BR112013025944B1

BR112013025944B1 - método para a produção de uma composição ligante, composição ligante, composição adesiva, estrutura compósita em camadas, e usos da composição ligante e da composição adesiva

Info

Publication number: BR112013025944B1
Application number: BR112013025944-2A
Authority: BR
Inventors: Valkonen Sanna (Fi/De)
Original assignee: Upm-Kymmene Corporation
Priority date: 2011-04-08
Filing date: 2012-04-05
Publication date: 2020-07-21
Also published as: US9109148B2; CN103597036B; DE202012013582U1; EP2694593B1; FI124944B; CA2832108A1; FI20115340A0; EP2694593A1; JP2014516370A; FI20115340A; CN103597036A; CA2832108C; TR201901788T4; US20140030540A1; PL2694593T3; JP5922222B2; FI20115340L; WO2012136894A1; BR112013025944A2

Abstract

MÉTODO PARA A PRODUÇÃO DE UMA COMPOSIÇÃO LIGANTE, COMPOSIÇÃO LIGANTE, COMPOSIÇÃO ADESIVA, ESTRUTURA COMPÓSITA EM CAMADAS, E USOS DA COMPOSIÇÃO LIGANTE E DA COMPOSIÇÃO ADESIVA A invenção refere-se a um método para a produção de uma composição ligante, que compreende as seguintes etapas: (i) formação de uma composição aquosa compreendendo os componentes reagentes incluindo lignina, uma substância polimerizável e um agente de reticulação na presença de um catalisador; (ii) cozimento da composição formada até a composição apresentar uma viscosidade, que corresponde a 45 - 95% de um valor predeterminado da viscosidade da composição ligante final; (iii) adição de tanino como um componente reagente à composição; e (iv) cozimento da composição a uma temperatura de 60 - 95°C para polimerização dos componentes reagentes até ser formada uma composição ligante com um valor predeterminado da viscosidade.

Description

MÉTODO PARA A PRODUÇÃO DE UMA COMPOSIÇÃO LIGANTE, COMPOSIÇÃO LIGANTE, COMPOSIÇÃO ADESIVA, ESTRUTURA COMPÓSITA EM CAMADAS, E USOS DA COMPOSIÇÃO LIGANTE E DA COMPOSIÇÃO ADESIVA

CAMPO DA INVENÇÃO

A invenção refere-se a um método para a produção de uma composição ligante. Alem disto, a invenção refere-se a uma composição ligante. Além disto, a invenção refere-se a uma composição adesiva, a uma estrutura compósita em camadas e aos usos da composição ligante e da composição adesiva.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Tanino e lignina são polímeros naturais, que podem ser extraídos, por exemplo, da casca de madeira. Por exemplo, o teor de tanino de espécies nórdicas de madeira macia, tais como pinheiro e abeto, é de cerca de 5 - 20%.
Como o tanino e a lignina são biopolímeros naturais seu uso como componentes cm colas no lugar de materiais sintéticos tem sido investigado de maneira a se obter uma composição adesiva mais ambientalmente amigável. Especialmente, a capacidade em substituir fcnol sintético nas resinas fenólicas finais, tal como fenol para resina de formaldeído, tem sido o objetivo do estado da técnica.

O estado da técnica descreve diferentes tipos de composições adesivas, tais como colas fenólicas, para serem utilizadas com produtos de madeira. Exemplos de tais colas incluem composições compreendendo resina de fenol formaldeído. Tradicionalmente, as resinas de fenol formaldeído são produzidas por polimerização de fenol e formaldeído na presença de um catalisador. Exemplos de tais catalisadores são hidroxido de sodio (NaOH) e ácidos. O método para a produção de resina de fenol formaldeído compreende a adição de formaldeído de maneira gradual a uma composição de fenol e posteriormente aumentar a temperatura da composição formada até 80 - 90°C. A composição é cozida nesta temperatura até uma viscosidade desejada da resina formada ou até que seja alcançado um comprimento de cadeia polimérica.

O estado da técnica reconhece a utilização de lignina com o propósito de reduzir a quantidade de fenol sintético em uma composição de resina. A lignina foi anteriormente utilizada para substituir o fenol durante a produção de resina lignina-fenol-formaldeído.

Também a utilização de tanino em composições adesivas foi previamente investigada. Entretanto, tais métodos de produção descritos no estado da técnica compreendem apenas a mistura física do tanino ou seus derivados com outros componentes tais como resina de fenol formaldeído para se obter a composição de cola final.

A desvantagem das técnicas do estado da técnica, e especialmente dos métodos a base de tanino, no entanto é que só foram capazes de substituir até 30% do fenol sintético na resina final, por exemplo, resina de fenol formaldeído, com tanino. Uma substituição maior resulta em propriedades insatisfatórias da cola produzida.

Os inventores, desta forma, reconheceram a necessidade por um método, o qual resultaria em uma substituição mais alta de fenol na composição e, desta forma, em uma composição ligante mais ambientalmente amigável.

PROPÓSITO DA INVENÇÃO

O propósito da invenção é o de prover um novo tipo de método para a substituição de pelo menos parte da quantidade de materiais sintéticos utilizados durante a produção de uma composição ligante. Especialmente, o propósito é produzir uma composição ligante mais ambientalmente amigável a ser utilizada, por exemplo, em aplicações adesivas.

SUMÁRIO

O método de acordo com a presente invenção é caracterizado pelo que é apresentado na reivindicação 1.

A composição ligante de acordo com a presente invenção é caracterizada pelo que é apresentado na reivindicação 18.

A composição adesiva de acordo com a presente invenção é caracterizada pelo que é apresentado na reivindicação 19.

A estrutura compósita em camadas de acordo com a presente invenção é caracterizada pelo que é apresentado na reivindicação 20.

Os usos de acordo com a presente invenção são caracterizados pelo que é apresentado nas reivindicações 21 e 22.

BREVE DESCRIÇÃO DO DESENHO

O desenho anexo, o qual é incluído para prover um entendimento adicional da invenção e constitui uma parte deste pedido, ilustra uma realização da invenção e em conjunto com a descrição auxilia em explicar os princípios da invenção. No desenho:
A Fig. 1 é um fluxograma ilustrando um método de acordo com uma realização da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Um método de acordo com a presente invenção para a produção de uma composição ligante compreende as seguintes etapas:

(i) formação de uma composição aquosa compreendendo os componentes reagentes incluindo lignina, uma substância polimerizável e um agente de reticulação na presença de um catalisador;
(ii) cozimento da composição formada até que a composição apresente uma viscosidade, que corresponda a 45 - 95% de um valor de viscosidade predeterminado na composição ligante final;
(iii) adição de tanino como um componente reagente à composição; e
(iv) cozimento da composição a uma temperatura de 60 - 95°C para a polimerização dos ditos componentes reagentes até que seja formada uma composição ligante com um valor de viscosidade predeterminado.

Em uma realização da etapa (i) da presente invenção a formação da composição aquosa compreende as seguintes etapas:

(ia) formação de uma dispersão compreendendo lignina; e
(ib) adição da substância polimerizável e do agente de reticulação à dispersão formada para a formação da composição aquosa.

Em uma realização, toda a quantidade da substância polimerizável, por exemplo, fenol, utilizada é adicionada de uma só vez à composição. Em uma realização da presente invenção o agente de reticulação, por exemplo, aldeído, é adicionado de maneira gradual. A adição do aldeído de maneira gradual assegura que a temperatura da composição não aumente muito ou muito rapidamente.

Em uma realização da presente invenção a etapa (ia) e/ou a etapa (ib) compreendem a adição do tanino como um componente reagente. Especialmente, se uma quantidade maior de tanino tiver que ser utilizada na produção da composição ligante, então o tanino pode ser adicionado também durante a etapa (ia) e/ou (ib) adicionalmente à etapa (iii). Em uma realização da presente invenção 30 - 95% em peso, preferivelmente 60 - 95% cm peso, da quantidade total de tanino utilizada no método são adicionados durante a etapa (ia) e/ou (ib). Em uma realização da presente invenção a quantidade de tanino adicionado durante as diferentes etapas do método é determinada com base, por exemplo, no tipo e/ou nas propriedades da lignina utilizada.

Em uma realização da presente invenção, a etapa (ib) compreende a adição de catalisador.

Em uma realização da presente invenção, a etapa (ia) compreende a solubilização da lignina em um solvente. Em uma realização da presente invenção, o solvente compreende hidróxido de sódio. Em uma realização da presente invenção, a etapa (ia) compreende a adição de água.

A temperatura da dispersão pode aumentar durante a etapa (ia) a partir da temperatura ambiente até 65°C.

Em uma realização da presente invenção, a etapa (i) compreende a manutenção da composição a uma temperatura de no máximo 65°C.

Em uma realização da presente invenção, a etapa (ii) compreende a manutenção da temperatura da composição entre 20 - 95°C, preferivelmente entre 20 - 85°C, e mais preferivelmente entre 20 - 80°C.

Em uma realização da presente invenção, a etapa (ii) compreende a etapa (iia), onde a temperatura é mantida entre 20 - 75°C, preferivelmente entre 20 - 70°C, e mais preferivelmente entre 20 - 65°C. A etapa (iia) compreende o fato de se assegurar que a lignina esteja dissolvida. Em uma realização da presente invenção, a etapa (ii) compreende, após a etapa (iia), a etapa (iib), onde a temperatura é mantida entre 30 -95 C, preferivelmente entre 40 - 95°C, e mais preferivelmente entre 45 - 90°C.

Em uma realização da presente invenção, a temperatura da composição é reduzida para abaixo de 70°C, preferivelmente abaixo de 65°C, e mais preferivelmente abaixo de 60°C antes da etapa (iii).

Em uma realização da presente invenção, a etapa (iv) preferivelmente compreende o cozimento da composição a uma temperatura de 65 - 90°C, e mais preferivelmente a uma temperatura de 75 - 85°C.

Em uma realização da presente invenção, a temperatura da composição é aumentada até 60 - 95°C, preferivelmente até 65 - 90°C, e more preferivelmente até 75 -85°C, antes, durante ou depois da etapa (iii).

A temperatura ser controlada durante a produção da composição ligante pelo resfriamento e/ou aquecimento da composição.

Em uma realização da presente invenção, o valor predeterminado da viscosidade da composição ligante final é de pelo menos 40 cP, preferivelmente pelo menos 50 cP, e mais preferivelmente pelo menos 80 cP. Em uma realização da presente invenção, o valor predeterminado da viscosidade da composição ligante final é de pelo menos 40, mas não mais de 250 cP, preferivelmente pelo menos 50 cP, mas não mais de 150 cP, e mais preferivelmente de pelo menos 80, mas não mais de 120 cP.

Em uma realização da presente invenção, o valor predeterminado da viscosidade da composição ligante final é de pelo menos 250 cP, preferivelmente de pelo menos 300 cP, e mais preferivelmente de pelo menos 500 cP. Em uma realização da presente invenção, o valor predeterminado da viscosidade da composição ligante final é de pelo menos 250 cP, mas não mais de 1500 cP, preferivelmente de pelo menos 300 cP. mas não mais de 1200 cP, e mais preferivelmente de pelo menos 500, mas não mais de 1000 cP. A viscosidade é medida a 25°C utilizando-se um viscosímetro rotativo. O valor predeterminado da viscosidade da composição ligante final pode variar dependendo da aplicação específica em que a composição ligante será utilizada.

Em uma realização da presente invenção, a proporção em peso de lignina e tanino para a substância polimerizável é de pelo menos 1,5, preferivelmente de pelo menos 2.

Em uma realização da presente invenção, a quantidade de tanino fica entre 1 -50/o, preferivelmente entre 3 - 35%, e mais preferivelmente entre 5 - 25%, da quantidade de lignina.

Em uma realização da presente invenção, a relação entre as quantidades de lignina, catalisador/solvente, substância polimerizável, agente de reticulação e tanino, com base em seus teores em seco, utilizada para a produção da composição ligante é a seguinte: 18 - 60% em peso, preferivelmente 26 - 45% em peso, do agente de reticulação e catalisador/solvente, e 82 - 40% em peso, preferivelmente 74 - 55% em peso, da substância polimerizável, lignina e tanino.

Em uma realização da presente invenção, o agente de reticulação é selecionado de um grupo consistindo em um aldeído, um derivado de um aldeído, um composto formador de aldeído e combinações destes. Em uma realização da presente invenção, o derivado de um aldeído é hexametilenotetramina. paraformaldeído ou trioxano. Em uma realização da presente invenção, o agente de reticulação é selecionado de um grupo consistindo em um aldeído aromático, glioxal, álcool furfurílico, compostos de caprolactama e glicol. O aldeído pode ser formaldeído. O aldeído aromático pode ser o aldeído furfurílico. Em uma realização da presente invenção, o agente de reticulação é um agente de reticulação de base biológica. Em uma realização da presente invenção, o agente de reticulação é um aldeído, e preferivelmente formaldeído.

Em uma realização da presente invenção, a substância polimerizável é selecionada de um grupo consistindo em fenol, cresol, resorcinol e combinações destes. Em uma realização da presente invenção, a substância polimerizável é fenol. Em uma realização da presente invenção, a substância polimerizável é selecionada de grupo consistindo em hidroxifenóis biológicos e seus derivados. Em uma realização da presente invenção, a substância polimerizável é produzida a partir de pelo menos um ácido graxo. Em uma realização da presente invenção, a substância polimerizável é uma substância polimerizável biológica.

Em uma realização da presente invenção, a substância polimerizável é selecionada de um grupo consistindo em lignina e tanino.

Neste relatório, a não ser que dito de outra forma, a expressão “lignina” deve ser entendida como qualquer lignina adequada para ser utilizada na presente invenção incluindo lignina essencialmente pura, bem como derivados de lignina e lignina modificada. Além disto, neste relatório, a não ser que dito de outra forma, a expressão “tanino” deve ser entendida como qualquer tanino adequado para ser utilizado na presente invenção, incluindo tanino essencialmente puro, bem como derivados de tanino e tanino modificado.

A expressão “lignina essencialmente pura” deve ser entendida como lignina pelo menos 90% pura, preferivelmente lignina pelo menos 95% pura. Em uma realização da presente invenção, a lignina essencialmente pura compreende no máximo 10%, preferivelmente no máximo 5%, de outros componentes. Extraíveis e carboidratos tais como hemiceluloses podem ser mencionados como exemplos de tais outros componentes.

a expressão “tanino essencialmente puro” deve ser entendida como tanino pelo menos 90% puro, preferivelmente tanino pelo menos 95% puro. Em uma realização da presente invenção, o tanino essencialmente puro compreende no máximo 10%, preferivelmente no máximo 5%, de outros componentes.

Em uma realização da presente invenção, a lignina é selecionada CE um grupo consistindo em lignina kraft, lignina precipitada por flash, lignina originária de biomassa, lignina proveniente de processo de polpação alcalina, lignina proveniente de processo de soda e combinações destas.

Diferentes componentes de lignina podem apresentar diferentes propriedades, por exemplo, peso molecular, massa molar, polidispersividade, teor de hemicelulose e extraíveis. Em uma realização da presente invenção, a lignina inclui água, mas nenhum solvente.

Por “lignina Kraft” deve ser entendido neste relatório, a não ser que indicado diferentemente, lignina originária de licor negro kraft. O licor negro é uma solução aquosa alcalina de resíduos de lignina, hemicelulose, e produtos químicos inorgânicos utilizados em um processo de polpação kraft. O licor negro proveniente do processo de polpação compreende componentes originários de diferentes espécies de madeira mole e madeira dura em várias proporções. A lignina pode ser separada do licor negro por diferentes técnicas incluindo, por exemplo, precipitação e filtração. A lignina usualmente começa a precipitar a valores de pH abaixo de 11 - 12. Diferentes valores de pH podem ser utilizados de maneira a precipitar frações de lignina com diferentes propriedades. Estas frações de lignina diferem entre si em distribuição de peso molecular, por exemplo, Mw e Mn, polidispersividade, teores de hemicelulose e extraíveis. A massa molar da lignina precipitada a um valor mais alto de pH é maior que a massa molar da lignina precipitada e um valor mais baixo de pH. Além disto, a distribuição de peso molecular da fração de lignina precipitada a um valor mais baixo de pH é mais ampla que a da fração de lignina precipitada a um valor mais alto de pH. Desta forma, as propriedades da lignina podem variar dependendo do uso final da aplicação de cola.

A lignina precipitada pode ser purificada de impurezas inorgânicas, hemicelulose e extraíveis de madeira utilizando-se etapas de lavagem ácida. Purificação adicional pode ser alcançada por filtração.

Em uma realização da presente invenção, a lignina é lignina precipitada flash. O termo lignina precipitada flash” deve ser entendido neste relatório como lignina que foi precipitada a partir de licor negro em um processo contínuo pela redução do pH de um fluxo de licor negro, sob a influência de uma sobre-pressão de 200 - 1000 kPa, para o nível de precipitação da lignina utilizando-se um agente acidificante a base de dióxido de carbono, preferivelmente dióxido de carbono, e por liberação súbita da pressão para precipitar a lignina. O método para a produção de lignina precipitada flash é descrito no pedido de patente FI 20106073. O tempo de residência mo método acima é abaixo de 300 s. As partículas de lignina precipitada flash, apresentando um diâmetro de partícula menor que 2 μm, formam aglomerados, que podem ser separados do licor negro utilizando-se, por exemplo, filtração. A vantagem da lignina precipitada flash é sua alta reatividade em comparação com a lignina kraft normal. A lignina precipitada flash pode ser purificada e/ou ativada se necessário para processamento posterior.

Em uma realização da presente invenção, a lignina precipitada flash é utilizada na forma úmida não secada.

Em uma realização, a lignina precipitada flash é não secada. A água pode ser removida da lignina precipitada flash, por exemplo, por prensagem ou utilizando-se ar. Em uma realização da presente invenção, a água e removida da lignina precipitada flash utilizando-se prensagem e insuflação de ar. Em uma realização da presente invenção, a temperatura da insuflação de ar é menor ou igual à temperatura da lignina no dito estágio do processo. Em uma realização da presente invenção, a temperatura da insuflação de ar é a temperatura ambiente. Em uma realização da presente invenção, o ar é alimentado através do filtrado de lignina por menos de 1 minuto, preferivelmente menos de 30 segundos, de maneira a remover a água. A vantagem deste tipo de lignina é sua maior atividade e a possibilidade de re-dissolver a lignina. Além disto, este tipo de lignina não secada é a maior facilidade de manuseio no processamento posterior como resultado do fato da lignina ser menos pulverizada.

Em uma realização da presente invenção, o teor em matéria seca da lignina, por exemplo, da lignina precipitada flash, fica abaixo de 70%, preferivelmente 40 - 70%, e mais preferivelmente 50 - 60%.

Em uma realização da presente invenção, a lignina é separada da biomassa pura. O processo de separação pode iniciar com a liquefação da biomassa com álcali forte seguida de um processo de neutralização. Após o tratamento com álcali a lignina pode ser precipitada de maneira similar à apresentada acima. Em uma realização da presente invenção, a separação da lignina a biomassa compreende uma etapa de tratamento enzimático. O tratamento cnzimático modifica a lignina a ser extraída da biomassa. A lignina separada da biomassa pura é livre de enxofre e, desta forma, valiosa no processo posterior.

Em uma realização da presente invenção, o tanino utilizado é originário de qualquer espécie de madeira. O tanino pode ser originário, por exemplo, de casca ou cerne de madeira. Quebracho, faia e acácia são apresentadas como exemplos de possíveis fontes de tanino.

Em uma realização da presente invenção, o tanino utilizado é originário de casca de madeira conífera. Em uma realização da presente invenção, o tanino é separado de casca de madeira conífera de unidades de descascamento em serrarias ou usinas de polpa. O processo de separação pode ser combinado com um processo de extração com etanol, um processo de extração com água quente, um processo de extração por vapor quente ou um processo de extração água-etanol da casca de madeira conífera.

Em uma realização da presente invenção, o tanino é tanino condensado. O tanino condensado apresenta um alto teor de matéria seca e é, por esta razão, adequado para ser utilizado na presente invenção. O teor de matéria seca do tanino condensado pode variar entre 40 - 100% e é adequadamente entre 60 - 90% e preferivelmente entre 70 -80%. O tanino com tal teor de matéria seca pode ser dispersado facilmente, pelo que é alcançada uma boa reatividade com os outros componentes reagentes. O tanino pode ser também tanino hidrolisável.

Em uma realização da presente invenção, o método compreende a dispersão do tanino antes de sua adição à composição. Se a quantidade de tanino a ser utilizada na produção da composição ligante for maior que 3%, preferivelmente mais de 5%, mais preferivelmente mais de 8% do teor total de matéria seca dos componentes a serem utilizados para a produção da composição ligante, então o tanino é dispersado antes de sua adição à composição. Os polímeros de lignina e/ou tanino pode ser despolimerizados para reduzir o peso molecular do polímero de maneira a se obter oligômeros de baixo peso molecular. A atividade e a reatividade podem ser simultaneamente aumentadas.

O método da presente invenção surpreendentemente resulta em uma composição ligante mais ambientalmente amigável, uma vez que no método polímeros de lignina e tanino naturais, ambos os quais são polímeros fenólicos, substituíram pelo menos parte do fenol sintético usualmente utilizado na produção de composições fenólicas tais como resina de fenol formaldeído. Sem limitação da invenção a qualquer teoria específica a cerca do porque o método da presente invenção resulta na vantagem mencionada acima, deve ser considerado que a adequação da substituição de pelo menos parte, por exemplo, do fenol com lignina e tanino é devida ao fato de tanto a lignina quanto o tanino reagem com um aldeído, tal como formaldeído, de maneira bem similar que o fenol. O uso de tanino como um aditivo reativo no método da presente invenção amplifica as propriedades de colagem deste tipo de composição fenólica.

Em uma realização da presente invenção, o catalisador compreende um sal ou um hidróxido de um metal alcalino. Em uma realização da presente invenção, o catalisador é selecionado de um grupo consistindo em hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, ácidos e suas combinações. Em uma realização da presente invenção, o catalisador é hidróxido de sódio.

A ordem precisa de combinação e/ou adição dos componentes necessários para a produção da composição ligante pode variar dependendo, por exemplo, das propriedades requeridas da composição ligante formada. A escolha da seqüência de combinação e/ou adição dos componentes requeridos está dentro do conhecimento do especialista na técnica com base neste relatório. A quantidade precisa dos componentes utilizados para a produção da composição ligante pode variar e a escolha das quantidades dos diferentes componentes está dentro do conhecimento do especialista na técnica com base neste relatório.

Quando da determinação da ordem de mistura e combinação dos componentes a serem utilizados na produção da composição ligante, deve ser levado em consideração que o tanino é um componente mais reativo que a lignina. Por esta razão, a lignina podem preferivelmente ser cozida na composição aquosa por um período de tempo mais longo que o tanino. Desta forma, fica assegurado que a lignina tenha tempo suficiente para reagir com o agente de reticulação, por exemplo, o aldeído. Além disto, deve ser observado que o cozimento do tanino por um período de tempo longo pode aumentar a viscosidade da composição de maneira a inaceitável.

A presente invenção refere-se ainda a uma composição ligante obtenível pelo método de acordo com a presente invenção.

A presente invenção refere-se ainda a uma composição adesiva compreendendo a composição ligante de acordo com a presente invenção. A composição adesiva pode compreender adicionalmente um ou mais componentes adesivos selecionados de um grupo consistindo em outros ligantes, extensores, aditivos, catalisadores e cargas. Um ligante é uma substância, que é principalmente responsável pelo crescimento e reticulação do polímero e, desta forma, auxilia na cura dos sistemas poliméricos. Um extensor é uma substância, que auxilia o ligante pelo ajuste das propriedades físicas, por exemplo, pela ligação de umidade. O aditivo pode ser um polímero ou um composto inorgânico, que auxilia em propriedades como carga, amolecimento, redução de custos, ajuste de umidade, aumento da rigidez e aumento da flexibilidade. O catalisador é uma substância, que usualmente amplifica e ajusta a velocidade de cura. Por “substância” deve ser entendido aqui como incluindo um composto ou uma composição. A composição ligante da presente invenção pode servir como um ligante, um extensor, um aditivo, um catalisador e/ou uma carga na composição adesiva.

A presente invenção retere-se ainda a uma estrutura compósita em camadas tormada de duas ou mais camadas incluindo pelo menos uma camada de folheado de madeira, onde as camadas são dispostas uma cm cima da outra e combinadas por meio de colagem com a composição ligante de acordo com a presente invenção e/ou a composição adesiva de acordo com a presente invenção. Neste relatório, a não ser de outra forma especificado, o termo “folheado de madeira” é utilizado para significar um folheado, que pode ser formado de qualquer material, por exemplo, material a base de madeira, material de fibra, material compósito ou semelhante. Neste contexto, a espessura do folheado de madeira pode variar. Tipicamente, a espessura do folheado de madeira fica abaixo de 3 mm.

Em uma realização da presente invenção, a estrutura compósita em camadas é selecionada de um grupo consistindo em um produto de painel de madeira, um produto de madeira compensada, um produto compósito, e um produto de painel prensado. A estrutura compósita em camadas pode ser formada de um número de camadas, preferivelmente camadas de folheado de madeira, no qual as camadas são colocadas umas sobre as outras e coladas.

A presente invenção retere-se ainda ao uso da composição ligante em uma aplicação de impregnação, como um revestimento, para reforçar plástico, para produzir molde comprimido, um laminado ou uma laca, ou para colar um produto de madeira. A composição ligante da presente invenção pode ser utilizada ainda para colar combinações de plástico e madeira.

A presente invenção refere-se ainda ao uso da composição adesiva para colar um produto de madeira.

Em uma realização da presente invenção, o produto de madeira é selecionado de um grupo consistindo em uma prancha de madeira, um folheado de madeira, e uma barra de madeira.

As realizações da invenção descritas anteriormente podem ser utilizadas em qualquer combinação entre si. Várias das realizações podem ser combinadas entre si para formar uma realização adicional da invenção. Um método, uma composição ou um uso, ao qual a invenção está relacionada, pode compreender pelo menos uma das realizações mencionadas anteriormente.

Uma vantagem do método de acordo com a presente invenção é que pela utilização de lignina e tanino em conjunto como componente reagentes durante a produção de uma composição ligante, é obtida uma composição ligante mais ambientalmente amigável. Surpreendentemente, foi encontrado que quando se utiliza tanto ligmna quanto tanino como componentes reagentes, a quantidade da substância polimerizável, tal como a substância de fenol sintético, por exemplo, fenol, pode ser consideravelmente reduzida durante o processo de produção do ligante. Como o fenol é um composto sintético e a lignina e o tanino são polímeros naturais, é vantajosa a possibilidade de se minimizar a quantidade de fenol presente na composição ligante final.

Uma vantagem da presente invenção é que pela utilização de tanino como um aditivo reativo, isto é, em uma quantidade menor que a lignina, no método para a produção da composição ligante é possível se modificar as propriedades da composição ligante final de tal forma que a composição é mais favorável para colagem, propriedades tais como cura, secagem, resistência ao cisalhamento e penetração podem ser tomadas mais adequadas para as aplicações de colagem da presente invenção.

Uma vantagem é especialmente alcançada quando da utilização de lignina precipitada flash, preferivelmente em sua forma não secada, que apresenta maior reatividade que a lignina kraft normal, resultando assim em compatibilidade ainda maior e comportamento reacional do método de acordo com a presente invenção.

Uma vantagem da utilização de tanino juntamente com lignina para a produção da composição ligante de acordo com a presente invenção é, por exemplo, que o tanino aumenta a resistência à tensão e a duetibilidade da composição ligante produzida.

Uma vantagem da presente invenção, é que um nível mais alto de componentes biológicos é alcançado na composição ligante final. Esta vantagem pode ser alcançada quando da utilização das etapas específicas de processo da presente invenção e especialmente quando o tanino é adicionado à composição em um estágio posterior do processo que a lignina.

EXEMPLOS

Agora será feita referência em detalhe às realizações da presente invenção, um exemplo das quais é ilustrado no desenho anexo.
A descrição abaixo apresenta algumas realizações da invenção em detalhes tais que um especialista na técnica é capaz de utilizar a invenção com base na descrição. Nem todas as etapas das realizações são discutidas em detalhe, na medida em que muitas das etapas serão óbvias a um especialista na técnica com base neste relatório.
A Figura 1 ilustra um método de acordo com uma realização da presente invenção para a produção de uma composição ligante.

Antes da formação de uma composição aquosa incluindo alguns dos componente reagentes, a fonte especialmente de lignina e tanino, é escolhida de maneira a se preparar uma composição ligante com propriedades desejadas. Como apresentado acima, a lignina pode ser selecionada de lignina kraft, lignina precipitada flash, lignina originária de biomassa, lignina proveniente de processo de polpação alcalina, lignina proveniente de processo de soda e combinações destas. Também os outros componentes e suas quantidades a serem utilizados no método de acordo com a presente invenção são selecionados. Os componentes reagentes são também pré-tratados se necessário para, por exemplo, ativar e/ou modificar os componentes.

Após a etapa (1) de várias preparações e pré-tratamentos, na realização da presente invenção mostrada na Fig. 1, é conduzida a etapa (2). A etapa (2) compreende a formação de uma composição aquosa incluindo a combinação de alguns dos componentes requeridos, isto é, lignina, a substância polimerizável, o agente de reticulação e o catalisador, em uma ordem predeterminada com controle simultâneo da temperatura da composição formada. Os componentes selecionados podem ser adicionados à etapa (2) de formação da composição um após o outro ou pelo menos parcialmente simultaneamente. Após a mistura destes componentes, a composição é cozida até a viscosidade da composição atingir 45 - 95% de um valor predeterminado da viscosidade da composição ligante final. A composição pode ser cozida a uma temperatura de 20 - 95°C.

Então a etapa (3) é conduzida. A etapa (3) compreende a adição do tanino na composição após o que a temperatura da composição aquosa formada ser aumentada para 80-90°C. A composição é cozida nesta temperatura até ser alcançada uma viscosidade predeterminada da composição ou até uma extensão de polimerização desejada ser alcançada.

Em uma outra realização da presente invenção, a temperatura da composição pode ser aumentada para 80 - 90°C já antes do tanino ser adicionado ou a temperatura pode ser aumentada para 80 - 90°C simultaneamente com a adição de tanino.

Como resultado da etapa (1), etapa (2) e etapa (3), uma composição ligante apresentando as propriedades desejadas é produzida. Esta composição ligante pode ser utilizada como tal para aplicações de colagem ou pode ser adicionalmente processada com outros componentes adesivos para a produção de uma composição adesiva.

EXEMPLO 1 - Preparação de uma composição ligante

Neste exemplo, uma composição ligante de lignina-tanino-fenol formaldeído foi produzida de acordo com a realização da presente invenção mostrada na Fig. 1.
Os seguintes componentes e suas quantidades foram utilizados:
Água 300 g
NaOH (primeira parte (dispersão)) 50% 250 g
Lignina kraft 98% 400 g
Tanino 90% 150g
Fenol 90% 250 g
Formaldeído 38% 1000 g
NaOH (segunda parte (catalisador)) 50% 100 g
As percentagens dos componentes (com base nos teores de matéria seca) utilizadas neste exemplo foram aas seguintes:
NaOH cerca de 13%
Lignina kraft cerca de 30%
Tanino cerca de 10%
Fenol cerca de 17%
Formaldeído cerca de 30%
Primeiramente, a água, a primeira parte do NaOH e a lignina foram misturadas de tal forma que foi formada a dispersão.

Simultaneamente, a temperatura foi aumentada da temperatura ambiente para cerca de 65˚C. Então todo o fenol foi adicionado seguido da adição de formaldeído de maneira gradual para a formação de uma composição aquosa. A temperatura foi mantida abaixo de 65°C. Após a adição também da segunda parte do NaOH à composição, a composição foi cozida até ser atingida a viscosidade da composição correspondendo a 45 - 95% da viscosidade da composição ligante final. Então, o tanino foi adicionado e a temperatura foi aumentada para cerca de 80 - 90°C. O cozimento foi mantido nesta temperatura até que a viscosidade da composição era de cerca de 500 cp (como medida a uma temperatura de 25°C.

Neste exemplo, o tanino foi adicionado à composição apenas depois da lignina ter sido adicionada e cozida com os outros componentes por um tempo predeterminado de maneira a se assegurar que a lignina menos reativa tenha tido tempo suficiente para reagir com o fenol e o formaldeído antes de ser adicionado o tanino mais reativo.

Entretanto, parte do tanino poderia também ter sido adicionado, por exemplo, simultaneamente com a lignina, no entanto levando-se em consideração que se o tanino for cozido por um tempo longo, a viscosidade da resina formada pode se tomar muito alta. A maneira de adicionar o tanino à composição depende, por exemplo, da quantidade total de tanino a ser utilizada.

EXEMPLO 2 - Preparação de uma composição ligante

Neste exemplo, uma composição ligante de lignina-tanino-fenol glioxal foi produzida.
Os seguintes componentes e suas quantidades foram utilizados:
Água 370 g
NaOH (primeira parte (dispersão)) 50% 300 g
Lignina kraft 75% 530 g
Tanino 90% 100g
Fenol 90% 540 g
Glioxal 40% 1100 g
NaOH (segunda parte (catalisador)) 50% 150 g
Primeiramente, a água, a primeira parte do NaOH e a lignina foram misturadas de tal forma que a dispersão foi formada. Simultaneamente, a temperatura foi aumentada da temperatura ambiente para cerca de 50°C. Então todo o fenol foi adicionado seguido da adição do glioxal de maneira gradual para a formação de uma composição aquosa. A temperatura foi mantida abaixo de 65°C. Foram adicionados ¾ da quantidade total do tanino à composição aquosa formada acima, quando pelo menos metade da quantidade do glioxal, preferivelmente toda a quantidade de glioxal, foi adicionada à composição. Após a adição também da segunda parte do NaOH à composição, a composição foi cozida até ser atingida uma viscosidade correspondendo a 40 - 95% da viscosidade da composição ligante final. Então o restante do tanino foi adicionado e a temperatura foi aumentada para cerca de 75 - 80°C. O cozimento foi mantido nesta temperatura até a viscosidade da composição formada ser de cerca de 300 cp (conforme medida a uma temperatura de 25°C).

EXEMPLO 3 - Preparação de uma composição ligante

Neste exemplo, uma composição ligante de lignina-tanino-resorcinol formaldeído foi produzida.
Os seguintes componentes e suas quantidades foram utilizados:
Água 340 g
NaOH (primeira parte (dispersão)) 50% 240 g
Lignina kraft 75% 494 g
Tanino 90% 21 g
Resorcinol 90% 450 g
Formaldeído 40% 800 g
NaOH (segunda parte (catalisador)) 50% 115 g
Primeiramente, a água, a primeira parte do NaOH e a lignina foram misturadas de tal forma que a dispersão foi formada. Simultaneamente, a temperatura foi aumentada da temperatura ambiente para cerca de 50°C. Então metade do resorcinol foi adicionada seguido da adição do formaldeído de maneira gradual para a formação de uma composição aquosa. A temperatura foi mantida abaixo de 65°C. Foi adicionado o restante do resorcinol à composição aquosa formada acima, quando pelo menos metade da quantidade do formaldeído, preferivelmente toda a quantidade de formaldeído, foi adicionada à composição. Após a adição da também da segunda parte do NaOH à composição, a composição foi cozida até ser atingida uma viscosidade correspondendo a 40 - 95% da viscosidade da composição ligante final. Então foi adicionado o tanino e a temperatura foi aumentada para cerca de 70 - 75°C. O cozimento foi mantido nesta temperatura até a viscosidade da composição formada ser de cerca de 300 cp (conforme medida a uma temperatura de 25°C).

EXEMPLO 4 - Preparação de uma composição adesiva

Neste exemplo, a composição ligante de lignina-tanino-fenol formaldeido produzida no Exemplo 1 foi utilizada para a produção de uma composição adesiva. A composição ligante foi misturada com extensores, cargas, catalisadores, aditivos, como exemplos dos quais podem ser mencionados amido, serragem e endurecedores (por exemplo, tanino ou carbonatos), formando assim a composição adesiva.

EXEMPLO 5 - Aplicação da composição ligante para produzir um produto de madeira compensada

Folheados de madeira apresentando uma espessura de menos de 3 mm foram colados com a composição ligante de lignina-tanino-fenol formaldeido produzida no Exemplo 1, para produzir um compensado de madeira de 7 camadas. Os resultados mostraram que o efeito de colagem foi suficientemente bom para colar os folheados de madeira.

EXEMPLO 6 - Aplicação da composição adesiva para a produção de um produto de compensado de madeira

Neste exemplo, a composição adesiva do Exemplo 4 foi aplicada sobre folheados de madeira. Os folheados de madeira foram unidos pela composição adesiva para formar um compensado de madeira. O teor em matéria seca da composição adesiva era entre 45 e 55%. Os folheados de madeira com a composição adesiva foram prensados por técnica de prensagem a quente a uma temperatura entre 120 - 170°C. A composição adesiva foi simultaneamente curada. A composição adesiva da presente invenção foi considerada adequada para colar folheados de madeira e, desta forma, para a manufatura de compensado de madeira.

EXEMPLO 7 - aplicação da composição ligante para a produção de laminados

Neste exemplo, a composição ligante de lignina-tanino-fenol formaldeído produzida no Exemplo 1 foi utilizada em uma aplicação de impregnação. Durante a produção de laminados papel foi impregnado com uma solução alcoólica da composição ligante, após o que as camadas impregnadas foram transferidas para um fomo. O álcool foi evaporado e a composição ligante foi parcialmente curada. As camadas compreendendo tal composição semi-curada foram dispostas umas sobre as outras e tratadas por técnica de prensagem a quente de maneira a formar pranchas mais espessas uniformes ou laminados.
Fica óbvio para um especialista na técnica que, com o avanço da tecnologia, a idéia básica da invenção pode ser implementada de várias formas. A invenção e suas realizações, desta forma, não estão limitadas aos exemplos descritos aqui, ao contrário podem variar dentro do escopo das reivindicações.

Claims

Método para a produção de uma composição ligante, caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas:
- (i) formação de uma composição aquosa compreendendo os componentes reagentes incluindo: lignina; uma substância polimerizável; e um agente de reticulação na presença de um catalisador;
- (ii) cozimento da composição formada até a composição apresentar uma viscosidade, que corresponde a 45 - 95% de um valor predeterminado da viscosidade da composição ligante final;
- (iii) adição de tanino como um componente reagente à composição; e
- (iv) cozimento da composição a uma temperatura de 60 - 95°C para polimerização dos componentes reagentes das etapas (i) e (iii) até ser formada uma composição ligante com um valor predeterminado da viscosidade.
Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da etapa (i) de formação da composição aquosa compreender as seguintes etapas:
- (ia) formação de uma dispersão compreendendo lignina; e
- (ib) adição da substância polimerizável e agente de reticulação à dispersão para a formação da composição aquosa.
Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato da etapa (ia) e/ou da etapa (ib) compreenderem a adição de tanino como um componente reagente.
Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato da etapa (ib) compreender a adição de catalisador.
Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da etapa (i) compreender a manutenção da composição a uma temperatura de no máximo 65°C.
Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da etapa (ii) compreender a manutenção da temperatura da composição entre 20 - 95°C
Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da temperatura da composição ser reduzida para abaixo de 70°C antes da etapa (iii).
Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da etapa (iv) compreender o cozimento da composição a uma temperatura de 65 - 90°C.
Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da temperatura da composição ser aumentada até 60 - 95 °C antes, durante ou depois da etapa (iii).
Método de acordo a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da proporção em peso de lignina e tanino para a substância polimerizável ser de pelo menos 1,5.
Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da quantidade de tanino ser entre 1 - 50% da quantidade de lignina.
Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do agente de reticulação ser um aldeído.
Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da substância polimerizável ser selecionada de um grupo consistindo em fenol, cresol, resorcinol e combinações destes.
Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da lignina ser selecionada de um grupo consistindo em lignina kraft, lignina precipitada flash, lignina originária de biomassa, lignina proveniente de processo de polpação alcalina, lignina proveniente de processo de soda e combinações destas.
Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do tanino ser tanino condensado.
Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender a dispersão do tanino antes de sua adição à composição.
Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do catalisador ser hidróxido de sódio.
Composição ligante caracterizada pelo fato de ser obtida pelo método de conforme definido na reivindicação 1.
Composição adesiva caracterizada pelo fato de compreender a composição ligante da conforme definida na reivindicação 18.
Estrutura compósita em camadas formada de duas ou mais camadas incluindo pelo menos uma camada de folheado de madeira, caracterizada pelo fato das camadas serem dispostas umas em cima das outras e combinadas por meio de colagem com a composição ligante conforme definido na reivindicação 18 ou 19.
Método para a produção de uma composição ligante, o método compreende aplicar a composição ligante conforme definida na reivindicação 18 em um substrato, caracterizado pelo fato de aplicar a composição ligante resulta na impregnação da composição no substrato, em revestir o substrato, em reforçar um substrato de plástico, em um molde comprimido, em um laminado ou uma laca, ou em colar um substrato de madeira.
Método para colar um produto de madeira caracterizado pelo fato de aplicar a composição adesiva conforme definida na reivindicação 19 em um substrato de madeira.
Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato da proporção em peso de lignina e tanino para a substância polimerizável ser de pelo menos 2.
Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato da quantidade de tanino ser entre 3 - 35% da quantidade de lignina.
Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato da quantidade de tanino ser entre 5 - 25% da quantidade de lignina.