BR112020011076A2 - composição de compósito de madeira e plástico compreendendo uma composição de cera, método para produzir um compósito de madeira e plástico e o uso de composições de cera como lubrificantes para a produção de compósitos de madeira e plástico - Google Patents

Abstract

A invenção refere-se a composições de compósito de madeira e plástico compreendendo uma composição de cera, em que a composição de compósito de madeira e plástico tem propriedades superiores no seu processamento. A composição da cera é caracterizada por sua viscosidade dinâmica a 120°C, ponto de congelamento, teor de moléculas em que a cadeia de carbono é linear e teor de hidrocarbonetos oxidados.

Description

“COMPOSIÇÃO DE COMPÓSITO DE MADEIRA E PLÁSTICO COMPREENDENDO UMA COMPOSIÇÃO DE CERA, MÉTODO PARA PRODUZIR UM COMPÓSITO DE MADEIRA E PLÁSTICO E O USO DE COMPOSIÇÕES DE CERA COMO LUBRIFICANTES PARA A PRODUÇÃO DE COMPÓSITOS DE MADEIRA E PLÁSTICO”

[001] A invenção refere-se a composições de compósito de madeira e plástico compreendendo uma composição de cera, em que a composição de compósito de madeira e plástico tem propriedades superiores no seu processamento. A composição de cera é caracterizada por: sua viscosidade dinâmica a 120°C, seu ponto de congelamento, seu conteúdo de moléculas em que a cadeia de carbono é linear e seu conteúdo de hidrocarbonetos oxidados.

Antecedentes da invenção

[002] Os compósitos de madeira e plástico (WPC) são compósitos, que consistem em grandes quantidades de madeira (tipicamente farinha de madeira, fibras de madeira ou outras lignoceluloses), polímeros termoplásticos e vários aditivos. Eles podem ser processados por técnicas de polímeros termoplásticos, como extrusão, moldagem por injeção ou moldagem por compressão. Os WPC são amplamente utilizados como materiais não-estruturais na indústria de construção, em móveis, carros e pisos ou revestimentos (por exemplo, pisos de terraço), especialmente como substitutos para madeiras tropicais, madeiras sólidas ou outros materiais compósitos. O conteúdo de madeira é geralmente superior a 50% em peso. Como material de matriz, vários termoplásticos tais como polietileno de alta densidade (HDPE), polipropileno (PP) ou policloreto de vinila (PVC) podem ser usados. As vantagens desses produtos são: baixa captação de água, estabilidade a alta temperatura, alta durabilidade, sua aparência e um preço baixo.

[003] A fabricação do WPC é baseada nas tecnologias de produção da indústria de polímeros. Independentemente do equipamento de processamento, a fabricação pode ser dividida nas seguintes etapas básicas: alimentação, mistura, composição e formação. A alimentação do polímero, enchimento e outros aditivos precisa ser acurada em velocidades adequadas. A mistura dos ingredientes pode ser feita como um processo autônomo, comum no processamento de policloreto de vinila, no qual as temperaturas permanecem abaixo do ponto de fusão e uma mistura granular seca homogênea é produzida. A mistura também pode ser integrada na próxima etapa de processamento, a composição, que é comum no processamento de poliolefina. Durante a composição, o polímero é exposto ao calor e ao cisalhamento e, assim, plastificado. Além disso, os enchimentos e aditivos são dispersos para obter um derretimento homogêneo, que é chamado de composto.

[004] A etapa de composição também serve para remover a umidade e os gases do composto, o que é particularmente crítico no caso do WPC. Após a composição, o material pode ser formado diretamente em produtos (processo de uma etapa) ou granulado para processos de formação posteriores (processo de duas etapas).

[005] É sabido pelo processamento de polímeros que as ceras em geral podem ser usadas como agentes de lubrificação. Para WPC etileno bis-estearamida (EBS), estearato de zinco, ceras de parafina e polietileno oxidado (PE) ou combinações dos mesmos são usados como lubrificantes padrão.

[006] As ceras são definidas como composições químicas, que têm um ponto de fusão acima de 40°C, são lustráveis sob leve pressão, são amassáveis ou difíceis de quebrar e transparentes a opacas a 20°C, derretem acima de 40°C sem decomposição, e tipicamente derretem entre 50 e 90°C, com casos excepcionais até 200°C, formam pastas ou géis e são más condutoras de calor e eletricidade.

[007] As ceras podem ser classificadas de acordo com vários critérios, como, por exemplo, sua origem. Aqui, as ceras podem ser divididas em dois grupos principais: ceras naturais e sintéticas. As ceras naturais podem ainda ser divididas em ceras fósseis (por exemplo, ceras de petróleo) e ceras não-fósseis (por exemplo, ceras animais e vegetais). As ceras de petróleo são divididas em ceras macrocristalinas (ceras de parafina) e ceras microcristalinas (microceras). As ceras sintéticas podem ser divididas em ceras parcialmente sintéticas (por exemplo, ceras de amida) e ceras totalmente sintéticas (por exemplo, ceras poliolefina e Fischer-Tropsch).

[008] As ceras de parafina são originárias de fontes de petróleo. Elas são claras, livres de odor e podem ser refinadas para contato com alimento. Elas contêm uma gama de n-alcanos e alcanos ramificados, bem como alguns cicloalcanos. As ceras de parafina brutas ou cruas (parafinas brutas) têm um grande número de alcanos de cadeia curta (“óleos”), que são removidos quando mais refinados. Diferentes distribuições e qualidades de ceras de parafina podem ser obtidas. O refino pode incluir a remoção de óleo, destilação e hidrogenação.

[009] As ceras sintéticas Fischer-Tropsch ou os hidrocarbonetos originários da síntese de Fischer-Tropsch catalisada de gás de síntese (CO e H2) para alcanos contêm predominantemente n-alcanos, um baixo número de alcanos ramificados e basicamente nenhum cicloalcano ou impurezas, como, por exemplo, enxofre ou nitrogênio. Isso também significa que, dependendo do comprimento da cadeia de carbono e do conteúdo da ramificação dos alcanos na cera Fischer-Tropsch, diferentes pontos de congelamento ou faixas de fusão podem ser obtidos. Portanto, as ceras de Fischer- Tropsch geralmente podem ser classificadas em fusão baixa (ponto de congelamento de 20 a 45°C), fusão média (ponto congelamento de 45°C a 70°C) e fusão alta (70 a 105°C).

[010] Outra fonte para ceras/hidrocarbonetos sintéticos são os produtos obtidos a partir da oligomerização/polimerização de monômeros olefínicos, possivelmente seguidos de hidrogenação.

[011] Além disso, todas as ceras de hidrocarbonetos podem ser oxidadas por diferentes métodos, sendo o mais fácil o processo de reação de ceras com oxigênio ou ar, preferencialmente na presença de um catalisador. A oxidação introduz diferentes funcionalidades (hidroxila, carbonila, etc.) sem alterar as ramificações alquiladas ou o número total de carbono das moléculas. Uma proporção típica de funcionalidades formadas durante a oxidação é de 1,5 partes de cetonas para 1 parte de ácidos para 1 parte de ésteres e 1 parte hidroxilas. Ésteres internos formados (por exemplo, lactonas) podem ser abertos por saponificação com sabões metálicos, que também saponificam os outros locais de carboxila na molécula de cera oxidada. O grau de oxidação refletido, por exemplo, pelo número de acidez da cera oxidada pode ser ajustado pelo procedimento de oxidação. Portanto, o conteúdo de hidrocarbonetos oxidados pode ser ajustado.

[012] Em geral, as ceras de polietileno (PE) têm pesos moleculares mais elevados do que as ceras de parafina ou Fischer-Tropsch, resultando em viscosidades mais elevadas e uma estrutura química diferente. Devido à produção de ceras de polietileno, elas têm uma quantidade maior de moléculas com dois átomos de carbono de diferença por molécula, por exemplo. O mesmo se aplica para a maioria de seus derivados oxidados. As ceras de polietileno também têm um padrão diferente de ramificações, por exemplo, até ramificações hexil nas cadeias laterais.

[013] É sabido que durante o processamento do WPC o enchimento de madeira aumenta a dissipação de calor e diminui a resistência e a elasticidade do fundido. Isso leva a uma redução da processabilidade e o aumento da suscetibilidade a defeitos superficiais. Na prática geral, esses efeitos são neutralizados por um aumento na dosagem de lubrificantes comuns. Tais lubrificantes são ainda classificados como lubrificantes internos ou externos ou ambos.

[014] Os lubrificantes internos encurtam os tempos de fusão do polímero fundido na composição madeira-polímero aumentando a difusão molecular. Os lubrificantes externos migram para a superfície da massa de polímero em um estado fundido para reduzir o atrito das partículas de polímero na interface de metal e fundido. Os lubrificantes externos precisam ter um ponto de fusão adequado ou uma faixa de fusão para garantir um bom controle da fusão. Eles reduzem a viscosidade aparente e o deslizamento entre o fundido e as máquinas de processamento. Isso resulta em redução do torque de parafuso e do consumo de energia. Portanto, a viscosidade do lubrificante externo desempenha um papel importante.

[015] Isso significa que uma boa lubrificação externa repercute em tempos de fusão mais longos e uma boa lubrificação interna por torques de fusão mais elevados. Mas, no total, é desejável obter um bom meio-termo entre tempo de fusão e torque de fusão ou lubrificação externa e interna, respectivamente. Um torque de fusão menor proveniente da lubrificação externa resulta em menor consumo de energia e aumento, mas devido à redução do calor de atrito também em um tempo de fusão mais longo e atraso na congelação. Se o tempo de fusão se tornar muito longo, não é possível obter uma fusão adequada do polímero e as propriedades mecânicas do produto final (por exemplo, resistência ao impacto e à tração) sofrerão.

[016] Os compósitos de madeira usam cerca de duas vezes mais lubrificante do que os plásticos comuns. Para PE de alta densidade, com um conteúdo de madeira típico de 50% a 60 % em peso, o nível de lubrificante pode ser de 4% a 5% em peso, enquanto um compósito similar de madeira-polipropileno normalmente usa de 1% a 2% em peso.

[017] A patente US 7.390.846 B2 divulga uma composição lubrificante para PVC-WPC compreendendo cerca de 4% em peso de cera de PE clorada (CPE-3615P da Dow), de 0,5% a 1% em peso de estearato de Ca, cerca de 1% em peso de cera de parafina (Marklube L-106) e cerca de 0,2% em peso de cera de PE oxidada (AC629A da Honeywell). Um compósito de madeira e plástico similar é divulgado em US 2006/0293418 A1. O estearato de Ca, como divulgado em ambas as referências, é um ácido de hidrocarboneto saponificado de alta fusão (140-160° C) (ácido graxo saponificado), que não tem número de acidez e, portanto, não é um hidrocarboneto oxidado como definido aqui.

[018] O documento CN 103.408.959 divulga diferentes misturas de cera para uso em WPC, também contendo ceras oxidadas e modificadas como compatibilizadores.

[019] A patente US 7.449.504 B2 ensina ceras FT, mas reivindica a adição de ceras de metaloceno polietileno enxertada com anidrido maléico ao WPC para melhorar as propriedades mecânicas e reduzir a absorção de água.

[020] O documento US 2005/0222310 A1 divulga ceras como lubrificantes para plásticos preenchidos, em que ceras naturais e sintéticas podem ser usadas, incluindo cera Fischer-Tropsch, cera de linhita e/ou cera de poliolefina oxidada e não oxidada.

[021] Durante o processamento de polímeros puros, como o PVC, os lubrificantes de alta viscosidade induzem forças de cisalhamento mais elevadas no polímero fundido, levando a tempos de fusão mais curtos e maior homogeneidade do fundido. A partir da lubrificação de PVC puro, espera-se que as ceras com viscosidades mais elevadas, tais como ceras poliolefinas e ceras oxidadas, apresentem resultados superiores.

[022] Portanto, é um objetivo da invenção encontrar um agente de lubrificação suficiente para o WPC que mostre boas propriedades de processamento, seja econômico e não tenha um impacto negativo nas características mecânicas e na qualidade do WPC.

Descrição da invenção

[023] Surpreendentemente, verificou-se que composições de compósito de madeira e plástico compreendendo - pelo menos um componente de madeira; - pelo menos um polímero termoplástico; - hidrocarbonetos de cera tendo de 15 a 110 átomos de carbono; e - hidrocarbonetos oxidados, preferencialmente hidrocarbonetos oxidados tendo de 15 a 110 átomos de carbono constituídos por hidrocarbonetos (modificados) com pelo menos um dos grupos hidroxila-, carbonila-, carboxilato- e lactona-, em que a mistura consistindo de hidrocarbonetos de cera e hidrocarbonetos oxidados é uma composição de cera tendo - uma viscosidade dinâmica a 120°C abaixo de 25 mPa∙s; - um conteúdo de moléculas em que a cadeia de carbono é linear de mais de 65% em peso; - um ponto de congelamento de acordo com ASTM D 938 de 55°C a 105°C; - um conteúdo de hidrocarbonetos oxidados de pelo menos 1 a 20% em peso; e - um número de acidez de acordo com ASTM D 1386 de 0,1 a 10 mg KOH/g mostram efeitos de lubrificação superiores e boas propriedades mecânicas.

[024] A composição de cera é uma cera. Preferencialmente, a composição de cera resulta de uma oxidação parcial dos hidrocarbonetos de cera. A oxidação é preferencialmente realizada sem alterar o comprimento da cadeia e a ramificação alquil. No entanto, a composição de cera também pode ser obtida pela mistura dos hidrocarbonetos oxidados e dos hidrocarbonetos de cera antes de obter as composições de compósitos de madeira e plástico ou durante o processo de obtenção das composições de compósitos de madeira e plástico juntamente com os outros componentes. De qualquer forma, os parâmetros para a composição de cera são os de uma mistura constituída exclusivamente por hidrocarbonetos oxidados e por hidrocarbonetos de cera, mesmo que essa mistura não tenha sido obtida separadamente antes da fabricação da composição de compósito de madeira e plástico.

[025] O conteúdo das moléculas lineares e a baixa viscosidade da composição de cera resultam em melhores efeitos de lubrificação externa e o conteúdo de hidrocarbonetos oxidados auxilia a lubrificação interna. Uma proporção ótima entre ambos é obtida pela composição acima.

[026] As propriedades da composição de cera são definidas por meio da viscosidade dinâmica a 120°C, o conteúdo de moléculas em que a cadeia de carbono é linear, o ponto de congelamento e o conteúdo de hidrocarbonetos oxidados.

[027] A viscosidade dinâmica é calculada pela viscosidade cinemática da composição de cera determinada de acordo com DIN 51562-1 a 120°C com um capilar(viscosímetro Ubbelohde) e a densidade da composição de cera é determinada de acordo com EN ISO 12185 a 120°C com um densitômetro de oscilação (método de tubo U oscilante) usando a seguinte fórmula: η (viscosidade dinâmica) = ν (viscosidade cinemática) ∙ ρ (densidade) ou determinado de acordo com DIN 53019-1 a 120°C com um viscosímetro rotacional.

[028] O conteúdo de moléculas na composição de cera em que a cadeia de carbono é linear pode ser determinado por cromatografia gasosa (Método EWF 001/03 da Federação Europeia de Cera).

[029] A massa molar (número médio) e/ou o número de átomos de carbono podem ser determinados e calculados por cromatografia gasosa (Método EWF 001/03 da Federação Europeia de Cera), por cromatografia de permeação em gel ou 13C-NMR, preferencialmente por cromatografia de permeação em gel. Para este último, o o-xileno é usado como fase móvel e duas colunas subsequentes da empresa Agilent (PLgel 5 μm MIXED-D, 300 x 7,5 mm). Como padrão interno, diferentes alcanos na faixa de C12-60 (peso molecular = 120 a 842 g∙mol-1) e duas ceras de polietileno com um peso molecular de 1230 e 2010 g∙mol-1 são usadas. Uma concentração de amostra de 10 mg/20 g de solvente, 100 μl de volume de injeção, uma temperatura de 100°C e uma vazão de 1 ml/min são usadas.

[030] O conteúdo e o tipo de hidrocarbonetos oxidados podem ser determinados por cromatografia gasosa bidimensional de alta temperatura (GCxGC) e subsequente espectrometria de massa (por exemplo, com espectrometria de massa de tempo de vôo), análise elementar ou espectroscopia de ressonância magnética nuclear de 1H- e 13C-. Outra maneira de definir o conteúdo de hidrocarbonetos oxidados na composição de cera é o número de acidez de acordo com ASTM D 1386, que reflete a quantidade de hidróxido de potássio necessária para neutralizar os ácidos livres e/ou o índice de peróxido de acordo com ASTM D 1832, que reflete a quantidade de compostos que são capazes de oxidar iodeto de potássio.

[031] Em uma concretização preferida, a composição de cera possui, em conjunto ou independentemente um do outro: um conteúdo de hidrocarbonetos oxidados de pelo menos 1,1 a 15,5% em peso, um índice de peróxido de acordo com ASTM D 1832 de 1 a 10 mEqu/1000 g, preferencialmente 2 a 5 mEqu/1000 g e/ou uma proporção de álcoois para ésteres/ácidos para cetonas/aldeídos de 1 : 0,1 a 3 : 0,1 a 2, preferencialmente 1 : 0,1 a 0,2 : 0,1 a 0,25.

[032] Os hidrocarbonetos de cera podem ser uma cera de parafina ou uma cera sintética que não compreende hidrocarbonetos oxidados ou uma combinação dos mesmos.

[033] Os hidrocarbonetos de acordo com a invenção são moléculas constituídas exclusivamente de carbono e hidrogênio, tais como os alcanos. Os hidrocarbonetos de cera são hidrocarbonetos tendo de 15 a 110 átomos de carbono. Os hidrocarbonetos oxidados são moléculas de hidrocarbonetos compreendendo pelo menos uma meação de oxigênio selecionada a partir do grupo que consiste em hidroxila, carbonila, carboxilato ou lactona (a modificação), tais como álcoois, ésteres/ácidos ou cetonas/aldeídos. Moléculas em que a cadeia de carbono é linear são hidrocarbonetos oxidados e hidrocarbonetos de cera, cada um sem estruturas ramificadas e cíclicas.

[034] Os hidrocarbonetos de cera são preferencialmente uma cera Fischer-Tropsch, que de acordo com a invenção é definida como originária da síntese Fischer-Tropsch de gás de síntese (CO e H2) catalisada por cobalto ou ferro para alcanos. O produto cru desta síntese é separado líquido e diferentes frações sólidas por destilação. Estes hidrocarbonetos de cera contêm predominantemente n-alcanos, um baixo número de alcanos ramificados e basicamente sem cicloalcanos ou impurezas como, por exemplo, enxofre ou nitrogênio.

[035] Como as ceras Fischer-Tropsch consistem em unidades de metileno, elas têm um padrão molecular dominado por um número uniformemente crescente ou decrescente de moléculas em cada comprimento da cadeia de átomos de carbono. Isso pode ser visto nas análises GC da cera.

[036] As moléculas ramificadas da cera Fischer-Tropsch também são hidrocarbonetos de cera preferencialmente contendo mais de 10% em peso, mais preferencialmente mais de 25% em peso, ramificações de metila e/ou nenhum átomo de carbono quaternário. Isso pode ser visto em medições de RMN da cera.

[037] Os hidrocarbonetos de cera da cera Fischer-Tropsch também podem ser oxidados para dar os hidrocarbonetos oxidados de acordo com a invenção. A oxidação é preferencialmente realizada sem alterar o comprimento da cadeia e a ramificação alquil.

[038] Em outras concretizações preferidas, a composição de cera tem em conjunto ou independentemente um do outro: - uma viscosidade dinâmica a 120°C de 10 mPa∙s ou abaixo; - um conteúdo de moléculas em que a cadeia de carbono é linear acima de 75% em peso, preferencialmente acima de 80% em peso; - um ponto de congelamento de acordo com ASTM D 938 de 75°C a 105°C, preferencialmente de 75°C a 85°C; - uma densidade a 120°C de acordo com EN ISO 12185 abaixo de 0,9 g∙cm-3, preferencialmente 0,8 g∙cm-3 ou abaixo, e mais preferencialmente entre 0,7 g∙cm-3 e 0,8 g∙cm-3; e

- uma massa molar (número médio) entre 300 e 1500 g∙mol-1, preferencialmente entre 400 e 1300 g∙mol-1, e mais preferencialmente entre 500 e 800 g∙mol-1.

[039] A viscosidade dinâmica também pode ser determinada a 180°C, o que se correlaciona com as temperaturas usuais de processamento de compósitos de madeira e plástico. A esta temperatura, a viscosidade da composição de cera é preferencialmente de 10 mPa∙s ou abaixo e mais preferencialmente 5 mPa∙s e abaixo.

[040] Em uma concretização preferida, a composição de compósito de madeira e plástico compreende de 20 a 80% em peso ou de 25 a 400 phw de polímero termoplástico, mais preferencialmente de 30 a 70% em peso ou de 40 a 235 phw. Phw é aqui definido como partes de peso por cem partes com base no peso dos componentes de madeira. Se o conteúdo não for especificado em phw, a composição de compósito de madeira e plástico pode conter de 20 a 80% em peso de componentes de madeira.

[041] A composição de cera é preferencialmente compreendida na composição de compósito de madeira e plástico com um conteúdo de 0,1 a 40 phw ou de 0,1% a 25% em peso, mais preferencialmente 0,25 a 20 phw ou (adicionalmente ou independentemente) alternativamente definido de 0,2% a 15% em peso.

[042] Em uma concretização preferida, o polímero termoplástico na composição de compósito de madeira e plástico é selecionado a partir do grupo de poliolefinas, tais como polietileno ou polipropileno, polímero contendo cloro, policloreto de vinila ou suas misturas, preferencialmente policloreto de vinila. Copolímeros e poliestirenos também estão incluídos aqui.

[043] A composição de compósito de madeira e plástico consiste preferencialmente em mais de 50% em peso, mais preferencialmente mais de 90% em peso, de componentes de madeira, polímero termoplástico e cera.

[044] Os componentes de madeira podem consistir de lignoceluloses originárias de plantas não-lenhosas ou lenhosas, ou seja, de plantas anuais ou plantas perenes, respectivamente, ou suas misturas. Exemplos adequados para os componentes de madeira podem vir de plantas de crescimento rápido, tais como bambu ou palmeiras.

[045] A invenção também inclui um método de processamento de uma composição de compósito de madeira e plástico compreendendo as etapas de - composição - pelo menos um componente de madeira; - pelo menos um polímero termoplástico; e - a composição de cera como descrita aqui, ou os hidrocarbonetos de cera e os hidrocarbonetos oxidados adicionados separadamente de cada um, ambos como descrito aqui, a temperaturas acima do ponto de congelamento da composição de cera para obter um composto de compósito de madeira e plástico; e - consolidação do composto, preferencialmente por extrusão de perfil, moldagem por compressão ou moldagem por injeção, a temperaturas acima do ponto de fusão do polímero termoplástico e abaixo da temperatura de decomposição dos componentes de madeira, preferencialmente entre 150 e 200°C, para obter um compósito de madeira e plástico acabado.

[046] Além disso, o uso de 0,1 a 40 phw, mais preferencialmente de 0,25 a 20 phw, da composição de cera descrita aqui, como lubrificante no processamento de uma composição de compósito de madeira e plástico descrita aqui, é reivindicada.

Exemplos

[047] Diferentes ceras mostradas na Tabela 1 têm sido usadas como lubrificantes na produção de compósitos de madeira e plástico de acordo com a invenção.

Cera Licocene Sasolwax Composição Composição Composição Composição Composição PE4201 H105 de cera A de cera B de cera C de cera D de cera E Ponto de n.a. 102 57,5 77,5 81 84 102 congelamento [°C] Ponto de fusão 125-130 117 55,3 94,1 86,1 97,7 114,6 de gota [°C] Densidade 0,97@23°C 0,80 0,745 0,76 0,76 0,77 0,80 [g∙cm-3]@120°C Viscosidade - 17,9 3,0 4,6 6,7 10,0 24,4 dinâmica a 120°C [mPa∙s] Viscosidade 40-80 - - - - - - dinâmica a 140°C [mPa∙s]

Viscosidade - 7,3 1,2 2,2 2,6 3,6 7,7 dinâmica a 180°C [mPa∙s] Massa molar > 1500 1110* 410# 600# 620* 710* 1030* (número médio) 620* Conteúdo de n.d. 99,2 70,2 81,8 87,6 87,5 95,2 moléculas lineares [%]* Tipo de Alifático Metil ramificaçãox Outras - Sem átomos de carbono quaternário característicasx Número de n.a. < 0,1 0,4 0,3 8,8 8,1 8,9 acidez [mg KOH/g] Conteúdo de n.a. - 4,37% 1,18% 15% 14% 15% oxigenados# Índice de n.a. n.a. 44,0 2,3 2,8 n.a. n.a. peróxido Tipo de n.a n.a Álcoois : Ésteres : Álcoois : Ésteres/Ácidos : oxigenados# Cetonas/Aldeídos Cetonas/Aldeídos 1:0,14:0,14/1:0,15:0,23 1 : 2 : 1,5 Tabela 1: Propriedades das ceras usadas; * determinadas por GPC, # determinadas por GCxGC, x determinadas pela RMN

[048] Para ceras de polietileno, tal como Licocene PE4201, um ponto de congelamento não pode ser determinado, apenas um ponto de fusão de gota de acordo com ASTM D 3954 pode ser determinado.

[049] A viscosidade dinâmica é calculada pela viscosidade cinemática da composição de cera/cera é determinada de acordo com DIN 51562-1 a 120°C com um capilar e a densidade da composição de cera/cera é determinada de acordo com EN ISO 12185 a 120°C com um densitômetro de oscilação usando a seguinte fórmula: η (viscosidade dinâmica) = ν (viscosidade cinemática) ∙ ρ (densidade) ou determinado de acordo com DIN 53019-1 a 120°C e 180°C em um viscosímetro rotacional. A viscosidade do Licocene PE4201 foi obtida a partir de dados disponíveis ao público e os dados para Sasolwax H105 e ceras de A a F foram determinados em um Haake-RheoStress 600 da Thermo Scientific.

[050] O conteúdo de moléculas em que a cadeia de carbono é linear e a massa molar (número médio) foram determinados por cromatografia gasosa (Método EWF 001/03 da Federação Europeia de Cera) em um Agilent 7890A (parâmetros do instrumento, ver

Tabela 2) e cromatografia de permeação em gel em um Varian PL-GPC 220 com o-xileno como fase móvel (parâmetros do instrumento, ver Tabela 3).

Concentração da amostra 20 mg/20 ml de solvente Gás transportador Hidrogênio; 71 cm/s Temperatura da coluna Início 75°C; 25°C/min a 100°C; 8°C/min a 325°C; 325°C por 15 min Dimensões da coluna 25 m; 0,32 mm i.d.; 0,12 μm espessura de filme Tipo injetor Esfriar na coluna Relatório de resultados % da área Tabela 2: Condições das medições de GC de acordo com o Método EWF 001/03 Concentração da amostra 10 mg/20 g de solvente (o-xileno) Fluxo da bomba 1 ml/min Temperatura 100°C Detector - Refratômetro Diferencial Deflexão - Volume de célula 8 μl - Comprimento de onda 890 ± 50 nm Amostrador automático - Volume de injeção laço fixo nivelado; 100 μl Colunas - 2 X PLgel 5 μm Misto-D 300 x 7,5 mm - Especificações 200 – 400 000 Daltons Software Cirrus GPC Software Tabela 3: Condições das medições GPC

[051] O conteúdo e o tipo de hidrocarbonetos oxidados foram determinados pelo GCxGC com subsequente espectrometria de massa em um Pegasus 4D GCxGC da Leco Corporation (St. Joseph, EUA) equipado com um modulador criogênico N2 de jato duplo (parâmetros do instrumento, ver Tabela 4).

Gás transportador Hélio; 1,3-1,4 ml/min Temperatura da coluna Início a 50/100°C por 2 min; 3°C/min a 360/340°C; mantém por 5min Dimensões da coluna 1ª coluna: 30 m; 0,25 mm i.d.; 0,1/0,25 μm de espessura de filme 2ª coluna: 1,3 m; 0,1 mm i.d.; 0,1 μm de espessura de filme Tipo injetor Esfriar na coluna/Dividir (proporção 10:1) Relatório de resultados % da área Tabela 4: Condições das medições GCxGC

[052] O número de acidez foi determinado de acordo com ASTM D 1386.

[053] O índice de peróxido foi determinado de acordo com ASTM D 1832.

[054] Para avaliar as diferentes ceras, misturas secas de PVC-compósitos de madeira e plástico de acordo com a Tabela 5 foram produzidas com um misturador aquecedor/resfriador de combinação FML 30/KM 85 da Reimelt Henschel MischSysteme GmbH. Todos os ingredientes foram inseridos no misturador aquecedor. Cada carga estava pouco acima de 4 kg. O misturador não foi ativamente aquecido.

[055] A mistura a seco foi aquecida passivamente pela entrada de energia cinética. A frequência rotacional foi ajustada para 3000 rpm. Isso se traduz em uma velocidade periférica de 33 m/s. Depois que a mistura seca atingiu 120°C, ela foi transferida para a misturador resfriador, que era resfriada ativamente com água. A mistura seca foi resfriada a 45°C e depois ejetada em um bolsa para armazenamento.

[056] Para a avaliação do efeito lubrificante, um plastógrafo das misturas secas foi utilizado. O modelo usado foi o ThermoScientific Haake Rheomix OS, conduzido pelo PolyLab OS RheoDrive7. Estava equipado com rotores Banbury.

[057] O peso de cada carga de mistura seca foi fixado em 300 g e foi compensado pelo seu conteúdo de umidade individual. O conteúdo de umidade das misturas secas variou em torno de 1,2%. A temperatura da câmara do plastógrafo foi ajustada em 180°C e a velocidade de rotação foi ajustada para 30 rpm. O registro de dados foi iniciado com uma força de 10 Nm e continuou até que o composto mostrou sinais de degradação através da elevação do torque e da temperatura. O processo foi encerrado quando a temperatura atingiu 202°C ou o torque aumentou significativamente.

Inv. Componente Produto Função Ref. Comp. 1 2 3 4 5 1 PVC SolVin 263RB Matriz 100 100 100 100 100 100 100 Cálcio/Zinco Mark CZ2000 Estabilizador 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 Ácido acrílico Paraloid K120 Auxílio de 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 processamento Éster di- Loxiol G60 Lubrificante 1,2 carboxilato Interno

Ácido 12- Loxiol G21 Lubrificante 0,2 hidroxi Externo esteárico Éster de Ligalub GT Lubrificante 1,2 glicerol Externo Cera de Licocene Lubrificante 0,15 polietileno PE4201 Externo Cera FT de alta H105 Lubrificante 1,5 fusão Cera inventiva Composição de Lubrificante 1,5 cera A Composição de Lubrificante 1,5 cera B Composição de Lubrificante 1,5 cera C Composição de Lubrificante 1,5 cera D Composição de Lubrificante 1,5 cera E Farinha de Arbocel C100 Enchimento 100 100 100 100 100 100 100 madeira Tabela 5: Misturas secas de PVC-WPC produzidas (todas as quantidades em phw)

[058] Os tempos de fusão dos diferentes compósitos mostrados na Tabela 6 foram determinados a partir dos plastógrafo mencionados acima.

Mistura seca Tempo de fusão Torque de fusão Ref. 2:53 min. 65,8 Nm Comp. 1 3:07 min. 65,1 Nm Inv. 1 2:26 min. 66,5 Nm Inv. 2 3:13 min. 58,8 Nm Inv. 3 2:50 min. 62,3 Nm Inv. 4 3:16 min. 63,5 Nm Inv. 5 3:36 min. 58,7 Nm Tabela 6: Tempos de fusão das diferentes misturas secas determinados com um plastógrafo

[059] Pode-se ver claramente que os tempos de fusão e os torques de fusão para os compósitos com as ceras inventivas lubrificantes são comparáveis aos da referência e do exemplo comparativo. Isso resulta em um período de fusão suficiente e processamento eficiente do WPC ao usar essas ceras como lubrificantes.

[060] Para a avaliação das propriedades mecânicas e físicas dos WPCs obtidos com as diferentes ceras como lubrificante, amostras de placas das misturas secas acima foram produzidas por moldagem por extrusão e por compressão.

[061] Para a extrusão das misturas secas, um Battenfeld miniBEX, uma extrusora cônica de contra-rotação de dois parafusos (diâmetro = 54 mm), foi usado para produzir fita infinita com uma seção transversal de 40 x 4 mm. O torque, a temperatura média do fundido e a pressão durante o processo de extrusão foram monitorados. Foram testadas velocidades diferentes (6, 15 e 19 rpm), resultando em quantidades de alimentação de 10, 20 ou 30 kg/h. Apenas as misturas secas obtidas com os lubrificantes inventivos resultaram em extrudados satisfatórios sem quaisquer defeitos superficiais na maior velocidade (ver parâmetros de extrusão e resultados na Tabela 7). A pressão de massa determinada é um indicador adicional para a eficiência da lubrificação.

Ref. Comp. 1 Ref. Comp. 1 Ref. Comp. 1 Velocidade 6 6 15 15 19 19 [rpm] Pressão 105 101 102,4 97,7 113,8 111,1 [bar] Aparência áspero áspero Defeitos Defeitos Defeitos Defeitos superficiais superficiais superficiais superficiais (pele de (pele de (pele de (pele de tubarão) tubarão) tubarão) tubarão) Inv. 1 Inv. 2 Inv. 1 Inv. 2 Inv. 1 Inv. 2 Velocidade 6 6 15 15 19 19 [rpm] Pressão 75,8 74,8 86 79,9 117,7 85,2 [bar] Aparência liso liso liso liso liso liso Inv. 3 Inv. 4 Inv. 3 Inv. 4 Inv. 3 Inv. 4 Velocidade 6 6 15 15 19 19 [rpm] Pressão 75 86,6 70 80,5 87,8 98,6 [bar] Aparência liso liso liso liso liso liso Inv. 5 Inv. 5 Inv. 5 Velocidade 6 15 19 [rpm] Pressão 87 88,8 96,1 [bar] Aparência liso liso liso

Tabela 7: Parâmetros de extrusão e aparência superficial dos produtos obtidos a partir daí

[062] Na Tabela 8, os resultados são resumidos e pode-se ver claramente que os melhores desempenhos são obtidos com um ponto de congelamento, viscosidade e conteúdo de hidrocarbonetos oxidados médios. O desempenho não é mais tão bom se o ponto de congelamento e/ou o conteúdo de hidrocarbonetos oxidados for em muito baixo ou alto e/ou a viscosidade estiver aumentando.

Inv. Ref. Comp. 1 1 2 3 4 5 Ponto de congelamento 103 57,5 77,5 81 84 102 [°C] Viscosidade dinâmica a 17,9 3,0 4,6 6,7 10,0 24,4 120°C [mPa∙s] Número de acidez [mg <0,1 0,4 0,3 8,8 8,1 8,9 KOH/g] Tempo de Fusão [min] 2:53 3:07 2:26 3:13 2:50 3:16 3:36 Torque de Fusão [Nm] 65,8 65,1 66,5 58,8 62,3 63,5 58,7 Aparência ótica de - - + ++ +++ ++(+) ++ extrudados a 30 kg/h Pressão de massa a 30 113,8 111,1 111,7 85,2 87,8 98,6 96,1 kg/h Tabela 8: Resumo dos resultados

[063] Para a moldagem por compressão, as misturas secas foram compostas por 10 minutos empregando o plastógrafo e as configurações mencionadas acima. O composto resultante foi moído com uma moinho de corte rotativo Retsch SM 2000 com um tamanho de malha de 8 mm. Uma prensa Siempelkamp de pequena escala foi usada para produzir placas de moldagem de compressão com as dimensões de 240 x 170 x 4 mm. As dimensões uniformes foram realizadas pela aplicação de um molde de metal. O granulado WPC foi empilhado manualmente no meio do molde para fornecer um mínimo de fluxo de fusão. A temperatura foi ajustada para 180°C durante todo o processo e a sequência de prensagem de acordo com a Tabela 9 foi usada.

Tempo Pressão/Distância entre placas 300 s 80 mm 360 s Até 4 mm – 20 bar 700 s Pressão liberada

890 s 60 bar 900 s 100 bar Tabela 9: Sequência de prensagem aplicada a misturas secas durante a moldagem por compressão

[064] Posteriormente, o aquecimento foi desligado e o resfriamento de água foi ligado manualmente. quando a temperatura estava tão baixa quanto 80°C, o ciclo de prensagem foi concluído.

[065] As placas WPC foram armazenadas entre duas placas metálicas pesadas para um resfriamento adicional até a temperatura ambiente. Após o resfriamento, as amostras foram cortadas a partir das placas com uma serra circular.

[066] As propriedades de flexão das amostras foram testadas de acordo com DIN EN ISO 178 (2003) em um desenho de teste de flexão de três pontos. Uma máquina de teste universal Zwick/Roell Z050 equipada com uma célula de carga Xforce HP de 5 kN e um extensômetro foram utilizados. Amostras das dimensões 80 x 10 x 4 mm foram usadas. A largura de suporte foi de 64 mm. A velocidade de teste foi ajustada para 1 mm/min.

[067] As propriedades de tração foram determinadas de acordo com DIN EN ISO 527- 1 (1996). Um Zwick/Roell Z050 equipado com uma célula de carga Xforce HP de 5 kN e um extensômetro foram utilizados. As dimensões das amostras em forma de sino estavam de acordo com o tipo 1 b na DIN EN ISO 527-2 (1996). A velocidade de teste foi ajustada para 1 mm/min. Os resultados desses testes podem ser encontrados na Tabela

10.

AmostraMódulo de elasticidade de Desvio Módulo de elasticidade de Desvio flexão (Média), [MPa] padrão tração (Média), [MPa] padrão Ref. 5550 304 5337 222 Comp. 1 5757 344 5625 123 Inv. 2 6270 500 6049 110 Tabela 10: Módulos de elasticidade de flexão e tração

[068] A avaliação de cores das amostras foi realizada com um Epson Expression 10000 XL e Adobe Photoshop CS6. As varreduras das amostras foram usadas para obter arquivos sRGB. Esses arquivos foram convertidos em valores CIELab com o software Photoshop e os valores para luminosidade (L), bem como verde e mangenta (a) e amarelo e azul (b), respectivamente, foram comparados (Tabela 11). Nenhuma diferença decisiva na aparência da cor das amostras pode ser determinada, apesar de que o Comp. 1 e o Inv. 2 eram ligeiramente mais claros que a referência.

Amostra Valor de L Valor de a (verde e Valor de b (amarelo e (luminosidade) magenta) azul) Ref. 16,3 1,2 5,2 Comp. 1 22,5 2,6 7,9 Inv. 2 20,5 2,4 7,3 Tabela 11: Avaliação de cores

[069] Todos esses resultados mostram que as composições lubrificantes para compósitos de madeira e plástico de acordo com a invenção têm efeitos superiores durante o processamento. A velocidade de extrusão para WPCs com a composição inventiva lubrificante pode ser aumentada três vezes, mantendo boas qualidades do produto (sem defeitos superficiais, sem deterioração da cor e alta estabilidade mecânica).

Claims (17)

REIVINDICAÇÕES

1. Uma composição de compósito de madeira e plástico caracterizada pelo fato de que compreende: − pelo menos um componente de madeira; − pelo menos um polímero termoplástico; − hidrocarbonetos de cera tendo de 15 a 110 átomos de carbono; e − hidrocarbonetos oxidados, em que a mistura que consiste nos hidrocarbonetos de cera e os hidrocarbonetos oxidados é uma composição de cera tendo - uma viscosidade dinâmica a 120°C abaixo de 25 mPa∙s; - um conteúdo de moléculas em que a cadeia de carbono é linear de mais de 65% em peso; - um ponto de congelamento de acordo com ASTM D 938 de 55°C a 105°C; - um conteúdo dos hidrocarbonetos oxidados de pelo menos 1 a 20% em peso; e - um número de acidez de acordo com ASTM D 1386 de 0,1 a 10 mg KOH/g.

2. A composição de compósito de madeira e plástico de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os hidrocarbonetos oxidados são selecionados a partir do grupo de cera de parafina, cera sintética que consiste nos hidrocarbonetos não- oxidados ou suas misturas.

3. A composição de compósito de madeira e plástico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o polímero termoplástico é selecionado a partir do grupo de poliolefinas, preferencialmente polietileno ou polipropileno, policloreto de vinila ou suas misturas, preferencialmente policloreto de vinila.

4. A composição de compósito de madeira e plástico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o componente de madeira consiste em lignoceluloses de plantas não-lenhosas ou lenhosas ou de suas combinações.

5. A composição de compósito de madeira e plástico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que os hidrocarbonetos de cera é uma cera Fischer-Tropsch e/ou os hidrocarbonetos oxidados originam-se de uma cera Fischer-Tropsch.

6. A composição de compósito de madeira e plástico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que os hidrocarbonetos oxidados e/ou a composição de cera têm/tem uma proporção de álcoois para ésteres/ácidos para cetonas/aldeídos de 1 : 0,1 a 3 : 0,1 a 2, preferencialmente 1 : 0,1 a 0,2: 0,1 a 0,25.

7. A composição de compósito de madeira e plástico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a composição de cera tem uma viscosidade dinâmica a 120°C de 10 mPa∙s ou abaixo.

8. A composição de compósito de madeira e plástico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a composição de cera tem uma viscosidade dinâmica a 180°C de 10 mPa∙s ou abaixo, preferencialmente 5 mPa∙s ou abaixo.

9. A composição de compósito de madeira e plástico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o conteúdo de moléculas na composição de cera com uma cadeia de carbono linear é superior a 75% em peso, preferencialmente acima de 80% em peso.

10. A composição de compósito de madeira e plástico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que o ponto de congelamento da composição de cera está entre 75 a 105°C, preferencialmente entre 75 a 85°C.

11. A composição de compósito de madeira e plástico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a densidade da composição de cera a 120°C de acordo com EN ISO 12185 está abaixo de 0,9 g∙cm-3, preferencialmente 0,8 g∙cm-3 ou abaixo e mais preferencialmente entre 0,7 e 0,8 g∙cm-3.

12. A composição de compósito de madeira e plástico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a massa molar (número médio)

das moléculas na composição de cera está entre 300 a 1500 g∙mol-1, preferencialmente entre 400 a 1300 g∙mol-1 e mais preferencialmente entre 500 a 800 g∙mol-1.

13. A composição de compósito de madeira e plástico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que compreende de 25 a 400 phw, preferencialmente de 40 a 235 phw, polímero termoplástico.

14. A composição de compósito de madeira e plástico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que compreende de 0,1 a 40 phw, preferencialmente de 0,25 a 20 phw, da composição de cera.

15. A composição de compósito de madeira e plástico de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que mais de 50% em peso, preferencialmente mais de 90% em peso, da composição consiste nos componentes de madeira, no polímero termoplástico e na composição de cera.

16. Um método de processamento de uma composição de compósito de madeira e plástico caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de - composição − pelo menos um componente de madeira; − pelo menos um polímero termoplástico e − a composição de cera como definida em qualquer uma das reivindicações anteriores, ou os hidrocarbonetos de cera e os hidrocarbonetos oxidados adicionados separadamente de cada um, ambos como definidos em qualquer uma das reivindicações anteriores, a temperaturas acima do ponto de congelamento da composição de cera para obter um composto de compósito de madeira e plástico; e - consolidação do composto, preferencialmente por extrusão de perfil, moldagem por compressão ou moldagem por injeção, a temperaturas acima do ponto de fusão do polímero termoplástico e abaixo da temperatura de decomposição dos componentes de madeira, preferencialmente entre 150 a 200°C, para obter um compósito de madeira e plástico acabado.

17. O uso caracterizado pelo fato de 0,1 a 40 phw da composição de cera de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 15 em uma composição de compósito de madeira e plástico como lubrificante no processamento da composição de compósito de madeira e plástico para obter um compósito de madeira e plástico acabado.