BR122020011216B1

BR122020011216B1 - Composição de aglutinante, composição de adesivo e uso das referidas composições

Info

Publication number: BR122020011216B1
Application number: BR122020011216-6A
Authority: BR
Inventors: Sanna Valkonen; Suvi Pietarinen; Okko Ringena; Kati Oinonen
Original assignee: Upm-Kymmene Corporation
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2022-05-17
Also published as: FI123934B; PT2831150T; TR201908988T4; WO2013144453A1; FI12005U1; US10017636B2; CL2014002588A1; ES2733728T3; CA2867912C; EP2831150B1; US20150087781A1; EP2831150A1; CA2867912A1; US20160376434A1; EP3556796A1; US9469795B2; CN104837897B; SI2831150T1; BR112014023873B1; PL2831150T3

Abstract

A presente invenção refere-se a um método para produzir uma composição de aglutinante, em que o método compreende as etapas a seguir: (i) formar uma composição aquosa que compreende componentes de reagente que incluem moléculas de lignina de 11 a 60 unidades de lignina, moléculas de lignina de 1 a 10 unidades de lignina, substância polimerizável e agente de reticulação na presença de um catalisador; e (ii) cozer a composição em uma temperatura de 60 a 95 °C para polimerizar os componentes de reagente até uma composição de aglutinante com um valor de viscosidade predeterminado ser formada.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A invenção refere-se a uma composição de aglutinante, a uma composição de adesivo e às aplicações diferentes da composição de aglutinante.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] A lignina é um polímero natural, que pode ser extraído a partir, por exemplo, de madeira. Visto que a lignina é um biopolímero natural, o uso da mesma como um componente em colas em vez de materiais sintéticos foi investigado a fim de apresentar uma composição de adesivo mais ecológica. Especialmente, a capacidade para substituir o fenol sintético em resinas fenólicas, tal como a resina de fenol formaldeído, foi o objetivo da técnica anterior.

[003] Os tipos diferentes de composições de adesivo, tal como colas fenólicas, podem ser usados com produtos de madeira. Os exemplos de tais colas incluem composições que compreendem resina de fenol formaldeído. Tradicionalmente, resinas de fenol formaldeído sintéticas são produzidas polimerizando-se fenol e formaldeído na presença de um catalisador. Os exemplos de tais catalisadores são hidróxido de sódio (NaOH) e ácidos. O método para a produção de resina de fenol formaldeído compreende adicionar formaldeído de uma maneira em etapas a uma composição de fenol e, depois disso, aumentar a temperatura da composição formada até 80 a 90 °C. A composição é cozida nessa temperatura até uma viscosidade desejada da resina formada ou um comprimento de cadeia de polímero serem alcançados.

[004] A lignina pode ser usada para o propósito de diminuir a quantidade de fenol sintético em uma composição de resina. A lignina foi usada anteriormente para substituir o fenol durante a produção de resina de lignina-fenol- formaldeído.

[005] Foi possível substituir até 30% do fenol sintético na resina final, por exemplo, a resina de fenol formaldeído, por lignina, mas a substituição superior resultou em propriedades não satisfatórias da cola produzida.

[006] Os inventores reconheceram, portanto, uma necessidade por um método, que pode resultar em uma substituição de fenol superior na composição e consequentemente em uma composição de aglutinante mais ecológica que tem propriedades adequadas para o uso em aplicações diferentes.

PROPÓSITO DA INVENÇÃO

[007] O propósito da invenção é fornecer um novo tipo de método para substituir pelo menos parte da quantidade de materiais sintéticos usados durante a produção de uma composição de aglutinante. Especialmente, o propósito é produzir uma composição de aglutinante mais ecológica para ser usada, por exemplo, em aplicações de adesivo.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[008] A composição de aglutinante da presente invenção compreende um resultado de: (i) formar uma composição aquosa compreendendo os componentes de reagente incluindo moléculas de lignina de 11 a 60 unidades de lignina, moléculas de lignina de 1 a 10 unidades de lignina, substância polimerizável e agente de reticulação na presença de um catalisador, em que a razão em peso de moléculas de lignina de 11 a 60 unidades de lignina para as moléculas de lignina de 1 a 10 unidades de lignina é de 0,1 a 20, em que a substância polimerizável é selecionada a partir de um grupo que consiste em fenol, cresol, resorcinol e combinações dos mesmos, e o agente de reticulação é um aldeído; e em que a razão em peso de moléculas de lignina de 11 a 60 unidades de lignina e moléculas de lignina de 1 a 10 unidades de lignina para a substância polimerizável é de pelo menos 0,2; e (ii) cozer a composição aquosa a uma temperatura de 45 a 95°C para polimerizar os componentes de reagente até uma composição de aglutinante com um valor de viscosidade predeterminado ser formada, em que o valor de viscosidade predeterminado da composição de aglutinante final é de pelo menos 40, mas não mais que 250 cP, ou em que o valor de viscosidade predeterminado da composição de aglutinante final é de pelo menos 250 cP, mas não mais que 1500 cP, em que a viscosidade é medida a 25 °C usando um viscosímetro rotativo.

[009] A composição de adesivo da presente invenção compreende a dita composição de aglutinante.

[010] Os usos da presente invenção compreendem uma aplicação de impregnação, como um revestimento, para reforçar o plástico, para a produção de um revestimento comprimido, um laminado ou uma laca, ou para colar um produto de madeira.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[011] Os desenhos anexos, que são incluídos para fornecer um melhor entendimento da invenção e constituem uma parte deste relatório descritivo, ilustram algumas modalidades da invenção e juntamente com a descrição ajudam a explicar os princípios da invenção. Nos desenhos:

[012] A Figura 1 é uma ilustração de fluxograma de um método de acordo com uma modalidade da presente invenção; e

[013] A Figura 2 é uma ilustração de fluxograma de um método de acordo com outra modalidade da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[014] A presente invenção se refere a um método para a produção de uma composição de aglutinante, em que o método compreende as etapas a seguir:

[015] (i) formar uma composição aquosa que compreende os componentes de reagente que incluem moléculas de lignina de 11 a 60 unidades de lignina, as moléculas de lignina de 1 a 10 unidades de lignina, a substância polimerizável e o agente de reticulação na presença de um catalisador; e

[016] (ii) cozer a composição em uma temperatura de 45 a 95 °C para polimerizar os componentes de reagente até uma composição de aglutinante com um valor de viscosidade predeterminado ser formada.

[017] A expressão “moléculas de lignina de 11 a 60 unidades de lignina” deve ser entendida neste relatório descritivo, a menos que indicado o contrário, como referindo à lignina de peso molecular alto. A expressão “moléculas de lignina de 1 a 10 unidades de lignina” deve ser entendida neste relatório descritivo, a menos que indicado o contrário, como referindo à lignina de peso molecular baixo.

[018] A presente invenção se refere a um método para a produção de uma composição de aglutinante, em que o método compreende as etapas a seguir:

[019] (i) formar uma composição aquosa que compreende componentes de reagente que incluem a lignina de peso molecular alto, a lignina de peso molecular baixo, a substância polimerizável e o agente de reticulação na presença de um catalisador; e

[020] (ii) cozer a composição em uma temperatura de 45 a 95 °C para polimerizar os componentes de reagente até uma composição de aglutinante com um valor de viscosidade predeterminado ser formada;

[021] em que a lignina de peso molecular alto compreende moléculas de lignina de 11 a 60 unidades de lignina, e em que a lignina de peso molecular baixo compreende moléculas de lignina de 1 a 10 unidades de lignina.

[022] A expressão “lignina de peso molecular alto” deve ser entendida neste relatório descritivo, a menos que indicado o contrário, como compreendendo as moléculas de lignina de 11 a 60 unidades de lignina.

[023] A expressão “lignina de peso molecular baixo” deve ser entendida neste relatório descritivo, a menos que indicado o contrário, como compreendendo moléculas de lignina de 1 a 10 unidades de lignina.

[024] A expressão “unidade de lignina” deve ser entendida neste relatório descritivo, a menos que indicado o contrário, como fenilpropano. O fenilpropano pode compreender grupos OH e/ou OMe fixados ao mesmo. As unidades de lignina são reticuladas entre si através de ligações de éter. Um fenilpropano compreende nove átomos de carbono.

[025] Uma desvantagem de métodos diferentes para separar ou isolar lignina de biomassa, por exemplo, é que a lignina é condensada durante o procedimento devido ao ambiente de pH baixo usado. Consequentemente, a lignina separada tem uma reatividade muito baixa e uma natureza heterogênica, que afeta as reações com outros componentes de reagente durante a produção de uma composição de aglutinante. A reatividade baixa de lignina foi uma das razões que impede um nível de substituição superior de fenol sintético, por exemplo, em composições de aglutinante com lignina de base biológica. Foi reconhecido que as propriedades de composições de aglutinante atualmente disponíveis, em que até 50 a 60% do fenol sintético foram substituídos por lignina, não são aceitáveis, por exemplo, para aplicações de colagem. Por exemplo, a resistência de articulações coladas não foi a um nível exigido.

[026] Os inventores observaram surpreendentemente que usando-se a lignina de peso molecular baixo em combinação com uma fração de lignina de peso molecular alto durante a produção de uma composição de aglutinante, um nível de substituição superior, por exemplo, de fenol sintético em composições de aglutinante pode ser alcançado. Constatou-se que o uso de lignina de peso molecular baixo, que é reconhecida como mais reativa em comparação à lignina de peso molecular alto, por exemplo, intensifica as reações que ocorrem durante a composição de aglutinante produção.

[027] Em uma modalidade da presente invenção, a lignina de peso molecular alto é separada de licor negro, lignina kraft, lignina de origem de biomassa, lignina de processo de polpação alcalina, lignina de processo de soda, lignina de polpação organosolv ou de uma combinação dos mesmos. Em uma modalidade da presente invenção, a lignina de peso molecular baixo é separada de licor negro, lignina kraft, lignina de origem de biomassa, lignina de processo de polpação alcalina, lignina de processo de soda, lignina de polpação organosolv ou de uma combinação dos mesmos.

[028] A lignina de peso molecular baixo assim como a lignina de peso molecular alto podem ser separadas de fontes diferentes com o uso de tipos diferentes de métodos ou procedimentos. A lignina de peso molecular baixo pode ser separada, por exemplo, de lignina kraft por ultrafiltração, nanofiltração ou por precipitação sequencial. A lignina de peso molecular baixo também pode ser separada de licor negro, por exemplo, por ultrafiltração.

[029] Neste relatório descritivo, a menos que indicado o contrário, a expressão “lignina” deve ser entendida como qualquer lignina adequada para ser usada na presente invenção.

[030] A lignina pode incluir lignina essencialmente pura assim como os derivados de lignina e modificações de lignina.

[031] A expressão “lignina essencialmente pura” deve ser entendida como lignina pelo menos 90% pura, preferencialmente lignina pelo menos 95% pura. Em uma modalidade da presente invenção, a lignina essencialmente pura compreende no máximo 10%, preferencialmente no máximo 5%, de outros componentes. Os extrativos e carboidratos tais como hemiceluloses podem ser mencionados como exemplos de tais outros componentes.

[032] Por “lignina kraft” deve-se entender neste relatório descritivo, a menos que indicado o contrário, a lignina que se origina de licor negro kraft. O licor negro é uma solução aquosa alcalina de resíduos de lignina, hemicelulose, e substâncias químicas inorgânicas usadas em um processo de polpação kraft. O licor negro do processo de polpação compreende componentes que se originam de espécies de madeira dura e madeira macia diferentes em várias proporções. A lignina pode ser separada do licor negro por técnicas diferentes que incluem, por exemplo, precipitação e filtração. A lignina começa a precipitar normalmente em valores de pH abaixo de 11 a 12. Os valores de pH diferentes podem ser usados a fim de precipitar frações de lignina com propriedades diferentes. Essas frações de lignina se diferem entre si por distribuição de peso molecular, por exemplo, Mw e Mn, teores de polidispersão, hemicelulose e extrativos. A massa molar de lignina precipitada em um valor de pH superior é maior do que a massa molar de lignina precipitada em um valor de pH inferior. Ademais, a distribuição de peso molecular de fração de lignina precipitada em um valor de pH inferior é mais ampla do que a de fração de lignina precipitada em um valor de pH superior. Consequentemente, as propriedades da lignina podem ser variadas dependendo do uso final da aplicação de colagem.

[033] A lignina precipitada pode ser purificada de impurezas orgânicas, hemicelulose e extrativos de madeira com o uso de etapas de lavagem ácida. Ademais, a purificação pode ser alcançada por filtração.

[034] Em uma modalidade da presente invenção, o teor de matéria seca da lignina, por exemplo, a lignina, é abaixo de 98%, preferencialmente 40 a 80% e mais preferencialmente 50 a 70%.

[035] Em uma modalidade da presente invenção, a lignina é separada a partir de biomassa pura. O processo de separação pode começar com liquidificação da biomassa com álcali forte seguido por um processo de neutralização. Após o tratamento alcalino, a lignina pode ser precipitada de uma maneira similar conforme apresentado acima. Em uma modalidade da presente invenção, a separação de lignina a partir de biomassa compreende uma etapa de tratamento de enzima. O tratamento de enzima modifica a lignina a ser extraída a partir de biomassa. A lignina separada de biomassa pura é livre de enxofre e, consequentemente, valiosa no processamento adicional.

[036] Em uma modalidade da presente invenção, o valor de viscosidade predeterminado da composição de aglutinante final é pelo menos 40 cP, preferencialmente pelo menos 50 cP, e mais preferencialmente pelo menos 80 cP. Em uma modalidade da presente invenção, o valor de viscosidade predeterminado da composição de aglutinante final é pelo menos 40, mas não mais do que 250 cP, preferencialmente pelo menos 50 cP mas não mais do que 150 cP, e mais preferencialmente pelo menos 80 mas não mais do que 120 cP.

[037] Em uma modalidade da presente invenção, o valor de viscosidade predeterminado da composição de aglutinante final é pelo menos 250 cP, preferencialmente pelo menos 300 cP, e mais preferencialmente pelo menos 500 cP. Em uma modalidade da presente invenção, o valor de viscosidade predeterminado da composição de aglutinante final é pelo menos 250 cP, mas não mais do que 1.500 cP, preferencialmente pelo menos 300 cP mas não mais do que 1.200 cP, e mais preferencialmente pelo menos 500 mas não mais do que 1000 cP. A viscosidade é medida em 25 °C com o uso de um viscosímetro de rotação. O valor de viscosidade predeterminado da composição de aglutinante final pode variar dependendo da aplicação específica em que a composição de aglutinante deve ser usada.

[038] Em uma modalidade da presente invenção, a lignina de peso molecular alto é alquilada antes de ser usada no método para a produção de uma composição de aglutinante. Em uma modalidade da presente invenção, a lignina de peso molecular baixo é alquilada antes de ser usada no método para a produção de uma composição de aglutinante. A alquilação de lignina torna a lignina mais reativa. Em uma modalidade, a alquilação compreende formar, sob aquecimento em uma temperatura de 30 a 70 °C, uma dispersão aquosa que compreende álcali e lignina, e aquecer a dispersão formada em uma temperatura de 50 a 95 °C por 15 minutos - 2 horas para produzir lignina alquilada. O álcali pode compreender um hidróxido de um metal alcalino. O tratamento da lignina por alquilação ativa a lignina, tornando a mesma mais adequada para o uso em aplicações adicionais.

[039] Em uma modalidade da presente invenção, a razão de peso de moléculas de lignina de 11 a 60 unidades de lignina para moléculas de lignina de 1 a 10 unidades de lignina é 0,1 para 20, preferencialmente 0,2 para 10, e mais preferencialmente 0,5 para 5.

[040] Em uma modalidade da presente invenção, a etapa (i) de formação da composição aquosa compreende as etapas a seguir:

[041] (ia) formar uma dispersão que compreende moléculas de lignina de 11 a 60 unidades de lignina; e

[042] (ib) combinar a substância polimerizável e o agente de reticulação com a dispersão para formar a composição aquosa.

[043] Em uma modalidade da presente invenção, a etapa (ib) compreende adicionar o catalisador.

[044] Em uma modalidade da presente invenção, a etapa (i) de formação da composição aquosa compreende, após a etapa (ib), as etapas a seguir:

[045] (ic) cozer a composição formada até a composição ter uma viscosidade, que corresponde a 15 a 70% de um valor de viscosidade predeterminado da composição de aglutinante final; e

[046] (id) adicionar as moléculas de lignina de 1 a 10 unidades de lignina como um componente de reagente à composição.

[047] Em uma modalidade da presente invenção, a etapa (ia) e/ou a etapa ib) compreende adicionar as moléculas de lignina de 1 a 10 unidades de lignina como um componente de reagente.

[048] Em uma modalidade da presente invenção, a etapa (ia) compreende dissolver a lignina em um solvente. Em uma modalidade da presente invenção, o solvente compreende hidróxido de sódio. Em uma modalidade da presente invenção, a etapa (ia) compreende adicionar água.

[049] A temperatura da dispersão pode aumentar durante a etapa (ia) da temperatura ambiente até 70 °C.

[050] Em uma modalidade, toda a quantidade da substância polimerizável, por exemplo, fenol, usada é adicionada de uma vez na composição. Em uma modalidade da presente invenção, o agente de reticulação, por exemplo, aldeído, é adicionado de uma maneira em etapas. A adição do aldeído de uma maneira em etapas garante que a temperatura da composição não seja aumentada demais ou muito rapidamente.

[051] Em uma modalidade da presente invenção, a etapa (i) compreende manter a composição em uma temperatura de no máximo 75 °C.

[052] Em uma modalidade da presente invenção, a etapa (ic) compreende manter a temperatura da composição entre 40 a 95 °C, preferencialmente entre 50 a 85 °C, e mais preferencialmente entre 60 a 80 °C.

[053] Em uma modalidade da presente invenção, a temperatura da composição é diminuída abaixo de 85 °C, e preferencialmente abaixo de 65 °C antes da etapa (id).

[054] Em uma modalidade da presente invenção, a etapa (ii) compreende cozer a composição preferencialmente em uma temperatura de 50 a 85 °C, e mais preferencialmente em uma temperatura de 60 a 80 °C.

[055] Em uma modalidade da presente invenção, a temperatura da composição é aumentada até 45 a 95 °C, preferencialmente até 50 a 85 °C, e mais preferencialmente até 60 a 80 °C, antes, durante ou após a etapa (id).

[056] A temperatura pode ser controlada durante a produção da composição de aglutinante por resfriamento e/ou aquecimento da composição.

[057] Em uma modalidade da presente invenção, a razão de peso de moléculas de lignina de 11 a 60 unidades de lignina e de moléculas de lignina de 1 a 10 unidades de lignina para a substância polimerizável é pelo menos 0,2, preferencialmente pelo menos 1, e mais preferencialmente pelo menos 5.

[058] Em uma modalidade da presente invenção, a quantidade de moléculas de lignina de 1 a 10 unidades de lignina é 1 a 95 %, preferencialmente 3 a 60%, e mais preferencialmente 5 a 30%, da quantidade de moléculas de lignina de 11 a 60 unidades de lignina.

[059] Em uma modalidade da presente invenção, a relação entre as quantidades de moléculas de lignina de 11 a 60 unidades de lignina, catalisador/solvente, substância polimerizável, agente de reticulação e moléculas de lignina de 1 a 10 unidades de lignina, com base nos teores secos dos mesmos, usados para a produção da composição de aglutinante é a seguinte: 18 a 60% em peso, preferencialmente 26 a 45% em peso, de agente de reticulação e catalisador/solvente, e 82 a 40% em peso, preferencialmente 74 a 55% em peso, da substância polimerizável, moléculas de lignina de 11 a 60 unidades de lignina e moléculas de lignina de 1 a 10 unidades de lignina.

[060] Em uma modalidade da presente invenção, o agente de reticulação é selecionado a partir do grupo que consiste em um aldeído, um derivado de um aldeído, um composto de formação de aldeído e combinações dos mesmos. Em uma modalidade da presente invenção, o derivado de um aldeído é hexametilenotetramina, paraformaldeído ou trioxano. Em uma modalidade da presente invenção, o agente de reticulação é selecionado a partir do grupo que consiste em um aldeído aromático, glioxal, álcool furfurílico, caprolactama e compostos de glicol. O aldeído pode ser formaldeído. O aldeído aromático pode ser aldeído furfurílico. Em uma modalidade da presente invenção, o agente de reticulação é um agente de reticulação de base biológica. Em uma modalidade da presente invenção, o agente de reticulação é um aldeído e preferencialmente formaldeído.

[061] Em uma modalidade da presente invenção, a substância polimerizável é um composto selecionado da classe de fenóis. Em uma modalidade da presente invenção, a substância polimerizável é selecionada a partir do grupo que consiste em fenol, cresol, resorcinol e combinações dos mesmos. Em uma modalidade da presente invenção, a substância polimerizável é fenol. Em uma modalidade da presente invenção, a substância polimerizável é selecionada a partir do grupo que consiste em hidroxifenóis de base biológica e os derivados dos mesmos. Em uma modalidade da presente invenção, a substância polimerizável é uma substância polimerizável de base biológica. Em uma modalidade da presente invenção, a substância polimerizável é selecionada a partir do grupo que consiste em lignina e tanino.

[062] Em uma modalidade da presente invenção, a etapa (i) compreende tanino como um componente de reagente.

[063] Em uma modalidade da presente invenção, o tanino usado se origina de qualquer espécie de madeira. O tanino pode se originar, por exemplo, de casca ou cerne. A árvore Quebracho, faia e acácia são apresentadas como exemplos de fontes possíveis de tanino.

[064] Em uma modalidade da presente invenção, o tanino usado se origina de casca de madeira macia. Em uma modalidade da presente invenção, o tanino é separado de casca de madeira macia de unidades de descasque em serrarias ou moinhos de polpa. O processo de separação pode ser combinado com um processo de extração de etanol, um processo de extração de água quente, um processo de extração de vapor quente ou um processo de extração de água-etanol de casca de conífera.

[065] Em uma modalidade da presente invenção, o tanino é tanino condensado. O tanino condensado tem um teor seco alto e é adequado, portanto, para ser usado na presente invenção. O teor de matéria seca de tanino condensado pode variar entre 40 a 100% e está adequadamente entre 60 a 90% e preferencialmente entre 70 a 80%. O tanino com tal teor de matéria seca pode ser disperso facilmente, pelo qual uma boa reatividade com os outros componentes de reagente é alcançada. O tanino também pode ser tanino hidrolisável.

[066] Em uma modalidade da presente invenção, o método compreende dispersar o tanino antes de adicionar o mesmo à composição. Se a quantidade de tanino a ser usada na produção da composição de aglutinante for maior do que 3%, preferencialmente maior do que 5%, mais preferencialmente maior do que 8% do teor de matéria seca total dos componentes a serem usados para a produção da composição de aglutinante, então o tanino é disperso antes que o mesmo seja adicionado à composição.

[067] O método da presente invenção resulta surpreendentemente em uma composição de aglutinante mais ecológica visto que, no método, a lignina de polímero natural, que é um polímero fenólico, substituiu pelo menos parte da substância de fenol sintético usada normalmente na produção de composições fenólicas tal como resina de fenol formaldeído. Sem limitar a invenção a qualquer teoria específica sobre o motivo do método da presente invenção resultar na vantagem supracitada, deve-se considerar que a adequabilidade de substituir pelo menos parte, por exemplo, do fenol por lignina é devido ao fato de que a lignina reage com um aldeído, tal como formaldeído, de uma maneira bastante similar como o fenol. O uso de lignina de peso molecular especialmente baixo como um aditivo reativo no método da presente invenção intensifica as propriedades de colagem desse tipo de composição fenólica à base de lignina.

[068] Em uma modalidade da presente invenção, o catalisador compreende um sal ou um hidróxido de um metal alcalino. Em uma modalidade da presente invenção, o catalisador é selecionado a partir do grupo que consiste em hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, ácidos e as combinações dos mesmos. Em uma modalidade da presente invenção, o catalisador é hidróxido de sódio.

[069] A ordem precisa de combinação e/ou adição dos componentes necessários para a produção de composição de aglutinante pode variar dependendo, por exemplo, das propriedades exigidas da composição de aglutinante formada. A escolha da sequência de combinação e/ou adição dos componentes exigidos está dentro do conhecimento do indivíduo versado com base neste relatório descritivo. A quantidade precisa dos componentes usados para a produção da composição de aglutinante pode variar e a escolha das quantidades dos componentes diferentes está dentro do conhecimento do indivíduo versado com base neste relatório descritivo.

[070] Na determinação da ordem de mistura e combinação em conjunto dos componentes a serem usados na produção da composição de aglutinante, deve-se considerar que a lignina de peso molecular baixo é mais reativa do que a lignina de peso molecular alto. Portanto, a lignina de peso molecular alto pode ser cozida preferencialmente na composição aquosa por um período de tempo mais longo do que a lignina de peso molecular baixo. Desse modo, garante-se que a lignina de peso molecular alto tem tempo suficiente para reagir com o agente de reticulação, por exemplo, o aldeído.

[071] A presente invenção se refere adicionalmente a uma composição de aglutinante obtenível pelo método de acordo com a presente invenção.

[072] A presente invenção se refere adicionalmente a uma composição de adesivo que compreende a composição de aglutinante de acordo com a presente invenção. A composição de adesivo pode compreender adicionalmente um ou mais componentes de adesivo selecionados a partir de um grupo que consiste em outros aglutinantes, extensores, aditivos, catalisadores e cargas. Um aglutinante é uma substância, que é responsável principalmente pela criação do crescimento e reticulação de polímero e auxilia, consequentemente, na cura de sistemas de polímero. Um extensor é uma substância, que auxilia o aglutinante ajustando-se as propriedades físicas, por exemplo, ligando-se a umidade. O aditivo pode ser um polímero ou um composto inorgânico, que auxilia nas propriedades como preenchimento, amolecimento, redução de custos, ajuste de umidade, aumentar a rigidez e aumentar a flexibilidade. O catalisador é uma substância, que intensifica e ajusta normalmente a velocidade de cura. Por “substância” deve-se entender no presente documento como incluindo um composto ou uma composição. A composição de aglutinante da presente invenção pode servir como um aglutinante, um extensor, um aditivo, um catalisador e/ou uma carga na composição de adesivo.

[073] Em uma modalidade da presente invenção, uma estrutura de compósito em camadas pode ser formada de duas ou mais camadas que incluem pelo menos uma camada folheada de madeira, em que as camadas são dispostas uma acima da outra e combinadas por meio de colagem com a composição de aglutinante de acordo com a presente invenção e/ou a composição de adesivo de acordo com a presente invenção. Neste relatório descritivo, a menos que indicado o contrário, o termo “folheado de madeira” é usado para abarcar um folheado, que pode ser formado de qualquer material, por exemplo, material à base de madeira, material de fibra, material de compósito ou similares. Nesse contexto, a espessura do folheado de madeira pode ser variada. Tipicamente, a espessura de folheado de madeira é abaixo de 3 mm.

[074] Em uma modalidade da presente invenção, a estrutura de compósito em camadas é selecionada a partir do grupo que consiste em um produto de painel de madeira, um produto de madeira compensada, um produto de compósito, e um produto de painel prensado. A estrutura de compósito em camadas pode ser formada de várias camadas, preferencialmente camadas folheadas de madeira, em que as camadas são dispostas uma sobre a outra e coladas entre si.

[075] A presente invenção se refere adicionalmente ao uso da composição de aglutinante em uma aplicação de impregnação, como um revestimento, para reforçar o plástico, para a produção de um revestimento comprimido, uma moldagem, um laminado ou uma laca, ou para a colagem de um produto de madeira. A composição de aglutinante da presente invenção pode ser usada adicionalmente para a colagem de combinações de plástico e madeira.

[076] A presente invenção se refere adicionalmente ao uso da composição de adesivo para a colagem de um produto de madeira.

[077] Em uma modalidade da presente invenção, o produto de madeira é selecionado a partir do grupo que consiste em uma placa de madeira, um folheado de madeira e uma barra de madeira.

[078] As modalidades da invenção descritas acima no presente documento podem ser usadas em qualquer combinação entre si. Várias das modalidades podem ser combinadas entre si para formar uma modalidade adicional da invenção. Um método, uma composição ou um uso, aos quais a invenção está relacionada, podem compreender pelo menos uma das modalidades da invenção descritas acima no presente documento.

[079] Uma vantagem do método de acordo com a presente invenção é que, usando-se tanto a lignina de peso molecular alto quanto a lignina de peso molecular baixo como componentes de reagente durante a produção de uma composição de aglutinante, uma composição de aglutinante mais ecológica é alcançada. Surpreendentemente, constatou-se que quando se usa tanto a lignina de peso molecular alto quanto a lignina de peso molecular baixo como componentes de reagente, a quantidade da substância polimerizável, tal como a substância de fenol sintético, por exemplo, fenol, pode ser diminuída significativamente durante o processo de produção de aglutinante. À medida que o fenol é um composto sintético e a lignina é um polímero natural, os mesmos são vantajosos para ter capacidade para minimizar a quantidade de fenol presente na composição de aglutinante final.

[080] Uma vantagem do método de acordo com a presente invenção é que, usando-se a lignina de peso molecular baixo no método de produção de aglutinante, a compatibilidade e o comportamento de reação da composição de aglutinante formada são melhores do que no uso de lignina de peso molecular alto somente.

[081] Uma vantagem do método de acordo com a presente invenção é que o uso da lignina de peso molecular baixo mais reativa na composição de aglutinante aperfeiçoa, por exemplo, as propriedades de cura e adesão, e o desempenho de resistência à tração da composição de aglutinante. Isto é, o desempenho global da composição de aglutinante formada é vantajoso.

[082] Consequentemente, uma vantagem da presente invenção é que um nível superior de componentes de base biológica é alcançado na composição de aglutinante final. Essa vantagem pode ser alcançada no uso das etapas de processo específicas da presente invenção e especialmente quando a lignina de peso molecular baixo é adicionada à composição. EXEMPLOS

[083] Referência será feita agora em detalhes às modalidades da presente invenção, cujo exemplo é ilustrado no desenho anexo.

[084] A descrição abaixo revela algumas modalidades da invenção em tais detalhes que um indivíduo versado na técnica tenha capacidade para utilizar a invenção com base na revelação. Nem todas as etapas das modalidades são discutidas em detalhes, à medida que muitas das etapas serão óbvias para o indivíduo versado na técnica com base neste relatório descritivo.

[085] A Figura 1 ilustra um método de acordo com uma modalidade da presente invenção para a produção de uma composição de aglutinante.

[086] Antes de formar uma composição aquosa que inclui os componentes de reagente, a fonte e as quantidades dos componentes são escolhidas a fim de preparar uma composição de aglutinante com as propriedades desejadas. Especialmente, as quantidades e a fonte de lignina de peso molecular alto e de lignina de peso molecular baixo são selecionadas.

[087] Seguindo várias preparações, a etapa (i) e especialmente a etapa (ia) da dita etapa são realizadas formando-se uma dispersão aquosa que compreende lignina. Na modalidade da Figura 1, tanto a lignina de peso molecular alto, isto é, as moléculas de lignina de 11 a 60 unidades de lignina, quanto a lignina de peso molecular baixo, isto é, as moléculas de lignina de 1 a 10 unidades de lignina, são usadas na etapa (ia) para a formação de uma dispersão de lignina.

[088] Uma dispersão na etapa ia) pode ser formada, por exemplo, combinando-se água, hidróxido de sódio e as frações de lignina sob aquecimento em uma temperatura, por exemplo, de 25 a 60 °C.

[089] Alternativamente, se a lignina deve ser alquilada a fim de tornar a lignina ainda mais reativa durante a etapa de cozimento de aglutinante, a etapa (ia) pode ser realizada misturando-se primeiramente a água e o hidróxido de sódio e aquecendo-se a mistura até uma temperatura de aproximadamente 60 °C. Em seguida, a lignina de peso molecular alto pode ser dispersa na composição após o que a lignina de peso molecular baixo é dispersa. Em seguida, a dispersão formada é permitida a cozinhar em uma temperatura de aproximadamente 75 °C por cerca de uma hora a fim de formar a lignina alquilada. Em seguida, a temperatura da dispersão é diminuída a aproximadamente 50 °C para uso posterior.

[090] Tendo-se formado a dispersão de lignina na etapa (ia), a substância polimerizável, o agente de reticulação e o catalisador são adicionados em uma ordem predeterminada com controle simultâneo da temperatura da composição aquosa formada (etapa (ib)). Os componentes selecionados podem ser adicionados um após o outro ou pelo menos parcialmente de modo simultâneo.

[091] Após a etapa (i) de formação da composição aquosa, a etapa (ii) é realizada. A etapa (ii) compreende cozinhar a composição aquosa em uma temperatura de 50 a 95 °C até que uma viscosidade predeterminada da composição seja alcançada.

[092] Como resultado da etapa (ia), da etapa (ib) e da etapa (ii), uma composição de aglutinante que tem propriedades desejadas é produzida. Essa composição de aglutinante pode ser usada como tal para aplicações de colagem ou pode ser processada adicionalmente com outros componentes adesivos para produzir uma composição de adesivo.

[093] A Figura 2 ilustra um método de acordo com outra modalidade da presente invenção para produzir uma composição de aglutinante.

[094] O método de acordo com a modalidade da Figura 2 começa de uma maneira semelhante à modalidade da Figura 1. Isto é, uma dispersão de lignina alquilada ou uma dispersão de lignina não alquilada é formada conforme explicado acima em relação à Figura 1. Entretanto, na modalidade da Figura 2 apenas a lignina de peso molecular alto é usada para formar a dispersão na etapa (ia).

[095] Após a formação da dispersão na etapa (ia), a etapa (ib) é realizada. A etapa (ib) compreende adicionar a substância polimerizável, o agente de reticulação e o catalisador para formar uma composição aquosa. Após misturar esses componentes, a composição é cozida na etapa (ic) até que a viscosidade da composição seja 15 a 70% de um valor de viscosidade predeterminado da composição de aglutinante final. A composição pode ser cozida em uma temperatura de 20 a 95 °C.

[096] Então, a etapa (id) de adição de lignina de peso molecular baixo à composição é realizada. A temperatura da composição aquosa formada é aumentada para 80 a 90 °C e a composição é cozida nessa temperatura até que uma viscosidade predeterminada da composição seja alcançada ou até que um comprimento de polimerização desejado seja alcançado (etapa (ii) da Figura 2).

[097] Como resultado da etapa (ia), da etapa (ib), da etapa (ic), da etapa (id) e da etapa (ii), uma composição de aglutinante que tem propriedades desejadas é produzida. Essa composição de aglutinante pode ser usada como tal para aplicações de colagem ou pode ser processada adicionalmente com outros componentes adesivos para produzir uma composição de adesivo.

EXEMPLO 1 - PREPARAÇÃO DE UMA COMPOSIÇÃO DE AGLUTINANTE

[098] Nesse exemplo, uma composição de aglutinante foi produzida. Os seguintes componentes e quantidades foram usados:

[099] Em primeiro lugar, água, a primeira parte de NaOH (NaOH-I) e lignina de peso molecular alto (lignina HMW), isto é, lignina que tem um peso molecular médio de 7.000 g/mol., foram misturadas de modo que uma dispersão fosse formada. Simultaneamente, a temperatura aumentou de temperatura ambiente para cerca de 60 °C. Então, parte da lignina de peso molecular baixo (lignina LMW), isto é, lignina que tem um peso molecular médio de 1.700 g/mol, foi adicionada à dispersão enquanto manteve-se a temperatura em 25 a 50 °C.

[100] Em seguida, todo o fenol foi adicionado seguindo da adição do formaldeído em etapas para formar uma composição aquosa. A temperatura foi mantida sob 75 °C. Após a adição do formaldeído, a composição foi permitida a reagir por 10 minutos após os quais o restante da lignina de peso molecular baixo foi adicionado. Após adicionar, também, a segunda parte do NaOH (NaOH-II) à composição, a composição foi cozida a 85 °C até que a viscosidade da composição formada fosse cerca de 305 cp. Então, a composição foi esfriada e a viscosidade final foi 315 cP. A viscosidade foi medida em uma temperatura de 25 °C.

[101] Nesse exemplo, em primeiro lugar uma dispersão de água, NaOH e da lignina foi formada, após a qual a adição de fenol foi iniciada. Entretanto, a dispersão também poderia ter sido submetida a um tratamento de alquilação a fim de tornar a lignina usada ainda mais reativa. A alquilação pode ser realizada, em primeiro lugar, misturando-se água e NaOH, após o qual o aquecimento da mistura é iniciado. Quando a temperatura alcançou 60 °C, a lignina de peso molecular alto é adicionada seguida da lignina de peso molecular baixo. Então, a temperatura pode chegar a 75 °C e a dispersão é permitida a reagir por cerca de um hora nessa temperatura para alquilar a lignina. A dispersão é, então, esfriada para 50 °C antes da adição de fenol começar.

[102] O procedimento do exemplo 1 resulta na possibilidade de substituir 50% do fenol sintético normalmente usado no método de produção de aglutinante com lignina.

EXEMPLO 2 - PREPARE DE UMA COMPOSIÇÃO DE AGLUTINANTE

[103] Nesse exemplo, uma composição de aglutinante foi produzida. Os seguintes componentes e quantidades foram usados:

[104] Em primeiro lugar, água e a primeira parte de NaOH (NaOH-I) foram misturadas e aquecidas até uma temperatura de 75 °C. Então, a lignina HMW, isto é, lignina que tem um peso molecular médio de 3.000 g/mol, foi adicionada seguida da adição de lignina LMW, isto é, lignina que tem um peso molecular médio de 1.300 g/mol. Quando a lignina LMW também foi adicionada à dispersão, a dispersão foi aquecida a uma temperatura de 75 °C por cerca de uma hora a fim de formar a lignina alquilada.

[105] Após a dispersão ter sido esfriada para 50 °C, o fenol foi adicionado seguindo da adição da primeira parte do formaldeído (formaldeído-I) em etapas para formar a composição aquosa. Então, a temperatura foi aumentada até 75 °C, após o qual a outra parte do formaldeído (formaldeído- II) e a segunda parte do NaOH (NaOH-II) foram adicionadas. Então, a composição foi cozida a 85 °C até que a viscosidade da composição formada fosse cerca de 380 cp. Então, a composição foi esfriada e a viscosidade final foi 430 cP. A viscosidade foi medida em uma temperatura de 25 °C.

[106] O procedimento do exemplo 2 resulta na possibilidade de substituir 50% do fenol sintético normalmente usado no método de produção de aglutinante por lignina.

EXEMPLO 3 - PREPARAÇÃO DE UMA COMPOSIÇÃO DE AGLUTINANTE

[107] Nesse exemplo, uma composição de aglutinante foi produzida. Os seguintes componentes e quantidades foram usados:

[108] Em primeiro lugar, a água, a primeira parte de NaOH (NaOH-I) e a lignina HMW, isto é, a lignina que tem um peso molecular médio de 8.000 g/mol, foram misturadas sob aquecimento de modo que uma dispersão fosse formada. Então, a temperatura foi ajustada para 50 °C, o fenol foi adicionado e em seguida o formaldeído foi adicionado em etapas durante um período de uma hora. A temperatura foi mantida sob 75 °C. Após o formaldeído ter sido adicionado, a segunda parte do NaOH (NaOH-II) foi adicionada. Após a adição de NaOH-II, a composição foi cozida a 75 °C até que a viscosidade da composição fosse 100 cP. Então, a lignina LMW, isto é, lignina que tem um peso molecular médio de 350 g/mol, foi adicionada à composição. A cocção foi continuada a uma temperatura de 75 °C até que a viscosidade da composição formada fosse cerca de 305 cP. Então, a composição foi esfriada resultando em uma viscosidade final de 350 cP. A viscosidade foi medida em uma temperatura de 25 °C.

[109] O procedimento do exemplo 3 resulta na possibilidade de substituir 66 % do fenol sintético normalmente usado no método de produção de aglutinante por lignina. EXEMPLO 4 - PREPARAÇÃO DE UMA COMPOSIÇÃO DE AGLUTINANTE

[110] Nesse exemplo, uma composição de aglutinante foi produzida. Os seguintes componentes e quantidades foram usados:

[111] Em primeiro lugar, a água, a primeira parte de NaOH (NaOH-I) e a lignina HMW, isto é, a lignina que tem um peso molecular médio de 10.000 g/mol, foram misturadas de modo que uma dispersão fosse formada. Simultaneamente, a temperatura aumentou de temperatura ambiente para cerca de 60 °C. Então, a lignina LMW, isto é, lignina que tem um peso molecular médio de 1.900 g/mol, foi adicionada à dispersão enquanto manteve-se a temperatura em 25 a 50 °C.

[112] Então todo o fenol foi adicionado seguindo da adição do formaldeído em etapas para formar uma composição aquosa. A temperatura foi mantida sob 75 °C. Após a adição do formaldeído, a composição foi permitida a reagir por 10 minutos, após os quais a segunda parte do NaOH (NaOH-II) foi adicionada à composição. Então, a composição foi cozida em 70 a 80 °C até que a viscosidade da composição formada fosse cerca de 375 cp. Em seguida, a composição foi esfriada e a final viscosidade foi 390 cP. A viscosidade foi medida em uma temperatura de 25 °C.

[113] Nesse exemplo, em primeiro lugar uma dispersão de água, NaOH e das duas frações de lignina foi formada, após a qual a adição de fenol foi iniciada. Entretanto, a dispersão também poderia ter sido submetida a um tratamento de alquilação em conformidade com o procedimento apresentado no exemplo 1 a fim de tornar a lignina usada ainda mais reativa.

[114] O procedimento do exemplo 4 resulta na possibilidade de substituir 80% do fenol sintético normalmente usado no método de produção de aglutinante por lignina.

EXEMPLO 5 - PREPARAÇÃO DE UMA COMPOSIÇÃO DE ADESIVO

[115] Nesse exemplo, a composição de aglutinante produzida no Exemplo 1 foi usada para a produção de uma composição de adesivo. A composição de aglutinante foi misturada com extensores, cargas, catalisadores, aditivos, dentre os quais, por exemplo, amido, farinha de madeira e endurecedor (por exemplo, tanino ou carbonatos) podem ser mencionados, formando, assim, a composição de adesivo.

EXEMPLO 6 - APLICAÇÃO DA COMPOSIÇÃO DE AGLUTINANTE PARA PRODUZIR UM PRODUTO DE MADEIRA COMPENSADA

[116] Os folheados de madeira que têm uma Espessura abaixo de 3 mm foram colados uns aos outros com a composição de aglutinante produzida no Exemplo 2 para produzir uma madeira compensada 7. Os resultados mostraram que o efeito de colagem foi suficientemente satisfatório para a colagem de folheados de madeira.

EXEMPLO 7 - APLICAÇÃO DA COMPOSIÇÃO DE ADESIVO PARA PRODUZIR UM PRODUTO DE MADEIRA COMPENSADA

[117] Nesse exemplo, a composição de adesivo do Exemplo 5 foi aplicada em folheados de madeira. Os folheados de madeira foram unidos uns aos outros pela composição de adesivo para formar uma madeira compensada. O teor de matéria seca da composição de adesivo foi entre 45 e 55%. Os folheados de madeira com a composição de adesivo foram prensados por técnica de prensa a quente em uma temperatura entre 120 a 170 °C. A composição de adesivo foi curada simultaneamente. A composição de adesivo da presente invenção foi observada como sendo adequada para a colagem de folheados de madeira uns aos outros e consequentemente para a fabricação de madeira compensada.

EXEMPLO 8 - APLICAÇÃO DA COMPOSIÇÃO DE AGLUTINANTE PARA PRODUZIR LAMINADOS

[118] Nesse exemplo, a composição de aglutinante conforme produzida no Exemplo 3 foi usada em uma aplicação de impregnação. Durante a produção de laminados, o papel foi impregnado com uma solução de álcool da composição de aglutinante, após a qual as camadas impregnadas foram transferidas para um forno. O álcool foi volatilizado e a composição de aglutinante foi curada parcialmente. As camadas que compreendem tal composição semicurada foram dispostas uma acima da outra e assadas por uma Técnica de prensa a quente a fim de formar laminados ou placas espessas uniformes.

[119] No método de produção de aglutinante apresentado nos exemplos acima, o fenol e o formaldeído são usados como exemplos de substância polimerizável e de agente de reticulação, respectivamente. Entretanto, qualquer outra substância polimerizável ou agente de reticulação revelados neste relatório descritivo podem ser bem usadas igualmente no método de produção de composição de aglutinante conforme será óbvio para o indivíduo versado com base neste relatório descritivo.

Claims

1. Composição de aglutinante caracterizada por compreender um resultado de: (i) formar uma composição aquosa compreendendo componentes de reagente incluindo moléculas de lignina de 11 a 60 unidades de lignina, moléculas de lignina de 1 a 10 unidades de lignina, substância polimerizável e agente de reticulação na presença de um catalisador, em que a razão em peso de moléculas de lignina de 11 a 60 unidades de lignina para as moléculas de lignina de 1 a 10 unidades de lignina é de 0,1 a 20, em que a substância polimerizável é selecionada a partir de um grupo que consiste em fenol, cresol, resorcinol e combinações dos mesmos, e o agente de reticulação é um aldeído; e em que a razão em peso de moléculas de lignina de 11 a 60 unidades de lignina e moléculas de lignina de 1 a 10 unidades de lignina para a substância polimerizável é de pelo menos 0,2; e (ii) cozer a composição aquosa a uma temperatura de 45 a 95°C para polimerizar os componentes de reagente até uma composição de aglutinante com um valor de viscosidade predeterminado ser formada, em que o valor de viscosidade predeterminado da composição de aglutinante final é de pelo menos 40, mas não mais que 250 cP, ou em que o valor de viscosidade predeterminado da composição de aglutinante final é de pelo menos 250 cP, mas não mais que 1500 cP, em que a viscosidade é medida a 25 °C usando um viscosímetro rotativo.

2. Composição de adesivo caracterizada por compreender uma composição de aglutinante conforme definida na reivindicação 1.

3. Composição de aglutinante, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a razão em peso de moléculas de lignina de 11 a 60 unidades de lignina para as moléculas de lignina de 1 a 10 unidades de lignina ser de 0,2 a 10, e mais preferencialmente 0,5 a 5.

4. Composição de aglutinante, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a etapa (i) de formação da composição aquosa compreender as seguintes etapas: (ia) formar uma dispersão compreendendo moléculas de lignina de 11 a 60 unidades de lignina; e (ib) combinar a substância polimerizável e o agente de reticulação com a dispersão para formar a composição aquosa.

5. Composição de aglutinante, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada por a etapa (ib) compreender adicionar o catalisador.

6. Composição de aglutinante, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada por a etapa (i) de formação da composição aquosa compreender, após a etapa (ib), as etapas a seguir: (ic) cozer a composição formada até a composição possuir uma viscosidade, que corresponde a 15 a 70% de um valor de viscosidade predeterminado da composição de aglutinante final; e (id) adicionar as moléculas de lignina de 1 a 10 unidades de lignina como um componente de reagente à composição.

7. Composição de aglutinante, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada por a etapa (ia) e/ou a etapa (ib) compreender adicionar as moléculas de lignina de 1 a 10 unidades de lignina como um componente de reagente.

8. Composição de aglutinante, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a etapa (i) compreender manter a composição em uma temperatura de no máximo 75°C.

9. Composição de aglutinante, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada por compreender manter a temperatura da composição entre 45 a 95°C.

10. Composição de aglutinante, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada por a temperatura da composição ser diminuída abaixo de 85°C antes da etapa (id).

11. Composição de aglutinante, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a etapa (ii) compreender cozer a composição preferencialmente em uma temperatura de 50 a 85°C.

12. Composição de aglutinante, de acordo com a reivindicação 6, caracterizada por a temperatura da composição ser aumentada até 45 a 95°C, antes, durante ou após a etapa (id).

13. Composição de aglutinante, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o agente de reticulação ser um aldeído, e preferencialmente formaldeído.

14. Composição de aglutinante, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o catalisador ser hidróxido de sódio.

15. Uso da composição de aglutinante, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1, 3 a 14, caracterizado por ser em uma aplicação de impregnação, como um revestimento, para reforçar o plástico, para a produção de um revestimento comprimido, um laminado ou uma laca, ou para colar um produto de madeira.

16. Uso da composição de adesivo, conforme definida na reivindicação 2, caracterizado por ser para colar um produto de madeira.