BR112019027386A2 - composição de resina híbrida curável, método para fabricação de um compósito de madeira, e, material compósito. - Google Patents

composição de resina híbrida curável, método para fabricação de um compósito de madeira, e, material compósito. Download PDF

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Veronique JOLLET
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Abstract

esta invenção descreve composições adesivas úteis para prover força coesiva às partículas, por exemplo, uma manta de partículas de madeira produzidas ao fabricar painéis de partículas antes da cura. as composições adesivas têm a) o um ou mais biopolímeros e b) o um ou mais monômeros ou oligômeros. um oligômero pode ter um grau de polimerização de 4 ou menos. a razão em peso do monômero/oligômero para o biopolímero é opcionalmente entre 30:70 e 80:20. opcionalmente, as composições adesivas podem ser combinadas com um isocianato. a composição adesiva pode ser usada para não adicionar compósitos de madeira de formaldeído, como painéis de partículas.

Description

1 / 39 COMPOSIÇÃO DE RESINA HÍBRIDA CURÁVEL, MÉTODO PARA FABRICAÇÃO DE UM COMPÓSITO DE MADEIRA, E, MATERIAL
COMPÓSITO PEDIDOS RELACIONADOS
[001] Este pedido reivindica prioridade do pedido US 15/637.694, Aglutinantes e materiais compósitos à base de biopolímero e isocianato, depositado em 29 de junho de 2017 e pedido canadense 2.972.410, Adesivo com aderência e uso em produtos compósitos, depositado em 30 de junho de 2017, que são incorporados aqui por referência.
CAMPO
[002] Este pedido refere-se a composições adesivas capazes de conferir força coesiva (aderência) a um substrato, opcionalmente chamadas aderentes, a uma composição de resina híbrida curável capaz de conferir força coesiva a um substrato antes de ser curado e a produtos de madeira compósitos, tais como painéis de partículas feitos com essas composições.
FUNDAMENTOS
[003] Os produtos de madeira compósitos (ou produtos compósitos de madeira) incluem, por exemplo, painéis de partículas, também chamados de aglomerado. Muitos produtos de madeira compósitos são feitos convencionalmente com resinas à base de formaldeído. No entanto, preocupações com o excesso de emissões de formaldeído incentivaram a criação de resinas “sem adição de formaldeído” (NAF). As resinas NAF devem atender aos requisitos de saúde, segurança e meio ambiente, requisitos de desempenho relevantes para o produto final, tal como força de ligação e resistência à água, além de vários requisitos do processo de fabricação.
[004] Os aglutinantes de isocianato, tais como diisocianato de metileno difenil polimérico (pMDI), foram usados para fabricar compósitos de madeira NAF, tais como painéis de partículas, painéis de fibras orientadas (OSB) e painéis de fibras de média densidade (MDF). O pMDI é usado para
2 / 39 fabricar esses produtos porque, entre outros atributos, tem baixa viscosidade (inferior a 500 cPs a 40ºC), adequada para a pulverização em partículas de madeira em linhas de sopro ou resinadores, resultando em painéis acabados com boa tolerância à água e propriedades mecânicas. No entanto, o pMDI não produz aderência.
[005] Na fabricação de painéis de partículas, partículas discretas de madeira (normalmente lascas ou finos, mas opcionalmente incluindo aparas, flocos, serragem, etc.) e/ou outros materiais lignocelulósicos são secos (com um teor de umidade de cerca de 2-3%) e graduado para produzir um material com uma mistura de tamanhos de partículas. As partículas secas são misturadas com uma resina termorrígida e, opcionalmente, vários aditivos, em um resinador e depois formadas em uma manta. A manta é tipicamente pré- prensada, por exemplo, a cerca de 70 psi e à temperatura ambiente, para reduzir a massa da manta, fornecer alguma resistência mecânica e permitir um processo mais rápido a jusante. Posteriormente, a manta é transportada para uma prensa quente, onde a resina termorrígida endurece e o painel se consolida.
[006] Tipicamente, a manta é movida do estágio de pré-impressão para o estágio de prensagem a quente usando um arranjo de correias transportadoras. Diferenças na espessura da manta, níveis variáveis de tração na direção radial da esteira e a presença de folgas horizontais e verticais nos pontos de transferência entre os segmentos da esteira cria oportunidades para quebra da manta resultando em derramamento de material ou em partes do produto final estando fora de especificação. Portanto, é benéfico se a manta tiver alguma “aderência” ou ligeira viscosidade, preferencialmente um nível mínimo de adesão entre as partículas soltas suficientes para manter a manta de madeira em uma peça através da linha de produção. Além da pré-impressão, adesivos podem ser adicionados às partículas de madeira para mantê-las coladas com força coesiva suficiente para que a manta possa suportar
3 / 39 distorções mecânicas nas direções vertical e horizontal antes de chegar ao estágio de prensagem a quente. Uma variedade de tipos de adesivo pode ser usada para prover temporariamente força coesiva às partículas em condições de baixa ou nenhuma pressão aplicada. Esses adesivos geralmente pertencem ao grupo identificado como adesivos sensíveis à pressão (PSA), adesivos para aplicação a frio ou, mais geralmente, “adesivadores”.
[007] Na fabricação de painéis de partículas, duas abordagens são normalmente usadas para desenvolver aderência suficiente na manta para suportar pontos de transferência e lacunas na linha de produção: a) depende da aderência existente na resina termorrígida e b) depende dos aditivos (diferentes da resina termorrígida) que promovem a aderência. Por exemplo, atualmente, muitas instalações que produzem painéis de partículas usam resinas termorrígidas de ureia-formaldeído (UF). As resinas de UF também provêm aderência. No entanto, como discutido acima, há um número crescente de produtos de madeira compósitos fabricados sem resinas de formaldeído (NAF) adicionadas, algumas das quais baseadas em isocianatos, tais como pMDI. No entanto, isocianatos não provêm aderência. Portanto, os adesivadores são úteis em combinação com resinas de isocianato.
INTRODUÇÃO
[008] A seção a seguir tem como objetivo apresentar ao leitor a descrição detalhada a seguir, e não limitar ou definir qualquer invenção reivindicada.
[009] Este pedido descreve composições adesivas que podem ser usadas como um adesivador e, opcionalmente, como parte de uma composição de resina híbrida curável. As composições podem ser usadas para prover temporariamente força coesiva a uma ou mais partículas soltas (de outro modo chamadas substrato). O substrato pode ser orgânico, por exemplo, lignocelulósico. O substrato pode estar na forma de, por exemplo, lascas, finos ou outras partículas de madeira. A composição pode ser usada para
4 / 39 prover força coesiva suficiente para manter as partículas juntas e, como resultado, ajudar a manter a forma ou a integridade mecânica de uma coleção das partículas durante as operações de manuseio, transporte e processamento. Em alguns exemplos, a composição é usada para produzir um produto de madeira compósito, tais como painéis de partículas.
[0010] Em pelo menos alguns exemplos, a composição adesiva inclui água, um ou mais biopolímeros, um ou mais monômeros ou oligômeros, opcionalmente um ou mais aditivos e opcionalmente um ou mais isocianatos. Um ou mais dos componentes podem ser dissolvidos ou dispersos na água. A razão em peso de um ou mais monômeros ou oligômeros para um ou mais biopolímeros pode estar na faixa de 30:70 a 80:20. Opcionalmente, a composição pode ser formada no substrato ou antes de ser aplicada ao substrato.
[0011] Os inventores observaram que uma dispersão de nanopartículas de biopolímero com isocianato, conforme descrito na Publicação Internacional Número WO 2016/101063, pode prover aderência, mas apenas com a carga das nanopartículas e do teor de umidade em relação ao peso da madeira que excede as condições de fabricação do painel de partícula típica. Os monômeros ou oligômeros aqui descritos também não produzem aderência significativa por si mesmos. No entanto, misturas de nanopartículas de biopolímero e outras formas de biopolímero, com monômero ou oligômero, podem prover aderência a um teor de carga e umidade útil para a fabricação de painéis de partículas.
[0012] Este pedido também descreve métodos de aplicação de uma composição adesiva a um substrato. Em alguns exemplos, uma mistura de água, um ou mais biopolímeros, um ou mais monômeros e/ou oligômeros e um ou mais isocianatos é preparada e depois aplicada a um substrato, tais como lascas de madeira ou finos. Em alguns exemplos, uma mistura de água e um ou mais biopolímeros, opcionalmente com um ou mais monômeros ou
5 / 39 oligômeros, é aplicada a um substrato separadamente da aplicação de um ou mais isocianatos ao substrato. Em alguns exemplos, um ou mais biopolímeros, um ou mais monômeros ou oligômeros e um ou mais isocianatos são aplicados ao substrato separadamente um do outro. A composição adesiva pode ser curada posteriormente para formar um produto compósito de madeira, tal como painéis de partículas.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[0013] A Figura 1 é um gráfico que mostra aderência em várias razões de biopolímero para monômero ou oligômero.
[0014] A Figura 2 é um gráfico que mostra a viscosidade de composições adesivas aquosas em várias concentrações de sólidos.
[0015] A Figura 3 é um gráfico que mostra aderência para composições adesivas aquosas com vários monômeros ou oligômeros.
[0016] A Figura 4 é um gráfico que mostra aderência para composições adesivas aquosas com misturas de um oligômero e monômero.
[0017] A Figura 5 é um gráfico que mostra aderência para composições adesivas aquosas com vários biopolímeros.
[0018] A Figura 6 é um gráfico que mostra a variação na aderência ao longo do tempo.
[0019] A Figura 7 é um gráfico que mostra aderência para composições adesivas aquosas com e sem uma resina de isocianato.
[0020] A Figura 8 é um gráfico que mostra a resistência da ligação interna (IB) para composições adesivas aquosas com um isocianato adicionado sob várias condições.
[0021] A Figura 9 contém imagens de microscopia de luz de emulsões de um isocianato (pMDI) em uma composição adesiva aquosa em diferentes razões de pMDI: fase aquosa (ß). A barra de escala nas imagens é igual a 100 μm. A Figura 9 também mostra o gráfico da variação no tamanho das gotículas de isocianato com Valor Beta (ß) para duas composições adesivas,
6 / 39 cada uma tendo uma razão 50:50 em peso de biopolímero e monômero ou oligômero.
[0022] A Figura 10 é um gráfico que mostra aderência em várias cargas de uma composição adesiva aquosa.
[0023] A Figura 11 é um gráfico comparando a aderência de uma composição adesiva aquosa em comparação com a aderência de uma resina de melamina-ureia-formaldeído (MUF).
[0024] A Figura 12 é um gráfico comparando aderência de amostras de painéis de partículas fabricadas com uma composição adesiva aquosa em diferentes camadas do painel.
[0025] A Figura 13 é um gráfico comparando a ligação interna de amostras de painéis de partículas fabricadas com uma composição adesiva aquosa em diferentes camadas do painel.
[0026] A Figura 14 é um gráfico comparando aderência de um controle de painel de partículas com amostras de painéis de partículas fabricadas com vários adesivos aquosos.
[0027] A Figura 15 é um gráfico comparando a resistência de ligação interna de um controle de painel de partículas com amostras de painéis de partículas fabricadas com vários adesivos aquosos.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0028] Isocianatos úteis como resina incluem, sem limitação, diisocianato de tolueno (TDI), diisocianato de hexametileno (HDI), diisocianato de metileno difenila (MDI) e MDI polimérico (pMDI). O MDI polimérico é tipicamente uma mistura de MDI, contendo cerca de 30 a 80% p/p de isocianato de 4,4’-metileno-difenila, com o restante da mistura constituído por oligômeros e polímeros MDI de maior peso molecular. Os isocianatos geralmente não são miscíveis em água, embora algumas formulações MDI emulsificáveis (EMDI) estejam disponíveis comercialmente e possam ser usadas como resinas. Para fazer materiais compósitos, a resina é
7 / 39 misturada com um substrato e curada. A cura é normalmente desencadeada pelo calor aplicado à mistura de resina e substrato. A resina e o substrato são frequentemente comprimidos durante a cura. Como descrito a seguir, a resina pode ser usada com um adesivo, criando assim uma composição de resina híbrida curável que pode ser curada, mas também provê aderência antes de ser curada.
[0029] A menos que o texto associado sugira o contrário, os termos a seguir terão significados como descrito abaixo.
[0030] Substrato: uma pluralidade de partículas, opcionalmente com diferentes formas e tamanhos. Um substrato pode compreender partículas lignocelulósicas, por exemplo, lascas de madeira, finos e outras partículas de madeira ou lignocelulósicas que podem ser transformadas em painéis de partículas. Em um substrato a granel, as partículas estão soltas ou desagregadas. Em um substrato compósito colado não curado, as partículas foram agregadas em uma certa forma ou formato na presença de uma composição adesiva ou composição de resina híbrida curável, opcionalmente com pré-prensagem à temperatura ambiente, mas sem passar por uma etapa de cura, por exemplo, envolvendo aumento de temperatura ou pressão ou irradiação.
[0031] Composição adesiva: uma combinação de água e (a) um ou mais biopolímeros; (b) um ou mais monômeros e/ou oligômeros; e, opcionalmente (c) um ou mais aditivos, que podem ser misturados ou aplicados ao substrato a granel em duas ou mais subcombinações.
[0032] Composição de resina híbrida curável: uma composição adesiva combinada com uma resina termorrígida, por exemplo, um ou mais isocianatos. Os componentes da composição de resina híbrida curável podem ser aplicados a um substrato a granel em uma mistura de todos os componentes ou em duas ou mais partes ou submisturas. Uma mistura incluindo pelo menos um biopolímero e um isocianato opcionalmente
8 / 39 compreende uma fase aquosa com um ou mais isocianatos dispersos na fase aquosa, opcionalmente em que a fase isocianato foi estabilizada pelo biopolímero ou um ou mais aditivos na fase aquosa, por exemplo, descrito na Publicação Internacional Número WO 2016/101063, que é incorporada aqui por referência.
[0033] Aderência: a propriedade de um adesivo que permite formar uma ligação de força mensurável imediatamente após o contato com o substrato e o adesivo sob baixa pressão (da A.A. Marra Technology of Wood Bonding: Principles in Practice. Nova York: Van Nostrand Reinhold; 1992).
[0034] Teste de pressão: um teste para medir aderência em que um substrato compósito colado não curado é empurrado a uma velocidade constante sobre uma borda. A aderência é medida pela distância (por exemplo, em cm) que o referido substrato é capaz de passar até quebrar. Nos exemplos aqui apresentados, o dispositivo usado para realizar o “teste de pressão” é adaptado do descrito em detalhes em R. J. Leichti C.Y. Hse, R.C. Tang, J. Adhesion, 1988, 25, 31-44. Um dispositivo semelhante foi descrito no pedido de patente US 8895643 B2 por G.G. Combs, N. Barksby e J. F. Dormish; 2014. Nos testes aqui apresentados, uma amostra é preparada formando uma manta de substrato compósito colado não curado com dimensões 305 x 305 x 50 mm. A manta é posteriormente compactada sob uma leve pressão (5,6 kg/cm2) por um curto período de tempo (30 s). A velocidade do pressão é de 6 cm/s.
[0035] Várias composições adesivas que podem ser usadas como um adesivo, e opcionalmente também como uma parte de uma composição de resina híbrida curável, serão descritas abaixo. Em pelo menos alguns exemplos, a composição adesiva inclui água, um ou mais biopolímeros, um ou mais monômeros ou oligômeros e, opcionalmente, um ou mais aditivos. Os componentes que não a água podem opcionalmente ser dissolvidos ou dispersos em água. A razão do um ou mais biopolímeros para o um ou mais
9 / 39 monômeros ou oligômeros pode estar na faixa de 30:70 a 80:20, ou como aqui definido mais adiante.
[0036] Em uma composição de resina híbrida curável incluindo um ou mais isocianatos, a massa de isocianato é opcionalmente não superior a 150%, ou não superior a 130%, ou não superior a 110% da massa de água na composição, pois é aplicado à madeira (excluindo a água na madeira). A massa de biopolímero não é opcionalmente superior a 55% da massa de água. A razão de biopolímero para isocianato é opcionalmente entre 80:20 e 15:85, ou entre 50:50 e 15:85, ou 25:75 ou mais.
[0037] Em alguns exemplos, o biopolímero, monômero/oligômero e água são misturados e o isocianato é adicionado à mistura. De preferência, o biopolímero, monômero/oligômero e água formam uma dispersão ou solução estável antes da adição de isocianato. O isocianato pode ser adicionado à mistura de biopolímero, monômero/oligômero e água com mistura por agitação mecânica e/ou alimentando componentes em um misturador estático em linha. O isocianato e o biopolímero na água podem formar uma emulsão relativamente estável ou outra dispersão. O termo “relativamente estável” usado acima indica preferencialmente estabilidade suficiente da emulsão para não aumentar significativamente a viscosidade por um tempo aceitável a uma temperatura específica. Em termos da indústria de compósitos de madeira, o requisito em termos de estabilidade é garantir que exista “vida útil” do processo suficiente para a emulsão aquosa de isocianato. Para fabricar painéis de partículas, a viscosidade deve ser menor que 1000 cP, ou menor que 700 cP, a 40ºC por pelo menos 15 minutos. Opcionalmente, uma composição de resina híbrida curável pré-misturada tem uma viscosidade inferior a 500 cP ou inferior a 300 cP. Uma composição de resina híbrida curável pré-misturada pode permanecer com baixa viscosidade por 30 minutos ou mais, ou 60 minutos ou mais.
[0038] Em outros exemplos, água, biopolímero, monômero/oligômero
10 / 39 e isocianato são aplicados a um substrato de madeira em duas ou mais partes. Em alguns exemplos, água, biopolímero e monômero/oligômero podem ser misturados antes de serem aplicados à madeira enquanto o componente isocianato é aplicado separadamente. Em alguns exemplos, o biopolímero, opcionalmente com água, monômero/oligômero, opcionalmente com água e isocianato, são aplicados separadamente.
[0039] Em alguns exemplos, a composição aquosa é usada para fazer compósitos de madeira, tais como painéis de partículas. O pMDI, quando usado sozinho, é tipicamente pulverizado em aparas ou finos de madeira com cerca de 1 a 6 g de pMDI por 100 g de madeira. A composição de resina híbrida curável pode ser, por exemplo, aplicada a 2 a 10 g de sólidos de composição de resina híbrida curável por 100 g de madeira. A quantidade de isocianato na composição de resina híbrida curável pode ser de 4 g por 100 g de madeira ou menos. Embora a quantidade de isocianato possa ser reduzida, a taxa de aplicação total aumentada permite uma melhor distribuição do isocianato na madeira e pode ser compatível com o equipamento usado para pulverizar resinas à base de formaldeído, que é normalmente aplicado em cerca de 10 g de ureia formaldeído (UF) por 100 g de madeira. O peso combinado de sólidos do biopolímero e isocianato pode estar entre 2% e 8% do peso da madeira. Todos os pesos discutidos neste parágrafo excluem o peso de qualquer água
[0040] Os substratos de madeira para fazer painéis de partículas são tipicamente secos a 2-3% de água (teor de umidade) e depois passam através de um resinador, onde a composição adesiva ou a composição de resina híbrida curável e opcionalmente água adicional são aplicadas. As taxas de carga aqui descritas de composição adesiva, composição de resina híbrida curável ou qualquer componente de qualquer uma delas são calculados com base em madeira totalmente seca (essencialmente 0% de água). Salvo indicação em contrário, a composição adesiva ou as taxas de carga da
11 / 39 composição de resina híbrida curável referem-se apenas aos sólidos secos (componentes não aquosos) das composições (isto é, o peso de qualquer água na composição é excluído). Salvo indicação em contrário, a umidade relatada no contexto de um substrato compósito colado não curado é o total de água restante no substrato de madeira e a água adicionada como parte de, ou com, a composição adesiva ou a composição de resina híbrida curável. Isso representa o teor de umidade de um substrato saindo de um resinador ou formado em uma manta não curada em um sistema de fabricação de painéis de partículas.
[0041] Em alguns exemplos, uma composição de resina híbrida curável é feita pela primeira extrusão de amido ou uma mistura de diferentes amidos ou outros biopolímeros junto com água e, opcionalmente, um plastificante e/ou um reticulador para formar nanopartículas de biopolímero ou amido solúvel em água fria. As nanopartículas ou amido solúvel em água fria são opcionalmente dispersas em água em uma razão entre cerca de 30:70 e 80:20 em peso com um ou mais monômeros ou oligômeros. Esta dispersão pode ter um teor de sólidos de cerca de 25 a 75%. A dispersão é opcionalmente então misturada em uma razão entre cerca de 80:20 e 15:85 com um isocianato, por exemplo pMDI ou uma mistura de pMDI com outro isocianato, em uma massa de sólidos (biopolímero e monômero/oligômero) para massa de sólidos (isocianato) base. Opcionalmente, a composição de resina híbrida curável pode ser diluída adicionando mais água após a adição do isocianato. Em outra opção, água adicional pode ser pulverizada sobre o substrato separadamente da resina híbrida curável. A composição resultante tem uma baixa viscosidade adequada para ser pulverizada ou aplicada sobre lascas de madeira ou finos em um resinador usado para fabricar painéis de partículas. Opcionalmente, dispersões ou soluções de outros biopolímeros podem substituir as nanopartículas de biopolímero ou amido solúvel em água fria.
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[0042] Em outros exemplos, uma composição de resina híbrida curável em um resinador ou de outro modo em um substrato. Ao fabricar painéis de partículas, partículas de madeira pré-secas (ou outras partículas lignocelulósicas) passam através de um resinador. O resinador normalmente possui vários bicos para pulverizar em uma câmara contendo as partículas de madeira. As partículas de madeira são misturadas enquanto e/ou logo após serem pulverizadas. Duas ou mais partes da composição de resina híbrida curável podem ser pulverizadas no substrato separadamente de diferentes bocais. Por exemplo, uma dispersão aquosa ou solução de biopolímero e monômero/oligômero pode ser pulverizada sobre os substratos separadamente do isocianato através de bocais separados de um resinador. Em outro exemplo, uma dispersão ou solução do biopolímero, o monômero/oligômero e o isocianato podem ser pulverizados separadamente no substrato através de bocais separados de um resinador. Quando uma ou mais partes de uma composição de resina híbrida curável são aplicadas a um substrato separadamente, elas se contactam e se misturam enquanto estiverem no substrato que é misturado no resinador. A água necessária para atingir um teor de umidade alvo específico na manta de partículas de madeira pode ser pulverizada com o biopolímero e/ou monômero/oligômero, ou parcialmente com o biopolímero e/ou oligômero e parcialmente a partir de um bocal separado.
[0043] Os componentes de uma composição adesiva ou composição de resina híbrida curável podem ser misturados em um misturador estático em linha, por exemplo, do tipo que tem um conjunto de aletas dentro de um segmento de tubo. Duas entradas são providas na extremidade a montante do misturador. Uma entrada pode conter uma mistura de água, biopolímero e qualquer monômero/oligômero ou outros aditivos. A segunda entrada carrega um isocianato. Uma composição mista é produzida na extremidade a jusante do misturador. A extremidade a jusante do misturador pode ser conectada a
13 / 39 um resinador ou outro sistema de pulverização ou adição.
[0044] Em outro exemplo de um processo de mistura, o biopolímero e o monômero/oligômero, se houver, são misturados na água em condições apropriadas. O amido solúvel a frio, por exemplo, pode ser misturado a 200 rpm usando um misturador de suporte mecânico sob cisalhamento relativamente baixo. Nanopartículas de amido podem ser dispersas com cisalhamento relativamente alto. A velocidade de agitação pode ser de cerca de 400 rpm enquanto o isocianato é adicionado lentamente. Depois que todo o isocianato é adicionado, a mistura continua por cerca de 5 minutos até que uma emulsão homogênea seja observada. Opcionalmente, a emulsão pode ser diluída adicionando mais água enquanto se mantém 400 rpm (diluição indireta). Em outra opção, a mistura de biopolímero e água pode ser diluída adicionando água e isocianato simultaneamente (diluição direta). A diluição direta e indireta geralmente produz emulsões com viscosidade semelhante.
[0045] Uma composição adesiva ou uma composição de resina híbrida curável como aqui descrita pode ter uma viscosidade que é adequada para ser aplicada como gotículas, por exemplo, pulverizadas, em um substrato a granel para produzir materiais compósitos, tais como painéis de partículas, por exemplo uma viscosidade de 1000 cPs ou menos ou 700 cPs ou menos a 40ºC.
[0046] O um ou mais biopolímeros podem conter um ou mais polissacarídeos, um ou mais polipeptídeos ou uma combinação dos mesmos. Por exemplo, a composição pode conter um ou mais materiais amiláceos, tais como amido. Por exemplo, os materiais amiláceos podem conter mais de 50% p/p de amido em base seca. O material amiláceo pode compreender um amido modificado quimicamente, enzimaticamente, termicamente ou mecanicamente. O material amiláceo pode estar na forma de nanopartículas de amido manipuladas, secas ou dispersas em água. As nanopartículas de amido podem ser obtidas a partir de amido de cera, amassado ou batata ou
14 / 39 suas misturas. Nanopartículas de amido dispersas em água podem ter um tamanho médio de partícula abaixo de 1 mícron. As nanopartículas de amido podem ter um peso molecular médio (Mn) abaixo de 10.000.000 Daltons. As nanopartículas podem conter mais de 80% p/p de amido em base seca. Alternativa ou adicionalmente, a composição pode conter um ou mais materiais à base celulósica. O material à base celulósica pode compreender celulose manipulada quimicamente, enzimaticamente, termicamente ou mecanicamente. Alternativa ou adicionalmente, a composição pode conter um ou mais materiais à base hemicelulósica. O material à base hemicelulósica pode compreender hemicelulose manipulada quimicamente, enzimaticamente, termicamente ou mecanicamente. Alternativa ou adicionalmente, a composição pode conter um ou mais materiais proteicos. O material proteico pode conter mais 15% p/p ou mais proteína em base seca. O material proteico pode estar na forma de uma proteína ou xarope desnaturado, um material obtido por exemplo por extrusão reativa de proteína de soja ou farinha de milho desgerminada.
[0047] Os um ou mais monômeros ou oligômeros podem ser selecionados a partir do grupo de compostos com a capacidade de formar ligações de hidrogênio ou do grupo de compostos contendo um ou mais grupos hidroxila livres (que é um subconjunto de compostos com a capacidade formar ligações de hidrogênio). O um ou mais monômeros ou oligômeros podem ser solúveis em água. Os monômeros ou oligômeros com grupos hidroxila podem compreender um ou mais de: poliois simples (tais como glicerol, etileno glicol, dietileno glicol, trietileno glicol, tetraetileno glicol e oligômeros de dietileno glicol), álcoois de açúcar (tais como arabitol, xilitol, manitol, sorbitol, maltitol, isomalte, lactitol, poliglicitol), monossacarídeos (tais como glicose, frutose, galactose), dissacarídeos (tais como sacarose, lactose, lactulose, celobiose, xilobiose, tetralose, maltose), amino-açúcares (tais como galactosamina, glucosamina e quitobiose), ácidos
15 / 39 de açúcar (tais como ácidos aldônicos, ácidos urônicos e ácidos aldáricos), oligossacarídeos (tais como glico-oligossacarídeo, fruto-oligossacarídeos, galacto-oligossacarídeos, manano-oligossacarídeos, isomalto- oligossacarídeos), xaropes de carboidratos (tais como xarope de glicose, xarope de milho, xarope de milho com alto teor de frutose, xarope de milho com alto teor de maltose, xarope de sorgo doce, xarope de bordo, xarope de bétula, xaropes de frutas, xaropes invertidos), subprodutos de refinarias de açúcar (tais como melaço, melaço preto e xarope de ouro), produtos da hidrólise de polissacarídeos (tais como amido, celulose, xilanos, pectinas, quitina e glicogênio) e suas misturas. Um monômero capaz de formar ligações de hidrogênio sem grupos hidroxila é a ureia. Opcionalmente, um oligômero pode ser um dímero, um trímero ou um tetrâmero. Os um ou mais monômeros ou oligômeros podem ser referidos alternativamente como um plastificante.
[0048] Um biopolímero normalmente contém cadeias poliméricas de comprimentos variados. O grau numérico médio de polimerização (ou DP) é determinado dividindo o peso molecular numérico médio da amostra, conforme determinado, por exemplo, por cromatografia de permeação em gel (GPC), pelo peso molecular das unidades de repetição relevantes. O DP de uma mistura de biopolímeros pode ser calculado como uma média ponderada do DP dos biopolímeros individuais na mistura. O DP do um ou mais biopolímeros é opcionalmente 5 ou mais, 10 ou mais, 100 ou mais ou 300 ou mais.
[0049] O grau numérico médio de polimerização (ou DP) de um oligômero pode ser determinado experimentalmente como descrito acima ou por referência a uma estrutura molecular conhecida para dímeros, trímeros ou tetrâmeros essencialmente puros. O DP de uma mistura de oligômeros, ou uma mistura do um ou mais monômeros e um ou mais oligômeros, pode ser calculado como uma média ponderada do DP dos monômeros ou oligômeros
16 / 39 individuais na mistura. O DP do um ou mais monômeros ou oligômeros é opcionalmente 4 ou menos.
[0050] Sob condições de alta carga e umidade, muitos biopolímeros produzem aderência. No entanto, a carga e a umidade necessárias para biopolímeros com alto DP podem ser muito altas para uso prático na fabricação de painéis de partículas. As mantas para fazer as camadas de face do painel de partículas podem ter 5% em peso ou mais de biopolímero e mais de 10% em peso de água. Sob estas condições, pelo menos alguns biopolímeros com um DP na faixa de 5 a 100 ou 5 a 50 (por exemplo, algumas dextrinas ou maltodextrinas solúveis em água fria) podem produzir aderência suficiente. Sem pretender ser limitado pela teoria, esses produtos podem incluir uma ampla faixa de comprimentos de cadeias poliméricas que incluem algumas cadeias muito longas e algumas muito curtas, o que os torna, em certa medida, como uma mistura de um biopolímero e um oligômero. Alternativamente, esses produtos podem ter grupos hidroxila suficientes em relação ao seu peso molecular para prover aderência na presença de umidade suficiente. No entanto, em pelo menos alguns casos, esses biopolímeros não produzem aderência isoladamente em condições de menor carga e/ou menor umidade, por exemplo 4% em peso de biopolímero e 6-9% em peso de água, pelo menos quando o substrato compreende partículas lignocelulósicas secas, tais como lascas de madeira. Essas condições de menor carga e menor umidade são necessárias para criar, por exemplo, a camada central do painel de partículas. Em contraste, as misturas de biopolímero (independentemente da DP) e monômero/oligômero mantêm aderência sob condições semelhantes de umidade mais baixa.
[0051] Embora os biopolímeros com DP alto produzam menos aderência quando usados sozinhos do que os biopolímeros com DP baixo, a aderência de uma mistura de biopolímero com alto DP e monômero/oligômero pode, em pelo menos alguns exemplos, ser semelhante
17 / 39 à aderência de uma mistura de biopolímero de DP baixo e monômero/biopolímero. Os biopolímeros com DP baixo, por exemplo na faixa de 5 a 50, são tipicamente processados extensivamente a partir de biopolímeros que aparecem na natureza com DP mais alto e tendem a ser mais caros e/ou menos facilmente disponíveis do que os biopolímeros com DP mais alto. Por conseguinte, pode ser mais conveniente e/ou econômico usar uma mistura incluindo um ou mais biopolímeros com DP de 100 ou mais. Embora os biopolímeros com DP de 100 ou mais e monômeros/oligômeros com DP de 4 ou menos tenham tipicamente muito pouca aderência por si próprios, quando combinados conforme descrito aqui, eles produzem aderência muito maior do que o que seria previsto por uma média ponderada de sua aderência quando usado sozinho. Opcionalmente, a composição adesiva pode incluir um ou mais monômeros ou oligômeros tendo um DP de 4 ou menos e um ou mais biopolímeros tendo um DP de 100 ou mais ou 300 ou mais.
[0052] A composição adesiva pode compreender, em uma base seca, uma razão entre o peso do um ou mais monômeros ou oligômeros e o peso do um ou mais biopolímeros na faixa de 30:70 a 80:20.
[0053] Opcionalmente, a composição adesiva pode compreender um modificador de pH. O modificador de pH pode ser um ácido, uma base ou um sal. Opcionalmente, a composição adesiva pode compreender um modificador de reologia. Opcionalmente, a composição adesiva pode compreender um biocida. Opcionalmente, a composição adesiva pode compreender um umectante orgânico ou inorgânico.
[0054] Uma composição de resina híbrida curável pode ter uma fase líquida à base de isocianato dispersa, por exemplo emulsificada, em uma fase aquosa. A fase líquida à base de isocianato pode ser estabilizada por um componente à base de biopolímero na fase aquosa, um ou mais aditivos, ou ambos.
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[0055] Um produto compósito colado não curado pode compreender uma composição adesiva ou uma composição de resina híbrida curável. Um produto compósito colado não curado pode compreender substrato à base de lignocelulose, tais como finos de madeira, lascas de madeira ou outras partículas úteis para a fabricação de painéis de partículas. A quantidade de biopolímero e oligômero seco (isto é, sem água) em um produto compósito colado não curado pode ser de 1 a 7% em peso, com base no substrato seco a granel. A quantidade de isocianato em um produto compósito colado não curado pode ser de 1 a 6% em peso, com base no substrato seco a granel. O teor de umidade de um produto compósito colado não curado pode ser de 6 a 14% em peso.
[0056] Um produto compósito colado não curado pode ter força coesiva (aderência) suficiente para manter a forma e/ou a integridade mecânica durante as operações de manuseio, transporte e processamento. A aderência pode ser medida por um “teste de pressão”. O produto compósito colado não curado pode ter um perfil de aderência dependente do tempo, conforme medido pelo “teste de pressão” que não mostra diminuições de aderência ao longo do tempo. A composição adesiva ou a composição de resina híbrida curável pode ser útil para manter substratos orgânicos ou inorgânicos a granels (tais como fibras de madeira, finos, lascas, partículas, etc.) colados com força coesiva suficiente para manter a forma e/ou a integridade mecânica na temperatura de processo ambiental durante as operações de manuseio, transporte e processamento usadas na fabricação de painéis de partículas.
[0057] A composição adesiva compreende tipicamente uma mistura de pelo menos dois componentes na água: (a) um ou mais biopolímeros e (b) um ou mais monômeros e/ou oligômeros; e opcionalmente, (c) um ou mais aditivos.
[0058] A parte do biopolímero de uma composição adesiva pode ser
19 / 39 qualquer combinação de um ou mais biopolímeros. Os biopolímeros adequados para esta invenção incluem uma ampla faixa de polímeros produzidos por organismos vivos, tais como polissacarídeos e polipeptídeos homogêneos ou heterogêneos. Biopolímeros exemplares dentro do grupo de polissacarídeos incluem materiais amiláceos, celulósicos e hemicelulósicos. Biopolímeros exemplares dentro do grupo de polipeptídico incluem uma ampla faixa de materiais proteicos à base de plantas e animais. Polissacarídeos, e em particular materiais amiláceos, parecem produzir a maior aderência.
[0059] O termo material amiláceo é normalmente usado aqui para significar qualquer produto, por produto ou corrente de resíduos com um teor de pelo menos 50% p/p de carboidratos de amido poliméricos, não derivatizados ou derivatizados, tais como dextrinas, amilose ou amilopectina, isoladamente ou em combinação. Os materiais amiláceos incluem, mas não estão limitados a farinhas, amidos ou farinhas obtidas de qualquer safra de cereais (por exemplo, milho, maíze ou trigo), colheita de raízes (por exemplo, tapioca), colheita de tubérculos (por exemplo batata), colheita de leguminosas (por exemplo soja ou ervilha) ou qualquer outra fonte comercial de amido (por exemplo, partículas de amido modificado).
[0060] O termo material celulósico é normalmente usado aqui para significar qualquer produto, por produto ou corrente de resíduos com um teor de pelo menos 30% p/p de carboidratos celulósicos poliméricos, não derivatizados ou derivatizados: fragmentos celulósicos e lignocelulósicos, celulose, nanofibras de celulose, carboximetilcelulose, metilcelulose, hidroxipropilcelulose, hidroxiletilcelulose, nanocelulose, celulose microbiana, etc. isoladamente ou em combinação.
[0061] O termo material hemicelulósico é tipicamente usado aqui para significar qualquer produto, por produto ou corrente de resíduos com um teor de pelo menos 30% p/p de carboidratos hemicelulósicos poliméricos, não
20 / 39 derivatizados ou derivatizados: fragmentos hemicelulósicos, xiloglucanos, glucomananos, mananos, xilanos, arabinoxilanos, arabinogalactanos, etc. sozinhos ou em combinação. Os materiais hemicelulósicos incluem, mas não estão limitados a correntes laterais de fábricas de celulose, correntes de biorrefinarias celulósicas, correntes de biorrefinarias de etanol celulósico, etc.
[0062] O termo material proteico é tipicamente usado aqui para significar qualquer produto, por produto ou corrente de resíduos com um teor de pelo menos 15% p/p de proteína polimérica, não derivatizadas ou derivatizadas, tais como oligopeptídeos e polipeptídeos. Os materiais proteicos incluem, entre outros, xaropes, farinhas, proteínas ou farinhas obtidas de colheitas de grãos (por exemplo, xarope de destilador condensado, farinha de glúten de milho, zein, proteína de arroz, proteína de trigo), colheitas de oleaginosas (farinha de semente de mamona desengordurada, farinha de amendoim desengordurado, farinha de colza desengordurada), culturas de raízes (por exemplo, proteína de mandioca), culturas de fibras (por exemplo, farinha de sementes de algodão desengorduradas), culturas de leguminosas (por exemplo, proteína de soja e proteína de ervilha), fontes de origem animal (por exemplo, gelatina, cola, lactalbumina ou proteína de soro de leite) ou qualquer outra fonte comercial de proteína (por exemplo, proteínas manipuladas ou desnaturadas).
[0063] Os biopolímeros podem ser modificados, purificados ou derivatizados usando processos físicos, químicos, térmicos ou enzimáticos.
[0064] Sem limitação, os materiais amiláceos modificados ou derivatizados podem ser obtidos através de modificações físicas (por exemplo, farinhas degerminadas, farinhas, amidos granulares, amidos solúveis a frio, amidos extrudados); modificações químicas (por exemplo, amido hidrolisado, amido catiônico, amido hidrofóbico, amido enxertado, etc.), modificações enzimáticas (por exemplo, amido enzimaticamente hidrolisado); modificações térmicas (isto é, amido dextrinizado);
21 / 39 modificações termomecânicas (por exemplo, amido termoplástico); ou uma combinação de processos de modificação (por exemplo, extrusão reativa resultando em nanopartículas de amido manipuladas).
[0065] A fabricação de nanopartículas de biopolímero manipuladas é descrita, por exemplo, Publicação Internacional Número WO 00/69916 e na Publicação Internacional Número WO 2008/022127. Outros métodos são conhecidos na técnica para fabricar nanopartículas de biopolímeros. Embora o termo “nanopartícula” geralmente se refira a partículas de 100 nm e menores, neste relatório é usado para se referir a partículas que têm um tamanho médio de partícula de cerca de 1000 nm ou menos ou que formam um coloide na água.
[0066] Em princípio, qualquer biopolímero e misturas dos mesmos podem ser usados para fabricar nanopartículas de biopolímero. Em um método exemplar, o biopolímero é aquecido e mecanicamente processado com água, opcionalmente um plastificante, opcionalmente um reticulador e opcionalmente outros aditivos. O aquecimento e o processamento mecânico podem ocorrer em uma extrusora, de preferência uma extrusora de parafuso duplo corotativa. O biopolímero, a água e qualquer plastificante são preferencialmente adicionados à zona de alimentação de uma extrusora. O plastificante pode ser um poliol tal como o glicerol. O reticulador pode ser um reticulador reversível. Em uma zona intermediária ou de gelatinização da extrusora, localizada a jusante da zona de alimentação, a temperatura é mantida entre 60 e 200 graus C ou entre 100 e 140 graus C. Pelo menos 100 J/g ou pelo menos 250 J/g, de energia mecânica específica por grama do biopolímero é aplicada na zona intermediária. A pressão na zona intermediária pode estar entre 5 e 150 bar. Um reticulador, se houver, pode ser adicionado em uma zona de reação a seguir ou sobrepor-se ao final da zona intermediária. Quando o biopolímero é amido, o amido é substancialmente gelatinizado (convertido em uma fase termoplástica de
22 / 39 fusão) na zona intermediária. As nanopartículas de amido formam principalmente partículas de hidrogel quando dispersas, embora parte do amido possa se dissolver. O amido em pelo menos uma porção da nanopartícula pode ter um peso molecular entre cerca de 700.000 e 800.000 Da.
[0067] Sem limitação, materiais proteicos modificados ou derivatizados podem ser obtidos através de modificações físicas (por exemplo, purificação); modificações químicas (por exemplo, reticulação, esterificação, oxidação, etc.), modificações enzimáticas (por exemplo, hidrólise); modificação térmica (por exemplo, desnaturação); modificações termomecânicas (por exemplo, extrusão); ou uma combinação de processos de modificação (por exemplo, extrusão reativa). Os materiais proteicos incluem mas não estão limitados a proteínas purificadas, concentrados de proteínas, isolados de proteínas, hidrolisados de proteínas, xaropes de proteínas, proteínas desnaturadas ou extrudados de proteínas manipuladas.
[0068] Sem limitação, os materiais lignocelulósicos modificados ou derivatizados podem ser obtidos através de modificações físicas (por exemplo, celulose microfibrilada); modificações químicas (por exemplo, celulose hidrolisada, hemiceluloses e ligninas, ligninas glioxiladas, celulose enxertada, etc.), modificações enzimáticas (por exemplo, lignocelulose enzimaticamente hidrolisada); modificações térmicas; modificações termomecânicas; ou uma combinação de processos de modificação.
[0069] A parte monômero/oligômero de uma composição adesiva pode ser qualquer combinação de um ou mais monômeros ou oligômeros. Monômeros ou oligômeros exemplificativos adequados para esta invenção incluem compostos solúveis em água contendo um ou mais grupos hidroxila livres e compostos que, de outro modo, têm a capacidade de formar ligações de hidrogênio, tais como a ureia. Oligômeros exemplares têm um DP de 4 ou menos.
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[0070] Exemplos de tais monômeros ou oligômeros com grupos hidroxila são: • polióis simples tais como glicerol, etileno glicol, dietileno glicol, trietileno glicol, tetraetileno glicol e oligômeros de dietileno glicol; • álcoois de açúcar tais como arabitol, xilitol, manitol, sorbitol, maltitol, isomalte, lactitol, isosorbida, poliglicitol; • monossacarídeos tais como glicose, frutose, galactose • dissacarídeos tais como sacarose, lactose, lactulose, celobiose, xilobiose, tetralose, maltose e similares • aminoácidos tais como galactosamina, glucosamina e quitobiose • ácidos de açúcar tais como ácidos aldônicos, ácidos urônicos e ácidos aldáricos • oligossacarídeos tais como glico-oligossacarídeo, fruto- oligossacarídeos, galacto-oligossacarídeos, manano-oligossacarídeos, isomalto-oligossacarídeos, etc. • xaropes de carboidratos tais como xarope de glicose, xarope de milho, xarope de milho com alto teor de frutose, xarope de milho com alto teor de maltose, xarope de sorgo doce, xarope de bordo, xarope de bétula, xaropes de frutas, xaropes invertidos, etc. • subprodutos de refinarias de açúcar tais como melaço, melaço preto e xarope de ouro • produtos da hidrólise de polissacarídeos tais como amido, celulose, xilanos, pectinas, quitina e glicogênio • suas misturas.
[0071] Opcionalmente, a composição adesiva pode conter um ou mais aditivos. Exemplos de aditivos incluem modificadores de reologia (por exemplo, ureia, glicerol, cloreto de cálcio); modificadores de pH (por exemplo, ácidos orgânicos mono ou policarboxílicos e ácidos inorgânicos,
24 / 39 tais como ácido fosfórico ou ácido cítrico; ureia; bases inorgânicas tais como cáusticas; e/ou sais inorgânicos tais como carbonato de sódio); umectantes (por exemplo, glicerol ou cloreto de cálcio) e biocidas. No caso de nanopartículas de biopolímero manipuladas, um ou mais aditivos podem opcionalmente ser adicionados durante o processo de formação de nanopartículas.
[0072] Sem pretender ser limitado ou ligado pela teoria, postula-se que o desempenho de aderência das composições adesivas aqui descritas possa resultar da capacidade de ligação de hidrogênio do biopolímero em combinação com a plastificação externa do biopolímero na presença do monômeros ou oligômeros. De fato, muitos dos biopolímeros aqui divulgados são capazes de prover alguma aderência por conta própria, no entanto, a adição de um ou mais monômeros ou oligômeros resulta em um aprimoramento da aderência particularmente em um substrato compósito colado não curado com um baixo teor de umidade.
[0073] A composição adesiva pode compreender entre 30 e 80% de monômero/oligômero em base seca de monômero/oligômero e biopolímero (isto é, a razão de monômero/oligômero para biopolímero é entre 30:70 e 80:20), opcionalmente entre 30 e 70 por cento de monômero/oligômero em base seca. Em testes com uma variedade de biopolímeros, aumentos significativos na aderência foram observados regularmente com 30% ou mais de monômero/oligômero em base seca. A aderência foi aproximadamente duplicada com pelo menos 37,5 por cento de monômero/oligômero até cerca de 70 ou 80% de monômero/oligômero, e a aderência máxima foi alcançada em cerca de 50 por cento de monômero/oligômero.
[0074] A composição adesiva pode ter um teor de sólidos (isto é, sem água) na faixa de 30 a 80% em peso, ou um teor de sólidos na faixa de 30 a 70% em peso. A viscosidade da composição adesiva tende a aumentar com o teor de sólidos. A viscosidade da composição adesiva, medida por um
25 / 39 viscosímetro Brookfield a 25°C e 100 rpm, varia de 10 a 10000 centipoise. A Figura 2 mostra a viscosidade de misturas 50/50 de (i) biopolímero B e monômero C e (ii) biopolímero B e oligômero H, com vários teores de sólidos. A viscosidade na Figura 2 foi medida usando um viscosímetro Brookfield RV usando o eixo apropriado a 100 rpm a uma temperatura de 20 a 24ºC.
[0075] A taxa de carga de uma composição adesiva é a quantidade de biopolímero seco (isto é, sem água) como uma porcentagem do peso do substrato, excluindo qualquer água no substrato. A taxa de carga de uma composição adesiva pode estar na faixa de 1 a 7% em peso. A composição adesiva também pode conter um pouco de água. No caso da composição adesiva, quando aplicada ao substrato, não possuir água suficiente para prover um teor de umidade selecionado ao substrato, é possível adicionar água adicional separadamente. Esta água adicional e a água presente no substrato podem ser consideradas parte da composição adesiva presente em um substrato composto colado não curado.
[0076] Para o uso na produção de compósitos à base de lignocelulose (isto é, à base de madeira), a composição adesiva pode ser combinada com resinas termorrígidas curáveis comumente usadas, incluindo, mas não se limitando a, isocianatos tais como o metilenodiisocianato (MDI), toluenodiisocianato (TDI), metilenodiisocianato polimérico (pMDI) e metilenodiisocianato emulsionado (eMDI). Na presença dos termorrígidos acima mencionados, a força coesiva da composição adesiva aquosa não é materialmente diminuída e pode ser suficiente para manter a forma e/ou a integridade mecânica durante as operações de manuseio, transporte e processamento. Além disso, a composição adesiva não afeta negativamente a química de cura do termorrígido. Uma resina termorrígida à base de isocianato e uma composição adesiva podem ser combinadas para formar uma composição de resina híbrida curável, opcionalmente na forma de uma
26 / 39 emulsão estabilizada contendo uma ou mais gotículas de fase oleosa de isocianatos análogas às composições divulgadas na Publicação Internacional Número WO 2016/101063, que é incorporado aqui. Alternativamente, uma composição adesiva e um isocianato podem ser aplicados (isto é, pulverizados) para soltar substratos separadamente.
[0077] A força coesiva (ou aderência) do substrato a granel que contém a composição adesiva aquosa (isto é, o substrato compósito colado não curado) é medida através da realização de um “teste de pressão”, conforme descrito em detalhes em R. J. Leichti C.Y. Hse, R.C. Tang, J. Adhesion, 1988, 25, 31-44 e pedido de patente US 8895643 B2 por G.G. Combs, N. Barksby e J. F. Dormish; 2014. No “teste de pressão”, o substrato contendo a composição adesiva aquosa é empurrado, a uma velocidade constante, sobre uma borda. A medida da aderência é quantificada pela distância (por exemplo, em cm) o referido substrato é capaz de passar até quebrar. O desempenho de aderência das composições adesivas aqui contidas é avaliado e comparado com a força coesiva do próprio substrato a granel. O substrato a granel tem uma força coesiva, medida pelo “teste de pressão” de 0 cm. Para o “teste de pressão” descrito nesta invenção, a força coesiva suficiente, definida como a força coesiva necessária para manter a forma e/ou a integridade mecânica durante as operações de manuseio, transporte e processamento, é preferencialmente de pelo menos 5 cm a uma velocidade de pressão de 6 cm/s. Como ponto de comparação, as resinas termorrígidas de isocianato não conferem nenhuma força coesiva ao material ao substrato a granel. As resinas termorrígidas comumente usadas que conferem força coesiva, tais como as resinas termorrígidas aminoplásticas à base de formaldeído, conferem força coesiva semelhante à composição adesiva da invenção quando aplicada na mesma carga para secar o substrato a granel.
[0078] As resinas termorrígidas aminoplásticas, tais como as baseadas em formaldeído, apresentam um desenvolvimento de aderência dependente do
27 / 39 tempo, isto é, a força coesiva do substrato compósito colado não curado está mudando com o tempo. Tipicamente, essas resinas termorrígidas aminoplásicas exibem uma força coesiva ideal após um determinado período de tempo após a aplicação da resina, após o que a força coesiva diminui e finalmente desaparece. Esse comportamento físico foi atribuído a mudanças no comportamento reológico devido à perda de água ou à pré-cura do adesivo (ver, por exemplo: A. Sahaf, K. Englund, MP.G. Laborie, Holzforschung, 2011, 66, 73- 78 ou A. Himsel, J. Moser, W. Kantner, R. Mitter, J. Gieβwein, H.W.G. van Herwijnen, U. Müller, Wood Sci. Technol. 2015, 49, 681-694). Em contraste, as composições adesivas aqui descritas não exibem aderência dependente do tempo durante um período de pelo menos 1 hora após a aplicação da composição adesiva no substrato a granel e na pré-prensagem. Isso resulta em uma composição adesiva que, dentro das variações típicas do processo, é amplamente insensível à perda de umidade. Exemplo 1: Descrição Geral dos Procedimentos Experimentais
[0079] Resinação - As aparas de madeira foram condicionadas a 70°C até que um teor de umidade de aproximadamente 3% fosse alcançado. As aparas de madeira foram adicionadas a um resinador (recipiente de mistura de 8 pás) e a agitação foi iniciada. A resina termorrígida (se aplicável), a composição adesiva aquosa e a água foram adicionadas por um período de cerca de 5 minutos até que o nível desejado de carga e umidade da manta fosse alcançada. Após a resina, os chips foram acamados (1 a 3 camadas) em um molde de 305 mm por 305 mm para formar uma manta. A manta foi subsequentemente pressionada sob 5,6 kg/cm2 de pressão por 30 segundos usando uma prensa manual hidráulica.
[0080] Preparação do cartão curado - Uma manta de camada única ou três camadas, resinada como descrito acima, foi curada em uma prensa de madeira usando uma temperatura de prensa de 200 a 220°C e um fator de prensagem de 5 a 8 segundos/mm.
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[0081] Teste de aderência - A aderência é medida através da realização de um “teste de pressão”, em que a manta é empurrada a uma velocidade constante sobre uma borda. Um painel é usada para empurrar uniformemente ao longo da largura da manta. As medições de aderência relatadas são a distância da borda da superfície de empurrão até a borda do painel quando a primeira fissura é observada no painel. O dispositivo usado para realizar o “teste de pressão” é adaptado do descrito em detalhes em R. J. Leichti C.Y. Hse, R.C. Tang, J. Adhesion, 1988, 25, 31-44. Um dispositivo semelhante foi descrito no pedido de patente US 8895643 B2 por G.G. Combs, N. Barksby e J. F. Dormish; 2014. A velocidade do pressão foi de 6 cm/s.
[0082] Várias amostras diferentes de biopolímeros usadas na fabricação de composições adesivas são descritas na Tabela 1 abaixo. No caso de nanopartículas de biopolímero, estas foram feitas por extrusão reativa geralmente como descrito na Publicação Internacional Número WO 2008/022127. O grau de polimerização (DP), se conhecido, está incluído na tabela. Tabela 1 - Resumo das amostras de biopolímeros Bio-polímeroComposição Meio Forma Aditivos DP funcionais A >90% carboidrato Amido de milho Nanopartículas reticuladas Biocida 906 ceroso manipuladas (Ecosphere modificador de 2202 de EcoSynthetix) pH B >90% carboidrato Mistura 75% Nanopartículas reticuladas Biocida 445 amido de milho manipuladas modificador de ceroso e 25% pH amido de batata C >50% carboidrato Degermed yellow Engineered crosslinked Biocida <10% de proteína corn meal nanoparticles modificador de pH D >90% carboidrato Amido de milho Amido de milho ceroso Biocida 29744 ceroso solúvel em água fria modificador de pH E >90% carboidrato Amido de milho Amido de milho ceroso Biocida 21028 ceroso catiônico catiônico solúvel em água modificador de fria pH F >99% carboidrato Amido de milho Dextrina Nenhum 100 ceroso G >99% carboidrato Amido de milho Maltodextrina DE 4-7 de Nenhum 22 ceroso Sigman Aldrich
29 / 39 H >30% proteína Farinha de soja Farinha de soja Nenhum desengordurada - Prolia®FLR-200/90 de Cargill I 80% proteína Proteína Isolado de proteína de Nenhum ervilha - PURISPea* 860 de Cargill J >99% carboidrato Amido de milho Maltodextrina EE 16.5-19.5 Nenhum 8 ceroso de Sigma Aldrich K >90% carboidrato Amido de milho Dextrina solúvel em água Nenhum 44 ceroso fria - C*Film 07791 de Cargill L >99% carboidrato Amido de milho Maltodextrina - Clintose Nenhum 9-13 ceroso CR10 de ADM M >99% carboidrato Amido de milho Dextrina - Cargill Plus Nenhum 46 ceroso 8702 N >99% carboidrato Amido de milho Dextrina - Cargill Plus Nenhum 26 ceroso 8703 O >99% carboidrato Amido de milho Dextrina - Cargill Plus Nenhum 11 ceroso 8507
[0083] Vários monômeros ou oligômeros foram usados como descrito na Tabela 2 abaixo. As amostras A E, I e J são monômeros. As amostras F, G e H são oligômeros com um DP de 2. Tabela 2 - Resumo de monômeros e oligômeros Monômero Meio Forma Pureza /Oligômero A Sigma Aldrich D9559 Dextrose mono-hidratada N.A. B Sigma Aldrich S1876 D-Sorbitol ≥98% C Univar CA2805 Glicerol (cru) 88% - 92,3% D Acme Hardesty Glicerol 99,7% E Sigma Aldrich 101727644 Dietileno glicol ≥99,0% F Sigma Aldrich 84100 Sacarose ≥99,0% G Melaço de Suiker Unie Melaço 100% H Isoclear 42 de Cargill Xarope de milho rico em frutose 100% I Sylvite Ureia >98% J BCCA BioChemical Ácido cítrico anidro >99% Exemplo 2: Aderência produzida por vários biopolímeros, monômeros, oligômeros e composições adesivas
[0084] O desempenho de aderência de vários biopolímeros individuais ou monômeros/oligômeros e várias composições adesivas foi comparado pela adição da composição de biopolímero, monômero/oligômero ou adesivo a uma carga de 5%, com base no peso seco total de todos os biopolímeros, monômero e oligômero (conforme aplicável) comparado ao peso seco do substrato a granel. O substrato a granel era lascas de madeira (lascas de face de camada única). O teor de humidade do substrato foi de
30 / 39 16%, medido após adição da composição adesiva aquosa e incluindo cerca de 3% de água anteriormente no substrato. A aderência do substrato a granel sem qualquer biopolímero ou monômero/oligômero foi determinada como sendo de 0 a 3 cm.
[0085] A aderência produzida pelo monômero E, monômero C, Oligômero G ou uma mistura de monômero C e oligômero G, cada um sem biopolímero, estava na faixa de 3 a 4 cm. O biopolímero B sem um monômero/oligômero forneceu uma aderência de 4,5 cm. O biopolímero C e o biopolímero D foram testados, cada um sem um monômero/oligômero, com aderência semelhante à do biopolímero B.
[0086] Composições adesivas com uma combinação de biopolímero B e ou monômero E, monômero B, monômero A, oligômero G, oligômero H, monômero D ou monômero C, cada uma com uma razão de 50/50% em peso de biopolímero para monômero ou oligômero, forneceram aderência de 9, 13, 13, 14, 13, 14 e 15 cm, respectivamente, como mostrado na Figura 3. Composições adesivas com uma combinação de biopolímero B ou biopolímero C ou biopolímero D e monômero I, cada uma a 50/50 razão em peso percentual de biopolímero para monômero ou oligômero, com aderência de 16, 17 e 15 cm, respectivamente.
[0087] Com referência à Figura 4, composições adesivas com uma combinação de biopolímero B e uma mistura de oligômero H e monômero C, a uma razão de 50/50 por cento em peso de biopolímero B para a mistura, forneceram aderência de cerca de 7 a 9 cm. A razão de mistura entre o oligômero H e o monômero C não causou variação do material na aderência medida.
[0088] A Figura 5 mostra resultados para misturas de vários biopolímeros e Monômero C ou Oligômero H, cada um com uma razão de 50/50 por cento em peso de biopolímero para monômero ou oligômero.
[0089] Os exemplos acima demonstram que os monômeros e
31 / 39 oligômeros e biopolímeros com DP alto não desenvolvem aderência por conta própria com até 16% de umidade. No entanto, a aderência é substancialmente melhorada combinando um biopolímero com DP alto com vários monômeros ou oligômeros, ou com uma mistura de oligômero e monômero.
[0090] A Figura 10 mostra aderência em várias cargas de uma composição adesiva aquosa feita com uma mistura 50/50 de biopolímero B e Oligômero H a 16% de umidade. Podem ser usadas cargas na faixa de 3 a 7% em peso. A aderência aumenta com a carga.
[0091] Testes adicionais do desempenho de aderência de vários biopolímeros, monômeros/oligômeros e composições adesivas foram realizados adicionando-se biopolímero, monômero/oligômero ou a composição adesiva a uma carga de 5% com base em pesos secos do biopolímero, monômero e oligômero (conforme aplicável) e substrato a granel. Cada composição adesiva tinha uma mistura 50/50 de biopolímero e monômero/oligômero, ou seja, 2,5% de biopolímero com base no peso seco do substrato a granel e 2,5% de monômero/oligômero com base no peso seco do substrato a granel. Quando um biopolímero, monômero ou oligômero foi aplicado sozinho, sua carga foi de 5% com base no peso seco do substrato a granel. O substrato a granel eram lascas de madeira. O teor de umidade após a adição do biopolímero, monômero/oligômero ou composição adesiva aquosa foi de 14%, incluindo a água presente no substrato antes da adição do biopolímero, monômero/oligômero ou composição adesiva. A aderência do substrato a granel foi determinada como sendo de 0 a 3 cm.
[0092] A aderência dos vários biopolímeros, monômeros/oligômeros ou composições adesivas é relatada na tabela 3 abaixo. Conforme indicado na tabela, alguns dos biopolímeros com DP baixo são capazes de criar aderência do material isoladamente ou com um monômero ou oligômero a 14% de umidade. Misturas de biopolímeros com alta DP e monômeros/oligômeros na mesma taxa de carga total também produzem aderência do material.
32 / 39 Tabela 3: Aderência de vários biopolímeros, monômeros/oligômeros ou composições adesivas aquosas Biopolímero Monômero/Oligômero Aderência (cm) A 3 C 3 D 3 G 3 H 3 A 3 D 3 J 13 K 9,5 L 16 N 18 O 13 a 16 A C 11,5 A D 11,5 A H 12 A I 12 A K 10 A L 8 B A 10,5 B B 11 B C 10 B H 10 B I 12 C C 8,5 D C 7,5 D D 9 D H 8,5 F H 13 H C 8,5 K I 9,5 L I 11,5 N I 10,5 O I 10,5 Exemplo 3: Efeito da razão de biopolímero para monômero/oligômero
[0093] A Figura 1 mostra os resultados de aderência para três composições adesivas aquosas preparadas com quantidades variáveis de monômero ou oligômero em relação ao biopolímero, em peso. O eixo X na Figura 1 é a fração em % em peso de monômero/oligômero na mistura de monômero/oligômero e biopolímero. A velocidade de pressão usada foi de 6 cm/s. A aderência alvo foi uma média de 5 cm e/ou um aumento estatisticamente significativo na aderência em relação a uma composição de controle sem (0% em peso) de monômero/oligômero. Enquanto algumas das composições atingiram a aderência alvo a 20% de monômero/oligômero,
33 / 39 outras exigiram cerca de 25% de monômero/oligômero. Em 37,5%, ou cerca de 40%, todas as amostras atingiram cerca do dobro da aderência da amostra de controle. A aderência acima do alvo de 5 cm foi mantida em até 75% de monômero/oligômero. A interpolação linear da Figura 1 sugere que a aderência alvo é provavelmente mantida com até pelo menos 80% de monômero/oligômero. A carga total de monômero ou oligômero e biopolímero combinada foi de 5% em peso. O teor de umidade era de 16% em peso (incluindo cerca de 3% em peso de água no substrato). O substrato era de lascas de face de camada única. Não havia pMDI ou outra resina na mistura. Os resultados indicam que, pelo menos com biopolímeros com DP alto, por exemplo 100 ou mais, a aderência é gerada a partir de uma combinação de monômero/oligômero e biopolímero. A fração monômero/oligômero pode estar na faixa de 0,2 a 0,8, opcionalmente cerca de 0,4 (isto é, incluindo 0,375) a 0,6 ou 0,8 ou 0,8, opcionalmente próximo de 0,5. Exemplo 4: Eficácia comparativa da composição adesiva
[0094] As composições adesivas aquosas compreendendo o biopolímero B e o monômero C e o biopolímero B e o oligômero H foram preparadas e comparadas a uma resina comercial de melamina ureia formaldeído (MUF) em uma faixa de carga de 1 a 4%, com base em lascas de madeira secas. As lascas de madeira foram resinadas com as composições adesivas aquosas e água suficiente para constituir uma manta de partículas de madeira a 16% de umidade, com base no peso seco do substrato a granel. Pode ser visto na Figura 11 que as composições adesivas aquosas aqui divulgadas têm desempenho pelo menos igual a uma resina MUF comercialmente disponível. Exemplo 5: Desenvolvimento da aderência com o tempo
[0095] O desempenho de aderência ao longo do tempo de uma composição adesiva aquosa com uma mistura 50/50 em peso de biopolímero
34 / 39 B e monômero C foi avaliado. As lascas de madeira foram resinadas com 5% em peso de composição adesiva aquosa com base no peso seco do substrato a granel e água suficiente para constituir uma manta de partículas de madeira a 16% de umidade, com base no peso seco do substrato a granel. O material foi pré-prensado sob 5,6 kg/cm2 de pressão por 30 segundos e o teste de pressão realizado após um tempo de espera predeterminado de 0, 10, 30 e 60 minutos (cada pressão constituiu material que foi ressonado e pré-pressionado recentemente). A perda de umidade foi inferior a 0,1%. Pode ser visto na Figura 6 que o desempenho de aderência das composições adesivas aquosas aqui divulgadas não depende do tempo. Não houve perda de material no desempenho da aderência ao longo de 1 hora. Exemplo 6: Compatibilidade com resina termorrígida curável
[0096] As lascas de face foram misturadas com misturas 50/50 de (i) Biopolímero B e Monômero C e (ii) Biopolímero B e Oligômero H, com carga de 5% em peso com água suficiente para produzir 16% em peso de água. A aderência foi testada com e sem a adição adicional de 2,5% em peso de pMDI. Como mostrado na Figura 7, a adição do pMDI reduziu a aderência, mas a aderência ainda era significativa.
[0097] O substrato de madeira foi misturado com 2% em peso de pMDI e 6,5% em peso de água na configuração A e, nas configurações B, C e D, 2% em peso de pMDI, 4% em peso de uma mistura 50/50 de Biopolímero B e Oligômero H e água suficiente para produzir 6,5% em peso de água. Na configuração B, a composição adesiva aquosa foi pulverizada sobre a madeira separadamente do pMDI. Na configuração C, o pMDI foi emulsificado em metade da composição adesiva aquosa e a emulsão foi pulverizada sobre a madeira e a outra metade da composição adesiva aquosa foi pulverizada separadamente sobre a madeira. Na configuração D, o pMDI foi emulsificado em toda a composição adesiva aquosa e depois a emulsão foi pulverizada sobre a madeira. As painels foram prensadas a 200ºC e 5,5 s/mm. A aderência
35 / 39 foi semelhante nas configurações B, C e D. Como mostrado na Figura 8, a resistência do painel não foi afetada materialmente se a composição adesiva aquosa foi pulverizada na madeira separada do pMDI ou em uma mistura com o pMDI. Exemplo 7: Criando emulsões
[0098] A Figura 9 contém fotografias de pMDI emulsificado em uma composição adesiva para produzir uma composição de resina híbrida curável em diferentes razões de pMDI: fase aquosa ou Valor Beta (ß). Conforme mostrado nas fotografias e no gráfico na Figura 9, o tamanho médio das gotículas variou com o Valor Beta. Com base em experimentos com biopolímeros e misturas de pMDI, espera-se que uma viscosidade aceitável para pulverização possa ser produzida quando o peso de pMDI não for superior a 150% ou, de preferência, não superior a 130% ou 110% do peso de água, e quando o peso combinado de biopolímero e pMDI não exceder 200% do peso da água. No entanto, uma emulsão pode ser preparada com uma razão de fase pMDI: água de até 1,5 ou mais e depois diluída para uma razão de fase de 1,5 ou menos para aplicação na madeira. Essa diluição pode produzir uma emulsão mais estável. Opcionalmente, as emulsões são produzidas a ß = 0,8 ou mais e depois diluídas, se desejado, para reduzir a viscosidade da pulverização. Exemplo 8: Criando painéis compósitos de madeira
[0099] Sete painéis compósitos de madeira foram preparados com pMDI. Os painéis foram feitos em 3 camadas com uma distribuição de 20-60- 20% em peso entre as camadas, 2,25% em peso de pMDI no núcleo e 1,95% em peso de pMDI nas camadas de face. Os painéis tinham 440 mm por 440 mm por 15 mm de espessura, com um objetivo de 650 kg/m3. A cura foi realizada a 200ºC a 8 s/mm. O painel 1 continha o Biopolímero B. Os painéis 2, 4 e 6 continham uma mistura 50/50 de Biopolímero B e Monômero C. Os painéis 3, 5 e 7 continham uma mistura 50/50 de Biopolímero B e Oligômero
36 / 39 H. O substrato havia sido previamente seco a 3% em peso de umidade. Após adição de composições adesivas aquosas, o núcleo apresentava 7% em peso de umidade e as camadas faciais cada uma apresentava 12% em peso de umidade. O painel 1 tinha 0,75% em peso de biopolímero B no núcleo e 1,05% em peso de biopolímero B nas camadas de face. Os painéis 2 e 3 tinham 3% em peso de carga de sólidos da composição adesiva aquosa no núcleo. Os painéis 4 e 5 tinham 6% em peso de carga sólida da composição adesiva aquosa nas camadas de face. Os painéis 6 e 7 tinham uma carga de 3% em peso de sólidos da composição adesiva aquosa no núcleo e uma carga de 6% em peso de sólidos da composição adesiva aquosa nas camadas de fase. A aderência dos painéis é apresentada na Figura 12. A força dos painéis é apresentada na Figura 13, exceto que os dados do painel 3 na Figura 13 estavam com um fator de pressão de 7 em vez de 8. A aderência pode ser transmitida em uma manta de aglomerado de 3 camadas adicionando a composição adesiva ao núcleo e/ou à face. A força do painel é boa em todas as configurações.
[00100] O aglomerado é geralmente fabricado em 3 camadas. O teor de umidade do núcleo é tipicamente 5 a 9% em peso. O teor de umidade da face é tipicamente de 10 a 14% em peso.
[00101] Os artigos compósitos foram preparados da seguinte forma: (1) pela resina de lascas de madeira do núcleo com 3% da composição adesiva aquosa compreendendo biopolímero B e monômero C ou 3% da composição adesiva aquosa compreendendo biopolímero B e oligômero H e água suficiente para constituir uma manta de partículas de madeira com 7% de umidade, com base no peso seco do substrato a granel, (2) ressonando aparas de madeira com 6% da composição adesiva aquosa compreendendo biopolímero B e monômero C ou 6% da composição adesiva aquosa compreendendo o biopolímero B e o oligômero H e água suficiente para constituir uma manta de partículas de madeira a 12% de umidade, com base
37 / 39 no peso seco do substrato a granel. Material de núcleo e face ressonado foi usado para preparar uma manta composto por 40% de material de face e 60% de núcleo. As mantas foram avaliadas quanto ao desempenho da aderência usando um teste de pressão (Figura 14) ou curadas na prensa de madeira a 220°C a um fator de pressão de 8 segundos/mm (Figura 15). Pode ser visto nas Figuras 14 e 15 que o desempenho de aderência das composições adesivas aquosas aqui divulgadas provê excelente aderência na presença de resina termorrígida curável e não interfere com o desempenho da resina termorrígida curável. Exemplo 9: Biopolímeros com baixo DP
[00102] As amostras dos painéis de face foram feitas com misturas de biopolímeros com baixo DP (isto é, DP de 50 ou menos) e Oligômero H ou Monômero I. A carga da composição adesiva aquosa foi de 5% em peso. O teor de umidade era de 14% em peso. As composições adesivas aquosas foram misturadas com razões variáveis de oligômero para biopolímero. Como indicado na Tabela 4, sob essas condições, a aderência geralmente aumentou com o aumento do teor de biopolímero, demonstrando muito pouco efeito sinérgico com o oligômero, e que o próprio biopolímero gera uma aderência significativa com alto teor de umidade. Tabela 4 - Efeito da composição de monômero:biopolímero Composição [seca p/p] Aderência de face de camada única [cm] Oligômero H Biopolímero Biopolímero J Biopolímero K 100 0 7 7 75 25 6 6,5 50 50 7 8,5 25 75 8,5 10,5 20 80 11,5 10 90 12 5 95 13 0 100 13 14 Exemplo 10: Condições de baixa umidade
[00103] Outro biopolímero com baixo DP, o biopolímero L, similarmente produziu uma aderência de 13 a 16 cm quando usado a 5% em peso de sólidos e 14% em peso de umidade, sem um oligômero ou
38 / 39 monômero. A aderência diminuiu para 11 cm quando o biopolímero L foi misturado 50/50 com o oligômero H com o mesmo teor total de sólidos (isto é, o biopolímero L foi reduzido para 2,5% em peso de sólidos). No entanto, esta tendência foi revertida quando o biopolímero L foi usado a 4% em peso de sólidos e 7% em peso de umidade. Como mostrado na Tabela 5, nessas condições, o biopolímero L não produziu quase nenhuma aderência quando usado sozinho, mas produziu uma aderência significativa quando misturado 50/50 com o oligômero H nos mesmos 4% em peso de sólidos (isto é, o biopolímero L foi reduzido para 2% em peso de sólidos). Tabela 5 - Aderência com baixo teor de umidade Carga [% em madeira Umidade da manta Aderência do núcleo de Aderência seca] [%] camada única [cm] Biopolímero L 5% 14% 16 Biopolímero L + Oligômero H 5% 14% 11 Biopolímero L 4% 7% 1.5 Biopolímero L + Oligômero H 4% 7% 18 Biopolímero K 4% 8.5% 3 Biopolymer K + Oligômero H 4% 8.5% 13 Biopolímero B 3% 10% 4 Biopolímero B + Monômero I 5% 10% 17 Biopolímero A 4% 10% 4 Biopolímero A 5% 16% 6 Biopolímero A + Oligômero H 4% 10% 18 Biopolímero A + Monômero I 4% 8.5% 16 Biopolímero A + Monômero I 5% 16% 13 Biopolímero C + Monômero I 4% 8.5% 17 Biopolímero D + Monômero I 4% 8.5% 14.5 Exemplo 11: Método de adição da adesão
[00104] As composições adesivas aquosas, cada uma com uma mistura 50/50 de biopolímero B e um dos monômeros C, H ou I foram adicionadas a um resinador em um dos três métodos: (1) pré-formulados, (2) mistura imediatamente antes de adição ou (3) separar. Lascas de madeira secas a 2- 3% de umidade foram alimentados das ao resinador. No resinador, foram adicionados 4% em peso de carga de composição adesiva aquosa em peso e água suficiente para constituir uma manta de partículas de madeira a 12% de umidade. Adesão da manta de partículas de madeira foi adicionada. As medidas de aderência em cm são mostradas na Tabela 6 abaixo. Conforme indicado na tabela, os componentes da composição adesiva aquosa podem ser
39 / 39 adicionados como resina pré-formulada, misturados imediatamente antes do uso ou pulverizados separadamente no substrato sem afetar o desempenho da aderência. Tabela 6: Formulado Misturado Separado Biopolímero B + Monômero C 16,0 15,5 16 Biopolímero B + Monômero H 16,0 16,5 16 Biopolímero B + Monômero I 16,5 14,5 15
[00105] Embora as composições adesivas tenham sido descritas acima para uso principalmente com substratos de madeira, em outras elas podem prover aderência com outros substratos. Em outros exemplos, composições de resina híbrida curáveis podem ser fabricadas com outros compostos reativos.

Claims (15)

REIVINDICAÇÕES
1. Composição de resina híbrida curável, caracterizada pelo fato de que compreende: (a) água; (b) um ou mais biopolímeros de polissacarídeos ou polipeptídeos; (c) um ou mais monômeros ou oligômeros com um grau médio de polimerização de 4 ou menos; e, (d) um ou mais isocianatos, em que uma razão do um ou mais monômeros ou oligômeros para o um ou mais biopolímeros está na faixa de cerca de 30:70 a cerca de 80:20 em peso.
2. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que um ou mais biopolímeros compreendem um ou mais materiais amiláceos, de preferência em que o um ou mais biopolímeros contêm mais de 80% em peso de amido em base seca.
3. Composição de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o um ou mais biopolímeros compreendem nanopartículas de amido, de preferência em que as nanopartículas de amido têm um tamanho médio de partícula de 1 mícron ou menos.
4. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o um ou mais biopolímeros compreendem um ou mais materiais proteicos, de preferência em que um ou mais materiais proteicos contêm mais de 15% em peso de proteína, mas menos de 40% de proteína em base seca.
5. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que a razão do um ou mais monômeros ou oligômeros para o um ou mais biopolímeros é de 37,5: 62,5 em peso ou mais.
6. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que a razão do um ou mais monômeros ou oligômeros para o um ou mais biopolímeros é de 75:25 em peso ou menos.
7. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que o grau numérico médio de polimerização do um ou mais biopolímeros é 100 ou mais ou 300 ou mais.
8. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que o um ou mais monômeros ou oligômeros compreendem um composto selecionado a partir do grupo de compostos com a capacidade de formar ligações de hidrogênio.
9. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que o um ou mais monômeros ou oligômeros compreendem um composto selecionado a partir do grupo de compostos contendo um ou mais grupos hidroxila livre.
10. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que compreende uma fase oleosa em água, em que a fase oleosa compreende um isocianato.
11. Método para fabricação de um compósito de madeira, caracterizado pelo fato de que compreende uma etapa de, aplicar uma composição a um substrato à base de madeira, em que a composição compreende, (a) água; (b) um ou mais biopolímeros de polissacarídeos ou polipeptídeos; e, (c) um ou mais monômeros ou oligômeros com um grau médio de polimerização igual ou inferior a 4, em que uma razão do um ou mais monômeros ou oligômeros para o um ou mais biopolímeros está na faixa de cerca de 30:70 a cerca de
80:20 em peso.
12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a água, um ou mais biopolímeros e um ou mais monômeros ou oligômeros são aplicados a pedaços de um substrato a uma taxa de carga de cerca de 1 a 7% em peso, com base no substrato seco.
13. Método de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que o substrato compreende lascas de madeira ou finos de madeira.
14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente a aplicação de um ou mais isocianatos ao substrato.
15. Material compósito, caracterizado pelo fato de que compreende madeira; e, (i) um ou mais biopolímeros de polissacarídeos ou polipeptídeos, (ii) um ou mais monômeros ou oligômeros com um grau médio de polimerização de 4 ou menos e (iii) um ou mais isocianatos, coletivamente com um peso total entre 2% e 11 % do peso da madeira em base seca.
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