BRPI0511164B1 - utilização de glicerol - Google Patents

Abstract

utilização de glicerol a presente invenção refere-se à utilização de glicerol como aditivo para colas aquosas isentas de formaldeído, à base de polímero acrílico ou de acrilato destinadas à fabricação de produtos à base de lã mineral, para melhorar a resistência ao envelhecimento de produtos à base de lá mineral obtidos depois da reticulação da cola. os produtos à base de lã mineral ligada com uma tal cola que respeita o ambiente apresentam a mesma qualidade que os produtos ligados de maneira clássica com uma resina fenólica. a retomada da espessura e a flexão dos produtos obtidos são melhoradas.

Description

“UTILIZAÇÃO DE GLICEROL” A presente invenção refere-se à utilização de glicerol como aditivo para colas aquosas isentas de formaldeído, à base de polímeros acrílicos ou de acrilatos reticulados por um poliol para a fabricação de lã mineral.

Para a fabricação de lã mineral, em particular de rocha e de vidro, é sabido desde muito tempo aplicar uma cola à base de resina fenol formaldeído sobre as fibras, de preferência em uma capela depois da fibragem, por exemplo, depois do estiramento por insuflação tal como descrito na DE 35 09 426 Al.

Neste processo, uma resina de fenol formaldeído conhecida da maioria das colas do estado da técnica é pulverizada sobre as fibras, de preferência em solução ou em dispersão aquosa e a dita resina começa a se polimerizar na superfície das fibras ainda quentes. Em seguida, as fibras individuais são ligadas umas às outras sob o efeito da polimerização, especialmente nos pontos de cruzamento, as fibras situadas no pico dos pontos estando quase envoltas de gotículas de resina solidificada; em seguida a mobilidade das fibras individuais umas em relação às outras é limitada ou impedida quando elas são reticuladas pelo ar quente na estufa. A fim de evitar os problemas de poluição do ambiente, há sempre cada vez mais ensaios que são conduzidos para substituir as colas tradicionais à base de resmas fenólicas que contêm entre outros formaldeído, pelas colas que não contêm as mesmas. Por exemplo, na EP 0 583 086 B2, é descrita uma composição de cola aquosa reticulável sem formaldeído para fibras de vidro à base de polímeros poliácidos que tenham pelo menos dois grupos ácidos carboxílicos ou grupos anidridos, que compreendem um poliol que contém pelo menos dois grupos hidroxilas e um catalisador que contém fósforo, na qual a proporção dos grupos COOH para os grupos OH varia de 1:0,01 até 1:3.

Na EP 0583 086 B2, o poliácido é por exemplo, um poliácido acrílico.

Como poliol, é utilizada de preferência uma β-hidroxialquilamida, por exemplo, a [N,N-di (|3-hidroxietil)]-adipamida, entretanto por exemplo, o etileno glicol, o glicerol, o pentaeritritol, o trimetilolpropano, o sorbitol, a sacarose, a glicose, o resorcinol, o catecol, o pirogalol, as uréias glicoladas, o 1,4-ciclohexanodiol, a dietanolamina, a trietanolamina podem ser igualmente utilizadas.

Composições de cola similares para fibras minerais são conhecidas também de US 6 331 350 Bl, EP 0 990 727 Al, EP 0 990 728 Al e EP 0 990 729 Al. Este estado da técnica utiliza um poliácido acrílico como poliácido. Neste caso, as alcanolaminas assim como os glicóis são utilizados como polióis.

Tais composições par fibras minerais são disponíveis comercialmente sob a denominação ACRODUR ® da BASF Aktiengesellshaft, Ludiwshafen.

Em todos os documentos citados do estado da técnica, os polióis são empregados como agentes de reticulação pois os grupos funcionais OH formam ligações ésteres com os grupos COOH do poliácido.

Antes da reticulação, as resinas poliacrilamidas reticuladas por um poliol, em particular o ACRODUR ®, têm propriedades termoplásticas. Depois da reticulação térmica, estas propriedades se transformam em propriedades termoendurecíveis que são acompanhadas de um aumento considerável do módulo elástico. Em outros termos, existe um risco de fragilização e de envelhecimento das resinas.

Quando uma solução aquosa de uma composição convencional à base de resina de poliacrilamida reticulada por um poliol é pulverizada sobre as fibras minerais, por exemplo em uma capela depois da fibragem, surgem grandes dificuldades depois da reticulação, por exemplo, em uma estufa, para que os produtos fabricados à base de lã mineral conservem um nível de resistência ao envelhecimento ou uma retomada da espessura assim como uma flexão que permanecem aceitáveis pelo usuário.

Estas dificuldades provêm entre outras do fato de que as resinas baseadas em uma química diferente daquela das resinas fenólicas têm mecanismos e cinéticas de reação modificadas que não correspondem às condições de fabricação habituais da lã mineral. O objetivo da presente invenção é, partindo do estado da técnica de acordo com a EP 0 882 074 Bl, fornecer uma cola aquosa isento de formaldeído para a fabricação de produtos à base de lã mineral que resolva os inconvenientes expostos acima.

Este objetivo é alcançado graças à utilização de glicerol para melhorar a resistência ao envelhecimento dos produtos à base de lã mineral obtidos depois da reticulação da cola. A utilização do glicerol nas composições da cola. à base de polímero acrílico ou de composições da cola prontas para o emprego à base de acrilato reticulado por um poliol tem como efeito retardar a evaporação da água. Conseqüentemente, as placas de fibras brutas (feltros primitivos) têm uma taxa de umidade mais elevada. Uma taxa de umidade mais elevada nas placas de fibras brutas evita o dessecamento prematuro da cola que deve penetrar na estufa em um estado úmido e colante a fim de estabilizar as ligações desejadas entre as fibras.

Além disso, as propriedades reológicas e de molhamento da cola são modificados e têm um efeito benéfico sobre a distribuição da cola sobre as fibras minerais.

De maneira surpreendente, foi descoberto que a adição de glicerol em uma cola à base de resina acrílica ou de acrilato melhora de maneira significativa a resistência ao envelhecimento de produtos à base de lã mineral. Os resultados de ensaios conduzidos durante um estudo piloto demonstraram que as características de envelhecimento depois da adição de glicerol são melhoradas de 5% para a retomada da espessura e até 40% para a flexão. A presente invenção refere-se em particular à utilização de glicerol como aditivo para colas aquosas, isentas de formaldeído, à base de polímeros acrílicos ou de acrilatos reticulados por um poliol para a fabricação de lã mineral para melhorar a resistência ao envelhecimento de lã mineral obtida depois da reticulação da cola.

Para este efeito, é preferível que o glicerol seja adicionado à cola de acrílico ou de acrilato, ou seja a uma solução pronta para o emprego, em uma concentração de aproximadamente 2 até 20% em peso de, em particular de 5 até 10% em peso. A adição de glicerol melhora assim a retomada da espessura de pelo menos 5%, em particular de aproximadamente 10% e a flexão de aproximadamente 10 a 40%, mais particularmente de aproximadamente 30%. A retomada da espessura é uma medida de excesso de espessura que deve apresentar o produto de lã mineral por ocasião da fabricação para atingir a sua espessura final no local de utilização depois da eliminação das forças de compressão tomando-se em consideração a totalidade dos processos de compressão que resultam da embalagem, da armazenagem e do transporte.

Por exemplo, se um rolo de lã mineral laminado para isolamento entre os caibros do telhado deve ter uma espessura necessária de aproximadamente 140 mm, ele deve sr fabricado com uma espessura significativamente maior, por exemplo, de aproximadamente 155 mm, a fim de apresentar a espessura visada de 140 mm depois do desenrolamento no local da aplicação. O produto retoma praticamente a espessura que ele tinha na origem depois da sua fabricação. A explicação deste efeito é baseada no fato de que as propriedades elásticas são conferidas às fibras durante a fabricação, estas propriedades sendo devida por um lado a uma reunião puramente mecânica das fibras e por outro lado aos aditivos, tais como as colas seus aditivos, que fazem com que a lã reticulada possa ser comprimida de maneira relativamente importante para as necessidades de transporte, ou seja que ela é comprimida e que uma certa elasticidade é assim perdida. A presente invenção apresenta aqui uma vantagem em particular: o excesso de espessura necessária no contexto da retomada de espessura é acompanhada naturalmente de uma massa maior de fibras no produto. De um ponto de vista econômico, na base de uma produção de lã mineral de 60 000 até 90 000 toneladas por ano um tal excesso de espessura se traduz por um número de toneladas consideráveis para se obter o efeito de “retomada da espessura”.

Os cálculos efetuados pelos inventores demonstraram que graças à modificação da cola acrílica pelo glicerol, até 4% em peso de matéria fibrosa pode ser ganho para um aumento da retomada da espessura de apenas 5% em função da espessura bruta do produto fabricado. Para uma produção media de 75 000 toneladas por ano, isto representa um ganho anual de aproximadamente 3 000 toneladas de material. O polímero acrílico que entra na constituição da cola pode ser um polímero de ácido acrílico ou um copolímero de ácido acrílico e de um outro monômero etilenicamente insaturado, em particular o anidrido maléico.

Uma cola sem formaldeído que foi verificada estar particularmente adaptada contém um polímero obtido por polimerização radicalar de um ácido dicarboxílico etilenicamente insaturado, os grupos ácidos carboxílicos podendo formar um grupo anidrido, em um teor que consiste de 5 a 100% em peso do polímero, uma alcanolamina que contém pelo menos dois grupos hidroxilas e menos de 1,5% em peso de um acelerador que contenha fósforo em relação ao peso total de polímero e de alcanolamina. Tais colas estão por exemplo, disponíveis sob a marca ACRODUR ® da sociedade BASF, Ludwigshafen.

Outras vantagens e características da invenção são expostas nos exemplos e nas ilustrações a seguir. É descrito: Fig. 1 a evolução do modulo de elasticidade em função da temperatura para uma cola de referência à base de resina de fenol formaldeído, uma cola de acrilato sem adição de glicerol e a mesma cola de acrilato com diferentes proporções de glicerol.

Fig. 2 o dispositivo de teste para a medida da flexão. EXEMPLO 1 Foi utilizada para a preparação das colas uma resina de acrilato comercialmente disponível, no caso presente o ACRODUR DS 3530 da sociedade BASF, Ludwigshafen, ao qual foram adicionados um óleo de cola e um silano (Tabela 1).

Tabela 1> composição das colas As soluções de cola têm um pH igual a 3,3.

Os efeitos do glicerol são explicados aqui a seguir. 1. Propriedades de cola (propriedades de elasticidade) As medidas da reatividade de cola e das propriedades do ligante são efetuadas por análise mecânica dinâmica [DMA] desenvolvida pela requerente, que permite determinar o caráter viscoelástico de um polímero.

Um papel de filtro (Whatmann GF/C) está impregnado com cola e mantido horizontalmente entre prendedores fixos. Uma peça móvel que permite medir a tensão em função da deformação está disposta na proximidade da face superior do papel de filtro. A partir destas misturas, pode-se calcular o módulo de elasticidade. O papel de filtro impregnado é aquecido até 300 °C, partindo de 20 °C à velocidade de 5 °C/ minuto. O módulo de elasticidade E (em Pa) em fimção da temperatura é fornecido na Fig. 1. O método de medição é descrito com detalhe na FR 0 304 750 publicada em 16 de abril de 2004 que é aqui incorporada como referência. O método é bem conveniente para comparar as propriedades das colas viscoelásticas e tensoativas com aquelas da cola convencional à base de resina fenol formaldeído utilizada na indústria da lã mineral. Esta comparação é importante pois o processo de fabricação emprega estufas cujas condições estão adaptadas para a reticulação da resina fenol formaldeído e não permitem ter resultados confiáveis quando o perfil das propriedades difere consideravelmente destas condições; de um ponto de vista prático, é difícil otimizar o método para estas condições.

Como se pode observar na Fig. 1, a medida do módulo de elasticidade das colas reticuladas examinadas demonstra que a adição de glicerol à cola de acrilato [ACRODUR DS 3530 - glicerol (95/5)], sobre a base das matérias sólidas, tende a reunir as propriedades viscoelásticas daquelas da resina fenol formaldeído [resina R 150], A utilização de 10% de glicerol [ACRODUR DS 3530 - glicerol (90/10)] tem um efeito similar ao passo que a cola de acrilato - sem glicerol adicionado - [ACRODUR DS 3530] apresenta propriedades elástica que variam consideravelmente em relação à cola de fenol formaldeído clássico. A análise da reticulação com a ajuda do módulo de elasticidade feita partindo da Tabela 1 demonstra que a adição de glicerol permite adaptar a viscosidade e a tendência à reticulação àquelas da resina fenólica. 2. Propriedades dos produtos à base de lã mineral. 0 teste prático sobre uma linha de produção foi limitado a duas colas sem glicerol e com um teor de glicerol adicionado de 5%. A cola foi pulverizada, como de costume, em uma capela sobre as fibras ainda quentes antes da reunião das fibras.

As propriedades dos produtos que contêm estes dois tipos de cola foram comparadas àquelas dos produtos colados com uma resina de fenol formaldeído tradicional, 2.1 Taxa de umidade sobre as placas de fibras brutas. A taxa de umidade sobre as placas de fibras brutas (Tabela 2) antes de sua entrada na estufa é aumentada por adição de glicerol. Esta melhoria da umidade das placas de fibras brutas de aproximadamente 15% por adição de 5% de glicerol impede a secagem prematura da cola, que deve entrar na estufa no estado úmido e colante para permitir estabilizar os pontos de contato entre as fibras que visam fixar o descolamento e a união das fibras em um certo estado mecânico.

Tabela 2: taxa de umidade das placas de fibras brutas. 2.2 Propriedades mecânicas. A adição de glicerol tem um efeito positivo sobre as propriedades mecânicas, em particular em relação ao envelhecimento. Os resultados dos testes de envelhecimento acelerado são fornecidos na Tabela 3.

Tabela 3: melhoria das propriedades de envelhecimento.

Na Tabela 3, os testes “CA/2” e “Depois da armazenagem externa” são realizados da seguinte maneira: CA/2: os produtos à base de lã mineral são tratados a uma temperatura de 35 °C, sob umidade relativa de 95% e um ponto de orvalho de 34 °C durante 48 horas, depois se mede a flexão e a retomada da espessura segundo a norma DIN 18165-1 representativa das condições de envelhecimento.

Armazenagem em área externa: os produtos à base de lã mineral são armazenados na área externa durante 12 semanas antes da medida da flexão e da retomada da espessura. A medida da flexão é efetuada segundo um método interno da requerente exposto esquematicamente na Fig. 2 na qual a parte superior é uma vista em corte do dispositivo de teste apropriado e a parte inferior é uma vista de topo do dispositivo.

Os painéis são testados no estado livre (3 painéis em cada caso) e os feltros são testados sob forma de amostras de 1000 mm x < 600 mm (segundo a largura do feltro, 1 a 2 amostras para cada rolo). Antes do teste, as amostras 1 são pré-tratadas durante 48 horas sob atmosfera padrão tal como definida na norma DIN 50014, Para medida da flexão, as amostras 1 são colocadas na parte superior da superfície 2 de tamanho adaptado, na horizontal, de maneira que uma extremidade 3 se estenda livremente além da borda da tabela 4 sobre um comprimento de 450 mm. Em seguida, uma placa de carga 5 é disposta sobre a amostra de maneira tal que a borda antes da placa 5 aflore à borda da superfície 4, a placa tendo uma dimensão de 625 ram x 500 mm e uma massa de 6,25 kg no caso dos painéis, correspondente s a uma carga de 0,2 kN/m e uma dimensão idêntica e uma massa de 3,125 kg no caso dos feltros, A correspondente a uma carga de 0,1 kN/m. Em cada amostra são efetuadas 1, 4 medidas no centro da amostra 6, sobre as faces superior e inferior, depois a amostra é retomada de 180° segundo o eixo vertical e analisada de novo como indicado. O valor médio das 4 medidas representa a flexão 7 (em mm). O termo ACRODUR ® utilizado nas Tabelas 1 e 3 designa uma cola da sociedade BASF, Ludwigshaven, comercialmente disponível sob a referência ACRODUR 3530. Evidentemente, o perito na técnica sabe que todas as colas aquosas isentas de formaldeído baseadas em um acrilato reticulado para um poliol podem ser utilizadas no quadro da presente invenção.

Como se pode observar observando-se a Tabela 3, os valores da flexão para o ACRODUR ® são melhorados de 15 a 39% em relação à cola de acrilato sem adição de glicerol.

Pode-se ainda constatar que a flexão para um ligante acrilato com adição de 5% de glicerol é em todos os casos igual à da cola à base de resina fenol formaldeído (Tabela 3, flexão após armazenagem em área externa) até mesmo superior em certos casos (Tabela 3, flexão para CA/2).

Além disso, uma vantagem específica se baseia no fato de que a classificação do material de construção (comportamento em relação ao fogo) de acordo com a norma DIN EM 13501, parte 1, não é inferior ao produto com uma cola à base de resina fenol formaldeído convencional.

Em relação à segunda propriedade “retomada da espessura” que figura na Tabela 3, e que não é dependente do envelhecimento, pode-se dizer que os valores de retomada da espessura para cola de acrilato com adição de 5% de glicerol são ligeiramente inferiores aos valores dos produtos à base de lã mineral ligados com uma resina fenólica. Em relação à cola de acrilato ACRODUR ® sem glicerol, os valores da retomada da espessura são todavia melhorados de 5 a 6%. Isto representa uma economia considerável em termo de material fibroso como foi descrito na presente invenção. EXEMPLO 2 São utilizadas duas resinas para preparar colas: uma resina poliacrílica (comercializada por Rohm & Haas; resina A) e uma resina que compreende um copolímero de ácido acrílico e de anidrido maléico (comercializado pela BASF; resina B) às quais foram adicionado um silano e água. De acordo com o caso, é adicionado glicerol à razão de 3 e 5 partes para 100 partes de resina A e de 5 e 10 partes para 100 partes de resina B, calculado em peso da matéria sólida. A cola é pulverizada sobre fibras de vidro obtidas pela tecnologia conhecida de centrifugação interna por meio de uma coroa de pulverização disposta abaixo do recipiente de fibragem de maneira a distribuir regularmente a composição da cola a lã de vidro que acaba de ser formada. A lã mineral assim colada é coletada em uma transportadora de esteira equipada de câmaras de aspiração internas que retêm a lã sob a forma de um feltro na superfície da transportadora. A transportadora circula em seguida em uma estufa mantida a uma temperatura adaptada à polimerização de cola para formar um ligante. O produto obtido é um feltro de lã de vidro que tem uma espessura nominal igual a 80 mm. No produto, medem-se: - a retomada da espessura da seguinte maneira: o produto é comprimido com uma taxa de compressão (definida como sendo a proporção da espessura nominal em relação à espessura sob compressão igual a 6/1 durante 1,12, 30 e 90 dias. A retomada da espessura corresponde à relação da espessura depois da eliminação da força de compressão à espessura nominal (expressa em%). - a resistência à tração RT depois da fabricação (RTfab) e depois de um envelhecimento acelerado em uma autoclave a uma temperatura de 105 °C sob 100% de umidade relativa durante 15 minutos (RT15) ou 45 minutos (RT45). - a resistência à tração RT é medida de acordo com a norma ASTM C 686-71T na amostra recortada por estampagem no produto isolante. A amostra tem a forma de um toro de 122 mm de comprimento, 46 mm de largura, um raio de curvatura do recorte da borda externa igual a 38 mm e um raio de curvatura do recorte da borda externa igual a 12,5 mm. A amostra está disposta entre dois mandris cilíndricos de uma máquina de ensaios dos quais um é móvel e se desloca à velocidade constante. Mede-se a força de ruptura F, em grama-força, da amostra e calcula-se a resistência à tração RT definida pela relação da força de ruptura F à massa da amostra (gForça/g).

Tabela 4: melhoria das propriedades de envelhecimento.

Os resultados da Tabela 4 demonstram que a adição de glicerol à cola melhora a retomada da espessura depois de 30 horas e a resistência à tração depois de 15 minutos de tratamento em autoclave.

Em resumo, a presente invenção se presta perfeitamente à fabricação de produtos à base de lã mineral de qualquer espécie, no respeito do ambiente, sem utilizar formaldeído e sem perda de qualidade.

REIVINDICAÇÕES

Claims (4)

1. Utilização de glicerol, caracterizada pelo fato de que é destinada à fabricação de produtos de lã mineral com resistência ao envelhecimento melhorada, ao glicerol, são adicionados: um polímero obtido por polimerização radicalar de um ácido dicarboxílico etilenicamente insaturado em uma quantidade consistindo de 5 a 100% por peso do polímero, uma alcanolamina contendo pelo menos dois grupos hidroxila, e menos de 1,5% por peso de um acelerador contendo fósforo em relação ao peso total de polímero e alcanolamina, o glicerol, o polímero, a alcanolamina e o acelerador formando um ligante aquoso isento de formaldeído à base de polímero acrílico ou acrilato, os produtos de lã mineral sendo obtidos depois do endurecimento do ligante.

2. Utilização de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os grupos de ácido carboxílico do ácido dicarboxílico etilenicamente insaturado formam um grupo anidrido.

3. Utilização de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a quantidade de glicerol é de cerca de 2 a 20%, preferivelmente de 5 a 10%, por peso do ligante.

4. Utilização de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o ligante inclui adicional mente um óleo e um silano.