BRPI0418759B1 - composição adesiva e método para preparar um composto lignocelulósico - Google Patents

Abstract

adesivos lignocelulósicos livres de formaldeídos e compostos feitos de adesivos. a presente invenção refere-se a método para preparar compostos lignocelulósicos aderindo juntos substratos lignocelulósicos. uma primeira variante do método envolve usar uma composição de adesivo que compreende um produto da reação de (i) primeiro ingrediente selecionado entre uma proteína de soja ou lignina e (ii) no mínimo um agente de cura substancialmente livre de formaldeído que inclui no mínimo um grupamento funcional heterocíclico contendo nitrogênio, amina, amida, imina, ou imida, que pode reagir com no mínimo um grupamento funcional da proteína de soja. uma segunda variante do método envolve usar uma composição de adesivo que compreende um produto da reação de (i) uma proteína ou lignina, (ii) um primeiro composto que inclui no mínimo um grupamento funcional heterocíclico contendo nitrogênio, amina, amida, imina, ou imida que pode reagir com no mínimo um grupamento funcional da proteína e (iii) um agente de cura.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "COMPOSIÇÃO ADESIVA E MÉTODO PARA PREPARAR UM COMPOSTO LIGNO-CELULÓSICO".

Campo A presente invenção refere-se a adesivos para preparar compostos lignocelulósicos.

Antecedentes Compostos à base de lignocelulósicos são formados de peças de pequena dimensão de material celulósico que são ligadas com um adesivo (isto é, um ligante). Em geral, madeira sólida é fragmentada em pedaços menores tais como filamentos, fibras, e lascas. Uma composição de adesivo em seguida é adicionada ao componente de madeira. A mistura resultante é submetida a calor e pressão resultando em um composto. A mistura de adesivo tipicamente é o único componente não lignocelulósico.

Os adesivos de madeira usados mais comumente são resinas de fenol-formaldeído (PF) e resinas de uréia-formaldeído (UF). Há no mínimo duas preocupações com resinas de PF e UF. Primeiro, são produzidos compostos orgânicos voláteis (VOC) durante a fabricação e o uso de compostos à base de lignocelulósicos. Uma preocupação crescente sobre o efeito de compostos orgânicos voláteis emissivos, especialmente formaldeído, sobre a saúde humana induziu a necessidade de adesivos mais aceitáveis ambientalmente. Segundo, as resinas de PF e UF são feitas de produtos derivados do petróleo. As reservas de petróleo são naturalmente limitadas. A indústria de compostos de madeira se beneficiaria bastante do desenvolvimento de adesivos livres de formaldeído preparados a partir de recursos naturais renováveis. A proteína de soja foi usada como um adesivo de madeira para a produção de compensado a partir dos anos 30 até os anos 60. Os adesivos derivados do petróleo substituíram os adesivos de proteína de soja devido à força de ligação e resistência à água relativamente baixas dos adesivos de proteína de soja. No entanto, a proteína de soja é um material barato, abundante, renovável que é ambientalmente aceitável.

Sumário da Invenção São descritos neste relatório métodos para preparar compostos lignocelulósicos aderindo juntos substratos lignocelulósicos. Uma primeira variante do método envolve usar uma composição de adesivo que compreende um produto da reação de (i) um primeiro ingrediente selecionado entre uma proteína de soja ou uma lignina e (ii) no mínimo um agente de cura substancialmente livre de formaldeído que inclui no mínimo um grupamento funcional heterocíclico contendo nitrogênio ou amina, amida, imina, imida que pode reagir com no mínimo um grupamento funcional da proteína de soja ou lignina. Adutos de epóxidos com resinas de poliamina, poliamidoa-mina, ou poliamida são exemplos específicos de agentes de cura substancialmente livre de formaldeído. Uma segunda variante do método envolve usar uma composição de adesivo que compreende um produto da reação de (i) uma proteína ou lignina, (ii) um primeiro composto que inclui no mínimo um grupamento funcional amina, amida, imina, ou imida que pode reagir com no mínimo um grupamento funcional da proteína e (iii) um agente de cura.

Breve Descrição dos Desenhos Algumas modalidades serão descritas em mais detalhes com referência ao seguinte desenho: A figura 1 é um gráfico representando a força de cisalhamento de sobreposição dos exemplos das composições de adesivos atualmente descritas e as composições de adesivos da técnica anterior.

As figuras 2-7 são gráficos representando as forças de cisalhamento dos exemplos das composições de adesivos atualmente descritas. Descrição Detalhada de Várias Modalidades Para facilidade de entendimento, o termo seguinte usado neste relatório é descrito abaixo em mais detalhes: "Lignina" se refere de modo geral a um grupo de polímeros fenó-licos que conferem força e rigidez ao material vegetal. Ligninas são polímeros muito complexos com muitas ligação aleatórias, e deste modo tendem a ser referidos em termos mais genéricos. Ligninas podem incluir, por exem- pio, preparações de ligninas analíticas tais como lignina de Brauns, lignina de enzima celulolítica, lignina de acidólise de dioxana, lignina de madeira moída, lignina de Klason, e lignina de periodato, e preparações de ligninas industriais tais como lignina de kraft e lignossulfonatos. A descrição do termo acima é proporcionada somente para auxiliar o leitor, e não deve ser considerada como tendo um âmbito menor do que o entendido por versado na técnica ou como limitante do âmbito das reivindicações anexadas. A composição de adesivo pode ser feita reagindo no mínimo uma proteína, especialmente uma proteína de soja, e/ou uma lignina com no mínimo um promotor de adesão. Pode ser empregada uma mistura de proteína e lignina. Em uma primeira variante, a proteína ou lignina é reagida com um composto substancialmente livre de formaldeído que pode proporcionar tanto cura para a composição de adesivo e adesão ao substrato lignoceluló-sico. Em outras palavras, o composto substancialmente livre de formaldeído é um promotor de adesão difuncional no sentido de que um composto pode proporcionar funções duplas. Em uma segunda variante, a proteína ou lignina é reagida com dois diferentes promotores de adesão. O primeiro promotor de adesão modifica a proteína ou lignina introduzindo grupamentos funcionais contendo nitrogênio adicionais em posições internas, terminais e/ou pendentes da estrutura polimérica da lignina ou proteína resultando em uma proteína aumentada em amino e/ou imino. O segundo promotor de adesão é um agente de cura. Tanto a primeira quanto a segunda variantes da composição de adesivo tipicamente são proporcionadas como um sistema de duas partes no qual a proteína ou lignina compreende uma parte ou conjunto e o agente de cura (isto é, o promotor de adesão difuncional na primeira variante ou o agente de cura distinto na segunda variante) compreende a segunda parte ou conjunto. Tanto na primeira quanto na segunda variantes, todas as partes ou componentes da composição podem estar sob a forma de dispersões ou soluções aquosas. Deste modo, podem ser evitados solventes orgânicos voláteis como fluidos de veículos. Estas duas variantes são descritas em mais detalhes abaixo. A proteína tipicamente é qualquer proteína que está prontamente disponível a partir de uma fonte renovável. Exemplos de semelhantes proteínas incluem proteína de soja, queratina, gelatina, colágeno, glúten, e ca-seína. A proteína pode ter sido pré-tratada para obter um material que é solúvel ou dispersível em água conforme é de conhecimento na técnica. A proteína de soja é uma proteína exemplar para uso nos adesivos presentemente descritos. Os feijões de soja contêm cerca de 38 por cento em peso de proteína com a porção restante compreendendo carboi-dratos, óleos e umidade. Os feijões de soja são processados para aumentar a quantidade de proteína de soja no produto processado. Os produtos de proteína de soja de qualquer forma podem ser utilizados nas composições de adesivos reveladas. Os três produtos de proteína de soja mais comuns são farinha de soja, concentrado de proteína de soja, e isolado de proteína de soja (SPI). Uma diferença entre estes productos é a quantidade de proteína de soja. A farinha de soja inclui aproximadamente 50 por cento em peso de proteína, o concentrado de proteína de soja inclui no mínimo de cerca de 65 por cento em peso de proteína (peso seco), e o isolado de proteína de soja inclui no mínimo de cerca de 85 por cento em peso de proteína (peso seco). De acordo com algumas modalidades da composição de adesivo, a proteína de soja é isolado de proteína de soja (SPI).

Conforme mencionado acima, a lignina pode compreender uma preparação de industrial lignina tal como lignina de kraft. Atualmente a lignina de kraft tem utilidade comercial limitada, no entanto toneladas de lignina de kraft de resíduo são produzidas a cada ano como um subproduto da produção de papel comercial. Em particular, a lignina de kraft tipicamente é produzida a partir de material lenhoso em reação com NaOH e Na2S. A proteína ou lignina pode ser preparada para uso nas composições de adesivo de qualquer maneira. Tipicamente, a proteína ou lignina é incluída em um veículo ou líquido de liberação tal como água ou solvente similar. Em particular, a proteína ou lignina pode ser dissolvida em água e a solução aquosa resultante misturada com o um ou mais promotores de adesão. A solução de adesivo aquosa pode ser preparada, por exemplo, mistu- rando inicialmente a proteína ou lignina em água e ajustando o pH da mistura para o alcance desejado. Quando a proteína ou lignina é misturada com um promotor de adesão difuncional, o pH da parte de proteína ou lignina deve ser suficientemente alcalino de modo que a mistura resultante de proteína/ promotor de adesão difuncional é não acidífera ou, mais particularmente, alcalina. Por exemplo, o pH da parte de proteína ou lignina pode ser cerca de 7 a cerca de 11 resultando em um pH de mais de 6 e até cerca de 10 para a mistura de duas partes combinadas. O pH pode ser ajustado adicionando substâncias básicas tais como, por exemplo, hidróxidos de metais de ál-cali, hidróxido de amônio, aminas ou piridina. A quantidade de proteína ou lignina dissolvida na água pode ser ajustada para proporcionar o teor de sólidos desejado para a parte de proteína ou lignina do sistema de duas partes. O teor de sólidos de proteína ou lignina pode ser, por exemplo, a partir de cerca de 10 a cerca de 60 por cento em peso. A solução de proteína ou lignina pode ser seca por congelamento neste estágio da formulação ou pode permanecer como uma solução líquida. Se a solução de proteína ou lignina for seca por congelamento, água (ou o fluido de veículo apropriado) é simplesmente adicionado à substância seca por congelamento antes do uso. A secagem por congelamento reduz os custos de transporte do adesivo. O um ou mais promotores de adesão é misturado com a solução aquosa de proteína de soja ou lignina para formar a composição de adesivo final que é aplicada ao substrato de madeira.

Embora não vinculado por qualquer teoria, conforme mencionado acima, acredita-se que a estrutura molecular do promotor de adesão difuncional inclua (1) um sítio reativo que pode curar a composição de adesivo e (2) um sítio reativo que proporciona adesão ao substrato lignocelulósico. O sítio reativo de cura e o sítio reativo de adesão podem estar localizados no mesmo sítio sobre o promotor de adesão difuncional. Em outras palavras, uma primeira porção dos sítios reativos disponíveis sobre uma molécula de promotor de adesão difuncional pode reagir com outras moléculas de promotor de adesão difuncional ou reagir com os grupamentos funcionais (especialmente ácido carboxílico e amino) da proteína. Uma segunda porção dos sítios reativos disponíveis sobre uma molécula de promotor de adesão difun-cional pode formar ligações covalentes e/ou de hidrogênio com o substrato lignocelulósico.

Exemplos de compostos promotores de adesão difuncional adequados incluem adutos de epóxidos com resinas de poliamina, resinas de poliamidoaminas, ou resinas de poliamida. As resinas referidas tipicamente são feitas de éter glicidílico ou condensados de epicloridrina de poliaminas de polialquileno e são usadas como agentes de resistêcia a úmido para papel. As resinas podem ser hidrossolúveis ou dispersíveis em água. Estas resinas tipicamente incluem um grupamento funcional heterocíclico contendo nitrogênio que é o sítio reativo para ligação covalente a grupamentos funcionais de proteína, ligação covalente a grupamentos, grupamentos funcionais heterocíclicos contendo nitrogênio de outras moléculas de resina, e ligação covalente a grupamentos de ácido carboxílico e/ou oxidrila no substrato lignocelulósico.

Adutos de epóxidos disponíveis comercialmente típicos com resinas de poliamina, resinas de poliamidoaminas, ou resinas de poliamida incluem resinas Kymene® disponíveis na Hercules Inc., resinas Rezosol disponíveis na Houghton, resinas Cascamid disponíveis na Borden, e resinas Amres® disponíveis na Georgia-Pacific Corporation, As resinas Kymene® 557H são um exemplo específico que se baseia no produto da reação de polí(ácido-co-dietilenotriamina adípico) e epicloridrina. Acredita-se que as resinas Kymene® 557H tenham uma estrutura que inclui um grupamento funcional contendonitrogênio, de anel de 4 membros, conforme mostrado abaixo: Um excesso de epicloridrina é usado para controlar o índice de reticulação durante o processo de fabricação e auxiliar na estabilidade do armazenamento. As composições e os processos referidos para sua fabricação são descritos, por exemplo, nas Patentes dos Estados Unidos Nss 2.926.116 e 2.926.154.

Outra abordagem para proporcionar a cura e os grupamentos funcionais amina, amida, imina, ou imida desejados envolvem modificar inicialmente a estrutura de proteína ou lignina de modo que inclui grupamentos funcionais amina, amida, imina, ou imida adicionais e subseqüentemente curar a proteína ou lignina modificada. O termo grupamentos funcionais amina, amida, imina, ou imida "adicionais" indica que a estrutura de proteína ou lignina modificada resultante (isto é, o resíduo de proteína ou lignina) inclui um número adicional de grupamentos funcionais amina, amida, imina, ou imida ligados de modo covalente além dos já existentes na estrutura de proteína não modificada.

Em particular, grupamentos amida, amina, imida e/ou imina adicionais são introduzidos em posições internas, terminais e/ou pendentes na estrutura do resíduo de proteína ou lignina. A primeira etapa inclui reagir a proteína ou lignina com um primeiro composto que pode introduzir grupamentos funcionais amina, amida, imina, ou imida na estrutura da proteína ou lignina. A cura envolve reagir a proteína ou lignina modificada resultante com um segundo composto que pode curar a proteína ou lignina modificada. A proteína ou lignina modificada podes ser proporcionada como a primeira parte do distema adesivo e o segundo composto (isto é, agente de cura) pode ser proporcionado como a segunda parte do sistema adesivo. A etapa de modificação da proteína ou lignina inclui reagir a proteína ou lignina com um composto doador de nitrogênio sob condições suficientes para ligar de modo covalente no mínimo um grupamento amina, a-mida, imina, ou imida à estrutura da proteína ou lignina. De acordo com e-xemplos ilustrativos, o composto doador de nitrogênio reage com os grupamentos de ácido carboxílico, amida e/ou oxidrila da proteína ou lignina. As condições de reação podem variar dependendo da proteína ou lignina em particular e do composto doador de nitrogênio, mas em geral a temperatura da reação pode variar a partir de cerca de 4 a cerca de 200°C. O pH pode variar a partir de cerca de 3 a cerca de 11. Catalisadores podem incluir substâncias básicas tais como hidróxidos de metal de álcali, hidróxido de amônio, aminas, e piridina e enzimas tais como transglutaminases e lipases. A proporção de reagente molar da proteína ou lignina para o composto contendo nitrogênio pode variar a partir de 1:10 até 1:5000.

Compostos doadores de nitrogênio ilustrativos incluem alquil aminas (por exemplo, 1,3-diaminopropano, 1,6-hexanodiamina, etileno diamina, dietilenotriamina), aminas de hidrocarbonetos insaturados (por exemplo, ali-lamina), hidroxil aminas (por exemplo, etanolamina, hidroxilamina), amidinas (por exemplo, melamina), iminas (por exemplo, polietilenoimina), aminoáci-dos (por exemplo, ácido 4-aminobutírico, ácido 6-aminocapróico), poliami-nas, poliimina, poliamidas, e misturas dos mesmos. O composto doador de nitrogênio pode ser hidrossolúvel ou dispersível em água.

Conforme mencionado acima, a composição de adesivo tipicamente é utilizada como um sistema de duas partes no qual a proteína ou lignina (ou modificada ou não modificada) compreende uma parte e o agente de cura compreende a segunda parte. O agente de cura pode ser o promotor de adesão difuncional descrito acima na primeiro variante ou o segundo composto na segunda variante. Agentes de cura ilustrativos para a segunda variante incluem epóxidos (por exemplo, epicloridrina), alcanóís (por exemplo, 1,3-dicloropropan-2-ol), aldeídos (por exemplo, glioxal, dialdeídos poli-méricos tais como amido oxidado e dialdeído amido, e dialdeído glutárico) e misturas dos mesmos. O agente de cura pode ser hidrossolúvel ou dispersível me água. As duas partes são misturadas juntas um curto tempo antes de usar. A composição pode ter um tempo em aberto de até cerca de 9 ou 10 horas. Conforme usado neste relatório, "tempo em aberto" denota o tempo a partir da mistura das duas partes até o tempo no qual a composição mista cura até um ponto que não é mais elaborável. A quantidade relativa de proteína ou lignina misturada com o agente de cura pode variar dependendo, por exemplo, do número de sítios reativos disponíveis e do peso molecular do agente de cura. Por exemplo, a proporção da mistura e proteína ou lignina para agente de cura pode variar a partir de cerca de 1 : 1 até cerca de 1000:1, mais particularmente a partir de cerca de 1 :1 até cerca de 100: 1, com base no peso seco. Em uma modalidade particular, a proporção da mistura de isolado de proteína de soja para promotor de adesão difuncional é cerca de 1:1 até cerca de 1:0,05, com base no peso seco. Em outra modalidade particular, a proporção da mistura de lignina para promotor de adesão difuncional é cerca de 1 : 1 até cerca de 5: 1, com base no peso seco. A proteína e o agente de cura podem ser misturados juntos em temperatura e pressão padrão (isto é, cerca de 25°C e cerca de 1 atmosfera). O teor de sólidos da mistura de adesivo final resultante pode ser de cerca de 10 até cerca de 60, mais particularmente a partir de cerca de 20 até cerca de 60 por cento em peso. Cada parte (ou somente uma parte) do sistema adesivo pode ser proporcionada para o usuário final sob a forma de um concentrado que é diluído pelo usuário final para as proporções de mistura e teores de sólidos apropriados. A composição de adesivo também pode incluir aditivos e enchimentos encontrados em adesivos lignocelulósicos tais como bactericidas, inseticidas, sílica, farinha de trigo, farinha de casca de árvore, farinha de casca de noz e semelhantes.

As composições de adesivo são curáveis termicamente. Em outras palavras, aquecendo a mistura de adesivo de duas partes forma ligações covalentes entre as moléculas individuais da composição de adesivo e ligações covalentes e de hidrogênio entre moléculas da mistura de adesivo e as partículas lignocelulósicas. A cura referida tipicamente ocorre durante a etapa de prensagem a quente da formação de composto. Portanto, a temperatura de cura da composição de adesivo é ajustada de modo a coincidir com as temperaturas de calor usadas na formação do composto. As temperaturas de cura referidas podem varia, por exemplo, a partir de cerca de 100 até cerca de 200°C, mais particularmente a partir de cerca de 120 até cerca de 170°C.

Compostos lignocelulósicos que podem ser produzidos com os adesivos descritos neste relatório incluem painéis de partículas, painel de filamentos orientados (OSB), painel de hóstia, painel de fibras(inclusive pai- nel de fibras de densidade média e de alta densidade), madeira cortada de filamento paralelo (PSL), madeira cortada de filamento laminado (LSL), e produtos semelhantes. Em geral, estes compostos são preparados primeiro combinando materiais lignocelulósicos cominuídos com um adesivo que serve como um ligante que adere os materiais lignocelulósicos cominuídos em uma massa densifícada unitária. Exemplos de materiais lignocelulósicos a-dequados incluem madeira, palha (inclusive arroz, trigo e cevada), linho, cânhamo e bagaço. Os materiais lignocelulósicos cominuídos podem estar em qualquer forma processada tal como lascas, flocos, fibras, filamentos, hóstias, remates, aparas, serragem, palha, hastes e fragmentos. A mistura resultante é formada na configuração desejada tal como uma esteira, e em seguida processada, geralmente sob pressão e com calor, no produto final.

Os processos são geralmente realizados em temperaturas de a partir de cerca de 120 até 225°C na presença de quantidades variáveis de vapor, produzido por liberação da umidade entranhada, dos materiais de lignocelulose. Deste modo, o teor de umidade do material de lignocelulose pode ser entre cerca de 2 e cerca de 20 por cento em peso, antes de ser combinado com o adesivo. A quantidade de adesivo misturado com as partículas lignocelu-lósicas pode variar dependendo, por exemplo, do tipo de composto desejado, do tipo de material lignocelulósico e da quantidade e da composição de adesivo em particular. Em geral, cerca de 1 a cerca de 12, mais particularmente cerca de 3 a cerca de 10, por cento em peso de adesivo pode ser misturado com o material lignocelulósico, com base no peso combinado total de adesivo e material lignocelulósico. Composjção de adesivo misturado pode ser adicionada às partículas lignocelulósicas cominuídas por pulverização ou técnicas semelhantes enquanto as partículas lignocelulósicas são revolvidas ou agitadas em um mesclador ou misturador similar. Por exemplo, um fluxo das partículas lignocelulósicas cominuídas pode ser intermisturado com um fluxo da composição de adesivo misto e em seguida submetido a agitação mecânica.

As composições de adesivo também podem ser usadas para produzir compensado ou madeira cortada de madeira compensada laminada (LVL). Composição de adesivo pode ser aplicada sobre superfícies de madeira compensada por meio de revestimento a rolo, revestimento a faca, revestimento de cortina, ou pulverização. Uma pluralidade de madeiras compensadas são em seguida acumuladas para formar placas da espessura desejada. As esteiras ou placas são em seguida colocadas em uma prensa aquecida (por exemplo, um cilindro de prensa) e comprimidas para realizar a consolidação e cura dos materiais em um painel. Painel de fibra pode ser preparado por meio do método feltrado a úmido prensado a úmido, do método feltrado a seco prensado a seco, ou do método feltrado a úmido prensado a seco.

Os adesivos presentemente descritos proporcionam uma forte ligação entre as partículas ou frações lignocelulósícas. Os adesivos também proporcionam compostos estruturais com elevada força mecânica. Além disso, as composições de adesivo são substancialmente livres de formaldeído (inclusive quaisquer compostos que possam degenerar para formar formaldeído). Por exemplo, as composições de adesivo não contêm qualquer formaldeído (e compostos produtores de formaldeído) que seja detectável por métodos convencionais ou, alternativamente, a quantidade de formaldeído (e compostos produtores de formaldeído) é desprezível de um ponto de vista ambiental e regulador do ambiente de trabalho.

Os exemplos específicos descritos abaixo são para fins ilustrativos e não devem ser considerados como limitantes do âmbito das reivindicações anexadas.

Exemplo 1 - Preparação de Isolado de Proteína de Soja modificado com Álcali Pó de isolado de proteína de soja (SPI) (30 g) foi misturado com 400 ml de água destilada em temperatura ambiente e em seguida agitado por 120 minutos. O valor do pH da mistura, foi em seguida ajustado para 10 usando hidróxido de sódio (1 Μ). A mistura foi em seguida misturada em um shaker a 50°C e 180 rpm por 120 minutos. A mistura foi em seguida concentrada para 2/3 do volume original através de concentração de membrana (a membrana tinha uma restrição de peso molecular de 10 kDa), e seca por congelamento.

Exemplo 2 - Preparação de Mistura de Adesivo de Proteína de Madeira O isolado de proteína de soja (SPI) modificado com álcali do Exemplo 1 (5 g) foi adicionado a 30 ml de uma resina de aminopoliamida-epicloridrina (Kymene® 557H disponível na Hercules Inc.) e em seguida agitado em temperatura ambiente. A solução aquosa resultante foi usada como um adesivo para madeiras compensadas de bordo conforme descrito abaixo.

Exemplo 3 - Preparação e Experimentação de Compostos de Madeira Misturas de adesivo preparadas conforme descrito no Exemplo 2, resina de Kymene® 557H somente, e uma mistura de adesivo de fenol-formaldeído (PF) disponível comercialmente no Georgia-Pacific foram avaliadas por sua capacidade para ligarem juntos dois pedaços de madeira compensada de bordo. A área de ligação foi de 1 cm2. A preparação de adesivo para experimentação foi aplicada em um lado e na extremidade de uma tira de madeira compensada de bordo (1 cm x 10 cm). Dois pedaços de tiras de madeira compensada de bordo foram empilhadas juntas e prensadas a quente a 121,1°C (250°F) por 5 minutos. A pressão aplicada foi de 1,38 MPa (200 psi). A força de cisalhamento de sobreposição foi medida com uma máquina Instron.

Também foi testada a resistência à água da composição de adesivo (para uso em compostos que possam ser expostos a água). As amostras de compostos obtidas conforme descrito acima foram encharcadas em água em temperatura ambiente por 48 horas e em seguida secas em temperatura ambiente em uma coifa por 48 horas. Os ciclos de encharcamento e secagem foram repetidos três vezes e qualquer deslaminação da amostra (isto é, deslaminação sem aplicar uma força externa) foi registrada depois de cada ciclo. Não ocorreu deslaminação com qualquer uma das amostras.

Os resultados da força de cisalhamento de sobreposição são mostrados na figura 1. Em todos os casos o adesivo de SPI/ Kymene® 557H proporcionou maior força de cisalhamento de sobreposição comparado com o adesivo de PF e o Kymene® 557H somente. Mais surpreendentemente, não foi encontrada deslaminação em qualquer um dos compostos ligados a SPI/ Kymene® 557H e a força do adesivo não diminuiu depois das amostras serem submetidas ao teste de encharcamento com água / secagem (os resultados da resistência à água mostrados na figura 1 são depois de um ciclo de encharcamento / secagem). Todas as amostras ligadas com o adesivo de SPI / Kymene® 557H apresentaram 100 por cento de falha da madeira ao invés de falha da linha de cola, mas amostras ligadas com o adesivo de PF ou Kymene® 557H somente não apresentaram 100 por cento de falha da madeira. A figura 1 também representa o efeito do. tempo de reação ente Kymene® 557H e SPI (vide o eixo x no gráfico da figura 1) sobre a força de cisalhamento de sobreposição. O tempo de reação é o tempo a partir da mistura inicial do Kymene® 557H e SPI até o tempo em que a mistura foi aplicada à madeira compensada. As forças de cisalhamento de sobreposição em todos os tempos testados foram maiores do que as do adesivo de PF. Uma mistura de Kymene® 5578 e SPI que não foi modificada com álcali (tempo da reação de 150 minutos) produziu uma força de cisalhamento de sobreposição de cerca de 7,3 MPa. Os dados mostrados na figura 1 é a média de 13 amostras individuais em cada ponto de teste e a barra de erro representa o desvio padrão.

Além disso, a linha de cola para o adesivo de SPI / Kymene® 557H é de cor muito clara. Em contraste, adesivos de PF disponíveis comercialmente resultaram em linhas de cola de cor escura que são problemáticas no aspecto de alguns produtos de compostos de madeira.

Exemplo 4 - Preparação de Solução de Lignina Pó de lignina de kraft (20 g) foi dissolvido em 100 ml de água e o valor do pH da solução de lignina foi ajustado para 10,0 - 10,5 com solução a NaOH a 1N. O teor de sólidos da solução de lignina foi medida como 17,0 por cento. A solução básica de lignina foi usada para preparar adesivos conforme descrito abaixo.

Exemplo 5 - Efeito do Tempo de Mistura para Preparação de Adesivos Uma solução básica de lignina (10 g, isto é, 1,7 g de sólidos secos no forno) preparada de acordo com o Exemplo 4 foi misturada com Ky- mene® 557H (2,72 g, isto é, 0,34 g de sólidos secos no forno) por vários tempos variando de 10 a 180 minutos. O adesivo resultante tinha um teor de sólidos de 16 por cento em peso. O adesivo em cada tempo da mistura foi escovado sobre as extremidades de duas tiras de madeira compensada de bordo (7,6 x 17,8 cm) com o grão das tiras sendo paralelo à direção longitudinal. A área escovada sobre cada madeira compensada foi de 1 x 17,8 cm. As duas tiras de madeira compensada revestidas com adesivo foram sobrepostas juntas e prensadas a quente a 1,91 MPa (277 psi) e 120°C por 5 minutos. Os painéis de composto de madeira de duas dobras resultantes foram armazenados de um dia para o outro em temperatura ambiente antes da avaliação de sua força de cisalhamento. A força de cisalhamento a seco foi determinada cortando cada um dos painéis compostos de madeira de duas dobras em seis amostras com cada amostra tendo uma área de ligação de 1 x 2,54 cm. A força de cisalhamento foi medida por uma máquina Instron a 1 mm/minuto de velocidade de cruzeta. A força de cisalhamento máxima no rompimento entre dois pedaços de tiras de madeira compensada de bordo foi registrada como força de cisalhamento.

Os resultados são apresentados na figura 2. Os dados são a média de seis replicatas e a barra de erro representa um desvio padrão. Example 6 - Efeito das Condições de Prensagem a Quente sobre a Força de Cisalhamento Uma solução básica de lignina (10 g, 1,7 g de sólidos secos ao forno) preparada de acordo com o Exemplo 4 foi misturada com Kymene® 557H (2,72 g, isto é, 0,34 g de sólidos secos ao forno) por 25 minutos. O adesivo resultante foi aplicado a dois pedaços de tiras de madeira compensada conforme descrito no Exemplo 5. Para determinação dos efeitos do tempo de prensagem a quente sobre a força de cisalhamento, as duas tiras de madeira compensada revestidas com adesivo foram sobrepostas juntas e prensadas a quente a 1,91 MPa (277 psi) e 120°C por vários tempos, variando a partir de 1 até 9 minutes. Para determinação dos efeitos da temperatura de prensagem a quente sobre a força de cisalhamento, as duas tiras de madeira compensada revestidas com adesivo foram sobrepostas juntas e prensadas a quente a 1,91 MPa (277 psi) por 5 minutos a lOCTC, 120°C, 140°C, e 160°C, respectivamente. Os painéis de compostos de madeira de duas dobras resultantes foram armazenados de um dia para o outro em temperatura ambiente antes da avalaição da força de cisalhamento.

Os resultados da força de cisalhamento a seco são mostrados nas figuras 3 e 4. Os dados são a médida de seis replicatas e a barra de erro representa um desvio padrão. Quando o tempo de prensagem a quente aumentou de 1 minuto para 5 minutos, a força de cisalhamento dos compostos de madeira também aumentou (figura 3). A extensão adicional do tempo de prensagem a quente a partir de 5 minutos até 9 minutos não resultou em qumantos significantes na força de cisalhamento. A força de cisalhamento aumentou significativamente quanto a temperatura da prensagem a quente aumentou de 100°C até 140°C (figura 4). No entanto, não foi visto aumento adicional da força de cisalhamento quando a temperatura aumentou de 140°C até 160°C.

Exemplo 7 - Efeito da Proporção em Peso de Lignina para Agente de Cura Uma solução básica de lignina (10 g, isto é, 1,7 g de sólidos secos ao forno) preparada de acordo com o Exemplo 4 foi misturada separadamente com Kymene® 557H por 25 minutos com uma proporção em peso de lignina para Kymene® 557H variando de 1:1 a 9:1. O teor de sólidos total dos adesivos resultantes foi mantido em 16 por cento. Cada adesivo foi escovado sobre dois pedaços de tiras de madeira compensada conforme descrito no Exemplo 5. As duas tiras de madeira compensada revestidas com adesivo foram sobrepostas juntas e prensadas a quente a 1,91 MPa (277 psi) e 140°C por 5 minutos. Quatro painéis de compostos de madeira de duas dobras foram preparados com cada adesivo. Todos os painéis de compostos de madeira de duas dobras foram armazenados de um dia para o outro em temperatura ambiente antes da avaliação de sua força de cisalhamento a seco e da resistência à água.

As amostras de compostos de madeira de duas dobras ligadas com os adesivos foram submetidas a um teste de encharcamento em água e secagem (WSAD) e um teste de água em ebulição (BWT). Para um teste de encharcamento em água e secagem, as amostras foram encharcadas em água em temperatura ambinete por 24 horas, secas em um coifa em temperatura ambiente por 24 horas, e em seguida avaliadas pela força de cisalha-mento. Um teste de água em ebulição foi realizado de acordo com o U.S. Voluntary Product Standard PS 1-95 for Construction and Industrial Plywood (publicado pelo U.S, Department of Commerce through AP A - The Engi-neered Wood Association, Tacoma, WA). As amostras foram fervidas em água por 4 horas, secas por 24 horas em 63±3°C, fervidas em água de novo por 4 horas, e em seguida resfriadas com água corrente. Enquanto as amostras ainda estavam úmidas, a força de cisalhamento foi avaliada e definida como força a úmido de BWT. A força de cisalhamento também foi medida depois das amostras terem sido secas em temperatura ambiente em uma coifa por 24 horas e esta força foi definida como força a seco de BWT. A proporção em peso de 3:1 de lignina para agente de cura resultou na maior força de cisalhamento a seco e na maior força de cisalhamento depois dos compostos de madeira serem submetidos a um ciclo de WSAD (figura 5). A força de cisalhamento de BWT a seco na proporção de 3: 1 foi comparável com a mesma à proporção em peso de 2: 1. A força de cisalhamento a úmido de BWT na proporção de 3: 1 foi ligeiramente menor do que a mesma na proporção em peso de 1: 1. Quando a proporção em peso de lignina para agente de cura aumentou de 3: 1 para 5: 1, todas as forças de cisalhamento correspondentes diminuíram (figura 5). Os compostos de madeira ligados com adesivos deslaminaram durante um BWT quando a proporção em peso de lignina para agente de cura foi de 7:1 ou maior. Exemplo 8 - Efeito do Teor de Sólidos Total A solução básica de lignina preparada de acordo com o Exemplo 4 foi primeiro concentrada até 21,8 % de teor de sólidos total. A solução básica de lignina concentrada (5 g, isto é, 1,09 g de sólidos secos no forno) foi diluída com água deionizada de 4,23 g, 2,48 g, 1,18 g, e 0,17 g por 12 por cento, 14 por cento, 16 por cento, e 18 por cento de teor de sólidos total, respectiva mente. Cada solução de lignina diluída foi misturada com Kyme- ne® 557H (2,91 g, isto é, 0,36 g de sólidos secos ao forno) por 25 minutos. Cada adesivo foi escovado sobre a extremidade de duas tiras de madeira compensada conforme descrito no Exemplo 5. A duas tiras de madeira compensada revestidas com adesivo foram sobrepostas juntas e prensadas a quente a 1,91 MPa (277 psi) e 140°C por 5 minutos. Quatro painéis de compostos de madeira de duas dobras foram preparados com cada adesivo.

Todos os painéis de compostos de madeira de duas dobras foram armazenados de um dia para o outro em temperatura ambiente antes da avaliação de sua força de cisaihamento e resistência à água. Os resultados são mostrados na figura 6. A força de cisaihamento a seco e resistência à água dos compostos de madeira ligados com o adesivo em 12 por cento de teor de sólidos total foram comparáveis com as em 14 por cento de teor de sólidos total. Quando o de teor de sólidos total aumentou de 14 por cento para 16 por cento, todas as forças de cisaihamento (força de cisaihamento a seco, força de cisaihamento de WSAD, força de cisaihamento a seco de BWT, e força de cisaihamento a úmido de BWT) aumentaram. No entanto, em um aumento adicional no teor de sólidos total de 16 por cento para 18 por cento, todas as forças de cisaihamento diminuíram.

Example 9 - Efeito do tempo de armazenamento Conforme mostrado na figura 7, o armazenamento de um adesivo de lignina/Kymene® 557H em temperatura ambiente por até dois dias teve pouco efeito sobre a força de cisaihamento a seco.

No entanto, o armazenamento do adesivo por cinco dias, comparado com por 2 dias, reduziu a força de cisaihamento a seco.

Tendo ilustrado e descrito os princípios dos métodos, composições e compostos revelados com referência a várias modalidades, deve ser evidente que estes métodos, composições e compostos podem ser modificados em disposição e detalhes sem se afastar de semelhantes princípios.

Claims (15)

1. Composição adesiva, caracterizada pelo fato de que compreende um produto da reação de: farinha de soja; e no mínimo um agente de cura livre de formaldeído compreendendo um aduto de um epóxido com uma resina de poliamina, poliamidoa-mina, ou poliamida.

2. Composição adesiva de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente farinha de trigo.

3. Composição adesiva de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o agente de cura compreende um condensado de epicloridrina de uma poliamina de polialquileno.

4. Composição adesiva de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que é livre de formaldeído.

5. Composição adesiva de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o agente de cura compreende um aduto de epicloridrina com resina poliamidoamina.

6. Composição adesiva de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o agente de cura compreende um produto de reação de poli(ácido-co-dietilenotriamina adípico) e epicloridrina.

7. Composição adesiva de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o agente de cura inclui um grupo funcional de anel de 4 membros contendo nitrogênio representando por:

8. Método para preparar um composto lignocelulósico, caracterizado pelo fato de que compreende: aplicar uma composição adesiva, como definida na reivindicação 1, a no mínimo um substrato lignocelulósico; e ligar o substrato lignocelulósico aplicado ao adesivo a no mínimo um outro substrato lignocelulósico.

9. Método de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a composição adesiva compreende adicionalmente farinha de trigo.

10. Método de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizado pelo fato de que o agente de cura compreende um condensado de epiclori-drina de uma poliamina de polialquileno.

11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizado pelo fato de que a ligação compreende aplicar calor e pressão a uma montagem do substrato lignocelulósico aplicado ao adesivo e o outro substrato lignocelulósico.

12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, os substratos lignocelulósicos compreendem partículas de madeira co-minuídas, o referido método sendo caracterizado pelo fato de que compreende: combinar 1 a 12 por cento em peso da composição adesiva com uma mistura das partículas de madeira cominuídas, a percentagem em peso sendo à base do peso combinado da composição adesiva e das partículas de madeira cominuídas; formar a combinação de partículas de madeira e adesivo em uma configuração predeterminada; e aplicar calor e pressão à combinação formada.

13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 12, caracterizado pelo fato de que o agente de cura compreende um aduto de epicloridrina com resina de poliamidoamina.

14. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 12, caracterizado pelo fato de que o agente de cura compreende um produto de reação de poli(ácido-co-dietilenotriamina adípico) e epicloridrina.

15. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 12, caracterizado pelo fato de que o agente de cura inclui um grupo funcional de anel de 4 membros contendo nitrogênio representando por: