BRPI0317616B1 - emulsão de cera e método para fabricação da emulsão de cera - Google Patents

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Abstract

"aditivos resistentes à água para produtos de fibra de madeira e gesso". são proporcionadas emulsões que são úteis para conferir resistência à água a produtos de fibra de madeira e gesso. em uma modalidade, as emulsões compreendem uma cera ou uma combinação de ceras, um alquil fenol, pelo menos um tensoativo, ácido polinaftalenosulfônico, um hidróxido de metal alcalino e um amido complexado.

Description

EMULSÃO DE CERA E MÉTODO PARA FABRICAÇÃO DA EMULSÃO DE CERA
Este pedido reivindica o beneficio do pedidc de patente provisório No. 60/435.329, depositado em. 20 de dezembro de 2002, e pedido provisório norte-americano No. 60/454.131, depositado em 12 de março de 2003.
CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a um aditivo útil no aperfeiçoamento da resistência a água de produtos de fibra de madeira e gesso. A presente invenção também se refere a uma emulsão que inclui uma cera ou uma combinação de ceras, um alquil fenol, pelo menos um tensoativo, ácido polinaftalenosulfônico e um hidróxido de metal alcalino, sendo que a emulsão é útil para melhorar a resistência á água de produtos de fibra de madeira e gesso. A presente invenção se refere, adicionaimente, a um método de fabricação da emulsão.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
Certas propriedades do gesso (sulfato de cálcio di-hidratado), o tornam muito popular para uso na fabricação de produtos industriais e de construção; especialmente placa de gesso. É uma matéria prima abundante e genericamente barata que, através de um processo de desidratação e re-hidratação, pode ser fundido, moldado ou formado de alguma maneira em formatos úteis. O material base a partir do qual a placa de gesso é fabricada é a forma hemi-hidratada de sulfato de cálcio (gesso), comumente chamado estuque, que é produzido pela conversão térmica do di-hidrato a partir do qual a fase de água foi removida.
Na fabricação da placa de gesso, a pasta semifluida de gesso tem que fluir em um substrato de papel. Em um processo contínuo, a combinação de pasta semifluida/substrato é então dimensionada passando-se esta combinação entre cilindros. Simultaneamente a esta etapa de dimensionamento, um suporte de papel é posicionado sobre a pasta semifluida de gesso dimensionada. Sendo assim, a pasta semifluida de gesso tem que possuir fluidez suficiente tal que possa ser feita uma placa de gesso dimensionada apropriadamente.
Também é importante para a fabricação da placa de gesso que a pasta semifluida de gesso seja capaz de ser espumada até um ponto limitado. A espumabilidade refere-se a esta capacidade de ser espumado. Quando a pasta semifluida de gesso e o substrato de papel são passados através dos cilindros de dimensionamento, uma certa quantidade da pasta semifluida de gesso tem que fluir de volta e acumular no estreitamento dos cilindros, tal que seja entregue um fluxo regular de gesso aos cilindros de dimensionamento.
Por causa da natureza contínua de um processo de fabricação de placa de gesso, em que a pasta semifluida de gesso flui sobre um substrato que então passa através dos cilindros de dimensionamento, a extensão até onde a pasta semifluida de gesso flui após ela ser dimensionada é crítica para manter as dimensões do produto acabado da placa de gesso. 0 momento no qual a pasta semifluida cessa seu fluxo é referido como o momento de pré-assentamento. 0 momento de assentamento da pasta semifluida de gesso também é uma propriedade importante. 0 momento de assentamento refere-se à quantidade de tempo que leva para a pasta semifluida de gesso ser seca, sob calor, até a placa de gesso sólida acabada. A placa de gesso absorve água, o que reduz a resistência da chapa para revestimentos. Produtos da técnica anterior, como placa de gesso comum, azulejo de gesso, bloco de gesso, fundidos de gesso e similares, têm relativamente pouca resistência à água. Quando a placa de gesso comum, por exemplo, é imersa em água, a placa rapidamente absorve uma quantidade considerável de água e perde bastante de sua resistência. Os testes reais demonstraram que quando um cilindro de 5,08 cm por 10,16 cm de material de núcleo de placa de gesso foi imerso em água a cerca de 21,1°C, o cilindro mostrou uma absorção de água de 36% após a imersão por 40 minutos. 0 produto de fibra de madeira e gesso (GWF -Gypsum Wood Fiber) difere dos produtos de chapa para revestimentos de gesso convencionais pelo fato de que o GWF incorpora na pasta semifluida estabelecida tanto gesso quanto fibras de madeira. Por exemplo, além de madeira serrada, placa de partículas, placa de fibra, placa folhada, madeira compensada, polpa e papel reciclados e placa "dura" (placa de fibra de alta densidade) são algumas das formas de produtos de material ligno-celulósico processado usados na indústria de construção. Tais materiais têm melhor resistência à tração e à flexão do que o gesso. No entanto, eles também são geralmente mais caros, têm baixa resistência ao fogo e são frequentemente suscetíveis a inchação ou empenamento quando expostos a umidade. Logo, é desejado um meio disponível para melhorar estas propriedades limitantes de uso dos produtos de construção feitos de material celulósico.
Tentativas anteriores para combinar as propriedades favoráveis do gesso e das fibras celulósicas, particularmente fibras de madeira, tiveram sucesso muito limitado. Tentativas para adicionar fibras celulósicas (ou outras fibras para aquele material), a emboço de gesso e/ou núcleo de placa de emboço, genericamente produziram pouca ou nenhuma melhora na resistência por causa da incapacidade de conseguir qualquer ligação significativa entre as fibras e o gesso. As patentes norte-americanas Nos. 4.328.178; 4.239.716; 4.392.896 e 4.645.548 descrevem exemplos recentes onde as fibras de madeira ou outras fibras naturais foram misturadas em uma pasta semifluida estuque (sulfato de cálcio semi-hidratado) para servir como reforços para uma placa de gesso re-hidratada ou algo similar. A patente norte-americana No. 4.734.163, ensina um processo em que gesso cru ou não calcinado é finamente moído e misturado molhado com 5-10% de polpa de papel. A pasta é parcialmente desidratada, formada em um bolo e adicionalmente desidratada por rolos de pressão até a razão entre água e sólidos ser menor do que 0,4. O bolo é cortado em placas verdes que, após serem desbastadas e cortadas, são empilhadas entre placas de aço duplas e colocadas em uma autoclave. A temperatura na autoclave é elevada até cerca de 140°C para converter o gesso em alfa sulfato de cálcio semi-hidratado. Durante o resfriamento incrementai subseqüente das placas do vaso, o semi-hidratado hidrata de volta para di-hidratado (gesso) e dá a integridade da placa. Então, as placas são secas e acabadas, conforme necessário. A patente norte-americana No. 5.320.677, Baig, descreve um material compósito feito de gesso e partículas de um material de reforço, tal como fibras de ligno-celulose. O material compósito é produzido misturando-se gesso e partículas de uma substância mais forte, tais como fibras de madeira, em uma pasta semifluida aquosa diluída. A pasta semifluida é aquecida em uma autoclave, de preferência sob pressão, para converter o gesso em alfa sulfato de cálcio semi-hidratado. A pasta semifluida quente convertida é descarregada através de uma caixa de entrada em um transportador de feltro continuo do tipo usado em operações de fabricação de papel, onde a pasta semifluida é desidratada para remover tanta água não combinada quanto possível antes de re-hidratar o semi-hidratado de volta para gesso. 0 material resultante é uma massa homogênea que compreende cristais de gesso fisicamente inter-travados com as partículas discretas. Então, o emaranhado resultante é seco em fornos de secagem a ar forçado ou de convecção e a placa seca é cortada nas dimensões desejadas. Baig ensina a adição de modificadores de cristal à pasta semifluida, mas não ensina a adição de qualquer aditivo para melhorar a resistência à água do produto final.
Estes produtos da técnica anterior, como placa para revestimento de gesso ordinário, azulejo de gesso, bloco de gesso, fundidos de gesso e similares, têm relativamente pouca resistência a água. A patente norte-americana No. 6.010.596, Song, ensina a adição de uma emulsão de cera contendo uma combinação de hidrocarboneto parafínico, cera de montanha, álcool polivinílico, água e emulsificantes a uma pasta semifluída quente contendo gesso moído e fibra de madeira. Os emulsificantes incluem tensoativos não iônicos e catiônicos. Enquanto ainda está quente, a pasta semifluida é descarregada através de um caixa de entrada sobre um transportador de feltro contínuo, tal como o tipo usado em operações de fabricação de papel, para formar um bolo de feltro e remover tanta água não combinada quanto possível. Song não ensina uma emulsão contendo a nova combinação de ceras, um alquil fenol, pelo menos um tensoativo, ácido polinaftalenosulfônico e um hidróxido de metal alcalino.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
Modalidades da invenção proporcionam uma emulsão aditiva e um método para fazer a emulsão que trata os problemas de absorção de água, controle de viscosidade, estabilidade e fluidez da pasta semifluida na fabricação de compósitos de fibra de madeira e gesso.
Em uma modalidade, a presente invenção proporciona uma emulsão que inclui pelo menos uma cera, um alquil fenol, pelo menos um tensoativo, um ácido polinaftalenosulfônico, um hidróxido de metal alcalino e água. 0 ácido polinaftalenosulfônico e o hidróxido de metal alcalino reagem dando um sal de ácido polinaftalenosulfônico. Emulsões desta modalidade podem ser adicionadas a água quente, mesmo fervendo, sem a emulsão separar ou coalhar. A temperatura ambiente, as emulsões da presente invenção são líquidos fluxíveis e são estáveis por extensos períodos de tempo. As emulsões da presente invenção, quando adicionadas durante a fabricação de compósitos de fibra de madeira e gesso, melhoram a resistência à água do compósito.
Em uma outra modalidade, a presente invenção proporciona uma emulsão que inclui pelo menos uma cera, um alquil fenol, pelo menos um tensoativo, um ácido polinaftalenosulfônico, um hidróxido de metal alcalino, água e um amido.
Em uma outra modalidade, a presente invenção proporciona uma emulsão que inclui pelo menos uma cera, um alquil fenol, pelo menos um tensoativo, um ácido polinaftalenosulfônico, um hidróxido de metal alcalino, água e um amido complexado.
Em uma outra modalidade, a presente invenção proporciona um método para a fabricação de uma emulsão incluindo as etapas de: (a) aquecer até uma temperatura variando de cerca de 85°C até cerca de 98,9°C, uma mistura contendo pelo menos uma cera, um alquil fenol, e pelo menos um tensoativo para proporcionar uma mistura de fase de cera; (b) aquecer até uma temperatura variando de cerca de 85°C até cerca de 98,9°C, uma mistura contendo ácido polinaftalenosulfônico, um hidróxido de metal alcalino e água para proporcionar uma mistura de fase de água; (c) adicionar a mistura de fase de água à mistura de fase de cera para proporcionar uma mistura; (d) homogeneizar a mistura da etapa (c); e (e) resfriar a mistura homogeneizada a uma taxa efetiva para controlar a estabilidade e a viscosidade da mistura homogeneizada.
Uma outra modalidade da invenção está direcionada a um compósito de fibra de madeira e gesso fabricado usando a emulsão da presente invenção e um processo de fabricação de papel convencional.
Uma modalidade adicional da presente invenção é uma emulsão contendo uma primeira cera tendo um ponto de fusão de pelo menos 48,9°C em uma quantidade de cerca de 30 por cento por peso até cerca de 45 por cento por peso, com base no peso total da emulsão; uma cera saponificável em uma quantidade de cerca de 3 a cerca de 5 por cento por peso, com base no peso total da emulsão; uma combinação de tensoativos em uma quantidade de cerca de 0,5 a cerca de 5 por cento por peso, com base no peso total da emulsão; um alquil fenol em uma quantidade de cerca de 0,5 a cerca de 10 por cento por peso com base no peso total da emulsão; um ácido polinaftalenosulfônico em uma quantidade de cerca de 0,25% a cerca de 5 por cento por peso, com base no peso total da emulsão; água em uma quantidade de cerca de 45 a cerca de 65 por cento por peso com base no peso total da emulsão; e um hidróxido de metal alcalino em uma quantidade de cerca de 0,5% a cerca de 3 por cento por peso com base no peso total da emulsão.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO O produto de Fibra de Madeira e Gesso (abreviado como "GWF" - Gypsum Wood Fiber) difere dos produtos convencionais de placa para revestimento de gesso pelo fato de que o GWF incorpora na pasta semifluida estabelecida tanto gesso quanto fibras de madeira em uma combinação única e razão de cerca de 5 a 50 partes de fibra de madeira para uma quantidade correspondente de gesso para conseguir uma combinação 100% em uma forma misturada. Ao contrário da produção de placa para revestimento de gesso que incorpora uma pasta semifluida através de um mecanismo de formação e que requer que qualquer aditivo auxiliar à química da pasta semifluida, não afete a fluidez da pasta semifluida durante o processo de fabricação, mas controle a formação inerente de espuma do processo, a produção de GWF é facilitada através de um processo de fabricação de papel convencional que utiliza um mecanismo de distribuição de seção de caixa de entrada com extremidade úmida que distribui o GWF sobre uma tela de arame a vácuo para formação da esteira inicial e desidratação, seguido de compressão através de uma série de cilindros de correia a vácuo e para dentro de um forno, para desidratação final. A adição da emulsão não pode causar a deposição da cera ou ruptura sobre a correia a vácuo. 0 GWF da presente invenção não incorpora a face de papel e o papel de suporte, mas, ao invés disso, é um núcleo sem papel que tem desempenho similar e usos comparáveis a produtos de revestimento convencionais disponíveis atualmente. A combinação única e razões de um alquil fenol mais polimerizado e C24-C36, diversas ceras, co-tensoativos selecionados de ésteres de sorbitan, tais como hexaoleato de ésteres de ácido graxo, ésteres de ácido graxo de sorbitan polioxietileno e um sal de ácido polinaftalenosulfônico, resulta em uma emulsão de cera estável adequada para incorporação em um compósito GWF.
Uma formulação preferida é conforme a seguir na Tabela 1: Tabela 1 0 processo de dispersões aquosas diluídas em feltragem de água de diversos materiais fibrosos é um processo comercial bem conhecido para a fabricação de muitos tipos de papel e produtos de placa. Neste processo, uma dispersão aquosa de fibra, aglutinante e outros ingredientes, conforme for desejado ou necessário, é fluida sobre uma tela de arame de suporte foraminosa em movimento, tal como aquela de uma máquina de formação Fourdrinier ou Oliver, para desidratação. A dispersão pode ser desidratada primeiro por gravidade e então, desidratada por meios de sucção a vácuo; a esteira molhada é então prensada até uma espessura específica entre rolos e a tela de arame de suporte para remover água adicional. Então, a esteira prensada é seca em fornos de secagem a ar aquecido, por convecção ou forçado e o material seco é cortado nas dimensões desejadas.
Uma modalidade da invenção é adicionalmente direcionada a um método para fazer um artigo de fibra de madeira e gesso, que inclui as etapas de: (a) misturar uma pasta semifluida contendo de cerca de 5 por cento por peso a cerca de 50 por cento por peso de uma fibra de madeira, de cerca de 5 por cento por peso a cerca de 50 por cento por peso de gesso, de cerca de 1 por cento por peso a cerca de 3 por cento por peso da emulsão da presente invenção, com base no peso total da pasta semifluida e água; (b) distribuir a pasta semifluida sobre uma tela de arame a vácuo para formação de uma esteira; (c) secar parcialmente a esteira da etapa (b); (d) comprimir a esteira da etapa (c) através de uma série de rolos de correia a vácuo; e (e) secar a esteira comprimida da etapa (d) em um forno. A quantidade de água na pasta semifluida é uma quantidade suficiente para distribuir a pasta semifluida sobre uma tela de arame a vácuo para a formação de uma esteira. Diversos artigos de fibra de madeira e gesso podem ser feitos por este método, incluindo, mas não estando limitado a, placas para revestimento e proteções a prova d'água.
Descobriu-se também que por meio da utilização de compostos de amido, tais como modificado por ácido, hidroxietilatado, oxidado e/ou catiônico, em combinação com um agente de complexação e um sal de ácido polinaftalenosulfônico acoplado a um alquil fenol polimerizado, tudo em uma relação correta, que as deficiências notadas são corrigidas e é conseguida uma emulsão de cera resultante tendo desempenho superior como um aditivo de controle de absorção de água. Além do mais, as composições da presente invenção funcionam como aditivos anti-acúmulo com relação ao acúmulo de cera sobre a correia a vácuo.
Descobriu-se ainda que compostos de borato, compostos de molibdato e compostos de molibdênio são agentes de complexação surpreendentemente eficazes. A partir daqui, genericamente, os compostos de molibdato e molibdênio da presente invenção serão referidos como compostos de molibdênio. Exemplos de agentes de complexação úteis incluem, mas não estão limitados a, borato de sódio, borato de magnésio, e outros compostos de borato; molibdato de amônia, molibdato de sódio, molibdato de magnésio e outros compostos de molibdato; dissulfeto de molibdênio e outros compostos de molibdênio. A razão entre o agente de complexação (por exemplo, tetraborato de sódio deca-hidratado, molibdato de sódio di-hidratado, dissulfeto de molibdênio ou outros compostos) e o amido modificado, influencia significativamente o controle de outras propriedades necessárias no processo de placa/pasta semifluida, isto é, compatibilidade do suporte de espuma aditivo da pasta semifluida.
Descobriu-se ainda que estas combinações e suas razões são únicas e necessárias para formular uma emulsão de cera estável e que certos processos de fabricação têm que ocorrer. A faixa de razões de amido:borato, ou amido:composto de molibdênio pode variar de cerca de 4:1 a cerca de 20:1 em peso/peso base.
Uma modalidade adicional da invenção está direcionada a um artigo de fibra de madeira e gesso contendo fibra de madeira, gesso e a emulsão de cera da presente invenção.
Na fabricação de produtos de placa de parede de fibra de madeira e gesso, é importante conferir resistência à água ao produto acabado, de modo a limitar a absorção máxima de água realizada pela placa para parede em um teste de encharcamento de placa definido. Por exemplo, American Standards for Testing Materials ASTM 1396 e suas sub-partes, descrevem tal teste.
Preparação de Emulsões: Em uma modalidade da presente invenção, água, um agente de complexação (ou seja, um composto de borato ou um composto de molibdênio) e um amido são colocados em contato de modo a tornar o amido complexado útil nas modalidades da presente invenção. A seguir, ácido polinaftalenosulfônico e hidróxido de potássio são adicionados à solução aquosa de amido complexado. Esta mistura é trazida até uma temperatura de 85°C até cerca de 96,1°C e mantida até o amido atingir seu estado máximo de gelificação, que tipicamente ocorre em cerca de 20 a cerca de 30 minutos. Os compostos de cerca são incorporados com o alquil fenol polimerizado e trazidos até uma temperatura de cerca de 85°C até cerca de 96,1°C. Então, a fase de cera é adicionada à fase de água e é reagida para formar um tensoativo in situ. Um detergente/dispersante é formado por meio da combinação e da reação do alquil fenol polimerizado e do ácido polinaftalenosulfônico, que age de modo a modificar o cristal de cera e permitir que os cristais de cera resistam à deposição e se liguem com eles próprios, ao invés de permanecerem em um estado dissociado até serem transferidos para o gesso, devido à polaridade. 0 sistema reagido é então passado através de um homogeneizador a uma pressão de cerca de 13,79 a cerca de 27,58 MPa e então é resfriado a uma taxa prescrita para controlar a estabilidade e a viscosidade da emulsão de cera acabada. A composição homogeneizada sai do homogeneizador a uma temperatura de cerca de 57,2°C a cerca de 62,8°C. Então, a mistura é resfriada até cerca de 26,7°C a cerca de 43,3°C. A taxa de resfriamento é controlada para evitar fazer com que a cera recristalize e o rompimento da solução. 0 termo "emulsão de cera", conforme usado no contexto, significa uma emulsão aquosa de uma ou mais ceras que é emulsificada através do uso de um ou mais tensoativos. A emulsão de cera tem que compreender uma cera ou ceras adaptadas para proporcionar resistência a água ao produto acabado. A cera ou ceras têm que ser inertes com relação ao gesso e fibras de madeira que constituem o produto.
As emulsões são preparadas por meio de aquecimento da cera, um alquil fenol, e pelo menos um tensoativo ("mistura da fase cera") em um vaso e a água, ácido polinaftalenosulfônico, um hidróxido de metal alcalino ("mistura da fase água") em um outro vaso. Ambas as misturas foram aquecidas, misturando-se, até uma temperatura de cerca de 85°C até cerca de 98,9°C. A seguir, a mistura de água foi despejada na mistura de cera, misturando-se. A mistura resultante foi então colocada em um homogeneizador. Com homogeneização, prefere-se que uma distribuição de diâmetros de partículas de solução coloidal variando de cerca de 0,6 micron a cerca de 1,8 micron, seja conseguida. No entanto, a distribuição de diâmetros de partículas de solução coloidal pode variar de cerca de 0,5 micron a cerca de 2,5 micron. Este nível de homogeneização pode ser conseguido, por exemplo, usando-se um homogeneizador de orifício duplo operando a cerca de 13,79 a cerca de 27,58 MPa, de preferência, de cerca de 17,24 a cerca de 20,68 MPa. A mistura homogeneizada é resfriada após a etapa da homogeneização a uma taxa efetiva para controlar a estabilidade e a viscosidade da mistura homogeneizada. A viscosidade da mistura homogeneizada varia de cerca de 30 a cerca de 200 cps, de preferência, de cerca de 80 a cerca de 100 cps. É mais preferível que a mistura homogeneizada seja resfriada de aproximadamente 85°C até cerca de 37,8°C. Isso pode ser conseguido fazendo-se a mistura homogeneizada correr através de uma serpentina de resfriamento imersa em água mantida a temperatura ambiente.
Valores HLB 0 valor do equilíbrio hidrofílico/lipofílico ("HLB" - Hydrophilic/lipophilic value) descreve a relação de um composto e sua solubilidade em água. Um emulsificante tendo um valor HLB baixo tenderá a ser solúvel em óleo e um tendo um valor HLB alto, tenderá a ser solúvel em água. Tipicamente, um emulsificante solúvel em água ou blendas do mesmo, é usado para fazer uma emulsão de óleo/água típica daquelas descritas aqui, ou para solubilizar óleos ou ceras, ou para obter alguma medida da ação do detergente. Assim, o valor HLB pode ser usado para descrever ou selecionar o emulsificador ou o sistema emulsificador apropriado.
Quando dois ou mais componentes são combinados, o valor HLB da combinação é a média ponderada dos valores HLB individuais. A fórmula a seguir pode ser usada para calcular o valor HLB de uma combinação de materiais: HLB (combinado) = [Qix(HLBi) + Q2x(HLB2) + ...
Qnx (HLBn) ] / (Qi + Q2 + ... Qn) Onde Qi = peso de material 1; HLBi = valor HLB de material 1 Q2 = peso de material 2; HLB2 = valor HLB de material 2 Qn = peso de material n; HLBn = valor HLB de material n Teste de Absorção de Água: 0 efeito de absorção de água da composição da presente invenção foi determinado usando o seguinte procedimento: 1) Fazer polpa de papel: Misturar 3,2 gramas de papel com 200 g de H20 no misturador a baixa velocidade por 2 minutos. 2) Agitar e aquecer a polpa em placa quente até a mistura alcançar 87,8°C, então acrescentar 31,8 gramas de estuque B-Base e agitar constantemente até atingir 87,8°C. 3) Sobre a placa quente e agitando a mistura, acrescentar 0,32 gramas de aditivo resistente a calor ("HRA" - Heat Resistant Additive), tal como gesso calcinado, e 0,067 g de alume de fabricação de papel. Remover da placa quente e acrescentar uma quantidade calculada de emulsão resistente a água da presente invenção ("WR") usando pipeta descartável. O cálculo é l/X gramas WR, onde X é o teor de sólidos da emulsão. Por exemplo, se o teor de sólidos for 40%, acrescentar 1/0,4 = 2,5 gramas de emulsão à mistura quente. Isso se aproxima de um nível de uso típico de 3% WR em produção em linha. Colocar a mistura sobre a placa quente, agitar e manter a temperatura por 1 minuto. 4) Filtra a vácuo a mistura de polpa/pasta semifluida para produzir bolo filtrado uniforme. Usando o equipamento descrito acima, isso deve levar aproximadamente 30 segundos. Remover o bolo filtrado para uma panela de alumínio e tirar o filtro de papel. Permitir que o bolo assente por 20 minutos a temperatura ambiente, colocar então em forno a 82,2°C por 30 minutos, então secar até peso constante a 37,8°C. 5) Pesar o bolo seco. Imergir o bolo em água por 30 minutos. Retirar o excesso de água e pesar o bolo novamente. Calcular a absorção de água.
Materiais: Diversas fontes de gesso podem ser usadas nas composições da presente invenção. O termo "gesso", conforme usado no contexto, significa sulfato de cálcio no estado di-hidratado estável; isto é, CaS042H20 e inclui o mineral que ocorre naturalmente, os equivalentes derivados sinteticamente e o material di-hidratado formado pela hidratação de sulfato de cálcio semi-hidratado (estuque) ou anidro. O termo "material de sulfato de cálcio", conforme usado no contexto, significa sulfato de cálcio em qualquer de suas formas, a saber, sulfato de cálcio anidro, sulfato de cálcio semi-hidratado, sulfato de cálcio di-hidratado e misturas dos mesmos. 0 gesso encontra-se disponível a partir da maioria das instalações de energia por queima de carvão, tais como Duke Power ou Kentucky Power. 0 termo "fibra de madeira e gesso" (GWF), conforme usado no contexto, significa cobrir uma mistura de gesso e de partículas hospedeiras, por exemplo, fibras de madeira. No entanto, a quantidade de água requerida para hidratar uma amostra de gesso irá variar com a pureza da amostra. A quantidade de gesso presente na mistura varia de cerca de 5 partes a cerca de 50 partes, com base no peso total da mistura. A fibra de madeira é comumente referida na técnica como suprimento de madeira. Exemplos de fibra de madeira incluem, mas não estão limitados a, fontes de madeira macia, tais como pinhos, abeto vermelho e abeto e fontes de madeira dura, tais como carvalho, bordo, eucalipto, álamo, faia e álamo tremedor.
As ceras que podem ser usadas na fabricação das diversas modalidades da presente invenção, podem ser selecionadas a partir de qualquer das ceras conhecidas comercialmente, que têm um ponto de fusão de cerca de 48,9°C a cerca de 65,6°C e, de preferência, de cerca de 57,2°C a cerca de 62,8°C. Tais ceras são tipicamente de baixa volatilidade, exibindo menos do que cerca de 10% de perda em peso durante a análise termogravimétrica padrão. Além disso, o teor de óleo destas ceras é tipicamente menor do que cerca de 1% por peso. Estas ceras têm um peso molecular relativamente alto, tendo um comprimento de cadeia médio de C36, ou seja, um comprimento de cadeia de 36 carbonos, ou mais. Uma cera preferida é Honeywell 3816. A cera está presente em uma quantidade que varia de cerca de 30 a cerca de 45 por cento por peso com base no peso total da emulsão.
Uma combinação preferida de ceras é uma combinação de cera de montanha e Honeywell 3816. Nesta modalidade preferida, a quantidade de cera de montanha presente varia de cerca de 3 a cerca de 5 por cento por peso e a quantidade de Honeywell 3816 presente varia de cerca de 30 a cerca de 45 por cento por peso com base no peso total da emulsão.
Em certas modalidades, é útil saponificar uma ou mais das ceras. Deste modo, a cera saponifiçada funciona como um tensoativo adicionado. Ceras úteis quanto a este aspecto, estão limitadas a ceras que têm um valor ácido ou um valor de saponificação e um ponto de fusão maior do que cerca de 82,2°C. A saponif icação de tais ceras pode ser conseguida por meio da combinação de cera com material fortemente básico, tal como hidróxido de sódio ou hidróxido de potássio. As ceras que podem ser saponifiçadas nas emulsões da presente invenção incluem cera de montanha, cera de carnaúba, cera de abelha, cera de árvore-da-cera, cera de candelila, cera de "caranday", cera de mamona, cera de esparto, cera Japão, cera de uricuri, cera de retamo-ceri mimbi, goma laca, cera de espermacete, cera de cana de açúcar, cerca de lã-lanolina e outras. A quantidade de material fortemente básico necessário para saponificar uma cera pode ser calculada com base no valor de saponificação da cera. Por exemplo, o valor de saponificação dividido por 1000 igual ao peso em gramas de hidróxido de potássio a adicionar por grama de cera. O hidróxido de metal alcalino é selecionado a partir do grupo que consiste de hidróxido de sódio e hidróxido de potássio. A quantidade de hidróxido de metal alcalino presente na emulsão varia de cerca de 0,5 a cerca de 3,0 por cento por peso com base no peso total da emulsão.
Os tensoativos incluem, mas não estão limitados a, ésteres de sorbitan. Exemplos de ésteres de sorbitan adequados incluem, mas não estão limitados a, ésteres de ácido graxo de sorbitan, hexaoleato de ésteres de ácido graxo, ésteres de ácido graxo de sorbitan polioxietileno e combinações dos mesmos. Um exemplo de um éster de ácido graxo de sorbitan útil na presente invenção é SPAN 60, que é monoestearato de sorbitan. SPAN 60 encontra-se disponível em ICI Américas, Inc., Wílmington, Delaware. Um exemplo de um éster de ácido graxo de sorbitan polioxietileno útil na presente invenção é TWEEN 60, que é monoestearato de sorbitan polioxietileno(20). TWEEN 60 encontra-se disponível em ICI Américas, Inc., Wilmington, Delaware. A quantidade de tensoativo na emulsão varia de cerca de 0,5 a cerca de 5 por cento por peso com base no peso total de emulsão.
Mais de um tensoativo pode ser empregado na emulsão. Uma combinação preferida de tensoativos é um monoestearato de sorbitan e um monoestearato de sorbitan polioxietileno, em que a combinação de tensoativos está presente em uma quantidade que varia de cerca de 0,5 a cerca de 5 por cento por peso.
Em uma modalidade, o amido usado nas emulsões da presente invenção é amido complexado. 0 amido pode ser complexado in situ, durante a fabricação da emulsão, ou o amido pode ser pré-complexado antes de ser adicionado à emulsão. De preferência, o amido é complexado por meio da mistura do amido com um agente complexante, tal como um composto de borato ou um composto de molibdênio. Os compostos úteis como agentes complexantes incluem, bi-borato de amônia, penta-borato de amônia, tetraborato de sódio (bórax), pentaborato de potássio, tetraborato de potássio, tetraborato de lítio, e compostos de borato de magnésio; dimolibdato de amônia, heptamolibdato de amônia, molibdato de bário, molibdato de cálcio, molibdato de lítio, molibdato de magnésio, molibdato de sódio e molibdato de potássio; di-sulfeto de molidênio e outros compostos de molibdênio e similares. 0 amido útil na fabricação do amido complexado da presente invenção inclui, mas não está limitado a, milho, arroz, trigo, batata, sagu e outros amidos. A razão entre o agente de complexação (um composto de borato ou um composto de molibdênio) e o amido é importante para a funcionalidade do amido complexado nas emulsões. Descobriu-se que a razão pode ser tão baixa quanto 1:20, entre o agente de complexação (um composto de borato ou um composto de molibdênio) e o amido em uma base de peso por peso. A razão pode ser tão alta quanto 1:3,5, no entanto, descobriu-se que a esta razão, e a razões mais altas, é necessária uma quantidade maior de amido complexado na emulsão para manter o equilíbrio de propriedades desejadas na mistura de gesso e produto final de gesso. Estas propriedades desejadas incluem fluidez, espumabilidade e resistência a água.
Descobriu-se ser importante incorporar alquil fenóis nas emulsões para conseguir baixa absorção de água no produto final de fibra de madeira e gesso. Conforme usado no contexto, os "alquil fenóis" referem-se a compostos fenólicos que têm um grupo alquil de cadeia longa. 0 grupo alquil de cadeia longa pode ser reto ou ramificado. 0 grupo alquil de cadeia longa pode ser C24-C34 (cadeia de carbono com 24 a 34 carbonos) . Tais alquil fenóis incluem alquil fenol acoplado a metileno polimerizado C24-C34 (comprimento de cadeia de 24 a 34 carbonos) de cadeia longa, sais de fenato, fenatos de cálcio, alquil fenóis de cálcio de cadeia ramificada longa, alquil fenóis de cálcio de cadeia reta longa e polímeros complexos de ácido maleico com e sem uma substituição do grupo amina. Um exemplo de um alquil fenol útil nas composições da presente invenção é descrito abaixo. A quantidade de alquil fenol presente na emulsão varia de cerca de 0,5 a cerca de 10 por cento por peso, com base no peso total da emulsão.
Compostos de amido tais como modificado por ácido, hidroxietilatado, oxidado e/ou catiônico, também podem ser adicionados à emulsão. A quantidade de amido varia de cerca de 0,1 a cerca de 2 por cento por peso com base no peso total da emulsão.
Podem ser incluídos bactericidas/fungicidas na presente invenção. Um exemplo de um bactericida fungicida é METASOL D3TA, que é 3,5-dimetil-tetrahidro-l,3,5,2H-tiadiazina-2-tiona. METASOL D3TA pode ser obtido em Ondo-Nalco, Houston, Texas.
Um sal de ácido polinaftalenosulfôníco é requerido pela presente invenção. Um exemplo de um ácido polinaftalenosulfôníco é DISAL GPS. 0 ácido polinaftalenosulfôníco e um hidróxido de metal alcalino são reagidos para dar um sal do ácido polinaftalenosulfôníco. DISAL GPS pode ser obtido em Handy Chemical, Montreal, Quebec, Canadá.
Emulsões_____de______Cera_____incluindo______ácido polinaftalenosulfôníco A tabela 2 abaixo fornece exemplos de emulsões feitas de acordo com as modalidades da presente invenção. Os pesos são expressos em termos de gramas. TABELA 2 Alternativamente, a emulsão da presente invenção pode incluir um agente de complexação útil tal como um composto de borato ou um composto de molibdênio. A emulsão da presente invenção pode incluir um amido. A emulsão da presente invenção pode incluir um amido complexado que é um complexo de um amido e um agente complexante selecionado a partir de um composto de borato, um composto de molibdênio e similares.
Descreveu-se, de acordo com os princípios da presente invenção, uma emulsão e um produto de fibra de madeira e gesso feito usando tal emulsão. A emulsão é útil para conferir resistência â água ao produto de fibra de madeira e gesso. Embora certas modalidades e o melhor modo da presente invenção sejam descritos aqui, estas modalidades são meramente ilustrativas. Ficará aparente para aqueles versados na técnica que podem ser feitas modificações sem que se afaste do espírito da invenção e do escopo das reivindicações anexas.

Claims (17)

1. Emulsão, caracterizada pelo fato de compreender: 30 a 45% em peso de uma ou mais ceras; 0,5 a 10% em peso de um alquii fenol acoplado a netileno polimerizado C24-C36; 0,5 a 5% em peso de um ou mais tensoativos; 0,25 a 5% em peso de ácido polinaftalenosulfônico; 0,5 a 3% em peso de um hidróxido de metal alcalino; e 45 a 65% em peso de água.
2. Emulsão, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada pelo fato de que 0 hidróxido de metal alcalino .é selecionado do grupo que consisce de hidróxido de sódio e hidróxido de potássio.
3. Emulsão, de acordo ccm a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que 0 tensoativo é selecionado a partir do grupo que consiste de um éster de sorbitan, um éster de sorbitan polioxietileno e combinações dos mesmos .
4. Emulsão, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pele fato de que 0 éster de sorbitan é monoestearato de sorbitan.
5. Emulsão, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que 0 éster de sorbitan polioxietileno é monoestearato de sorbitan polioxietileno.
6. Emulsão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que 0 tensoativo é uma combinação de monoestearato de sorbitan e monoestearato de sorbitan polioxietileno.
7. Emulsão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a uma ou mais ceras compreendem uma primeira cera que tem um ponto de fusão de no mínimo 48,9 cC e uma segunda cera compreende uma cera saponificável.
8. Emulsão, de acordo corr. a reivindicação /, caracterizada pelo fato de que a primeira cera está presente em uma quantidade de 30% a 45% em. pese e a segunda cera está presente em uma quantidade de 3% a 5% em peso com base no peso total da emulsão.
9. Emulsão, de acordo com a reivindicação , caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmenme um amido.
10. Emulsão, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que o amido é um amido complexado compreendendo um agente complexante selecionado a partir ao grupo que consiste de um composto de borato e um composto de molibdênio.
11. Emulsão, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o amido é selecionado a partir do grupo que consiste de amido modificado, amido modificado por ácido, amido hidroxíetílarado, amido oxidaoo e amido catiônicc.
12. Emulsão, de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que o amido é amido modificado por ácido.
13. Emulsão, de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que a razão entre c agenie complexante e o amido, em uma base de peso por peso, é de 1:4 a 1:20.
14. Emulsão, de acordo com a reivindicação ], caracterizada pelo fato de que a emulsão compreende: uma primeira cera tendo um ponto de fusão de no mínimo 48,9 °C em uma quantidade de 30% em peso a 45% em peso por peso, com base no peso total da emulsão; uma cera saponificável em uma quantidade de 3% a 5% em pese com base no peso total da emulsão; uma combinação de tensoativos em uma quantidade de 0,5% a 5% em peso com base no peso tonal da emulsão; um alquil fencl acoplado a metileno polímero zado C24-C36 em uma quantidade de 0,5% a 10% em peso com base no peso total da emulsão; um ácido polinaftalenosulfônico em uma quantidade de 0,25% a 5% em peso com base no peso total da emulsão; água em uma quantidade de 45% a 65% em peso com base no peso total da emulsão; e um hidróxido de metal alcalino em uma quantidade de 0,5% a 3% em peso com base no peso total da emulsão.
15. Emulsão, de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato de compreender adicionalmenre um amido complexado, sendo que o amido complexado compreende um amido e um agente compiexante selecionado a partir do grupo que consisue de um composto de borato e um composto de molibdênio.
16. Método para fabricação de uma emulsão, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: (a) aquecer até uma temperatura variando de 85 cC até 98,9 °C, uma mistura contendo uma ou mais ceras, um alquil fenoi acoplado a metileno polimerizado C24-C3.5, e um. ou mais tensoativos selecionados do grupo que consiste de um éster de sorbitan e um éster de sorbitan polioxietileno, produzindo uma mistura de fase de cera; (b) aquecer até uma uemperatura variando de 85 °C até 98,9 °C, uma mistura contendo ácido polinaftalenosulfônico, um hidróxido de metal alcalino, água e opcionalmente um amido, produzindo uma mistura de fase de água; (c) adicionar a mistura de fase de água à mistura de fase de cera para proporcionar uma mistura; (d) homogeneizar a mistura da etapa (c) a urna pressão de 13,79 MPa a 27,58 MPa; e (e) resfriar a mistura homogeneizada a uma taxa efetiva para controlar a estabilidade e a viscosidade da mistura homogeneizada.
17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o amido é um amido complexado, compreendendo um amido e um agente complexarxae selecionado dc grupo que consiste de um. composto de borazo e um composto de nolibdênio, é adicionado à misuura de fase de água.
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