BR112016019863B1 - Material compósito de fibra natural orgânica reforçado, processo para fazer o material compósito, e, uso de um material compósito - Google Patents
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Abstract
material compósito de fibra natural orgânica reforçado, processo para fazer o material compósito, e, uso de um material compósito um material compósito de fibra natural orgânica reforçado tendo um valor de lambda na faixa de 5 a 35 mw/m.k é descrito, que compreende 25 a 85% em peso de partículas nanoporosas hidrofóbicas calculado no peso total do material compósito, pelo menos 10% em peso de fibras naturais orgânicas tendo grupos reativos com isocianato calculado no peso total do material compósito e 1 a 15% em peso de aglutinante selecionado de uma poliureia/poliuretano compreendendo aglutinante feito de poli-isocianato emulsificável, água e tensoativos.
Description
[001] A presente invenção se refere à síntese de materiais compósitos tendo propriedades de isolamento térmico superiores sem deteriorar as propriedades mecânicas, tais como força mecânica e propriedades de autossuporte dos compósitos.
[002] Em particular, a presente invenção se refere a materiais compósitos que compreendem materiais orgânicos naturais (de preferência fibras de madeira), um aglutinante com base em poli-isocianato (poli- isocianato emulsionável) e partículas nanoporosas hidrofóbicas (de preferência com base em sílica).
[003] Os materiais compósitos de acordo com a invenção são adequados para utilização como produtos de isolamento (térmico e/ou acústico).
[004] Fibras naturais orgânicas tais como fibras de madeira são atualmente amplamente utilizadas para a produção de painéis compósitos e são amplamente utilizadas em aplicações de isolamento térmico, em particular os painéis de compósitos de madeira. Painéis de madeira composta, em geral, são muito atraentes na indústria da construção por causa de suas propriedades de autossuporte e resistência mecânica. Produtos de madeira composta, tais como painéis de partícula, painéis de fibra de madeira de densidade média (MDF), painel de fibra de madeira de alta densidade (HDF) e painel de tiras de madeira orientadas são usados em muitas aplicações, tais como coberturas casa e pisos, móveis, armários, painéis das portas, molduras, placas de sinalização,... Geralmente, para fazer tais produtos compósitos um substrato lignocelulósico de particulado (de madeira) é misturado com um aglutinante, e a mistura é colocada sobre um tapete ou outra superfície de prensagem. Os documentos WO 2008/144770, WO 2010/147936 e WO 2013/012845 descrevem métodos para a fabricação de painéis compósitos de madeira.
[005] No entanto, para aplicações de isolamento térmico, de preferência o valor lambda (condutividade térmica) de painéis de madeira composta deve ser melhoradas a fim de competir com materiais superisolantes existentes (que têm significativamente melhores valores lambda, por exemplo, 20-30 mW/mK a 10°C para espumas rígidas de poliuretano).
[006] Desenvolvimentos recentes para melhorar ainda mais o valor de isolamento de placas de isolamento de fibra de madeira resultaram em valores de condutividade térmica (ou seja, valores de lambda) variando entre 35 e 50 mW/mK, a 10°C sob pressão atmosférica, dependendo principalmente da densidade do painel (variando tipicamente de 40 a 200 kg/m3). O valor de lambda é normalmente diminuído de certo modo pela diminuição da densidade. Por exemplo, um painel de densidade 200 kg/m tem tipicamente um valor de lambda em torno de 50mW/m.K, enquanto que um painel de densidade 40 kg/m3, tem tipicamente um valor de lambda de cerca de 35 mW/m.K. Com esta abordagem, um fator lambda de cerca de 35 mW/m.K é o mínimo que pode ser alcançado. Indo ainda mais para baixo na densidade resultaria não só em painéis com maiores valores de lambda, mas também com propriedades mecânicas pobres (por exemplo, integridade estrutural limitada).
[007] Há uma necessidade de desenvolver um método de fabricação para melhorar significativamente as propriedades de isolamento térmico de materiais de isolamento (por exemplo, painéis) à base de fibras naturais, orgânicas, tais como painéis de madeira compósitos. Para cumprir as propriedades da indústria da construção destes materiais, idealmente, deve ser autossustentável e ter excelentes propriedades mecânicas.
[008] É um desafio melhorar significativamente as propriedades de isolamento térmico de materiais de isolamento (painéis) à base de fibras naturais, orgânicas, tais como painéis de madeira compósitos com relação a valores de lambda inferiores a 35 mW/mK, de preferência na faixa de 15-30 mW/mK (medido a 10°C), sem a deterioração da resistência mecânica dos materiais.
[009] É o objetivo da invenção desenvolver um material compósito que tem ao lado excelentes propriedades de isolamento térmico, também boas propriedades mecânicas e autossustentável.
[0010] É adicionalmente um objetivo fabricar um material compósito compreendendo fibras naturais orgânicas e mais do que 25% em peso de partículas nanoporosas, o dito material compósito tendo peso leve, boas propriedades mecânicas, as propriedades de autossuporte e um baixo valor de lambda.
[0011] É um objetivo adicional desenvolver uma composição aglutinante e um método de processamento para combinar as fibras naturais orgânicas (de preferência sob a forma de fibras de madeira) e as partículas nanoporosas de tal modo que um novo material compósito seja criado tendo propriedades mecânicas melhoradas, propriedades de autossuporte e um baixo valor de lambda em comparação com compósitos do estado da técnica que compreendem fibras naturais orgânicas.
[0012] Portanto, a presente invenção refere-se a um novo material compósito, uma composição de aglutinante novo com base em poli-isocianato emulsionável, um método de processamento de novo para fabricar o novo compósito e à utilização do novo material compósito para o isolamento térmico e/ou acústico.
[0013] De acordo com a invenção, um material compósito de fibra natural orgânica reforçado tendo um valor de lambda na faixa de 15 a 35 mW/m.K é descrito, o dito material compósito compreende: - 25 a 85% em peso de partículas nanoporosas hidrofóbicas calculado no peso total do material compósito, e pelo menos 10% em peso de fibras naturais orgânicas tendo grupos reativos de isocianato calculado no peso total do material compósito, e 1 a 15% em peso de aglutinante, em que o aglutinante usado é poliureia/poliuretano compreendendo aglutinante feito de poli-isocianato emulsificável, água e tensoativos.
[0014] De acordo com modalidades, o material compósito compreende de 25 a 85% em peso, preferivelmente 35 a 85% em peso, mais preferivelmente 40 a 85% em peso de partículas nanoporosas hidrofóbicas calculadas no peso total do material compósito seco e curado.
[0015] De acordo com modalidades, o material compósito compreende de 10 a 70% em peso, preferivelmente 10 a 60% em peso, e mais preferivelmente 10 a 50% em peso de fibras naturais orgânicas tendo grupos reativos a isocianato calculado no peso total do material compósito seco e curado.
[0016] De acordo com as modalidades, o material compósito compreende de 1 a 15% em peso, preferivelmente 2 a 10% em peso, e mais preferivelmente 3 a 8% em peso de aglutinante calculado no peso total do material compósito seco e curado.
[0017] De acordo com as modalidades, as partículas nanoporosas são partículas de aerogel com base em óxidos, preferivelmente com base em dióxido de silício (Si02) e/ou óxidos de metal em que o metal é preferivelmente selecionado de óxidos de alumina, titânio, e/ou zircônio que são opcionalmente organo-modificados.
[0018] De acordo com modalidades, as partículas nanoporosas têm os seguintes parâmetros: - Porosidade: 50 a 99%, especialmente 70 a 99%, mais preferivelmente 80 a 99% - Densidade: menor que 300kg/m3, preferivelmente na faixa de 30 a 300 kg/m3, mais preferivelmente <180 kg/m3 - Diâmetro de partícula: de 0,001 a 10 mm, preferivelmente de 0,01 a 4 mm - Diâmetro de poro: 0,1 a 500 nm, especialmente <200 nm, mais preferivelmente <100 nm, especialmente 1 a 100, preferivelmente 10 a 50 nm.
[0019] De acordo com modalidades, as partículas nanoporosas são partículas de aerogel que são organo-modificadas com grupos hidrofóbicos, são baseadas em dióxido de silício (Si02) e têm valores de lambda sob pressão atmosférica na faixa de 9 a 12 mW/m.K a 25°C junto com uma densidade baixa de cerca de 140 kg/m3.
[0020] De acordo com modalidades, as partículas nanoporosas têm grupos hidrofóbicos em sua superfície de poro selecionados de grupos silil tri- substituído de fórmula geral ~ Si(R)3, preferivelmente grupos trialquil- e triarilsilil, onde cada R é independentemente uma metade não reativa orgânica tal como C1 - C18 alquil ou C6 - C14 aril, preferivelmente C1-C6 alquil ou fenil, mais particularmente metil, etil, cicloexil ou fenil, cuja metade pode ser adicionalmente substituída com grupos funcionais.
[0021] De acordo com modalidades, as fibras naturais orgânicas são selecionadas de fibras de madeira ou de bambu.
[0022] De acordo com modalidades, o aglutinante compreende poli- isocianato emulsificável que é um produto de reação de >95% em peso de poli-isocianatos e <5% em peso de monoalquil éteres e/ou glicóis de polietileno e em que o poli-isocianato é preferivelmente selecionado de um di-isocianato aromático ou poli-isocianato de funcionalidade maior em particular misturar cruas de poli-isocianatos polifenil com pontes de metileno contendo di-isocianatos, tri-isocianatos e poli-isocianatos de maior funcionalidade ou pré-polímeros terminados em isocianatos feitos pela reação de um excesso de um di-isocianato ou poli-isocianato de maior funcionalidade com um poliéster terminado em hidroxil ou poliéter terminado em hidroxil e produtos obtidos pela reação de um excesso de di-isocianato ou poli- isocianato de maior funcionalidade com um poliol monomérico ou mistura de polióis monoméricos tais como glicol etileno, trimetilol propano ou butano- diol.
[0023] De acordo com modalidades, o aglutinante compreende até um máximo de 5% e peso de tensoativos, preferivelmente menos que 1% em peso, calculado no peso total de tensoativos e água e em que os tensoativos são preferivelmente tensoativos com base em silício.
[0024] De acordo com modalidades, um processo para fazer o material compósito de acordo com a invenção é descrito, o dito processo compreendendo pelo menos as seguintes etapas: a) prover o aglutinante compreendendo água, poli-isocianato emulsificável e tensoativos, e b) prover as fibras naturais orgânicas, e então c) misturar o aglutinante e as fibras naturais orgânicas para obter uma mistura compreendendo as fibras naturais orgânicas e o aglutinante, e então d) adicionar as partículas nanoporosas hidrofóbicas à mistura obtida em c) e misturar para obter uma mistura homogênea compreendendo as partículas nanoporosas, as fibras naturais orgânicas e o aglutinante, e então e) curar e secar a mistura em um molde de compressão para obter o material compósito de fibra natural orgânica reforçado.
[0025] De acordo com modalidades, o material compósito compreende de 10 a 70% em peso, preferencialmente 10 a 60% em peso e mais preferencialmente 10 a 50% em peso de fibras naturais orgânicas possuindo grupos reativos de isocianato calculado sobre o peso total do material compósito seco e curado.
[0026] De acordo com modalidades, o material compósito compreende de 1 a 15% em peso, de preferência 2 a 10% em peso e mais preferencialmente 3 a 8% em peso de aglutinante, calculado sobre o peso total do material compósito seco e curado.
[0027] Além disso, a invenção descreve o uso de material compósito de acordo com a invenção para isolamento térmico e/ou isolamento acústico.
[0028] Além disso, a invenção descreve o uso de um material compósito de acordo com a invenção como um painel de isolamento acústico e/ou térmico ou uma blindagem de isolamento térmico e/ou de encapsulação adequada para encapsular objetos em 3D complicados.
[0029] As reivindicações independentes e dependentes estabelecem características particulares e preferidas da invenção. Características das reivindicações dependentes podem ser combinadas com outras características das reivindicações dependentes ou independentes, como apropriado.
[0030] As características acima e outras, características e vantagens da presente invenção irão tornar-se evidentes a partir da descrição detalhada, tomada em conjunto com os exemplos que a acompanham, que ilustram os princípios da invenção.
[0031] No contexto da presente invenção, os seguintes termos têm o seguinte significado: 1. "O material orgânico natural" e/ou "fibras naturais orgânicas" são limitadas na presente invenção com relação ao material natural orgânico tendo grupos reativos com isocianato, mais particularmente, material natural orgânico tendo, pelo menos, hidroxil e/ou grupos de amina. Exemplos de materiais naturais orgânicos adequados são fibras de madeira, lã de madeira, fibras de bambu, flocos de bambu, ... 2. "Compósito"refere-se a materiais fabricados a partir de dois ou mais materiais constituintes com significativamente diferentes propriedades físicas ou químicas, que, quando combinadas, produzem um material com características diferentes a partir dos componentes individuais. Os componentes individuais permanecem separados e distintos dentro da estrutura acabada (painel compósito). O material compósito final refere-se ao material compósito seco e curado com água restante que não reagiu a sendo removida. 3. "Partículas nanoporosas"são limitadas na presente invenção, no sentido de partículas tendo porosidades na faixa de 50 a 99%, com densidades inferiores a 300 Kg/m3, de um modo preferido na faixa de 30 a 300 kg/m3 e possuindo diâmetros de partícula de 0,001 a 10 mm, preferencialmente de 0,01 até 4 mm. Elas são de preferência à base de sílica e são ditas na literatura ou como aerogel, ou xerogel e/ou partículas de Cryogel. 4. A expressão "compósitos reativos de isocianato", "átomos de hidrogênio reativos a isocianato" e "grupos reativos a isocianato" tal como aqui utilizada refere-se a átomos de hidrogênio ativos em grupos hidroxil e amina presentes nos compostos reativos a isocianato. Os compósitos que possuem um grupo hidroxil são considerados como compreendendo um hidrogênio reativo, os compósitos que têm um grupo amina primária são considerados como compreendendo um hidrogênio reativo e uma molécula de água é considerada como compreendendo dois hidrogênios ativos. 5. A palavra "média"refere-se ao número médio a menos que indicado de outra forma. 6. A expressão "poli-isocianato emulsionável"ou "MDI emulsionável"ou "e-MDI", tal como aqui utilizada refere-se a poli- isocianatos orgânicos (de preferência MDI) que são colocados para reagir com polióis solúveis em água que contêm grupos reativos, pelo menos um isocianato. Um exemplo de um poliol apropriado é metoxi poli-etileno-glicol (MPEG). 7. "Valor de lambda", tal como aqui utilizado refere-se à condutividade térmica de um material (também conhecido como valor K) normalmente expressa em mW/m.K. Quanto menor o valor de lambda, mais isolante é o material (isto é, melhor desempenho de isolamento térmico). 8. "Isolamento acústico"tal como aqui utilizado refere-se à redução da pressão de som com respeito a uma fonte de som e do receptor especificado.
[0032] A presente invenção vai ser descrita com relação a modalidades particulares.
[0033] Deve ser notado que o termo "compreendendo", utilizado nas reivindicações, não deve ser interpretado como sendo restrito aos meios enumerados em seguida; ele não exclui outros elementos ou etapas. Deve, portanto, ser interpretado como especificando a presença das características indicadas, passos ou componentes a que se refere, mas não impede a presença ou a adição de uma ou mais outras características, etapas ou componentes ou grupos dos mesmos. Assim, o escopo da expressão "um compósito compreendendo os componentes A e B"não deve ser limitado a compósitos constituídos apenas pelos componentes A e B. Ela significa que, em relação à presente invenção, os únicos componentes relevantes do composto são A e B.
[0034] Ao longo desta especificação, a referência a "uma modalidade" ou "a modalidade"é feita. Tais referências indicam que um determinado recurso, descrito em relação à modalidade está incluído em pelo menos uma modalidade da presente invenção. Assim, as aparências das frases "em uma modalidade" ou "na modalidade" em vários lugares ao longo desta especificação não são necessariamente todas referentes à mesma modalidade, embora pudessem ser. Além disso, as características particulares ou características podem ser combinadas de qualquer forma adequada em uma ou mais modalidades, tal como seria aparente para um perito comum na técnica.
[0035] Deve ser entendido que, embora modalidades e/ou os materiais preferidos foram discutidos para fornecer modalidades de acordo com a presente invenção, várias modificações ou alterações podem ser feitas sem sair do âmbito e do espírito da presente invenção.
[0036] De acordo com um primeiro aspecto da presente invenção, um material compósito de fibra natural orgânica reforçado tendo um valor de lambda menor que 35 mW/m.K, preferivelmente na faixa de 15 a 30 mW/m.K é descrito, o dito compósito compreendendo: - 25 a 85% em peso de partículas nanoporosas hidrofóbicas calculado no peso total do material compósito, e pelo menos 10% em peso de fibras naturais orgânicas tendo grupos reativos de isocianato calculado no peso total do material compósito, e 1 a 15% em peso de aglutinante, em que o aglutinante usado é poliureia/poliuretano compreendendo aglutinante feito de poli-isocianato emulsificável, água e tensoativos.
[0037] De acordo com as modalidades, o material compósito de acordo com a presente invenção compreende de 25 a 85% em peso, preferivelmente 35 a 85% em peso, e mais preferivelmente 40 a 85% em peso de aglutinante calculado no peso total do material compósito seco e curado.
[0038] De acordo com modalidades, o material compósito de acordo com a presente invenção compreende de 10 a 70% em peso, preferivelmente 10 a 60% em peso, e mais preferivelmente 10 a 50% em peso de fibras naturais orgânicas tendo grupos reativos a isocianato calculado no peso total do material compósito seco e curado.
[0039] De acordo com as modalidades, o material compósito de acordo com a presente invenção compreende de 1 a 15% em peso, preferivelmente 2 a 10% em peso, e mais preferivelmente 3 a 8% em peso de aglutinante calculado no peso total do material compósito seco e curado.
[0040] De acordo com as modalidades, as partículas nanoporosas são preferivelmente aquelas com base em óxidos, mais preferivelmente com base em dióxido de silício e óxidos de metal (em que o metal é preferivelmente selecionado de alumina, titânio e/ou zircônio). Preferência é dada ao uso de partículas nanoporosas compreendendo compostos de silício. É dada particular preferência a partículas que compreendem Si02 nanoporosos e, mais particularmente, aerogéis ou xerogéis de Si02, que são opcionalmente organo-modificados.
[0041] Partículas nanoporosas preferidas têm os seguintes parâmetros: - Porosidade: 50 a 99%, especialmente 70 a 99%, mais preferivelmente 80 a 99% 3 • 3 - densidade: menor que 300 kg/m3, preferivelmente na faixa de 30 a 300 kg/m3, mais preferivelmente <180 kg/m3 - Diâmetro de partícula: de 0,001 a 10 mm, preferivelmente de 0,01 a 4 mm - Diâmetro de poro: 0,1 a 500 nm, especialmente <200 nm, mais preferivelmente <100 nm, especialmente 1 a 100, preferivelmente 10 a 50 nm.
[0042] De acordo com modalidades, a melhoria no desempenho do isolamento térmico (valor de lambda reduzido) é diretamente relacionada com a quantidade de partículas nanoporosas no material compósito. Níveis mais elevados levarão a materiais compósitos com valores de lambda inferiores, mas os níveis muito altos seriam prejudiciais para propriedades mecânicas, com materiais compósitos (por exemplo, painéis) tornando-se menos autossustentável.
[0043] De acordo com modalidades, a quantidade de partículas nanoporosas no material compósito é otimizada para se obter o melhor equilíbrio entre o desempenho de isolamento térmico e de propriedades mecânicas tais como resistência à compressão e à flexão. Para obter materiais de baixo lambda (lambda <35mW/m.K), a quantidade de partículas nanoporosas no material compósito final (seco e curado) deve ser acima de cerca de 25%, em peso, calculada sobre o peso total do material compósito seco e curado final.
[0044] Partículas nanoporosas particularmente preferidas são partículas à base de sílica nanoporosas, que são essencialmente feitas de dióxido de silício amorfo, mas, dependendo do seu método de fabricação, podem ainda compreender compósitos orgânicos. A maioria das partículas nanoporosas preferidas têm valores de lambda sob pressão atmosférica na faixa de 9 a 12 mW/m.K a 25°C, juntamente com uma densidade baixa em torno de 140 kg/m3.
[0045] Partículas de sílica nanoporosas adequadas podem ser obtidas de acordo com métodos conhecidos a partir de uma solução de silicato de sódio por meio das etapas de hidrogel de sílica, troca de solvente e subsequente secagem supercrítica. A forma de grânulo geralmente presente pode ser o resultado de um sol de sílica rápido geleificante a ser pulverizado a partir de um molde especialmente desenhado e as gotículas de geleificação em voo.
[0046] De acordo com modalidades, as partículas nanoporosas são hidrofóbicas, para evitar a infiltração/limite do aglutinante (de modo que elas mantêm o seu valor de lambda baixo).
[0047] As partículas nanoporosas de acordo com a invenção são hidrofóbicas e de preferência contêm grupos hidrofóbicos na sua superfície de poros. Grupos adequados para hidrofobização durável são, por exemplo, grupos silil tri-substituído de fórmula geral ~ Si(R)3, preferivelmente grupos trialquil- e triarilsilil, onde cada R é independentemente uma metade não reativa orgânica tal como C1 - C18 alquil ou C6 - C14 aril, preferivelmente C1-C6 alquil ou fenil, mais particularmente metil, etil, cicloexil ou fenil, cuja metade pode ser adicionalmente substituída com grupos funcionais. O uso de grupos trimetilsilil é particularmente vantajoso para hidrofobização durável das partículas nanoporosas. A introdução destes grupos pode ser alcançada pela reação de fase gasosa entre as partículas nanoporosas e, por exemplo, um derivado de trialquilsilano ativado, por exemplo, um clorotrialquilsilano ou um hexa-alquildisilano.
[0048] De acordo com modalidades, as partículas nanoporosas são grandes o suficiente para serem mecanicamente realizadas entre as fibras naturais orgânicas, para evitar que elas saiam facilmente das placas durante a instalação/manipulação/uso. Partículas nanoporosas adequadas, por exemplo, têm diâmetros na faixa de 100μni a 1.2 mm (comercialmente disponível como Cabot Enova® IC3120).
[0049] De acordo com modalidades, as fibras naturais orgânicas são selecionadas a partir de material natural orgânico a ser cortado em pequenas peças ou podem estar presentes como fibras ou fios e que possuem grupos isocianato reativos (grupos hidroxil e/ou grupos de amina) e umidade opcionalmente no material que reage com os grupos NCO do aglutinante de isocianato. Como um resultado, as fibras são ligadas quimicamente ao aglutinante (ligações de ureia/uretano covalentes fortes).
[0050] De acordo com modalidades, material natural orgânico é selecionado a partir de fibras de madeira ou de bambu, por exemplo fibras de pinheiro (tipicamente usados para painéis de madeira compósitos), mas, em princípio, a invenção é aplicável a qualquer tipo de fibras de madeira/lascas/partículas, mesmo a todos os tipos de fibras naturais.
[0051] De acordo com modalidades, o aglutinante compreende poli- isocianato emulsionável, de preferência, os poli-isocianatos são selecionados a partir de isocianatos orgânicos que contêm uma pluralidade de grupos isocianato, incluindo os isocianatos alifáticos tais como di-isocianato de hexametileno e mais preferencialmente isocianatos aromáticos tais como m- e p-fenileno di-isocianato, tolileno-2,4- e 2,6-di-isocianatos, difenilmetano-4,4'- di-isocianato, chlorofenileno-2,4-di-isocianato, naftileno- 1 ,5-di-isocianato, difenileno-4,4'-di-isocianato, 4,4'-di-isocianato-3,3'-dimetildifenil, 3- metildifenilmetano-4,4'-di-isocianato e difenil éter di-isocianato, cicloalifático di-isocianatos tais as ciclohexano-2,4- e 2,3-di-isocianatos, 1 -metil ciclohexil-2,4- e 2,6-di-isocianatos e misturas destes e bis- (isocianatociclohexil-)metano e tri-isocianatos tais como 2,4,6-tri- isocianatotolueno e 2,4,4'-tri-isocianatodifenil éter.
[0052] De acordo com modalidades, o aglutinante compreende poli- isocianato emulsionável em que o poli-isocianato compreende misturas de isocianatos. Por exemplo, uma mistura de isômeros de tolileno di-isocianato tais como as misturas disponíveis comercialmente de 2,4- e 2,6-isômeros e também a mistura de di- e poli-isocianatos maiores produzidos pela fosgenação de condensados de anilina/formaldeído. Tais misturas são bem conhecidas na técnica e incluem os produtos de fosgenação em bruto contendo misturas de poli-isocianatos de polifenil com pontes de metileno, incluindo o di-isocianato, tri-isocianato e poli-isocianatos superiores em conjunto com quaisquer subprodutos de fosgenação.
[0053] As composições preferidas da presente invenção são aquelas em que o poli-isocianato é um di-isocianato aromático ou poli-isocianato de maior funcionalidade, nomeadamente, misturas brutas de poli-isocianatos de polifenil com pontes de metileno contendo di-isocianatos, tri-isocianato e poli-isocianatos de funcionalidade mais elevada. Poli-isocianatos polifenil com pontes de metileno (por exemplo, metileno difenil di-isocianato, abreviado como MDI) são bem conhecidos na técnica e têm a fórmula genérica I em que n é um ou mais e, no caso das misturas brutas representa uma média de mais do que um. Eles são preparados por fosgenação de misturas de poliaminas obtidas por condensação de anilina e formaldeído correspondente.
[0054] Outros isocianatos que podem estar presentes no componente isocianato emulsionável do aglutinante da presente invenção incluem pré- polímeros de isocianato terminado feitos por reação de um excesso de um di- isocianato ou de maior funcionalidade poli-isocianato com um grupo hidroxil terminado em poliéster ou hidroxil poliéter terminado e produtos obtidos por reação de um o excesso de di-isocianato de maior funcionalidade ou poli- isocianato com um poliol monomérico ou mistura de polióis monoméricos, tais como etileno glicol, trimetilol propano ou butanodiol.
[0055] Uma classe preferida de pré-polímeros terminados em isocianato, que pode formar o componente isocianato do aglutinante são os pré-polímeros terminados em isocianato das misturas brutas de poli- isocianatos de polifenil com ponte em metileno contendo di-isocianatos, tri- isocianatos e poli-isocianatos de funcionalidade mais elevada.
[0056] De acordo com modalidades, o poli-isocianato emulsionável é um produto da reação de poli-isocianatos e polióis solúveis em água, preferencialmente a dita polióis são selecionados de entre os monoalquil éteres e/ou polietileno-glicóis. A quantidade de polióis solúveis em água é de preferência na faixa até 20% em peso, mais preferivelmente até 10%, em peso, e mais preferivelmente até 5% em peso, calculado sobre o peso total do poli-isocianato e poliol.
[0057] De acordo com modalidades, o poli-isocianato emulsionável pode ser um produto da reação de> 95% em peso de poli-isocianatos e <5% em peso de monoalquil éteres e/ou polietilenoglicóis. Por exemplo, um e-MDI adequado é feito a partir de 97% em peso de MDI polimérico e 3% em peso de metoxipolietilenoglicol (MPEG por exemplo MPEG 750).
[0058] De acordo com modalidades, a quantidade de água utilizada para preparar o agente aglutinante (emulsão de e-MDI em água) pode ser variada. Tipicamente, a proporção em peso de água: poli-isocianato emulsionável é pelo menos 0,5: 1. 1. De preferência, existe um excesso de água, a quantidade em excesso (em peso) de água no aglutinante pode ser de 500 vezes o peso do poli-isocianato emulsionável (razão água: emulsionável poli-isocianato de 500: 1). A presença de água no aglutinante é crucial porque vai reagir durante a cura final do compósito com grupos isocianato remanescente que não reagiram para formar poliureia e porque também evita que o aglutinante se infiltre nas partículas nanoporosas.
[0059] De acordo com modalidades, a quantidade de aglutinante no material compósito obtido é de cerca de 6% em peso, calculado sobre o peso total da final (seca e curada) material compósito para atingir a integridade estrutural aceitável do material compósito. A quantidade de aglutinante em qualquer caso, tem um baixo impacto no valor de lambda, uma vez que é um componente menor no material compósito. Quantidades de aglutinante de até 15% de peso são adequadas para atingir um baixo lambda (lambda <35 mW/m.K).
[0060] US 6407196 descreve métodos emulsionáveis de MDI e métodos para modificar MDI polimérico que são adequados para fabricar o poli-isocianato emulsionável (e-MDI) necessário para fazer o aglutinante de acordo com a invenção. US 6407196 é, por conseguinte, aqui incorporada por referência.
[0061] Aglutinantes que compreendem poli-isocianato emulsionável (e-MDI) são amplamente utilizados como aglutinantes em painéis compósitos. No entanto, o aglutinante compreendendo poli-isocianato emulsionável de acordo com a presente invenção, adicionalmente, tem a incorporação de quantidades adicionais de um agente tensoativo (por exemplo, agentes tensoativos de silício) nas formulações.
[0062] De acordo com modalidades, a quantidade de tensoativo adicionado ao aglutinante é até um máximo de 5% em peso, calculado sobre o peso total de tensoativo e água. De preferência, a quantidade de tensoativo no aglutinante é inferior a 1% em peso, calculado sobre o peso total de tensoativo e água. O tensoativo adicional é crucial para dispersar facilmente as partículas nanoporosas entre fibras naturais orgânicas úmidos (por exemplo, fibras de madeira). Na ausência de tensoativo adicional, as partículas hidrofóbicas nanoporosas não ficam úmidas pela emulsão aquosa de e-MDI, portanto, fazer a sua incorporação entre fibras naturais orgânicas é quase impossível, ou pelo menos extremamente difícil. Os exemplos adequados de tensoativos são tensoativos de silício disponíveis comercialmente, tais como Tegostab® B8715LF2. . .
[0063] O material compósito de acordo com a invenção resulta em materiais mais duros e mais densos em comparação com o estado da matéria técnica composta (por exemplo, painéis) compreendendo fibras naturais orgânicas, tais como estado dos painéis de madeira técnica composta (para a mesma fração em volume de fibras naturais orgânicas), uma vez que as cavidades de ar estejam parcialmente substituídas por material sólido (as partículas nanoporosas). É um efeito surpreendente que através da substituição do ar por um material possuindo densidades mais altas (as partículas nanoporosas) e, por conseguinte, resultando em materiais compósitos tendo densidades mais elevadas, um material compósito é alcançada, tendo melhorado o desempenho de isolamento térmico (isto é, os valores mais baixos de lambda).
[0064] O material compósito de acordo com a invenção resulta em propriedades mecânicas melhoradas tais como resistência à compressão e flexão comparada aos materiais compósitos do estado da técnica compreendendo fibras naturais orgânicas, tais como estado dos painéis de madeira técnica composta (para a mesma fração em volume de fibras naturais orgânicas), uma vez que as cavidades de ar estejam parcialmente substituídas por material sólido (as partículas nanoporosas). Dependendo da quantidade de partículas nanoporosas utilizado, a melhoria de força irá variar e até 450% e mais melhoria pode ser obtida, isto é surpreendente.
[0065] Os materiais compósitos de acordo com a invenção resultam em melhorias significativas nas propriedades de fogo (reação/resistência ao fogo) comparadas aos materiais compósitos do estado da técnica compreendendo fibras naturais orgânicas, tais como estado dos painéis de madeira técnica composta (para a mesma fração em volume de fibras naturais orgânicas), uma vez que as cavidades de ar estejam parcialmente substituídas por material sólido (as partículas nanoporosas). O material compósito de acordo com a invenção mostra a autoextinção de propriedades quando expostas ao fogo (de acordo com o ensaio B-2 da DIN4102-ptécnica 1), isto em contraste com o estado dos materiais de madeira da técnica compósitos que queimam após exposição ao fogo, isto é surpreendente.
[0066] Os materiais compósitos de acordo com a invenção têm quase nenhum significado de envelhecimento em que os valores de lambda permanecerão constantes com o tempo.
[0067] Os materiais compósitos de acordo com a invenção têm captação de umidade inferior em comparação com o estado da matéria técnica composta compreendendo fibras naturais orgânicas, tais como estado dos painéis de madeira técnica composta (para a mesma fração em volume de fibras naturais orgânicas), uma vez que as cavidades de ar estejam parcialmente substituídas por material sólido (as partículas nanoporosas) por causa do caráter hidrofóbico das partículas nanoporosas.
[0068] De acordo com um segundo aspecto da presente invenção, um processo para fabricar o material compósito reforçado com fibra natural orgânico de acordo com o primeiro aspecto da invenção é divulgado.
[0069] O processo para fabricar o material compósito reforçado com fibra natural orgânico pode compreender as etapas seguintes: a) prover o aglutinante compreendendo água, poli-isocianato emulsificável e tensoativos, e b) prover as fibras naturais orgânicas, e então c) misturar o aglutinante orgânico e fibras naturais para obter uma mistura que compreende as fibras naturais orgânicas e o aglutinante, e em seguida d) adição de partículas hidrofóbicas nanoporosas e misturar para obter uma mistura homogénea compreendendo as partículas nanoporosas, as fibras naturais orgânicas e o aglutinante, e em seguida e) curar e secar a mistura em um molde de compressão para obter o material compósito de fibra natural orgânica reforçado.
[0070] De acordo com modalidades, a etapa de cura e a secagem da mistura é um tratamento térmico, de preferência, realizada a temperaturas de pelo menos 50°C, de preferência cerca de 110°C.
[0071] De acordo com modalidades, a etapa de cura e a secagem da mistura é realizada utilizando métodos de aquecimento alternativos como a radiação de micro-ondas ou uma combinação destes métodos alternativos e os tratamentos térmicos (realizada a temperaturas de pelo menos 50°C, de preferência cerca de 110°C).
[0072] De acordo com modalidades, as partículas nanoporosas precisam ser homogeneamente distribuídas entre as fibras orgânicas naturais (de madeira), para evitar uma separação grande de fase entre áreas ricas em partículas ricas em materiais e nanoporos naturais orgânicos, para propriedades ideais (isolamento térmico, propriedades mecânicas, reação/resistência ao fogo, isolamento acústico, ...).
[0073] De acordo com modalidades, para manter o elevado desempenho de isolamento térmico das partículas nanoporosas, as partículas não devem ser trituradas de forma significativa, a mistura de modo suave pode ser preferida quando se misturam as partículas nanoporosas com a mistura de material orgânico aglutinante naturais.
[0074] De acordo com modalidades, as fibras naturais orgânicas (por exemplo fibra de madeira) são misturados em uma primeira etapa com o aglutinante para garantir uma boa impregnação/revestimento das fibras de madeira, através do aglutinante. Só então as partículas nanoporosas podem ser adicionadas e misturadas com a mistura de fibra natural/aglutinante orgânico, com cuidado para se obter uma boa umidade e para evitar o esmagamento das partículas nanoporosas, e, em seguida, a mistura resultante que compreende as fibras naturais orgânicas, as partículas nanoporosas do aglutinante podem ser comprimidas, secas e curadas em um molde/prensa para obter o compósito de fibra natural orgânica reforçado da presente invenção.
[0075] De acordo com as modalidades, o material compósito compreende de 25 a 85% em peso, preferivelmente 35 a 85% em peso, e mais preferivelmente 40 a 85% em peso de aglutinante calculado no peso total do material compósito seco e curado.
[0076] De acordo com modalidades, o material compósito compreende de 10 a 70% em peso, preferivelmente 10 a 60% em peso, e mais preferivelmente 10 a 50% em peso de fibras naturais orgânicas tendo grupos reativos a isocianato calculado no peso total do material compósito seco e curado.
[0077] De acordo com as modalidades, o material compósito compreende de 1 a 15% em peso, preferivelmente 2 a 10% em peso, e mais preferivelmente 3 a 8% em peso de aglutinante calculado no peso total do material compósito seco e curado.
[0078] De acordo com as modalidades, as partículas nanoporosas são preferivelmente aquelas com base em óxidos, mais preferivelmente com base em dióxido de silício e óxidos de metal (em que o metal é preferivelmente selecionado de alumina, titânio e/ou zircônio). Preferência é dada ao uso de partículas nanoporosas compreendendo compostos de silício. É dada particular preferência a partículas que compreendem Si02 nanoporosos e, mais particularmente, aerogéis ou xerogéis de Si02, que são opcionalmente organo-modificados.
[0079] Partículas nanoporosas preferidas têm os seguintes parâmetros: - Porosidade: 50 a 99%, especialmente 70 a 99%, mais preferivelmente 80 a 99% - Densidade: menor que 300 kg/m3, preferivelmente na faixa de 30 a 300 kg/m3, mais preferivelmente <180 kg/m3 - Diâmetro de partícula: de 0,001 a 10 mm, preferivelmente de 0,01 a 4 mm - Diâmetro de poro: 0,1 a 500 nm, especialmente <200 nm, mais preferivelmente <100 nm, especialmente 1 a 100, preferivelmente 10 a 50 nm.
[0080] Partículas nanoporosas particularmente preferidas são partículas à base de sílica nanoporosas hidrofóbicas, que são essencialmente feitas de dióxido de silício amorfo, podem ainda compreender compósitos orgânicos. Mais preferivelmente, estas partículas nanoporosas preferidas têm valores de lambda sob pressão atmosférica na faixa de 9 a 12 mW/m.K a 25°C, juntamente com uma densidade baixa em torno de 140 kg/m3.
[0081] De acordo com modalidades, as fibras naturais orgânicas são selecionadas a partir de material natural orgânico a ser cortado em pequenas peças ou podem estar presentes como fibras ou fios e que possuem grupos isocianato reativos (grupos hidroxil e/ou grupos de amina) e umidade opcionalmente no material que reage com os grupos NCO do aglutinante. O material natural orgânico pode ser selecionado a partir de fibras de madeira ou de bambu, por exemplo fibras de pinheiro (tipicamente usados para painéis de madeira compósitos), mas, em princípio, a invenção é aplicável a qualquer tipo de fibras de madeira/lascas/partículas, mesmo a todos os tipos de fibras naturais.
[0082] De acordo com modalidades, o aglutinante compreende poli- isocianato emulsionável, de preferência, os poli-isocianatos são selecionados a partir de isocianatos orgânicos que contêm uma pluralidade de grupos isocianato incluindo hidrocarbonetos alifáticos e/ou isocianatos aromáticos, di-isocianato de preferência aromático ou poli-isocianato de maior funcionalidade, nomeadamente, misturas em bruto de pontes de metileno poli- isocianatos de polifenil contendo di-isocianatos, tri-isocianato e poli- isocianatos de funcionalidade mais elevada. Outros isocianatos que podem estar presentes no aglutinante incluem pré-polímeros de isocianato terminado feitos por reação de um excesso de um di-isocianato ou de maior funcionalidade poli-isocianato com um grupo hidroxil terminado em poliéster ou hidroxil poliéter terminado e produtos obtidos por reação de um o excesso de di-isocianato de maior funcionalidade ou poli-isocianato com um poliol monomérico ou mistura de polióis monoméricos, tais como etileno glicol, trimetilol propano ou butanodiol.
[0083] De acordo com modalidades, o poli-isocianato emulsionável é um produto da reação de poli-isocianatos e polióis solúveis em água, preferencialmente a dita polióis são selecionados de entre os monoalquil éteres e/ou polietilenoglicóis. A quantidade de polióis solúveis em água é de preferência na faixa até 20% em peso, mais preferivelmente até 10%, em peso, e mais preferivelmente até 5% em peso, calculado sobre o peso total do poli-isocianato e poliol.
[0084] De acordo com modalidades, o poli-isocianato emulsionável pode ser um produto da reação de> 95% em peso de poli-isocianatos e <5% em peso de monoalquil éteres e/ou polietilenoglicóis. Por exemplo, um e-MDI adequado é feito a partir de 97% em peso de MDI polimérico e 3% em peso de metoxipolietilenoglicol (MPEG por exemplo MPEG 750).
[0085] De acordo com modalidades, a quantidade de água utilizada para preparar o agente aglutinante (emulsão de e-MDI em água) pode ser variada. Tipicamente, a proporção em peso de água: poli-isocianato emulsionável é pelo menos 0,5: 1. 1. De preferência, existe um excesso de água, a quantidade em excesso (em peso) de água no aglutinante pode ser de 500 vezes o peso do poli-isocianato emulsionável (razão água: emulsionável poli-isocianato de 500: 1).
[0086] De acordo com modalidades, a quantidade de aglutinante no material compósito obtido é de cerca de 6% em peso, calculado sobre o peso total da final (seca e curada) material compósito.
[0087] O aglutinante, adicionalmente, tem a incorporação de quantidades adicionais de um agente tensoativo (por exemplo, agentes tensoativos de silício) nas formulações. A quantidade de tensoativo adicionado ao aglutinante é até um máximo de 5% em peso, calculado sobre o peso total de tensoativo e água. De preferência, a quantidade de tensoativo no aglutinante é inferior a 1% em peso, calculado sobre o peso total de tensoativo e água.
[0088] De acordo com um terceiro aspecto da presente invenção é descrita a utilização do compósito de fibra natural orgânica reforçado da presente invenção.
[0089] De acordo com uma modalidade, a utilização do compósito de fibra natural orgânica reforçado da presente invenção para o isolamento térmico é descrita. Os ditos compósitos tendo um valor de lambda inferior a 35 mW/m.K, de preferência na faixa de 15-30 mW/m.K. A utilização de isolamento térmico pode estar na forma de painéis de isolamento térmico, ou sob a forma de complicadas formas de encapsulação em que o 3D moldes específicos são utilizados para encapsular formas em 3D complicadas.
[0090] De acordo com uma modalidade, a utilização do compósito de fibra natural orgânica reforçado da presente invenção para o isolamento acústico é descrita. A utilização de isolamento acústico pode estar na forma de painéis de isolamento acústico, ou sob a forma de complicadas formas de encapsulação em que o 3D moldes específicos são utilizados para encapsular formas em 3D complicadas.
[0091] De acordo com uma modalidade, a utilização do compósito de fibra natural orgânica reforçado da presente invenção para o isolamento acústico e térmico é descrita. A utilização de isolamento acústico e térmico pode estar na forma de painéis de isolamento acústico e térmico, ou sob a forma de complicadas formas de encapsulação em que o 3D moldes específicos são utilizados para encapsular formas em 3D complicadas.
[0092] Compostos usados: Suprasec® 1042: MDI emulsificável de Huntsman Tegostab® B8715LF2: Tensoativo de silício das Indústrias Evonik - EnovaA IC3120: Partículas de aerogel de sílica de Caot (densidade de partícula ~140 kg/m, tamanho de partícula de 0,1 a 1,2 mm). - Fibras de madeira de pinho: espessura média ~ 30 micrômetros, comprimento médio ~5 milímetros Métodos de teste - Ensaios de compressão foram realizados de acordo com IS0844 padrão método de teste nas amostras circulares (diâmetro de 6 cm, sem remoção de faces superiores/inferiores) com uma máquina de teste Instron 5566 universal utilizando placas de 15 cm de diâmetro. As curvas de tensão/deformação completa foram registadas e a tensão a 15% de compressão é relatada na Tabela 1. - Ensaios de flexão foram realizados de acordo com o método padrão de teste ISO1209 em amostras retangulares (12x2xlcm 3, corte a partir dos painéis compósitos 19.5xl9.5xlcm 3 após a remoção das faces de parte superior/inferior) com uma máquina de teste universal Instron 5566
[0093] Máquina e acessório de flexão de 3 pontos estático. As curvas de tensão/deformação completas foram registradas e uma tensão máxima (isto é, tensão flexional) é relatada na Tabela 1. - Condutividade térmica (valor de lambda em mW/m.K) foi medido de acordo com a ISO8301 método de teste padrão nos 19.5xl9.5xlcm3 painéis compósitos secos (sem remover as faces de papel) em um modelo Lasercomp Fox200. A temperatura média da medição era de 10°C, e a parte inferior e placas de topo foram mantidas a 20°C e 0°C, respectivamente. - Testes de fogo foi realizado de acordo com o Kleinbrenner ou B-2 de teste (DIN 4102- Parte 1) em amostras retangulares (19x9x1 cm3, corte a partir dos painéis compósitos de 19.5x19.5x1 cm3 após a remoção das faces de topo/fundo). - Densidade (Kg/m3) foi medida de acordo com o método de teste padrão IS0845 nos painéis compósitos 19.5xl9.5xlcm secos (após a remoção das faces de papel) é calculada dividindo a massa do painel por seu volume. - Coeficientes de amortecimento (testes acústicos) foram determinados nas amostras circulares (6 centímetros de diâmetro, sem a remoção das faces de topo/inferior). A configuração experimental compreendia um agitador, uma mesa no topo do agitador, uma massa e acelerômetros. Amostras foram posicionadas no agitador entre a mesa e a massa. Acelerômetros foram posicionados ambos na mesa e na massa (50 g, incluindo acelerômetro). Ondas sinusoidais foram aplicadas à mesa com frequências variando entre 0,5 e 200 Hz. Os dados registrados foram a razão de aceleração de massa para a aceleração da mesa. Coeficientes de amortecimento foram determinados pelo encaixe dos dados com o modelo de Kelvin-Voigt.
[0094] Suprasec® 1042 (0,38 g), Tegostab® B8715LF2 (0,08 g) e água (145 g) foram misturados em um copo de plástico de 1 L com um agitador Heidolph (~ 500 rpm) durante 5 minutos para formar uma emulsão. Fibras de madeira de pinho (7,25 g) foram então adicionadas à emulsão e misturadas com o mesmo misturador (500 rpm) durante 30 minutos. A mistura resultante foi então transferida para um molde aquecido (110°C) de alumínio circular pré-compressão (6 centímetros de diâmetro, 1,5 centímetros de espessura, que compreende orifícios de ventilação pequenos nas partes superior, inferior e laterais) que continha no fundo uma face plana do papel. Outra aplicação da face plana do papel foi colocada no topo da mistura, e o molde foi depois fechado com um grampo C. O compósito de madeira/aglutinante foi, em seguida, curado e seco em um forno extraiu-se a 110°C durante 6 horas. Depois de deixar o molde resfriar até à temperatura ambiente (~ 1 hora adicional), uma amostra de compósito rígido circular autossuportado (6 centímetros de diâmetro) foi facilmente removida do molde. A amostra circular foi usada para compressão e testes acústicos.
[0095] Para determinação do valor de lambda, testes de flexão e de Kleinbrenner, um painel compósito 19.5x19.5x1 cm3 da mesma composição foi sintetizado seguindo o mesmo procedimento com um balde de plástico 5L, um molde 19.5xl9.5xlcm3 compressão, e as seguintes quantidades: Suprasec® 1042, 3,42 g; Tegostab® B8715LF2, 0,68 g; água, 1300g; fibras de madeira de pinho, 65g.
[0096] A composição de compósito curado e seco e as propriedades são resumidas na Tabela 1. 3
[0097] Suprasec® 1042 (0,38 g), Tegostab® B8715LF2 (0,08 g) e água (145 g) foram misturados em um copo de plástico de 1 L com um agitador Heidolph (~ 500 rpm) durante 5 minutos para formar uma emulsão. Fibras de madeira de pinho (4,35 g) foram então adicionadas à emulsão e misturadas com o mesmo misturador (500 rpm) durante 30 minutos. Partículas de Enova® IC3120 foram então adicionadas (2,90 g) e gentilmente misturadas à mão com uma espátula durante alguns minutos até que uma distribuição de partículas fibras de madeira/aerogel homogênea fosse alcançada. A mistura resultante foi então transferida para um molde aquecido (110°C) de alumínio circular pré-compressão (6 centímetros de diâmetro, 1,5 centímetros de espessura, que compreende orifícios de ventilação pequenos nas partes superior, inferior e laterais) que continha no fundo uma face plana do papel. Outra aplicação da face plana do papel foi colocada no topo da mistura, e o molde foi depois fechado com um grampo C. O compósito de madeira/aglutinante/aerogel foi, em seguida, curado e seco em um forno extraiu-se a 110°C durante 6 horas. Depois de deixar o molde resfriar até à temperatura ambiente (~ 1 hora adicional), uma amostra de compósito rígido circular autossuportado (6 centímetros de diâmetro) foi facilmente removida do molde. Inspeção visual revelou uma distribuição homogênea de madeira/aerogel dentro da amostra. A amostra circular foi usada para compressão e testes acústicos.
[0098] Para determinação do valor de lambda, testes de flexão e de Kleinbrenner, um painel compósito 19.5x19.5x1 cm3 da mesma composição foi sintetizado seguindo o mesmo procedimento com um balde de plástico 5L, um molde 19.5xl9.5xlcm3 compressão, e as seguintes quantidades: Suprasec® 1042, 3,42 g; Tegostab® B8715LF2, 0,68 g; água, 1300g; fibras de madeira de pinho, 39g; Enova® IC3120, 26g.
[0099] A composição de compósito curado e seco e as propriedades são resumidas na Tabela 1.
[00100] O mesmo procedimento experimental como para o exemplo 1 foi repetido, usando as seguintes quantidades: - Amostra circular Suprasec® 1042, 0,38 g; Tegostab® B8715LF2, 0,08g; água, 145g; fibras de madeira de pinho, 2,90g; Enova® IC3120, 4,35g. - Painel: Suprasec® 1042, 3,42 g; Tegostab® B8715LF2, 0,68g; água, 1300g; fibras de madeira de pinho, 26g; Enova® IC3120, 39g.
[00101] Amostras de compósito rígido autossuportante foram obtidas.
[00102] O mesmo procedimento experimental como para o exemplo 1 foi repetido, usando as seguintes quantidades:
[00103] Amostra circular: Suprasec® 1042, 0,38 g; Tegostab® B8715LF2, 0,08g; água, 145g; fibras de madeira de pinho, 1,45g; Enova® IC3120, 5,8g. - Painel: Suprasec® 1042, 3,42 g; Tegostab® B8715LF2, 0,68g; água, 1300g; fibras de madeira de pinho, 13g; Enova® IC3120, 52g.
[00104] Amostras de compósito rígido autossuportante foram obtidas.
[00105] O mesmo procedimento experimental como para o exemplo comparativo 1 foi repetido, usando as seguintes quantidades: - Amostra circular Suprasec® 1042, 0.25 g; Tegostab® B8715LF2, 0.05g; água, 97g; fibras de madeira de pinheiro, 4,83g. - Painel: Suprasec® 1042, 2,28 g; Tegostab® B8715LF2, 0,46g; água, 867g; fibras de madeira de pinho, 43,35g.
[00106] Amostras de compósito rígido autossuportante foram obtidas.
[00107] O mesmo procedimento experimental como para o exemplo 1 foi repetido, usando as seguintes quantidades:
[00108] Amostra circular: Suprasec® 1042, 0,36 g; Tegostab® B8715LF2, 0,07g; água, 137g; fibras de madeira de pinho, 4,83g; Enova® IC3120, 2,02g. - Painel: Suprasec® 1042, 3,23 g; Tegostab® B8715LF2, 0,65g; água, 1228g; fibras de madeira de pinho, 43,3g; Enova® IC3120, 18,1g.
[00109] Amostras de compósito rígido autossuportante foram obtidas.
[00110] O mesmo procedimento experimental como para o exemplo 1 foi repetido, usando as seguintes quantidades: - Amostra circular Suprasec® 1042, 0,47 g; Tegostab® B8715LF2, 0,09g; água, 177g; fibras de madeira de pinho, 4,85g; Enova® IC3120, 4,01g. - Painel: Suprasec® 1042, 4,18 g; Tegostab® B8715LF2, 0,84g; água, 1590g; fibras de madeira de pinho, 43,50g; Enova® IC3120, 35,97g.
[00111] Amostras de compósito rígido autossuportante foram obtidas.
[00112] Exemplo comparativo 3: A fabricação de um compósito de fibra de madeira reforçado com ~76% em peso de partículas de aerogel e livre de tensoativos.
[00113] O mesmo procedimento experimental como para o exemplo 3 foi repetido, usando as seguintes quantidades:
[00114] Amostra circular: Suprasec® 1042, 0.38 g; água, 145g; fibras de madeira de pinheiro, 1.45g; Enova® IC3120, 5.8g.
[00115] Painel: Suprasec® 1042, 3.42 g; água, 1300g; fibras de madeira de pinheiro, 13g; Enova® IC3120, 52g.
[00116] Incorporação de partículas de Enova® entre a fibra de madeira não foi homogênea, resultando em um compósito autossuportante não utilizável. Tabela 1: Composições de compósito e propriedades
Conclusões: - A incorporação de partículas de aerogel nos compósitos leva a significativamente menores valores de lambda (bem abaixo de 35 mW/mK, tão baixa quanto 18,1 mW/mK, por exemplo 3) em comparação com compósitos livre de aerogel (Exemplos Comparativos 1 e 2, lambda> 40mW/mK). - Incorporação de partículas de aerogel em compósitos conduz a resultados significativamente melhores provas de fogo (ver testes B2) em comparação com compósitos livre de aerogel (exemplos comparativos 1 e 2). Os exemplos comparativos 1 e 2 confirmam que para os compósitos livres de aerogel, o valor de lambda diminui até certo ponto, com uma diminuição na densidade, mas propriedades mecânicas são impactadas negativamente (veja stress na compressão de 15% e os dados de resistência à flexão). Contrariamente, olhando para o Exemplo Comparativo 2, Exemplo 4 e Exemplo 5, a incorporação de partículas de aerogel não só conduz a uma diminuição no valor de lambda, mas também no aumento significativo da densidade e propriedades mecânicas melhoradas. - Exemplo 3 e exemplo comparativo 3 mostram que a presença de um agente tensoativo é necessária para uma incorporação homogénea das partículas de aerogel, entre as fibras de madeira e a obtenção de compósitos autossuportados. - Testes acústicos: olhando exemplo comparativo 2 e do exemplo 5, incorporação de partículas de aerogel leva a um melhor amortecimento. Uma melhoria no amortecimento de 28% foi conseguida por incorporação das partículas de aerogel.
Claims (16)
1. Material compósito de fibra natural orgânica reforçado tendo um valor de lambda para condutividade termica na faixa de 15 a 35 mW/m.K (medido de acordo com ISO 8301) é descrito, o dito material compósito caracterizadopelo fato de que compreende: - 25 a 85% em peso de partículas nanoporosas hidrofóbicas calculado no peso total do material compósito, e pelo menos 10% em peso de fibras naturais orgânicas tendo grupos reativos de isocianato calculado no peso total do material compósito, e 1 a 15% em peso de aglutinante, em que o aglutinante usado é poliureia/poliuretano compreendendo aglutinante feito de poli-isocianato emulsificável, água e tensoativos.
2. Material compósito de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que o material compósito compreende de 25 a 85% em peso de partículas nanoporosas hidrofóbicas calculado no peso total do material compósito seco e curado.
3. Material compósito de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizadopelo fato de que o material compósito compreende de 10 a 70% em peso de fibras naturais orgânicas tendo grupos reativos a isocianato calculado no peso total do material compósito seco e curado.
4. Material compósito de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizadopelo fato de que o material compósito compreende de 1 a 15% em peso de aglutinante calculado no peso total do material compósito seco e curado.
5. Material compósito de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizadopelo fato de que as partículas nanoporosas são partículas de aerogel com base em óxidos, em que o metal é selecionado de óxidos de alumina, titânio, e/ou zircônio que são opcionalmente organo- modificados.
6. Material compósito de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que as partículas nanoporosas têm os seguintes parâmetros: - Porosidade: 50 a 99% - Densidade: menor que 300kg/m3 - Diâmetro de partícula: de 0,001 a 10 mm - Diâmetro de poro: 0,1 a 500 nm.
7. Material compósito de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que as partículas nanoporosas são partículas de aerogel que são organo-modificadas com grupos hidrofóbicos, são baseadas em dióxido de silício (Si02) e têm valores de lambda sob pressão atmosférica na faixa de 9 a 12 mW/m.K a 25°C junto com uma densidade baixa de cerca de 140 kg/m3.
8. Material compósito de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que as partículas nanoporosas têm grupos hidrofóbicos em sua superfície de poro selecionados de grupos silil tri-substituído de fórmula geral ~ Si(R)3, sendo grupos trialquil- e triarilsilil, onde cada R é independentemente uma metade não reativa orgânica selecionado de C1 - C18 alquil, C6 - C14 aril, C1-C6 alquil ou fenil, mais particularmente metil, etil, cicloexil ou fenil, cuja metade pode ser adicionalmente substituída com grupos funcionais.
9. Material compósito de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que as fibras naturais orgânicas são selecionadas de fibras de madeira ou de bambu.
10. Material compósito de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o aglutinante compreende poli-isocianato emulsificável que é um produto de reação de >95% em peso de poli-isocianatos e <5% em peso de monoalquil éteres e/ou glicóis de polietileno e em que o poli-isocianato é selecionado de um di-isocianato aromático ou poli-isocianato de funcionalidade maior em particular misturar cruas de poli-isocianatos polifenil com pontes de metileno contendo di- isocianatos, tri-isocianatos e poli-isocianatos de maior funcionalidade ou pré- polímeros terminados em isocianatos feitos pela reação de um excesso de um di-isocianato ou poli-isocianato de maior funcionalidade com um poliéster terminado em hidroxil ou poliéter terminado em hidroxil e produtos obtidos pela reação de um excesso de di-isocianato ou poli-isocianato de maior funcionalidade com um poliol monomérico ou mistura de polióis monoméricos tais como glicol etileno, trimetilol propano ou butano-diol.
11. Material compósito de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato de que o aglutinante compreende até um máximo de 5% e peso de tensoativos calculado no peso total de tensoativos e água e em que os tensoativos são tensoativos com base em silício.
12. Processo para fazer o material compósito como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, o dito processo caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos as seguintes etapas: a) prover o aglutinante compreendendo água, poli-isocianato emulsificável e tensoativos, e b) prover as fibras naturais orgânicas, e então c) misturar o aglutinante e as fibras naturais orgânicas para obter uma mistura compreendendo as fibras naturais orgânicas e o aglutinante, e então d) adicionar as partículas nanoporosas hidrofóbicas à mistura obtida em c) e misturar para obter uma mistura homogênea compreendendo as partículas nanoporosas, as fibras naturais orgânicas e o aglutinante, e então e) curar e secar a mistura em um molde de compressão para obter o material compósito de fibra natural orgânica reforçado.
13. Processo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a etapa de curar e secar é realizada por um tratamento térmico a temperaturas de pelo menos 50°C e/ou por um método alternativo tal como radiação por micro-ondas.
14. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 a 13, caracterizado pelo fato de que a etapa de curar e secar é realizada em um molde de compressão adequado para encapsular objetos em formato 3D.
15. Uso de um material compósito como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que é para isolamento térmico e/ou isolamento acústico.
16. Uso de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o material compósito é usado como um painel de isolamento acústico e/ou térmico ou uma blindagem de isolamento térmico e/ou de encapsulação adequada para encapsular objetos em formato 3D complicados.
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