BR112014002389B1 - Composição aquosa de encolamento para lã mineral à base de sacarídeo redutor e de sacarídeo hidrogenado - Google Patents

Composição aquosa de encolamento para lã mineral à base de sacarídeo redutor e de sacarídeo hidrogenado Download PDF

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Abstract

composição de encolamento para lã mineral à base de sacarídeo redutor e de sacarídeo hidrogenado, e, produtos isolantes obtidos a presente invenção refere-se a uma composição de encolamento para produtos isolantes à base de lã mineral, notadamente de vidro ou de rocha, que compreende, pelo menos, um sacarídeo redutor, pelo menos um sacarídeo hidrogenado e, pelo menos, um agente de reticulação polifuncional, o(s) sacarídeo(s) hidrogenado(s) representando 10 a 90% do peso total do(s) sacarídeos redutor(es) e do(s) sacarídeo(s) hidrogenado(s). ela tem igualmente por objeto produtos isolantes à base de fibras minerais obtidos e seu processo de fabricação.

Description

COMPOSIÇÃO AQUOSA DE ENCOLAMENTO PARA LÃ MINERAL À BASE DE SACARÍDEO REDUTOR E DE SACARÍDEO HIDROGENADO
[0001] A presente invenção refere-se a área dos produtos isolantes, térmicos e/ou acústicos, à base de lã mineral, notadamente de vidro ou de rocha, e de um ligante orgânico isento de formaldeído.
[0002] A invenção refere-se mais particularmente a uma composição de encolamento apta a reticular para formar o referido ligante orgânico, que contém um sacarídeo redutor, um sacarídeo hidrogenado e um agente de reticulação polifuncional.
[0003] A invenção tem igualmente por objeto de um processo de preparação da referida composição de encolamento, e os produtos isolantes resultantes daí.
[0004] A fabricação de produtos isolantes à base de lã mineral compreende geralmente uma etapa de fabricação da própria lã, que pode ser realizada por diferentes processos, por exemplo, de acordo com a técnica conhecida por fibragem por centrifugação interna ou externa.
[0005] A centrifugação interna consiste em introduzir o material mineral em fusão (vidro ou rocha) em um dispositivo centrífugo compreendendo uma multidão de pequenos orifícios, o material sendo projetado para a parede periférica do dispositivo sob a ação da força centrífuga e escapando sob forma de filamentos. Na saída do dispositivo centrífugo, os filamentos são estirados e acionados para um órgão receptor por uma corrente gasosa tendo uma temperatura e uma velocidade elevadas, para formar uma manta de fibras (ou lã mineral).
[0006] A centrifugação externa consiste, ela mesma, em derramar o material em fusão na superfície periférica externa de órgãos giratórios chamados rotores, de onde o material em fusão é ejetado sob a ação da força centrífuga. Meios de estiramento por corrente gasosa e de coleta sobre um órgão de recepção estão igualmente previstos.
[0007] Para assegurar a montagem das fibras entre elas e permitir à manta ter coesão, projeta-se sobre as fibras, sobre o trajeto indo da saída do dispositivo centrífugo em direção ao órgão receptor, uma composição de encolamento contendo uma resina termoendurecível. A manta de fibras revestidas de encolamento é submetida a um tratamento térmico, a uma temperatura geralmente superior a 100°C, a fim de efetuar a policondensação da resina e obter, assim, um produto de isolamento térmico e/ou acústico tendo propriedades específicas, notadamente uma estabilidade dimensional, uma resistência à tração, uma retomada da espessura após compressão e uma cor homogênea.
[0008] A composição de encolamento a projetar sobre a lã mineral apresenta-se geralmente sob a forma de uma solução aquosa contendo a resina termoendurecível e aditivos como um catalisador de reticulação da resina, um silano promotor da aderência, um óleo mineral anti-poeiras, ... A composição de encolamento é, com maior frequência, aplicada sobre as fibras por pulverização.
[0009] As propriedades da composição de encolamento dependem em grande parte das características da resina. Do ponto de vista da aplicação, é necessário que a composição de encolamento apresente uma boa aptidão à pulverização e possa depositar-se na superfície das fibras a fim de ligar as mesmas eficazmente.
[0010] A resina deve ser estável durante um lapso de tempo dado antes de ser utilizada para formar a composição de encolamento, a qual composição é geralmente preparada no momento do emprego misturando a resina e os aditivos previamente mencionados.
[0011] No plano legal, é necessário que a resina seja considerada como não poluente, ou seja, que ela contenha - e que ela gere, quando da etapa de encolamento ou posteriormente - a menor quantidade possível de compostos podendo afetar a saúde humana ou o meio ambiente.
[0012] As resinas termoendurecíveis as mais correntemente utilizadas são as resinas fenólicos que pertencem à família dos resóis. Além da sua boa aptidão para reticular nas condições térmicas acima citadas, estas resinas são solúveis em água, possuem uma boa afinidade para as fibras minerais, notadamente de vidro, e são relativamente pouco dispendiosas.
[0013] Os resóis mais comuns são obtidos por condensação de fenol e formaldeído, na presença de um catalisador básico. No final, estes resóis contêm certa proporção de monômeros não tendo reagido, em particular o formaldeído cuja presença não é desejada devido aos seus efeitos nocivos provados.
[0014] Por esta razão, as resinas à base de resol são geralmente tratadas pela uréia que reage com formaldeído livre prendendo o mesmo sob a forma de condensados uréia-formaldeído não voláteis. A presença de uréia na resina proporciona, além disso, uma vantagem econômica certa devido ao seu baixo custo, porque se pode introduzir a mesma relativamente em grande quantidade sem afetar as qualidades de emprego de resina, notadamente sem prejudicar as propriedades mecânicas do produto final, o que baixa notavelmente o custo total da resina.
[0015] No entanto foi observado que, nas condições de temperaturas nas quais a manta é submetida para obter a reticulação da resina, os condensados uréia-formaldeído não são estáveis; eles decompõem-se voltando a dar formaldeído e uréia (por sua vez degradada pelo menos parcialmente em amoníaco) que são liberados na atmosfera da fábrica.
[0016] A regulação com relação à questão de proteção do meio ambiente se tornando mais restritiva obriga os fabricantes de produtos isolantes a procurar soluções que permitem abaixar ainda mais os níveis de emissões indesejáveis, em particular de formaldeído.
[0017] Soluções de substituição de resóis nas composições de encolamento são conhecidas e baseadas no emprego de um ácido carboxílico e de um álcool.
[0018] Em US 5.340.868, o encolamento compreende um polímero policarboxílico, uma β-hidroxilamida e um ácido carboxílico monomérico pelo menos trifuncional.
[0019] Também foram descritas composições de encolamento compreendendo uma alcanolamina contendo pelo menos dois grupamentos hidroxila e um polímero policarboxílico (US 6.071.994, US 6.099.773, US 6.146.746) que podem ser associados a um copolímero (US 6.299.936).
[0020] Também foram propostas composições de encolamento compreendendo um polímero policarboxílico e um poliol (US 2002/0091185, US 2002/0091185). Estas composições podem conter, por outro lado, um catalisador que pode ser um composto contendo fósforo (US 5 318 990, US 5 661 213, US 6 331 350, US 2003/0008978), um fluoro borato (US 5 977 232) ou então uma cianamida, uma dicianamida, ou uma cianoguanidina (US 5 932 698), ou um tensoativo catiônico, anfotérico ou não iônico (US 2002/0188055), ou ainda um agente de copulação de tipo silano (US 2004/0002567).
[0021] Em WO 2006/120523, é descrita uma composição de encolamento que compreende (a) um poli (álcool vinílico), (b) um agente de reticulação multifuncional escolhido entre os poliácidos não poliméricos ou seus sais, os anidridos ou um polialdeído não polimérico e (c) eventualmente um catalisador, a razão ponderal (a)/(b) variando de 95:5 a 35:65 e o pH sendo pelo menos igual a 1,25.
[0022] Conhece-se, igualmente, a partir de WO 2008/053332, uma composição de encolamento que compreende um aduto (a) de um polímero de açúcar e (b) de um agente de reticulação multifuncional escolhido entre os poliácidos monoméricos ou seus sais, e os anidridos, que é obtido em condições tais que a razão ponderal (a)/ (b) varia de 95:5 a 35:65.
[0023] Além disso, foram descritas composições de encolamento das quais todo ou parte do álcool é substituído por um ou vários sacarídeos.
[0024] Em US 2005/0215153, a composição de encolamento é formada a partir de um pré-ligante contendo um polímero de ácido carboxílico e um poliol, e uma dextrina como co-ligante.
[0025] Em US 5 895 804, a composição de encolamento compreende um polímero policarboxílico de peso molecular pelo menos igual a 1000 e um polissacarídeo de peso molecular pelo menos igual a 10000.
[0026] Em WO 2009/080938, a composição de encolamento compreende pelo menos um ácido orgânico policarboxílico de massa molar inferior ou igual a 1000 e, pelo menos, um monossacarídeo e/ou polissacarídeo.
[0027] Por fim, conhece-se, a partir de WO 2010/029266, uma composição de encolamento que compreende, pelo menos, um açúcar hidrogenado e um agente de reticulação polifuncional.
[0028] A presente invenção tem por objetivo melhorar as composições de encolamento conhecidas, notadamente a que foi divulgada em WO 2009/ 080938, e os produtos de isolamento térmico e/ou acústico obtidos a partir destas composições.
[0029] Foi com efeito constatado que a aplicação por pulverização da referida composição de encolamento sobre as fibras minerais não era satisfatória: rapidamente após a pulverização, uma parte da água contida nas gotículas é eliminada, acarretando um aumento considerável da viscosidade da composição de encolamento. Segue-se que as gotículas se dividem de modo menos eficaz na superfície das fibras minerais e, portanto, pior nos pontos de junção das fibras do que deveria ser.
[0030] Para remediar este inconveniente, uma quantidade de água suplementar deve ser adicionada na composição de encolamento ou de modo separado sobre as fibras no momento da pulverização. O aumento da quantidade de água na pulverização coloca problemas na estufa onde a manta de fibras minerais encoladas é tratada a fim de obter a reticulação do ligante. Para evacuar a água excedente, é necessário ou aumentar a temperatura na estufa, ou aumentar o tempo de permanência da manta na estufa reduzindo a velocidade da linha de produção. Qualquer que seja a solução escolhida, segue-se um aumento do custo do produto isolante final.
[0031] De acordo com a invenção, substitui-se uma parte do sacarídeo da composição de encolamento conhecido por um sacarídeo hidrogenado o que permite abaixar a viscosidade da composição de encolamento a um valor suficientemente baixa para que ela possa ser pulverizada corretamente sobre as fibras minerais sem precisar recorrer a um suplemento de água.
[0032] Outro fim da invenção consiste em propor uma composição de encolamento que permite obter um rendimento ligante sobre a linha industrial ("binder line efficiency” em inglês) elevado como é indicado depois.
[0033] Para alcançar estes objetivos, a presente invenção propõe uma composição de encolamento para produtos isolantes à base de lã mineral, notadamente de vidro ou de rocha, que compreende:
  • - pelo menos um sacarídeo redutor,
  • - pelo menos um sacarídeo hidrogenado, e
  • - pelo menos um agente de reticulação polifuncional, o(s) sacarídeo(s) hidrogenado(s) representando 10 a 90% do peso total do(s) sacarídeo(s) redutor(es) e do(s) sacarídeo(s) hidrogenado(s).
[0034] A expressão "sacarídeo redutor” deve ser entendida no sentido convencional, a saber, um monossacarídeo ou um polissacarídeo portador de um grupo OH hemiacético livre, este grupo tendo notadamente uma ação redutora sobre as soluções cupro-alcalinas.
[0035] A título de exemplos de monossacarídeos redutores, podem-se citar os sacarídeos redutores contendo 3 a 8 átomos de carbono, preferivelmente as aldoses e com vantagem as aldoses contendo 5 a 7 átomos de carbono. As aldoses particularmente preferidas são as aldoses naturais (pertencendo à série D), notadamente as hexoses como a glicose, a manose e a galactose.
[0036] O polissacarídeo redutor, de acordo com a invenção, é escolhido dentre os polissacarídeos redutores tendo uma massa molar média ponderal inferior a 100000, preferivelmente inferior a 50000, com vantagem, inferior a 10000, e mesmo ainda, superior a 180.
[0037] De modo vantajoso, o polissacarídeo redutor apresenta um índice de polidispersão (IP) definido pela relação da massa molar média ponderal para a massa molar média numérica que é inferior ou igual a 10.
[0038] Preferivelmente, o polissacarídeo redutor contém, pelo menos, um motivo escolhido dentre as aldoses acima citadas, com vantagem a glicose. São particularmente preferidos os polissacarídeos redutores que são constituídos majoritariamente (em mais de 50% em peso) de unidades de glicose.
[0039] De acordo com uma forma de realização preferida, a invenção utiliza uma mistura de monossacarídeo(s) e/ou polissacarídeo(s) redutores, notadamente obtidos a partir de vegetais, em particular uma dextrina.
[0040] As dextrinas são compostos respondendo à fórmula geral (C6H10O5)n obtidas por hidrólise parcial de amido. Os processos de preparação das dextrinas são conhecidos. Por exemplo, as dextrinas podem ser preparadas aquecendo ou secando a seco um amido, geralmente em presença de um catalisador ácido, o que conduz à ruptura das moléculas de amilose e de amilopectina, que constituem o referido amido em produtos de massa molar menor. As dextrinas também podem ser obtidas tratando o amido por via enzimática com uma ou várias amilases, notadamente microbianas, aptas a hidrolisar as ligações de amido. A natureza do tratamento (químico ou enzimático) e as condições de hidrólise têm uma incidência direta sobre a massa molar média e a distribuição de massas molares da dextrina.
[0041] As dextrinas de acordo com a invenção podem ser obtidas a partir de amido ou derivados de amido de origem vegetal variada, por exemplo provenientes de tubérculos como a batata, a mandioca, a maranta e a batata dose, provenientes de grãos como o trigo, o milho, o centeio, o arroz, a cevada, o milhete, a aveia e o sorgo, provenientes de frutas como a castanha, a castanha-da-índia, e a noz, ou provenientes de leguminosas como a ervilha e a vagem.
[0042] Prefere-se, em particular, as dextrinas tendo um equivalente de dextrose, DE ("Dextrose-Equivalent” em inglês) superior ou igual a 5, preferivelmente superior ou igual a 10, com vantagem superior ou igual a 15, e melhor ainda inferior a 100.
[0043] De modo convencional, o equivalente de dextrose DE é definido pela seguinte relação:
Figure img0001
[0045] Por "sacarídeo hidrogenado” entende-se o conjunto dos produtos resultante da redução, de qualquer modo que seja, de um sacarídeo escolhido dentre os monossacarídeo, os oligossacarídeos, os polissacarídeos lineares, ramificados ou cíclicos, e as misturas destes produtos, notadamente os hidrolisados de amido.
[0046] A hidrogenação do sacarídeo pode ser efetuada pelos métodos conhecidos operando em condições de pressão de hidrogênio e de temperatura elevadas, na presença de um catalisador escolhido nos grupos IB, IIB, IVB, VI, VII e VIII da tabela periódica dos elementos, preferivelmente no grupo compreendendo o níquel, a platina, o paládio, o cobalto, o molibdênio e as suas misturas. O catalisador preferido é o níquel de Raney. A hidrogenação transforma o sacarídeo ou a mistura de sacarídeos (por exemplo, um hidrolisado de amido) em poliol(óis) correspondentes.
[0047] Embora não preferida, a hidrogenação pode ser realizada em ausência de catalisador de hidrogenação, na presença de uma fonte de hidrogênio diferente do gás hidrogênio, por exemplo, um boroidreto de metal alcalino como o boroidreto de sódio.
[0048] A título de exemplos de sacarídeos hidrogenados, pode-se citar o eritritol, o arabitol, o xilitol, o sorbitol, o manitol, o iditol, o maltitol, o isomaltitol, o lactitol, o celobitol, o palatinitol, o maltotritol e os produtos de hidrogenação de hidrolisados de amido, notadamente comercializados pela empresa Roquette, sob a denominação Polysorb®. Preferivelmente, usam-se produtos de hidrogenação de hidrolisados de amido, com vantagem um xarope de maltitol.
[0049] O sacarídeo hidrogenado de acordo com a invenção possui uma massa molar média numérica inferior a 100000, preferivelmente inferior a 50000, com vantagem inferior a 5000, mais particularmente inferior a 1000, e melhor ainda superior a 150.
[0050] Na composição de encolamento, o(s) sacarídeo(s) hidrogenado(s) representa(m) preferivelmente 18 a 80% do peso total do(s) sacarídeo(s) redutor(es) e sacarídeo(s) hidrogenado(s), com vantagem 30 a 70% e melhor ainda 40 a 60%.
[0051] Como indicado previamente, além do fator de reduzir a viscosidade da composição de encolamento, a substituição de uma parte do sacarídeo por um sacarídeo hidrogenado tem um efeito positivo sobre o rendimento ligante da linha industrial servindo para a fabricação do produto isolante à base de lã mineral. Este rendimento é definido como sendo a relação da quantidade de ligante no produto isolante final para a quantidade de composição de encolamento (exceto água) utilizada para a fabricação deste produto. O rendimento ligante é mais elevado, com um teor de sacarídeo total constante, quando a composição de encolamento contém, pelo menos, um sacarídeo hidrogenado. Os inventores pensam que o acréscimo do rendimento resulta do fato de que o sacarídeo hidrogenado não é suscetível de ser desidratado, contrariamente aos sacarídeos não hidrogenados.
[0052] O agente de reticulação polifuncional é apto a reagir com os grupos hidroxilas dos do sacarídeo redutor e do sacarídeo hidrogenado sob o efeito do calor para formar ligações ésteres que conduzem à obtenção de uma rede polimérica no ligante final. A referida rede polimérica permite estabelecer ligações a nível dos pontos de junção das fibras na lã mineral.
[0053] O agente de reticulação polifuncional é escolhido entre os ácidos orgânicos policarboxílicos ou os sais destes ácidos, os anidridos e os polialdeídos.
[0054] Por "ácido orgânico policarboxílico”, entende-se um ácido orgânico compreendendo, pelo menos, duas funções carboxílicas, preferivelmente no máximo 300, com vantagem, no máximo, 70, e melhor ainda, no máximo, 15 funções carboxílicas.
[0055] O ácido orgânico policarboxílico pode ser um ácido não polimérico ou polimérico; ele apresenta uma massa molar numérica em geral inferior ou igual a 50000, preferivelmente inferior ou igual a 10.000 e com vantagem inferior ou igual a 5000.
[0056] O ácido orgânico policarboxílico não polimérico é um ácido acíclico, ramificado ou não, saturado ou insaturado, um ácido cíclico ou um ácido aromático.
[0057] O ácido orgânico policarboxílico não polimérico pode ser um ácido dicarboxílico, por exemplo, o ácido oxálico, o ácido malônico, o ácido succínico, o ácido glutárico, o ácido adípico, o ácido pimélico, o ácido subérico, o ácido azeláico, o ácido sebácico, o ácido malico, o ácido tártrico, o ácido tartrônico, o ácido aspártico, o ácido glutâmico, o ácido fumárico, o ácido itacônico, o ácido maléico, o ácido traumático, o ácido canfórico, o ácido ftálico e os seus derivados, notadamente contendo, pelo menos, um átomo de boro ou cloro, o ácido tetrahidroftálico e os seus derivados, notadamente contendo, pelo menos, um átomo de cloro como o ácido clorêndico, o ácido isoftálico, o ácido tereftálico, o ácido mesacônico e o ácido citracônico; um ácido tricarboxílico, por exemplo, o ácido cítrico, o ácido tricarbalílico, o ácido 1, 2,4-butanotricarboxílico, o ácido aconítico, o ácido hemimelítico, o ácido trimelítico e o ácido trimésico; um ácido tetracarboxílico, por exemplo, o ácido 1, 2,3,4-butanotetracarboxílico e o ácido piromelítico.
[0058] De modo particularmente vantajoso, o ácido orgânico policarboxílico não polimérico contém duas a quatro funções carboxílicas.
[0059] A título de exemplos de ácido orgânico policarboxílico polimérico, pode-se citar homopolímeros de ácido carboxílico insaturado como o ácido (met) acrílico, o ácido crotônico, o ácido isocrotônico, o ácido maléico, o ácido cinâmico, o ácido 2-metilmaléico, o ácido fumárico, o ácido itacônico, o ácido 2-metilitacônico, o ácido α, β-metilenoglutárico e os monoésteres de ácido dicarboxílico insaturados, como os maleatos e os fumaratos de alquila em C1-C10, e os copolímeros de, pelo menos, um ácido carboxílico insaturado acima citado e, pelo menos, um monômero vinílico como estireno substituído ou não por grupamentos alquila, hidroxila ou sulfonila, ou um átomo de halogênio, a (met) acrilonitrila, a (met) acrilamida substituída ou não por grupamentos alquila em C1-C10, os alquila (met) acrilatos, notadamente o (met) acrilato de metila, o (met) acrilato de etila, o (met) acrilato de n-butila e o (met) acrilato de isobutila, o (met) acrilato de glicidila, o butadieno e um éster vinílico, notadamente o acetato de vinila.
[0060] Preferivelmente, a composição de encolamento compreende, pelo menos, um ácido orgânico policarboxílico não polimérico tendo uma massa molar numérica inferior ou igual a 1000, preferivelmente ao inferior ou igual a 750 e com vantagem inferior ou igual a 500, eventualmente em mistura com pelo menos um ácido orgânico polimérico.
[0061] O agente de reticulação polifuncional pode ser um anidrido, notadamente o anidrido maléico, o anidrido succínico ou o anidrido ftálico. No entanto, a adição de um anidrido na composição de encolamento faz cair fortemente o pH o que acarreta problemas de corrosão das instalações na linha de fabricação e de hidrólise do sacarídeo hidrogenado. A introdução de uma base permite levar o pH da composição de encolamento a um valor suficiente para evitar estes problemas. O custo ligado à adição suplementar da base faz com que o uso de anidrido não seja preferido.
[0062] O agente de reticulação polifuncional pode ainda ser um polialdeído.
[0063] Por "polialdeído”, entende-se um aldeído compreendendo, pelo menos, duas funções aldeído.
[0064] Preferivelmente, o polialdeído é um dialdeído não polimérico, por exemplo, o glioxal, o glutaraldeído, o 1,6-hexanodial ou o dialdeído 1,4-tereftálico.
[0065] Os polialdeídos têm uma reatividade muito grande com relação aos grupos hidroxila do sacarídeo redutor e do sacarídeo hidrogenado, mas também grupos hidroxila em geral o que pode apresentar inconvenientes, notadamente uma diminuição da estabilidade e/ou uma pré-gelificação da composição de encolamento antes do tratamento de reticulação térmica. Para evitar estes inconvenientes, as funções aldeído do polialdeído são bloqueadas com vantagem para impedir a reação com os constituintes presentes na composição de encolamento antes da entrada da lã mineral na estufa. A título de exemplo de agente que permite o bloqueio das funções aldeído, pode-se citar a uréia e as uréias cíclicas.
[0066] Entre os agentes de reticulação polifuncionais acima citados, os ácidos orgânicos policarboxílicos são preferidos.
[0067] Na composição de encolamento, o(s) sacarídeo(s) redutor(es) e os o(s) sacarídeo(s) hidrogenado(s) representa(m) 10 a 90% em peso da mistura constituída pelo(s) sacarídeo(s) redutor(es), pelo(s) sacarídeo(s) hidrogenado(s) e pelo agente de reticulação polifuncional, preferivelmente 20 a 85%, com vantagem 30 a 80%, melhor ainda 40 a 65% e de modo particularmente vantajoso 45 a 65%.
[0068] De modo geral, a composição de encolamento de acordo com a invenção não contém monoalquilamina, dialquilamina e alcanolamina. Não é, com efeito, desejado que estes compostos (que são aptos a reagir com outros constituintes da Na composição de encolamento) sejam incorporados na rede polimérica do ligante final.
[0069] A composição de encolamento pode compreender, além disso, um catalisador, ácido ou básico, tendo notadamente por função ajustar a temperatura de início de reticulação.
[0070] O catalisador pode ser escolhido entre as bases e os ácidos de Lewis, como as argilas, a sílica coloidal ou não, as aminas orgânicas, as aminas quaternárias, os óxidos metálicos, os sulfatos metálicos, os cloretos metálicos, os sulfatos de uréia, os cloretos de uréia e os catalisadores à base de silicatos.
[0071] O catalisador pode igualmente ser um composto contendo fósforo, por exemplo, um sal de hipofosfito de metal alcalino, um fosfito de metal alcalino, um polifosfato de metal alcalino, um hidrogenofosfato de metal alcalino, um ácido fosfórico ou um ácido alquilfosfônico. Preferivelmente, o metal alcalino é o sódio ou o potássio.
[0072] O catalisador pode ser ainda um composto contendo flúor e boro, por exemplo, o ácido tetrafluorobórico ou um sal deste ácido, notadamente um tetrafluoroborato de metal alcalino como o sódio ou o potássio, um tetrafluoroborato de metal alcalino-terroso como o cálcio ou o magnésio, um tetrafluoroborato de zinco e um tetrafluoroborato de amônio.
[0073] Preferivelmente, o catalisador é hipofosfito de sódio, o fosfito de sódio e as misturas destes compostos.
[0074] A quantidade de catalisador introduzida na composição de encolamento pode representar até 20% do peso do (dos) sacarídeo(s) redutor(es), do(dos) sacarídeo(s) hidrogenado(s) e do agente de reticulação polifuncional, preferivelmente até 10%, e com vantagem é pelo menos igual a 1%.
[0075] A composição de encolamento de acordo com a invenção pode compreender, além disso, os aditivos convencionais seguintes nas proporções seguintes calculadas com base em 100 partes em peso de sacarídeo(s) redutor(es), sacarídeo(s) hidrogenado(s) e de agente de reticulação polifuncional:
[0076] - 0 a 2 partes de silano, em particular um aminossilano, ou um epoxissilano,
[0077] - 0 a 20 partes de óleo, preferivelmente 4 a 15 partes,
[0078] - 0 a 30 partes de uréia, preferivelmente 0 a 20 partes,
[0079] - 0 a 5 partes de um silicone,
[0080] - 0 a 20 partes de um poliol diferente dos sacarídeos acima citados,
[0081] - 0 a 30 partes de um "extensor” escolhido entre os derivados da lignina como o lignossulfonato de amônio (LSA) ou o lignossulfonato de sódio, e as proteínas animais ou vegetais.
[0082] O papel dos aditivos é conhecido e brevemente lembrado: o silano é um agente de copulação entre as fibras e o ligante, e desempenha igualmente o papel de agente antienvelhecimento; os óleos são agentes anti-poeira e hidrofóbicos; a uréia e o glicerol desempenham o papel de plastificantes e permitem evitar a pré-geleificação da composição de encolamento; o silicone é um agente hidrofóbico que tem por função reduzir a absorção de água pelo produto isolante; o "extensor” é uma carga orgânica solúvel ou dispersável na composição de encolamento aquosa que permite notadamente diminuir o custo da composição de encolamento.
[0083] O poliol acrescentado como aditivo é necessariamente diferente do sacarídeo redutor e do sacarídeo hidrogenado. Este poliol pode ser notadamente o glicerol, um glicol como o etileno glicol, o propileno glicol, o butileno glicol, e os poli(alquileno) glicóis à base destes glicóis, ou os homopolímeros e copolímeros de álcool vinílico.
[0084] Quando o agente de reticulação polifuncional é um ácido orgânico policarboxílico, a composição de encolamento apresenta um pH ácido, da ordem de 1 a 5, de acordo com o tipo de ácido usado, preferivelmente superior ou igual a 1,0. Com vantagem, o pH é mantido a um valor pelo menos igual a 1,5, de modo a limitar os problemas de instabilidade da composição de encolamento e da corrosão da linha de fabricação, graças à adição de um composto aminado que não é apto a reagir com o sacarídeo redutor e o sacarídeo hidrogenado, por exemplo uma amina terciária, notadamente a trietanolamina. A quantidade de composto aminado pode representar até 30 partes em peso do peso total do(s) sacarídeo(s) redutor(es) e do(s) sacarídeo(s) hidrogenado(s) e o ácido orgânico policarboxílico.
[0085] A composição de encolamento é destinada a ser aplicada sobre as fibras minerais, notadamente fibras de vidro ou de rocha.
[0086] De modo clássico, a composição de encolamento é projetada sobre as fibras minerais na saída do dispositivo centrífugo e antes de sua coleta sobre o órgão receptor sob forma de uma manta de fibras que é tratada depois a uma temperatura permitindo a reticulação do encolamento e a formação de um ligante não fundível. A reticulação do encolamento de acordo com a invenção é feita a uma temperatura comparável à de uma resina formofenólica clássica, a uma temperatura superior ou igual a 110°C, preferivelmente superior ou igual a 130°, e com vantagem superior ou igual a 140°C.
[0087] Os produtos isolantes acústicos e/ou térmicos obtidos a partir destas fibras encoladas constituem também um objeto da presente invenção.
[0088] Estes produtos apresentam-se geralmente sob a forma de uma esteira ou um feltro de lã mineral, de vidro ou de rocha, ou ainda um véu de fibras minerais, igualmente de vidro ou de rocha, destinado notadamente a formar um revestimento de superfície da referida esteira ou do referido feltro.
[0089] Os exemplos que seguem permitem ilustrar a invenção sem, todavia, limitar a mesma.
[0090] Nestes exemplos, mede-se:
  • - a temperatura de início de reticulação (TR) pelo método Dynamic Mechanical Analysis (DMA) que permite caracterizar o comportamento viscoelástico de um material polimérico. Procede-se do seguinte modo: uma amostra de papel Whatmann é impregnada da composição de encolamento (teor em materiais sólidos orgânicos da ordem de 40%) depois é fixada horizontalmente entre duas lâminas. Um elemento oscilante munido de um dispositivo de medição da tensão em função da deformação aplicada é disposto sobre a face superior da amostra. O dispositivo permite calcular o módulo de elasticidade E'. A amostra é aquecida a uma temperatura variando de 20 a 250°C a velocidade de 4°C/min. A partir das medições, estabelece-se a curva de variação do módulo de elasticidade E' (em MPa) em função da temperatura (em °C) cuja subida geral é dada na Figura 1. Determina-se sobre a curva os valores correspondendo à temperatura de início de reticulação (TR), em °C.
  • - a viscosidade, expressa em mPa.s, com a ajuda de um reômetro de tipo rotatório plano-plano com cisalhamento de 100 s-1, a 20°C.
  • - a resistência à tração de acordo com a norma ASTM C 686-71 T sobre uma amostra recortada por estampagem no produto isolante. A amostra tem a forma de uma tora de 122 mm de comprimento, 46 mm de largura, um raio de curvatura do corte da borda externa igual a 38 mm e um raio de curvatura do corte da borda interna igual a 12,5 mm.
[0091] A amostra é disposta entre dois mandris cilíndricos de uma máquina de teste, dos quais um é móvel e desloca-se em velocidade constante. Mede-se a força de ruptura F (em Newton) da amostra e calcula-se a resistência em tração RT definida pela relação da força de ruptura F à massa da amostra.
[0092] A resistência em tração é medida após a fabricação (resistência em tração inicial notada RTfab) e após um envelhecimento acelerado em uma autoclave a uma temperatura de 105°C sob 100% de umidade relativa durante 15 minutos (RT15).
  • - a espessura inicial do produto isolante e a espessura após diferentes períodos de tempo sob compressão com uma taxa de compressão (definida como sendo a relação da espessura nominal para a espessura sob compressão) igual a 4,8/1 (exemplos 7 a 12 e 15 a 17) e 8/1 (exemplos 13 e 14). As medidas de espessura permitem avaliar o bom comportamento dimensional do produto.
  • - a absorção de água nas condições da norma EN 1609, expressa em kg de água absorvida por m2 de produto isolante. Os produtos isolantes apresentando uma absorção de água inferior a 1 kg/m2 são considerados como tendo uma baixa absorção de água a curto prazo (24 horas): eles pertencem à classe "WS” de acordo com a certificação ACERMI.
EXEMPLOS 1 A 6
[0093] Preparam-se as composições de encolamento compreendendo os constituintes figurando na tabela 1 expressa em partes ponderais.
[0094] As composições de encolamento são preparadas introduzindo sucessivamente em um recipiente contendo água, o sacarídeo redutor, o sacarídeo hidrogenado, o ácido cítrico e hipofosfito de sódio (catalisador) sob uma agitação vigorosa até a dissolução completa dos constituintes.
[0095] As propriedades das composições de encolamento figurando na Tabela 1 são avaliadas em comparação com uma composição de encolamento clássica contendo uma resina formofenólica e uréia (Referência) preparada de acordo com o exemplo 2, teste 1 de WO 01/96254 A-1, e uma composição não contendo sacarídeo hidrogenado (exemplo 6 comparativo).
[0096] As composições de encolamento dos exemplos 2 a 5 apresentam uma temperatura de início de reticulação (TR) que é comparável com a do exemplo 6 comparativo e a da Referência.
[0097] O pH das composições de encolamento de acordo com a invenção é similar ao do exemplo 6 comparativo.
[0098] As viscosidades dos exemplos 1 a 5 são, qualquer que seja o extrato seco, mais baixas do que a do exemplo 6 comparativo. Notadamente, as composições do exemplo 4 com 70 e 75% de extrato seco possuem uma viscosidade cerca de 3 vezes mais baixa.
EXEMPLOS 7 A 14
[0099] Estes exemplos ilustram a fabricação de produtos isolantes à base de lã de vidro sobre uma linha industrial.
[00100] A lã mineral é produzida em contínuo em uma linha de 2,4 m de largura por uma técnica da centrifugação interna na qual a composição de vidro fundido é transformada em fibras por meio de um instrumento designado base de centrifugação, compreendendo um cesto formando a câmara de recepção da composição fundida e uma faixa periférica furada com uma multidão de orifícios: a base é dirigida em rotação em torno de seu eixo de simetria disposto verticalmente, a composição é ejetada através dos orifícios sob o efeito da força centrífuga e o material que escapa dos orifícios é estirado em fibras com a assistência de uma corrente de gases de estiramento.
[00101] De modo clássico, uma coroa de pulverização de encolamento é disposta abaixo da base de fibragem de forma a repartir regularmente a composição de encolamento sobre a lã de vidro que acabou de ser formada.
[00102] A lã mineral assim encolada é coletada sobre um transportador de correia equipado com caixões de aspiração internos que retêm a lã mineral sob a forma de um feltro ou de uma manta na superfície do transportador. O transportador passa em seguida em contínuo em uma estufa a 270°C onde os constituintes do encolamento polimerizam para formar um ligante.
[00103] O produto isolante obtido na saída da estufa apresenta quer uma densidade nominal igual a 17,5 kg/m3 e uma espessura nominal igual a 75 mm (exemplos 7 a 12) quer uma densidade nominal igual a 10,6 kg/m3 e uma espessura nominal igual a 80 mm (exemplos 13 e 14).
[00104] As composições de encolamento usadas são dadas na tabela 2, as quantidades sendo expressas em partes ponderais. Elas são preparadas por mistura simples dos constituintes na água sob agitação forte até a dissolução ou a dispersão completa dos constituintes.
[00105] As propriedades dos produtos isolantes são avaliadas comparativamente a produtos utilizando as composições de encolamento seguintes:
  • - composição de encolamento de acordo com o exemplo 6 (comparativo) em que se adicionou aditivos (silano e óleo mineral): exemplo 11,
  • - composição de encolamento contendo a resina formofenólica e uréia (Referência) descrita nos exemplos 1 a 6, sulfato de amônio e os aditivos acima citados: exemplos 12 e 14.
[00106] Os produtos dos exemplos 7 a 10 de acordo com a invenção são obtidos utilizando uma composição de encolamento apresentando um extrato seco ao nível da coroa de pulverização que é igual a 6,0%, mais elevado que no exemplo comparativo 11, igual a 5,1%. A resistência em tração e a espessura após compressão dos produtos dos exemplos 7 a 10 são similares às do exemplo 11.
[00107] As espessuras dos produtos dos exemplos 7 a 10 e 13 são igualmente similares respectivamente às do produto dos exemplos 12 e 14 comparativos, utilizando uma resina formofenólica. A resistência em tração, embora mais baixa que a dos exemplos comparativos 12 e 14, é, no entanto, aceitável.
EXEMPLOS 15 A 17
[00108] Fabricam-se produtos isolantes tendo uma densidade nominal igual a 17,5 kg/m3 e uma espessura nominal igual a 75 mm nas condições descritas nos exemplos 7 a 12, modificadas em que a perda ao fogo é reduzida a 5,2%.
[00109] As composições de encolamento utilizadas figuram na tabela 3, bem como as propriedades dos produtos isolantes obtidos.
[00110] Os produtos dos exemplos 15 e 16 possuem espessuras após compressão que são quase idênticas às do produto do exemplo 17. A resistência em tração destes exemplos é quase tão elevada como a do produto do exemplo 17.
[00111] A absorção de água é baixa e permanece inferior ao limite máximo requerido de 1 kg/m2.
Figure img0002

(1) dextrina proveniente de amido de milho; massa molar média ponderai: 3510; índice de polidispersão IP: 5,2; equivalente de dextrose DE: 30;
comercializado por ROQUETTE FRERES
(2) D-maltitol cristalizado; comercializado por TEREOS
(3) Xarope de maltitol a 75% de materiais sólidos contendo 55% de maltitol: comercializado por TEREOS
(4) Solução a 30% de materiais sólidos
Figure img0003

1) dextrina proveniente de amido de milho; massa molar média ponderal: 3510; índice de polidispersão IP: 5,2; equivalente de dextrose DE: 30; comercializado por ROQUETTE FRERES
(2) xarope de maltitol a 75% de materiais secos contendo 55% de maltitol; comercializado por TEREOS n. d.: não determinado
Figure img0004

1) dextrina proveniente de amido de milho; massa molar média ponderal: 3510; índice de polidispersão IP: 5,2; equivalente de dextrose DE: 30; comercializado por ROQUETTE FRERES
(2) xarope de maltitol a 75% de materiais secos contendo 55% de maltitol; comercializado por TEREOS.

Claims (15)

  1. Composição aquosa de encolamento para produtos isolantes à base de lã mineral, caracterizada pelo fato de compreender:
    • - um sacarídeo redutor selecionado do grupo que consiste em monossacarídeos redutores contendo de 3 a 8 átomos de carbono e dextrina tendo um equivalente de dextrose DE superior ou igual a 15, e inferior a 100,
    • - um sacarídeo hidrogenado selecionado a partir de eritritol, arabitol, xilitol, sorbitol, manitol, iditol, maltitol, isomaltitol, lactitol, celobitol, palatinitol, maltotritol e os produtos de hidrogenação de hidrolisados de amido, e
    • - um agente de reticulação polifuncional,
    o(s) sacarídeo(s) hidrogenado(s) representando 40 a 90% do peso total do(s) sacarídeo(s) redutor(es) e do(s) sacarídeo(s) hidrogenado(s).
  2. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o sacarídeo redutor é escolhido dentre os monossacarídeos redutores contendo 5 a 7 átomos de carbono.
  3. Composição, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o monossacarídeo redutor é uma aldose.
  4. Composição, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que a aldose é uma hexose.
  5. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o produto de hidrogenação de um hidrolisado de amido é um xarope de maltitol.
  6. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o sacarídeo hidrogenado representa 40 a 80% do peso total de sacarídeo redutor e de sacarídeo hidrogenado.
  7. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o agente de reticulação polifuncional é escolhido dentre os ácidos orgânicos policarboxílicos ou os sais destes ácidos, os anidridos e os polialdeídos.
  8. Composição, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o ácido orgânico policarboxílico compreende de duas a quinze funções carboxílicas.
  9. Composição, de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que o ácido orgânico policarboxílico é não polimérico e contém duas a quatro funções carboxílicas.
  10. Composição, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o anidrido é o anidrido maleico, o anidrido sucínico ou o anidrido ftálico.
  11. Composição, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o polialdeído é um dialdeído não polimérico, selecionado a partir de glioxal, glutaraldeído, 1,6-hexanodial e dialdeído 1,4-tereftálico.
  12. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o sacarídeo redutor e o sacarídeo hidrogenado representa de 10 a 90% do peso da mistura constituída pelo sacarídeo redutor, pelo sacarídeo hidrogenado e pelo agente de reticulação polifuncional,.
  13. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende, adicionalmente, um catalisador escolhido dentre os ácidos e as bases de Lewis, os compostos contendo fósforo e os compostos contendo flúor e boro.
  14. Composição, de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que o catalisador representa de 1% até 20% do peso do sacarídeo redutor, do sacarídeo hidrogenado e do agente de reticulação polifuncional.
  15. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que ela compreende, adicionalmente, os aditivos abaixo nas proporções seguintes calculadas com base em 100 partes em peso de sacarídeo redutor, sacarídeo hidrogenado e agente de reticulação polifuncional:
    • - 0 a 2 partes de silano,
    • - 0 a 20 partes de óleo,
    • - 0 a 30 partes de uréia,
    • - 0 a 5 partes de um silicone,
    • - 0 a 20 partes de um poliol diferente dos sacarídeos acima citados,
    • - 0 a 30 partes de um “extensor” escolhido entre os derivados da lignina, e as proteínas animais ou vegetais.
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