Relatorio Descritivo da Patente de Invenção para "LAMINADO DECORATIVO APRESENTANDO PROPRIEDADES ANTIMICROBIANAS DURÁVEIS E ARTIGO MOLDADO COMPREENDENDO O MESMO*'.
REFERENCIAS CRUZADAS A PEDIDOS DE PATENTE AFINS
Este pedido de patente é uma continuação-em-parte do pedido de patente PCT n° US 02/23184, depositado em 23 de julho de 2002. 0 teor deste pedido de patente é aqui incorporado como referência em sua totalidade.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO 1) Campo da Invenção A presente invenção refere-se a uma resina de melamina antimí-crobiana útil na fabríeacao de revestimentos de superfícies e laminados de-corativos, particularmente para tampos de balcões, pisos, tampos de mesas, tampos de escrivaninhas, e produtos moldados, tais como aparelhos de jantar moldados, pratos moldados para convescotes, e canecas moldados, bem como tratamentos superficiais para produtos têxteis e papéis. Mais particularmcntc, a presente invenção refere-se à adição de um agente andmicrobiano a uma resina de melamina, agente este que a capaz de dispersar-se rápido e uni forme mente dentro da resina e apresenta propriedades antimicrobianas para a durabilidade da camada de melamina. 2) Técnicas Anteriores As resinas de melaminas são bem-conhecidas e foram sintetizadas pela primeira vez cm 1834 por Licbig. Antes de mais ou menos 1940, estas resinas eram mais uma curiosidade laboratorial do que um produto comercial. Atualmente, a resina de melamina é ampla mente utilizada para revestimentos de superfícies e laminados decorativos. Os laminados baseados em papel são comercializados sob as denominações de comércio Formica* e Micarta*· Estes tipos de revestimento ou laminados decorativos são formados a partir de impressões fotográficas ou papel decorativo esculpido impregnado eorn resina de melamina e colocados sobre uni material nuclear e curados em uma prensa grande. O papel kraft impregnado com a resina de melamina é muito compatível com a resina de melamina e custa menos do que múltiplas camadas de papel impregnado.
As resinas de melaminas têm a superfície mais rígida do que qualquer material existente no mercado. Esta superfície rígida, junto com excelente resistência a graxas e água, baixa inflamabilidade, e claridade do plástico, levaram à utilidade da melamina formaldeído como material para tampo de balcões. Estes materiais para tampos de balcões são lâminas finas compostas de um forro de papel pesado ou papelão fino que é unido ao lado posterior de um papel estampado. O material ligante é usualmente fenólico, que pode ser espumado, porém não é espesso. A camada de papel do topo é impregnada com melamina formaldeído. O laminado é aquecido e submetido a uma pressão para atingir uma cura completa. O material tem genericamente uma espessura entre dois e quatro milímetros, até cerca de dois metros de largura, e é comercializado em rolos e vendido em unidades de comprimento. A lâmina do rolo é então unida de forma aderente a uma base lenhosa para fabricar tampos de balcões, pisos, móveis, etc. A resina de melamina é compatível com uma ampla série de cargas e tem sido usada para muitas peças moldadas por causa da superfície rígida resultante. Muitos produtos, tais como aparelhos de jantar, pratos de plástico, e canecas, todos moldados, são fabricados a partir da resina de melamina que é rígida, resistente a manchas, e de custo relativamente baixo. O piso Pergo® é um sistema para colocação de piso laminado pronto para uso (sem necessidade de lixar ou aplicar poliuretano), que tem uma camada de topo de melamina formaldeído que é aquecida sob pressão para fundir-se a uma camada de madeira. A camada de topo é uma camada resistente ao desgaste extremamente duro e ainda assim transparente, de tal modo que ela permite que os veios da madeira apareçam.
Embora a resina de melamina e seus usos, tais como Formica® ou aparelhos de jantar, etc., sejam bem-conhecidos pelos versados nessas técnicas, fabricar resina de melamina com propriedades antimicrobianas é bem difícil.
Apesar da dificuldade, há uma necessidade na indústria para criar tampos de mesa, tampos de balcão, aparelhos de jantar, e pisos, todos podendo ser usados em aplicações residenciais ou comerciais. Mais especificamente, um restaurante com tampos de mesa, tampos de balcão na cozinha, e piso no restaurante inteiro, de Formica®, todos com propriedades an-timicrobianas, seria desejável e reduziría as possibilidades de contaminação por salmonela, E. coli, e outras bactérias e fungos. Resinas de melaminas que são muito rígidas, produzindo superfícies a partir de resinas de melaminas que têm características antimicrobianas permanentes, ao invés de um tratamento tópico que tem somente uma duração temporária e duração muito curta, são desconhecidas até agora. Adicionalmente, certas classes de agentes antimicrobianos são compatíveis ou reagem com a melamina, de tal modo que eles são incorporados à resina e não mais apresentam propriedades antimicrobianas.
Peróxido foi identificado como um agente antifúngico e contra mofo apropriado para resinas de melaminas na publicação japonesa na JP 10-119221, depositada em 16 de outubro de 1996 em nome de Yozo Shio-da. O peróxido é adicionado a uma concentração de 0,1 a 0,8 parte por 100 partes de melamina. Um problema associado ao peróxido é que ele se degrada rapidamente quando aquecido, tendo propriedades antimicrobianas sustentadas encurtadas. Adicionalmente, em concentrações mais altas, o peróxido encurta a vida útil da melamina.
Fosfatos antibacterianos em combinação com prata, benzalcô-nio, cetil-piridínio e isopropil metil fenol, foram descritos para uso com resinas de melaminas na publicação japonesa n° JP 07-329265, depositada em 3 de junho de 1994 em nome de Kazuaki Tajima et ai, para uso em laminados decorativos. O fosfato antibacteriano junto com prata, benzalcônio, cetil-piridínio e isopropil metil fenol é adicionado à lâmina sobreposta ou à lâmina impressa, e ao papel kraft subjacente que é impregnado com resinas fenóli-cas. Os fosfatos requerem um antimicrobiano secundário em parte porque os fosfatos são uma fonte de alimento para inúmeros vegetais e animais elementares (bactérias e fungos). Um sistema antimicrobiano que não emprega fosfatos seria preferido, e especialmente um sistema antimicrobiano que não fornece uma fonte de nutrição para as bactérias ou fungos. Além disso, um sistema preferido seria um no qual o antimicrobiano está concentrado na lâmina de sobreposição. A necessidade de aparelhos de jantar, pratos para convescotes, etc., tendo também propriedades antimicrobianas, existe basicamente pelas mesmas razões dadas acima em relação às superfícies de tampos de balcões, tampos de mesa e pisos. Para criar uma resina baseada em melamina que tem propriedades antimicrobianas permanentes, de tal modo que o agente antimicrobiano seja capaz de migrar através da resina de melamina dura muito rígida, ou seja incorporado dentro da resina de uma maneira tal que, conforme a superfície dura é erodida através de desgaste e rasgamento normais, o agente antimicrobiano recém-exposto, renova continuamente as propriedades antimicrobianas.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a resinas de melaminas que têm, incorporados dentro delas, um ou mais agentes antimicrobianos capazes de proporcionar propriedades antimicrobianas permanentes à resina.
No sentido mais amplo, a presente invenção refere-se à combinação de uma resina de melamina antimicrobiana permanente, compreendendo melamina e um agente antimicrobiano que é substancialmente inerte em relação à resina de melamina e está presente dentro da resina de melamina em uma quantidade eficaz para proporcionar propriedades antimicrobianas.
Os agentes antimicrobianos eficazes são, de preferência, aqueles que têm uma pressão de vapor relativamente baixa. Triclosano, que é um derivado bis-fenílico de difenil-éter, tendo o nome científico 2,4,4,-tricloro-2'-hidróxi-difenil-éter, é um agente particularmente eficaz. Ele tem uma pressão de vapor de 4 x 10'4 mm a 20 °C. Por outro lado, orto-fenil-fenol (a.k.a. OPP - CAS N- 90-43-7), que tem um ponto de ebulição de ~280°C é genericamente considerado volátil demais na presente invenção, exceto em aplicações que necessitam excelente resistência a bioincrustação. A combinação de OPP e triclosano demonstrou apresentar efeitos sinérgicos, e em produ- tos que têm um revestimento de melamina formaldeído, no qual propriedades contra bioincrustação são necessárias, o uso de OPP pode ser justificado. Compostos baseados em isotiazolona, selecionados no grupo que consiste em 1,2-benzisotiazolin-3-ona (CAS n° 2634-33-5), N-butil-1,2-benzisotiazolin-3-ona, 2-octil-isotiazolona (CAS n° 26530-20-1), 4,5-dicloro-2-N-octil-3(2H)-isotiazolona (CAS ne 64359-81-5), metil-3(2H)-isotiazolona (CAS n5 2682-20-04), e cloro-2-metil-3(2H)-isotiazolona (CAS ne 26172-55-4) demonstraram ser agentes antimicrobianos eficazes. Agentes apropriados adicionais incluem diiodometil p-tolilsulfona, piritionas de zinco e sódio, azóis tais como propiconazóis, cloridrato de poli(hexametilenobiguanida), 3,4,4'-triclorocarbanilida, metaborato de bário (H20)n, e prata, cobre e zinco em zeólita ou vidro amorfo em pó. Na invenção, o antimicrobiano ou antimicrobianos são administrados como um pó finamente dividido diluído em um líquido, formando uma dispersão. A dispersão é misturada com as resinas de melamina formaldeído antes da aplicação das resinas. A dispersão tem de 15% a 60% de sólidos em peso, e comumente 50% em peso do antimicrobiano ativo. Óxido de zinco pode ser adicionado à dispersão para estabilizar o antimicrobiano, e particularmente, piritionas zinco. A porcentagem em peso do antimicrobiano é de 0,1 a 5%, de preferência na faixa entre 0,3 e 1,0% em peso da resina de melamina.
Em uma aplicação típica, tal como na formação de um laminado decorativo baseado em melamina formaldeído (isto é, piso ou tampo de balcão), o laminado compreende um núcleo de alta densidade que tem pelo menos uma camada de chapa de fibra, à qual adere-se uma folha de papel impresso impregnado com melamina-formaldeído, e sobre a qual adere-se uma lâmina de sobreposição impregnada com melamina-formaldeído. O papel impresso impregnado é estampado para ficar com o desenho desejado, que no presente caso, é para balcões ou imitação de madeira. Comumente, a folha de papel impresso e a lâmina de sobreposição são pré-impregnadas com o revestimento de melamina formaldeído pelo menos vários dias antes de formar o laminado. A chapa de fibra é usualmente impregnada com uma resina fenólica ou de melamina. A pré-impregnação do papel impresso e da cobertura sobreposta dá tempo suficiente para que a melamina formaldeído molhe intensamente o substrato, o qual, por sua vez, expulsa qualquer quantidade de ar retida remanescente. A melamina formaldeído é usualmente aplicada como uma formulação saturada de resina/água ou resi-na/água/solvente(s). O solvente ou solventes usados comumente em composições de melamina formaldeído são usualmente misturas bem complexas ou mais do que um solvente, e incluem solventes aromáticos tais como tolu-eno, xileno e Solvesso 150®, uma mistura aromática da Exxon; álcoois, tais como butanol, isobutanol, metanol, etanol, isopropanol; ésteres, tais como acetato de Cellosolve, acetato de etila, acetato de isopropila; cetonas tais como isoforona, metil etil cetona, acetona; aminas de álcoois, tais como di-metil etanol amina, dimetil isopropanol amina; e éteres, tal como butil Cellosolve. O uso de solventes é genericamente reservado para impregnar papel difícil de saturar. Certos graus de papel kraft são densos demais ou hidrofó-bicos demais, ou uma combinação disso para ser saturada até um nível suficiente de captação, para atingir as propriedades desejadas com um sistema carreado só por água. Folhas de papel com poros mais abertos podem ser saturadas com sistemas de água/látex, que geralmente têm a vantagem de um custo de matéria-prima mais barato.
Os aditivos para formulação, além do antimicrobiano, incluem agentes ativos de superfície, tais como agentes umectantes, tensoativos, desaeradores, e antiespumantes; agentes antibloqueadores, catalisadores tais como PTSA (ácido para-toluenossulfônico), MSA (ácido metanossulfôni-co), ácido oxálico, nitrato de amônio e cloreto de amônio; cargas, pigmentos; modificadores dielétricos; agentes lustradores; e corantes. Catalisadores de ácidos latentes, tais como aqueles que têm um contra-íon fugitivo, tais como nitrato de amônio e cloreto de amônio, são preferidos quando o tempo de estocagem será longo. Dito genericamente, os catalisadores de ácidos fortes só são usados em sistemas de melamina formaldeído quando a melamina é altamente metilada, tal como a hexametoximetilmelamina. A dispersão do antimicrobiano pode ser usada com melamina, e melaminas alquiladas tais como melaminas metiladas, melaminas butiladas, melaminas isobutiladas, e melaminas que contêm resinas imino, tais como resinas imino metiladas, resinas imino butiladas, resinas imino isobutiladas; e resinas de uréia, tais como resinas de uréia metiladas, resinas de uréia butiladas, resinas de uréia isobutiladas, resinas de uréia formaldeído; resinas de benzoguanamina e resinas de glicolurila.
Depois da saturação, o veículo (como por exemplo, água e/ou solvente) é evaporado, deixando a folha saturada com a melamina formaldeído amina formulada. Descobriu-se que o antimicrobiano só precisa ser adicionado à cobertura sobreposta para conferir propriedades antimicrobia-nas ao laminado. Embora se preveja que a migração para dentro da camada de papel impresso irá ocorrer, o desempenho antimicrobiano, e particularmente o desempenho bactericida permanece eficaz no nível de 0,1% em peso na melamina. O laminado é formado combinando a cobertura, o papel impresso e a chapa de fibra em uma prensa aquecida. Os tempos de cura típicos são de 15 segundos a vários minutos a uma temperatura entre 127 °C e 290 °C. As pressões são da ordem de 6,9 MPa (1.000 psi) a 34,5 MPa (5.000 psi).
Os agentes antimicrobianos podem ser adicionados também diretamente às resinas de melamina formaldeído, quando a resina de melami-na-formaldeído está sendo usada como um revestimento superficial, sobre tampos de balcões, pisos, tampos de mesas, etq., sendo o agente antimicrobiano da presente invenção incorporado dentro do banho através do qual o papel kraft passa, por exemplo. Quando a resina de melamina formaldeído é empregada para fabricar artigos moldados, tais como aparelhos de jantar, canecas, talhos, etc., o agente antimicrobiano é incorporado diretamente dentro da resina de melamina a ser moldada.
Os agentes antimicrobianos apropriados para a presente invenção podem ser 2,4,4’-tricloro-2,-hidroxifeniléter (também conhecido como triclosano); 2-fenilfenol; cloridrato de poli(hexametileno-biguanida), 3,4,4'-triclorocarbanilida, bário monoidratado, omadina-zinco (derivados de piritio-na), e zeólitas contendo cobre, prata, zinco, e compostos baseados em isoti-azolona, selecionados no grupo que consiste em 1,2-benzisotiazolin-3-ona (CAS η2 2634-33-5), N-butil-1,2-benzisotiazolin-3-ona, 2-octil-isotiazolona (CAS n2 26530-20-1), 4,5-dicloro-2-N-octil-3(2H)-isotiazolona (CAS n2 64359-81-5), metil-3(2H)-isotiazolona (CAS n2 2682-20-04), e cloro-2-metil-3(2H)-isotiazolona (CAS n2 26172-55-4). Devido ao fato de que vários destes agentes antimicrobianos são capazes de reagir com a resina de melamina formaldeído, eles devem ser conseqüentemente misturados em primeiro lugar, de tal modo que eles fiquem virtualmente encapsulados em um veículo que é compatível com melamina formaldeído. Este veículo contendo agente antimicrobiano é adicionado à melamina formaldeído no banho quando se fabrica os materiais de superfície maciça ou dentro da resina em si quando prensada. A presente invenção refere-se também a produtos fabricados a partir de resina de melamina tendo o agente antimicrobiano incorporado a ela. No sentido mais amplo, a presente invenção refere-se a um artigo, tais como aparelho de jantar, canecas, copos, pisos, tampos de balcões, tampos de mesas, e talhos, que apresentam propriedades antimicrobianas permanentes durante a vida útil de tais artigos.
DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES PREFERIDAS A melamina (C3H6N6) é um sólido cristalino branco. Combinando-a com formaldeído resulta na formação de um composto referido como derivado de metilol. Com mais formaldeído (CH20), a melamina reage para formar tri-, tetra-, penta- e hexametilol-melamina. Embora as resinas de me-laminas comerciais possam ser obtidas sem o uso de catalisador, usa-se aquecimento e catalisador para acelerar a polimerização e a cura. A reação da melamina com formaldeído é uma reação de condensação com água como subproduto. A cura das resinas de melaminas é acelerada pelo uso de calor e catalisador ácido, enquanto o pH global ainda está neutro ou ligeiramente alcalino. A adição de catalisador ácido proporciona uma fonte de prótons, mas o nível de adição é mantido genericamente mais baixo do que a alcalinidade produzida pelas aminas. Adicionalmente, a resina de melamina formaldeído pode conter cargas, plastificantes, modificadores dielétricos, pigmentos ou corantes, e agentes lustradores. Quando a reina é moldada, a faixa de temperatura é genericamente entre 154 e 171 °C e sob uma pressão, em um molde de compressão, entre 13,8 MPa (2.000 psi) a 34,5 MPa (5.000 psi).
Os laminados decorativos são usualmente montados com um núcleo de várias folhas de papel kraft impregnadas com resina fenólica ou de melamina. O núcleo é aparelhado com uma folha impregnada com mela-mina formaldeído, que é freqüentemente impressa com um desenho decorativo. Finalmente, uma folha fina de cobertura sobreposta impregnada com resina de melamina é aplicada. As folhas são impregnadas passando através de um banho de resina, e em seguida, secadas sob umidade controlada. A melamina formaldeído, contendo a dispersão de agente anti-microbiano, é incorporada dentro do banho de saturação através do qual o papel passa. O banho é reciclado para manter a dispersão uniformemente distribuída. Um saturado típico de melamina formaldeído deve ter uma viscosidade de 300 a 600 centipoises. A porcentagem de sólidos é de 55% a 58%. O pH é de 9,3 a 9,8. O banho é longo o suficiente de tal modo que haja um tempo de residência de aproximadamente 1 min. A folha de cobertura sobreposta é uma folha com uma gramatura de 70 g/m2 (43 lb/3.000 ft2) a 80 g/m2 (50 lb/3.000 ft2), que é saturada com 105 g/m2 (64,5 lb/3.000 ft2) a 110 g/m2 (68 lb/3.000 ft2) de resina (seca). A adição percentual em peso do anti-microbiano é de 0,1 a 5%, sendo uma faixa preferida entre 0,3 e 1,0% em peso da resina de melamina. A porcentagem em peso visada para triclosano seco na melamina é de 0,75%. Após a saturação, a folha é secada parcialmente, removendo a maior parte da água de diluição. Um processo similar de saturação é usado na folha de papel impresso impregnada. A cobertura, a folha de papel impresso e a chapa de fibra de alta densidade do núcleo são montadas e laminadas em uma prensa sob pressões na faixa entre 6,9 MPa (1.000 psi) e 10,3 MPa (1.500 psi), a temperaturas na faixa de 170 a 210 °C, sendo 190 °C uma temperatura preferida. O laminado resultante é resistente a estragos de detergentes, ácidos, álcoois, óleos e graxas, e tem propriedades antimicrobianas por toda sua vida útil.
Em uma variação da primeira modalidade descrita acima, uma segunda placa de fibra de alta densidade do núcleo é formada, e impregnada com resina de melamina, e montada e laminada à primeira modalidade.
Em uma variação da segunda modalidade descrita acima, uma almofada emborrachada é montada e laminada sobre o fundo da segunda placa de fibra de alta densidade do núcleo.
Geralmente, durante a cura, o formaldeído é liberado da resina de melamina formaldeído. O formaldeído em si é um bom agente antibacte-riano. Entretanto, quando a cura é completada, quantidades insuficientes de formaldeído são liberadas e com o decorrer do tempo a quantidade liberada é cada vez menor, de tal modo que ele simplesmente não tem qualquer efeito antimicrobiano, particularmente depois de cerca de um ano como um artigo moldado ou em um material superficial. A presente invenção refere-se à incorporação de um agente antimicrobiano na resina de melamina formaldeído, de tal modo que ela tenha sempre propriedades antimicrobianas durante a sua vida útil inteira. A incorporação é efetuada através da adição de uma dispersão do agente antimicrobiano à resina de melamina formaldeído. A resina de melamina é revestida/saturada sobre uma lâmina de cobertura sobreposta usada em um laminado. Após o revestimento, a água de diluição e/ou o solvente é evaporado, deixando a cobertura impregnada com resina de melamina não-curada que contém pelo menos um antimicrobiano. A cobertura é combinada com outras lâminas sob calor e pressão, para formar o laminado. O agente antimicrobiano, que está concentrado na cobertura do laminado, confere propriedades antimicrobianas protetoras ao laminado durante a vida útil de revestimento melamínico.