou diaminas primárias superiores, como diaminas primárias alifáticas, como aminoguanidina e seus sais, por exemplo, cloridrato de aminoguanidina, putrescina, n-alquilenodiaminas, como etileno diamina, hexametileno diaminas, e outros alquileno diaminas; diaminas primárias cicloalifáticas, como, por exemplo, di-aminoetilpiperazina; aminoácidos de amina primária funcionais, como lisina e aminoglicina; e aminas di-primárias aromáticas, como, por exemplo, bis-(aminometil) ciclohexano (bisAMC), m-xilenodiamina (MXD); polímeros de poliamina do peso molecular desejado, como polietilenoiminas, polietilenimina contendo copolímeros e composições em bloco tendo 10% em peso ou mais de grupos amina primários, (co)polímeros de (met) acrilatos de n-aminoalquila, como metacrilato de aminoetila, poliguanidinas, e qualquer outro (co)polímero que tem pelo menos 10% em peso, preferivelmente 20% em peso, de grupos amina primário.

Apropriadamente, na composição aquosa de aglutinante de termocura, o número total de equivalentes de amina primária relativo ao número total de equivalentes de grupos carbonila (como aldeído ou cetona) no açúcar redutor deve estar na faixa de 0,3:1 ou maior e até 2:1, preferivelmente 0,6:1 ou maior, ou, preferivelmente, 0,8:1 ou maior, ou 1,0:1 ou maior. Uma relação equivalente de 2:1 de amina primária para carbonila no açúcar redutor equivale a 50% em mols de diamina di-primária por um mol de um açúcar redutor tendo um grupo carbonila, por exemplo, dextrose. A composição aquosa de aglutinante de termocura da presente invenção pode ainda compreender um ou mais agentes de terminação, como um titanato, zirconato ou aluminato, por exemplo, lactato de titânio. Tais agentes de terminação podem ser usados na quantidade de 1,0 a 5% em peso, com base nos sólidos aglutinantes totais. Os agentes de terminação utilizáveis na presente invenção podem incluir, por exemplo, titanatos e zirconatos como titanatos orgânicos e zirconatos vendido por DuPont sob o nome comercial Tyzor; por exemplo, Tyzors solúveis e água, como, Tyzor™ LA, Tyzor™ 131, Tyzor™ 217, e Tzyor™ 218; dilaurato de dibutil estanho, outros sais organo-estanho, como alcoxilatos de estanho (IV); sais de mono e di-carboxilato de alumínio ou magnésio, e agentes de terminação tendo a fórmula MXn em que M é um metal, X é um ácido orgânico, ceto-ácido, por exemplo, ácido glucônico, açúcar redutor ou grupo alcóxi(alquil), e n é um número inteiro de 1 a 5, como (gluconato)2 de ferro (II). O agente de terminação pode ser escolhido dentre, por exemplo, os citratos, lactatos, e gluconatos de zinco, alumínio, zircônio, ferro, magnésio, estanho, titânio e boro; e seus sais de metal misturados; compostos organo-estanho ou sais; e titanatos ou zirconatos de álcoois ou ácidos carboxílicos. Uma combinação de agentes de terminação também pode ser usada. Preferivelmente, o agente de terminação é solúvel em água, que significa que tem uma solubilidade em água de mais do que 1 grama por litro.

Preferivelmente para os aglutinantes flexíveis, a composição aquosa ainda compreende um polímero em emulsão. Os polímeros em emulsão apropriados podem compreender emulsões acrílicas tendo, como unidades polimerizadas até 30% em peso de comonômeros de ácido polimerizado, preferivelmente de 1 a 20% em peso, ou, preferivelmente, de 10 a 18% em peso, com base no peso total de monômeros copolimerizados, polímeros em emulsão hidrofóbicos compreendendo mais do que 30% em peso, com base no peso dos sólidos de polímero em emulsão, monômero etilenicamente insaturado acrílico contendo um grupo C2 ou mais do que grupo alquila, e polímeros em emulsão acrílicos ou estireno acrílicos. Os comonômeros de ácido apropriados usados para fazer os polímeros em emulsão podem incluir, por exemplo, ácido metacrílico, ácido acrílico, ácido fumárico, ácido maleico, ácido itacônico, ácido 2-metil itacônico, ácido a,b-metileno glutárico, maleatos de monoalquila, e fumaratos de monoalquila; anidridos etilenicamente insaturados como, por exemplo, anidrido maleico, anidrido itacônico, anidrido acrílico, e anidrido metacrílico; e sais dos mesmos. Ácido (met) acrílico é o comonômero de ácido carbóxi preferido.

Os polímeros em emulsão podem estar presentes na composição em uma quantidade de 1% ou mais, ou, 5% ou mais, ou, até 50%, ou 30% em peso, com base nos sólidos totais.

As composições de aglutinantes aquosas da presente invenção podem ainda compreender outros aditivos conhecidos na técnica incluindo, mas não limitado para, polímeros em solução aquosa de poliácidos poliméricos como ácido poliacrílico; tensoativos para ajudar o fluxo (silicones, ácidos graxos); biocidas; inibidores de corrosão ou passivantes para superfícies metálicas, como, por exemplo, compostos de triazol e de fosfato, oxalatos de estanho, tiouréias, oxalatos, cromatos, e ajustadores de pH; lubrificantes; óleos de despoeiramento, como, por exemplo, óleos minerais; agentes de antiespumação como dimeticonas, óleos de (polissiloxano) de silício-polímero e não iônicos etoxilados; e retardantes de chama como um retardante de chama de brometo (óxido de decabromodifenila/trióxido de antimônio), como GL-675 (Dow Chemical, Midland, MI).

Em ainda outra forma de realização, as composições aquosas de aglutinantes podem ainda compreender agentes de copulação como organossilanos, particularmente 3-aminopropilsilanos, como Silquest™ A-187 silanos (fabricado por GE Silicones-OSi Specialties, localizado em Wilton CT); outros amino silanos como 3-aminopropil dialcoxissilanos e 3-(2-aminoetil) aminopropilsilanos; epóxi silanos como glicidoxipropilsilanos, vinil silanos e silanos hidrofóbicos. As quantidades apropriadas de tais organossilanos podem estar na faixa de 1% em peso ou mais, ou, preferivelmente até 5% em peso, com base nos sólidos totais.

Para minimizar o teor de formaldeído da composição aquosa, é preferido, quando preparando uma composição curável livre de formaldeído contendo polímero, usar adjuntos e aditivos de polimerização como, por exemplo, iniciadores, agentes redutores, agentes de transferência de cadeia, agentes de cura, biocidas, tensoativos, emulsificadores, agentes de copulação, agentes de antiespumação, agentes supressores de pó, cargas e outros, que são eles mesmos livres de formaldeído, ou não contém ou geram formaldeído durante formação, aplicação ou cura do aglutinante. A presente invenção provê métodos de uso do aglutinante compreendendo aplicar o aglutinante a um substrato e secar e/ou curar. Em secagem (se aplicado na forma aquosa) e cura das composições curáveis, a duração, e a temperatura de aquecimento, irão afetar a taxa de secagem, facilidade de processamento, e desenvolvimento da propriedade do substrato tratado. As temperaturas de tratamento térmico apropriadas podem estar na faixa de 100°C ou mais, e até 400°C. O tratamento preferido é dependente do substrato. Os substratos termicamente sensíveis como fibras de celulose podem ser tratados a 130 a 175°C enquanto compósitos termicamente menos sensíveis podem ser tratados a 150 a 200°C e substratos termicamente resistentes como fibras minerais podem ser tratados a 220 a 300°C para os tempos desejados necessários para efetuar a cura. Preferivelmente, temperaturas de tratamento térmico na faixa de 150°C ou maior; tais temperaturas de tratamento térmico preferidas podem estar na faixa até 225°C, ou, mais preferivelmente, até 200°C ou, até 150°C. Nos métodos de uso, os componentes da composição não necessitam todos serem pré-misturados anterior à aplicação do aglutinante para o substrato. Por exemplo, um ou mais componentes podem ser aplicados a um substrato não tecido, seguido por aplicação dos outros componentes aglutinantes desta invenção ou na forma aquosa ou seca. Após aplicação, o aglutinante pode ser curado por aquecimento do não tecido revestido a uma temperatura suficiente em que ele cura sobre o substrato. O aglutinante pode ser aplicado ao substrato, como, por exemplo, uma tela de fibras, por quaisquer meios apropriados incluindo, por exemplo, pulverização com ar ou sem ar, colocação em chumaço, saturação, revestimento por rolete, revestimento por cortina, deposição com batedor, coagulação ou aplicação por imersão e torção, e a tela úmida saturada resultante sendo depositado sobre um fio ou tela de suporte é levada para um ou mais caixas de vácuo para remover suficiente aglutinante para obter o teor de aglutinante desejado no produto ou substrato tratado. A presente invenção inclui métodos para tratar uma esteira feita de uma tela de fibras, e preferivelmente transferida para uma tela em movimento correndo através do posto de aplicação do aglutinante, onde o aglutinante aquoso da invenção é aplicado na esteira.

Na aplicação do aglutinante, a adição de aglutinante em nível no substrato pode estar na faixa de 5% em peso ou mais, ou 10% em peso ou mais, ou até 35 por cento em peso do substrato acabado, preferivelmente 12% em peso ou mais, ou, o mais preferivelmente 15 a 25% em peso, com base no peso total do substrato seco tratado, anterior a cura.

Secagem e cura podem ser feitas em duas ou mais etapas distintas, se desejado. Por exemplo, a composição curável pode ser primeiro aquecida em temperaturas e durante tempos suficientes para pelo menos parcialmente secar, mas não completamente curar a composição, seguido por aquecimento por uma segunda vez, em temperaturas maiores e/ou períodos de tempo mais longos, para efetuar a cura. Tais procedimentos, referidos como “estágio B,” podem ser usados para prover não tecidos tratados com aglutinante, por exemplo em forma de rolo, que podem ser curados depois, com ou sem conformação ou moldagem em uma configuração particular, concorrente com o processo de cura.

Os substratos apropriados para aplicação aglutinante podem incluir, por exemplo, têxteis, incluindo algodão, linho, lã, e têxteis sintéticos de poliéster, raiom, ou náilon, e fibras superabsorventes; fibras vegetais ou celulósicas, como juta, sisal, linho, algodão e fibras animais; assim como, substratos resistentes térmicos, como metal; plásticos; fibras sintéticas, por exemplo, poliéster, raiom, poli(acrilonitrila) (PAN), poli(ácido láctico) (PLA), poli(caprolactona) (PCL), fibras de aramida, fibras de polimida, poliolefinas e fibra bicomponente compreendendo dois ou mais polímeros formando fibra como terefitalato de polipropileno e polietileno; fibras minerais, como vidro e fibras minerais, escória ou lã de rocha, fibras de cerâmicas, fibras de metal, fibras de carbono, e panos tecidos e não tecidos feito a partir dos mesmos; e substratos sensíveis ao calor, como madeira, incluindo, madeira sólida, partículas de madeira, fibras, aparas, farelo, polpa, e flocos; papel e papel-cartão.

Os aglutinantes desta invenção preferivelmente podem ser usados para tratar telas não tecidas. “Tela(s) não tecida” se refere a qualquer artigo ou forma de tipo folha feito a partir de fibras naturais e/ou sintéticas em que as fibras são alinhadas em uma ordem aleatória ou semialeatória (isto é, não deliberadamente ordenadas) se por meios mecânicos como, por exemplo, por meios mecânicos como, por exemplo, por emaranhamento causado por punção com agulha, ligação fiada, telas de laços fiados, telas sopradas em fusão, processo de deposição com ar (deposição a seco), e por processo de deposição a úmido; e /ou por meios químicos, como, por exemplo, tratamento com um aglutinante polimérico; ou por uma combinação dos mesmos. As fibras minerais podem ser na forma de uma tela, isto é soprada em uma câmara de conformação, pulverizadas com um aglutinante, e depositadas como uma tela sobre um transportador. Alguma ordenação das fibras ocorre durante qualquer processo de formação de tela (primariamente na direção da máquina). Estão incluídos na definição de telas não tecidas apropriadas para uso com esta invenção as películas porosas preparadas pela ação de processamento químico ou mecânico (por exemplo, películas com aberturas).

Os produtos tratados com aglutinante podem compreender não tecidos, como, por exemplo, um não tecido resistente ao calor. Os não tecidos resistentes ao calor também podem conter fibras que não são, elas mesmas, resistentes ao calor como, por exemplo, fibras de poliéster, fibras de raiom, fibras de náilon, e fibras superabsorventes, na medida como ou em quantidades tais que elas não afetem materialmente adversamente o desempenho do substrato.

Alguns não tecidos resistentes ao calor apropriados são usados em temperaturas maiores do que a temperatura ambiente como, por exemplo, panos não tecidos contendo fibra de vidro que são impregnados com uma composição asfáltica quente destinadas a fazer telhas para tetos ou material em rolos para telhados.

Alguns usos apropriados para o aglutinante da presente invenção incluem, por exemplo, a fabricação de compósitos não estruturais e laminados para mobílias de interiores, acabamentos e moldagens; e a formação de final úmido e o tratamento ou revestimento de final seco de papel, papelão e papel-cartão, como meios de filtros; e para fabricar e tratar panos tecidos e não tecidos, como, por exemplo, entreforros de isolamento de fibra de vidro e lã de rocha, telhas para telhado de poliéster ou ligadas por fiação, forros e tecidos para estofamentos, e coberturas de placas de gesso, e meios de filtro, como filtros de ar e óleo.

Exemplos Os seguintes exemplos servem para melhor ilustrar a invenção, que não é destinada a ser limitada pelos exemplos.

Formulações e aplicações de testes As composições aquosas de aglutinantes de termocura foram preparadas misturando vigorosamente os componentes de cada formulação para dar aproximadamente 150 g de um aglutinante aquoso a 15% em peso de sólidos.

As composições mostradas nas tabelas 1 e 2, abaixo, foram preparadas por mistura dos componentes de cada formulação a 30% de sólidos compreendendo, com base nos sólidos totais, 60% em peso de dextrose, 20% em peso de hexametileno diamina (HMDA, 60% de solução, Thermo Fisher Scientific, Waltham MA) e a % em peso indicada de um polissacarídeo de variados valores DE 10 (maltodextrina, Spectrum Chemicals New Brunswick, NJ Lote 2AK0418, DE 10,5), 26 (xarope de milho, ADM Decatur, IL), 43 (xarope de milho, ADM Decatur, IL), 63 (xarope de milho, ADM Decatur, IL) e -100 (dextrose, Thermo Fisher Scientific, Waltham MA). Também foi incluída uma formulação da 80% em peso de maltodextrina (valor DE 10) com 20% em peso de HMDA sem dextrose. As composições assim preparadas foram então diluídas para os 15% em peso de sólidos para aplicação O papel de filtro de microfibra impregnado com aglutinante (Whatman International Inc., Maidstone, Inglaterra, GF/A, número de catálogo 1820 866), em 20,3 cm x 25,4 cm de folhas foi preparado por mecanicamente estirando uma folha de filtro através de uma calha cheia com 120 gramas de um aglutinante aquoso pré-misturado a 15% em peso que foi ainda misturado por agitação, então ensanduichando a amostra embebida entre duas folhas de papel-cartão para absorver o excesso de aglutinante, e pressionando entre as duas folhas de papel-cartão em um dispositivo Birch Bros. Padder (Birch Brothers Inc., Waxham, N.C.), configurado uma pressão de 68,9476 kPa, e uma velocidade de 5 m/min. As amostras resultantes foram secadas a 90°C durante 90 segundos em um forno Mathis (Wemer Mathis AG Niederhasli/Zurich, Suíça) que é ventilado ou equipado com um desvolatilizador. As folhas secas foram então curadas a 170°C durante 60 segundos e 180 segundos no mesmo tipo de forno Mathis usado para secar as amostras. Após a cura, o peso foi determinado para calcular a adição do aglutinante.

Os seguintes testes foram realizados no aglutinante ou papel de filtro tratado curado: “Adição” é a % em peso com base no peso de folha de filtro de sólidos de aglutinantes retidos na folha de papel de filtro tratado após cura. Todas as folhas tinham cerca de 20% em peso de adição de aglutinante.

Teste de tração: As folhas curadas foram cortadas em tiras de teste de 2,56 cm (1 polegada) (direção cruzada da máquina) por 10,24 cm (4 polegadas) (direção da máquina) e testadas para resistência à tração na direção da máquina em um aparelho de teste de tração Thwing-Albert Intelect 500 (Thwing-Albert Instrument Co, West Berlim, NJ). O espaço da fixação foi de 5,12 cm (2 polegadas) e a taxa de puxão foi de 2,56 cm (1 polegada)/minuto. As tiras de teste de papel de filtro, tratadas com aglutinante e curadas foram testadas como “como tal” (tração no estado seco) ou imediatamente após um embebimento em água a 85C (30 min tração no estado úmido). As resistências à tração foram registradas como o pico de força medido durante a partida. Dados relatados são médias de sete tiras de teste.

Retenção: É a % de retenção de resistência à tração úmida sobre a resistência à tração no estado seco. A 150°C, uma retenção a 30% é aceitável; a 170°C, uma retenção a 35% é aceitável.

Perda de peso quando da cura foi medida independentemente de dados de tração por cura de 0,6 gramas a 30% de sólidos da solução de aglutinante (0,18 g) em um forno durante 30 minutos a 150°C. A perda de peso é 100% menos a percentagem do material pesado após a cura comparado com 0,18 gramas de sólido carregado. Três experiências de cada exemplo são medidas e então obtida a média; a média é registrada.

Análise mecânica dimensional (DMA) foi realizada empregando 0,5 g de 30% de sólidos (0,15 g) de solução de aglutinante em duas tiras de papel de filtro de Whatman GF/B. As duas tiras foram então colocadas em um instrumento TA DMA (Q800 DMA TA Instruments New Castle, DE) onde foram aquecidas de 30 a 250°C a 4°C/minuto. Os resultados mostram a exigência de energia de cura para módulo de construção.

Tabela 1: Dados de resistência à tração em temperatura de cura de 150°C * -Comparativo; 1: valor DE é 10; 2: valor DE -100 Exemplo 2. Perda de peso quando da cura em formulações simples No exemplo 2, substituição de 20% em peso, com base nos sólidos totais, da dextrose por maltodextrina em um aglutinante contendo 20% em peso, com base nos sólidos totais, de HMDA e o restante de dextrose dramaticamente reduziu a perda de peso aglutinante quando da cura de 35% a 22% (exemplos comparativos 7 e 8) a uma temperatura de cura de 150°C durante 30 minutos sem significantemente afetar as propriedades da resistência à tração do produto final com uma adição de aglutinante similar (exemplos comparativos 7 e 8). Como um resultado, quase 40% menos aglutinante é usado. Em contraste, um xarope de milho 43 DE apenas reduziu a perda de peso quando da cura por 2,5% (ver exemplos comparativos 3 e 4).

Tabela 2: Dados de resistência à tração a temperatura de cura de 170°C * -Comparativo; 1: valor DE é 10; 2: valor DE —100 Como mostrado nas tabelas 1 e 2, acima, as composições de exemplos comparativos 9-10 e 25-26 com 80% em peso sólidos de maltodextrina não apresentam resistência à tração no estado úmido. Das composições mostradas na tabela 2, acima, todas fornecem propriedades à tração aceitáveis após uma cura de 180 segundos ou propriedades de tração quase aceitáveis (exemplos 15 e 16). Todos os exemplos malto 11 a 16 na tabela 2 dão excelente melhora na perda de peso quando da cura sem afetar as propriedades de tração. O xarope de milho DE 26 nos exemplos 17 e 18 fornecem 25^.75% de perda de peso versus 35,4% de perda de peso quando da cura nos exemplos de controle 23 e 24, e uma melhora de quase 30%. Quando comparado aos exemplos 19 e 20 com o xarope de milho DE 43, o xarope de milho DE 26 nos exemplos 17 e 18 mais do que dobrou a redução na perda de peso quando da cura, uma melhora de quase 20% no total de tal perda de peso com base no peso total do aglutinante.

Tabela 3: Dados de perda de peso quando da cura (Todos os materiais são mostrados em % em peso, com base em sólidos totais) 1. Fosfato de diamônio a 10% em peso de sólidos é incluído em todas as formulações; * -comparativo Como mostrado na tabela 3, acima, as composições contendo maltodextrina de exemplos 28 a 32 dramaticamente diminuem a perda em ignição (LOI) do aglutinante em uso, especialmente comparado ao exemplo de controle 41.0 LOI obtido pelas concentrações preferidas de maltodextrina de 25% em peso ou menos com base nos sólidos totais nos exemplos 28-31 não podería ter sido obtido com os polissacarídeos de valor DE maior nos exemplos 33-40. Por exemplo, a mesma quantidade de maltodextrina no exemplo 30 (22%) abaixa LOI de 29,7% a 21,6%, quase uma diminuição de 30%, enquanto o xarope de milho (DE 43) no exemplo 33 abaixa o LOI apenas pela metade como tal, e o xarope de milho (DE 63) no exemplo 37 não abaixa o LOI nem pela metade. Similarmente, 10% em peso, com base em sólidos totais, de maltodextrina no exemplo 28 abaixa LOI tanto quanto 22% em peso, com base em sólidos totais, de xarope de milho DE 43 no exemplo 33 e mais do que 22% em peso, com base nos sólidos totais, de xarope de milho DE 63 no exemplo 37.

Tabela 4: Resultados DMA -Comparativo Como mostrado na tabela 4, acima, maltodextrina nas composições de exemplos 47 a 50 e xarope de milho DE 26 nas composições de exemplo 47 ambos proporcionam uma resistência no estado seco inicial como mostrado pela temperatura em que as tiras de papel de filtro tratadas com aglutinante alcançam seu módulo de pico. Isto resulta em maiores economias em uso a partir de uma menor exigência de energia para alcançar a resistência no estado seco.

Claims (10)

1. Composição aquosa de aglutinante de termocura, caracterizada pelo fato dc compreender i) um ou mais açúcar redutor, ii) uma ou mais diamina diprimária ou poli(amina primária), em que a relação em peso da diamina diprimária total ou sólidos de poli(amina primária) para os sólidos de açúcar redutor total na faixa de 1,2:1 a 0,12:1; iii) de 7 a 45% em peso, com base nos sólidos totais, de um ou mais polissacarídeos tendo um valor (DE) equivalente de dextrose de 5 a 30.

2. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o açúcar redutor é dextrose.

3. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a diamina diprimária ou poli(amina primária) é uma diamina diprimária.

4. Composição de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que a diamina primária é hexametil diamina (HMDA).

5. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que um ou mais polissacarídeos tem um valor de DE de 7 a 23.

6. Composição de acordo com a reivindicação 5, caracterizada pelo fato de que um ou mais polissacarídeos é uma maltodextrina.

7. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que um ou mais polissacarídeos está presente na quantidade de 10 a 30% em peso com base nos sólidos totais.

8. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de ainda compreender um ou mais estabilizadores.

9. Método para usar a composição aquosa de aglutinante de termocura como definida na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender: aplicar a composição aglutinante para ou misturar com um substrato e então aquecer o substrato assim tratado ou mistura para curar o aglutinante de 100 a 400°C.

10. Esteira de fibra tratada, caracterizada pelo fato de conter um aglutinante de cura resultante de aplicação da composição aglutinante como definida na reivindicação 1 à mesma.