BRPI0721232B1 - Placa de madeira compósita - Google Patents

Abstract

PLACA DE MADEIRA COMPÓSITA Em uma pilha de placas de madeira compósita, as placas de madeira compreendem partículas de madeira e um aglutinante orgânico.

Description

Esta invenção relaciona-se às placas de madeira compósitas, por exemplo, placas de partículas, placas de filamento orientado e placas de fibra de madeira, e particularmente à placa de madeira compósita compreendendo uma bioresina e/ou possuindo um aglutinante de formaldeído inferior ou aglutinante livre de formaldeído.

Bioresina é um termo desenvolvido para descrever uma resina ou formulação de resina derivada a partir de uma fonte biológica. Assim, muitas resinas tradicionais tal como soja à base de proteína, colágeno ou caseína, ou derivados de carboidrato a partir de celulose ou amido, adesivos à base de borracha natural e adesivos fenólicos naturais tal como tanino ou lignina podem ser todos classificados como bioresinas. Elas são polímeros renováveis e, com baixo impacto ambiental, representam uma alternativa aos sistemas acionados por petróleo.

O interesse em sistemas de bioresina origina-se amplamente da crescente regulamentação e interesse público com um ambiente livre de poluição, e a necessidade de alternativas sustentáveis por produtos baseados em uma fonte petroquímica finita. A produção de resina de termofixação comercial e o seu uso estão sujeitos a tal regulamentação devido amplamente aos componentes monoméricos que formam a base da formulação. De forma preponderante, estas resinas são baseadas em materiais iniciais de melamina, fenol, uréia, formaldeído, estireno ou isocianato.

Emissões de formaldeído, fenol e isocianato são geralmente reguladas; elas são administradas na Inglaterra e Pais de Gales sob as normas de Pollution Prevention and Control Regulations (2000) , SI19, para instalações envolvidas na produção de placas de partículas (PB), placas de filamentos orientados (OSB), placa de fibra de densidade média (MDF) e placa de fibra de madeira. As emissões ao ar são limitadas a 5 mg/m3. Particularmente, as diretrizes notam que os operadores devem usar resinas que miminizem as emissões de formaldeído sempre que possível. A escolha das resinas usadas deve ser continuamente revisada para assegurar que emissões mínimas ocorram. Podem existir problemas relacionados tanto a altos níveis de formaldeído no local de trabalho quanto com liberação lenta de. formaldeído dos próprios produtos tipo painel, particularmente no início da vida útil do produto.

Os produtos de bioresina podem oferecer uma fonte renovável alternativa de resinas de termofixação que irão começar a se dirigir à exaustão de fontes finitas e possuem melhores perfis de emissões, particularmente quando formulados sem formaldeído. Embora os materiais livres de formaldeído tal como resinas de diisocianato e tanino que se tornaram disponíveis, cerca de 85% do MFD produzido hoje utiliza resina de formaldeído, correspondendo a um mercado Europeu de aproximadamente 2 milhões de toneladas por ano. Nestas resinas, embora um a redução no conteúdo de formaldeído tenha sido alcançado nos anos recentes, isto se deu ao custo de tempos de processamento mais longos, e diminuições na ligação interna e resistência à flexão e um aumento na inchação e absorção de água de produtos tipo painel feitos a partir destas. Há, portanto, um espaço livre no mercado atual por resinas mais ambientalmente amigáveis que sejam competitivas em preço, performance e adaptáveis os processos de produção de compósitos existentes.

De acordo com um aspecto, a presente invenção fornece uma placa de madeira compósita conforme definido na reivindicação 1. Outros aspectos são definidos em outras reivindicações independentes. Características preferidas e/ou alternativas são definidas nas reivindicações dependentes.

A placa de madeira compósita é preferivelmente uma placa de madeira compósita produzida industrialmente, em oposição a uma placa de madeira produzida em teste de laboratório. A placa de madeira compósita pode ter dimensões de pelo menos 3 0 cm x 3 0 cm; ela pode ter dimensões de pelo menos 50 cm x 80 cm, possivelmente de pelo menos 1 m x 2 m. A placa de madeira compósita pode ter bordas que são refiladas e/ou cortadas e/ou trabalhadas à máquina. A placa de madeira compósita pode ser fornecida como uma embalagem que compreende uma pluralidade de placas de madeira dispostas e/ou amarradas juntas, por exemplo, para facilitar o transporte; ela pode compreender um filme de cobertura, por exemplo, de um material plástico. A embalagem pode compreender uma plataforma; ela pode ser adaptada manualmente, por equipamento de levantamento mecânico e/ou uma empilhadeira. A placa compósita pode ter uma espessura nominal de pelo menos 11 mm, pelo menos 12 mm ou pelo menos 15 mm.

O tempo de cura da placa de madeira compósita é preferivelmente menor que 25 minutos. O aglutinante pode: - ser baseado em um açúcar redutor; e/ou - ser baseado em reductose; e/ou - ser baseado em um aldeído contendo açúcares; e/ou incluir pelo menos um produto de reação de um reagente de carboidrato e um reagente de amina; e/ou - incluir pelo menos um produto de reação de um açúcar redutor e um reagente amina; e/ou incluir pelo menos um produto de reação de um reagente carboidrato e um reagente de sal de amónio de ácido policarboxílico; e/ou - incluir pelo menos um produto de reação a partir de uma reação de Maillard.

Exemplos não limitantes de testes em escala de laboratório relacionados à invenção estão descritos abaixo com referência aos desenhos em anexo dos quais:

A Figura 1 mostra o padrão de corte para placas no Exemplo 2. A Figura 2 mostra os efeitos dos tempos de prensagem em IB para placas de partículas com resina BS1 no Exemplo 2 . A Figura 3 mostra os efeitos dos tempos de prensagem em IB para placas de partículas com resina BS1-SOK no Exemplo 2. A Figura 4 mostra a inchação da espessura após 24 horas a 20°C em relação ao Exemplo 2. A Figura 5 mostra a inchação de absorção após 24 horas a 20°C em relação ao Exemplo 2. A Figura 6 mostra os efeitos dos tempos de prensagem em IB para placas de filamentos orientados com resina BS1 no Exemplo 2. A Figura 7 mostra vários reagentes ilustrativos para produzir melanoidinas. A Figura 8 ilustra uma reação de Maillard esquemática quando se reage um açúcar redutor com um composto amino.

Exemplo la:

Preparação de aglutinantes de policarboxilato de amônio- açúcar usados para construir composições de placa de fibra de madeira

Aglutinantes de citrato de triamônio-dextrose (1:6) aquosos foram preparados pelo seguinte procedimento geral: Monoidrato de dextrose em pó (915 g) e ácido cítrico anidro em pó (152,5 g) foram combinados em um recipiente de reação de 3,79 L ao qual 880 g de água destilada foram adicionados. A esta mistura foram adicionados 265 g de amónia aquosa 19% com agitação, e a agitação foi continuada por vários minutos para alcançar a completa dissolução dos sólidos. À solução resultante foram adicionados 3,3 g de silano SILQUEST A-ll-1 para produzir uma solução com pH de aproximadamente 8-9 (usando-se papel de pH) , esta solução continha aproximadamente 50% de sólidos de monoidrato de dextrose dissolvida e de citrato de amónio dissolvidos (como um percentual do peso total da solução); uma amostra de 2 gramas desta solução, sob cura térmica a 204,44°C por 30 minutos, irá produzir 30% de sólidos (o peso total sendo atribuído à desidratação durante a formação do aglutinante de termofixação) . Onde um silano que não o SILQUEST A-1101 estava incluso no aglutinante de citrato de triamônio- dextrose (1:6), as substituições foram feitas com o silano SILQUEST A-187, silano HYDROSIL 2627 ou silano Z-6020. Quando aditivos foram incluídos no aglutinante de citrato de triamônio-dextrose (1:6) para produzir variantes do aglutinante, a solução padrão foi distribuída entre frascos em alíquotas de 300 gramas às quais aditivos individuais foram então fornecidos.

O espectro de FT-IR de um aglutinante de citrato de triamônio-dextrose (1:6) seco (não curado), cujo espectro foi obtido como um filme fino microscópico a partir de uma amostra de 10 gramas de um aglutinante 30% (sólidos do aglutinante dissolvidos) seco a vácuo, é mostrado na Figura 1. O espectro de FT-IR de um aglutinante de Maillard, citrato de triamônio-dextrose (1:6) curado, cujo espectro foi obtido como um filme fino microscópico a partir de uma amostra de 10 gramas de um 30% (sólidos do aglutinante dissolvidos) após a cura, é mostrado na Figura 2. Quando ácidos policarboxílicos que não ácido cítrico, açúcares que não dextrose, e/ou aditivos foram usados para preparar variantes de aglutinante de açúcar-policarboxilato de amónio aquoso, o mesmo procedimento geral foi usado conforme aquele descrito acima para a preparação de um aglutinante de citrato de triamônio-dextrose (1:6) aquoso. Para as variantes do aglutinante de policarboxilato de amónio-açúcar, ajustes foram feitos conforme necessário para acomodar a inclusão de, por exemplo, um ácido dicarboxílico ou um ácido policarboxílico polimérico no lugar de ácido cítrico, ou para acomodar a inclusão, por exemplo, de uma triose no lugar de dextrose, ou para acomodar a inclusão de, por exemplo, um ou mais aditivos. Tais ajustes incluíram, por exemplo, ajustar o volume de amônia aquosa necessário para gerar o sal de amónio, ajustar a quantidade em gramas de reagentes necessários para alcançar uma relação molar desejada entre policarboxilato de amónio e açúcar, e/ou incluir um aditivo em um percentual em peso desejado.

Vários métodos foram usados para produzir placas/folhas de fibra de madeira ligadas com este aglutinante de citrato de triamônio-dextrose (1:6). Um método representativo, o qual produziu amostras fortes e uniformes, se dá como segue: madeira na forma de lascas de madeira tipo pinho variada e serragem foi comprada de uma loja local de fornecimento de produtos agrícolas. Amostras de placa de fibra de madeira foram feitas com a madeira no estado que foi recebida e também com material separado em lascas e serragem. A madeira foi primeiramente seca em uma estufa a aproximadamente 93,33 °C durante a noite, esta secagem resultou em remoção de umidade de 14-15% para as lascas de madeira e cerca de 11% para a serragem. Portanto, a madeira seca foi colocada em um recipiente plástico de 20,32 cm de altura x 30,48 cm de largura x 26,67 cm de profundidade (dimensões aproximadas). O aglutinante de citrato de triamônio-dextrose (1:6) foi preparado (36% de sólidos no aglutinante) conforme descrito acima, e então 160 g de aglutinante foram pulverizados através de um bocal hidráulico sobre uma amostra de madeira de 400 gramas no recipiente plástico enquanto o mesmo estava inclinado a 30- 40 graus da vertical e rotacionado lentamente (aproximadamente de 5-15 rpm) . Durante este tratamento, a madeira foi gentilmente tamboreadas enquanto se torna uniformemente revestida.

Amostras de madeira resinada foram colocadas em uma estrutura dobrável e comprimidas entre chapas aquecidas sob as seguintes condições: lascas de madeira resinadas, 2,07 MPa; serragem resinada, 4,1 MPa. Para cada amostra resinada, as condições de cura foram de 176,67°C por 25 a 30 minutos. As placas de amostra resultantes tinham aproximadamente 25,4 cm de comprimento x 25,4 cm de largura, e cerca de 1,02 cm de espessura antes do refilamento, eram bem ligadas internamente, de superfície lisa e foi feito um corte limpo quando refiladas na serra de fita. A densidade da amostra refilada e o tamanho de cada placa de amostra refilada produzida eram como segue: placa de amostra de lascas a partir de madeira, densidade de aproximadamente 0,86 g/cm3, tamanho de aproximadamente 21,08 cm de comprimento x 22,86 cm de largura x 0,91 cm de espessura; placa de amostra a partir de serragem, densidade de aproximadamente 0,70 g/cm3, tamanho de aproximadamente 22,10 cm de comprimento x 22,35 cm de largura x 1,04 cm de espessura. O conteúdo de aglutinante estimado de cada placa de amostra era de aproximadamente 12,6%.

Exemplo 1b:

As seguintes amostras foram testadas para comparar a resistência à flexão e à tração da placa de partículas padrão e placa de filamentos orientados com produtos similares produzidos usando-se um novo aglutinante de teste: placa de partículas de 1,27 cm disponível comercialmente adquirida a partir de Builders Lumber. - placa de filamentos orientados (OSB) de 1,27 cm disponível comercialmente adquirida a partir de Builders Lumber. placa de partículas de madeira de teste conforme descrito acima: 22,23 cm x 22,53 cm x 1,05 cm - 371,9 gramas - 0,71 g/cm3 - 12,6% de aglutinante - placa de partículas de madeira de teste conforme descrito acima: 21,26 cm x 22,86 cm x 0,85 cm - 361,2 5 gramas - 0,87 g/cm3 - 12,6% de aglutinante

As placas de teste eram quadrados, cada uma, de aproximadamente 22,23 cm. As placas dos construtores eram de aproximadamente 60,96 cm x 121,92 cm quando adquiridas. Estas placas foram cortadas em quadrados de aproximadamente 10 22,23 cm, de forma que as amostras fossem coletadas de forma consistente a partir de vários produtos.

Os resultados do teste estão expostos nas Tabelas de 1 a 5: Tabela 1 - Sumário dos Resultados

Tabela 2 - Dados detalhados Placa de Partículas Padrão (comprada em loja)

Tabela 3 - Dados Detalhados Placa de Partículas de Teste

Tabela 4 - Dados detalhados Placa de Filamentos Orientados (comprada em loja)

Tabela 5 - Dados Detalhados Placa de Filamentos Orientados de Teste Placa de filamen-tos orienta-dos Resistência à tração Resistência à flexão

Exemplo 2:

Duas resinas experimentais foram usadas, BS1 e BS1-SOK 5 (conteúdo de sólidos de 50%). As placas de partículas (PB), placas de filamentos orientados (OSB) e placas de fibra de densidade média (MDF) foram produzidas com estes dois sistemas de resina.

Produção das placas de partículas de teste: Placas de partículas de camada única foram produzidas. Lascas de madeira para a produção de placas de partículas eram para produção de placas de partículas comerciais, estas lascas consistiam de uma mistura de espécies de madeira e acreditava-se que consistiam principalmente de madeira reciclada. Antes do uso, as lascas foram peneiradas para remover material de tamanho maior e fragmentos. Antes da resinação, as lascas foram secas até conteúdo de umidade (MC) constante. Depois, o conteúdo de umidade será expresso como o peso de água contido na madeira como um percentual do peso de madeira seco em estufa. 12% ou 14% de resina foram adicionados às lascas de madeira (peso de sólidos da resina pelo peso de madeira seca) . A resina e as lascas foram combinadas juntas em um misturador Kenwood ou Drum. O conteúdo de umidade da lasca seca e o conteúdo de umidade das lascas pulverizadas foram todos medidos; a informação está resumida na Tabela 6. A massa de lascas por placa foi ajustada de acordo com o conteúdo de umidade a fim de se alcançar uma densidade objetivada de 650 kg/m3.

Após combinar a resina, aditivos e lascas, o "fornecimento" resultante foi transferido a uma caixa de formação e foi levemente compactado antes de ser prensado a quente para consolidação final e cura da resina.

As placas foram prensadas usando-se uma temperatura de chapas objetivadas de 220°C e um tempo de prensagem total de 5 a 12 minutos. Os painéis eram quadrados de 500 mm x 500 mm ou de 300 mm x 300 mm e 12 mm de espessura. Na remoção da prensa a quente, as placas foram rotuladas e após o resfriamento as bordas foram refiladas.

Produção das placas de filamentos orientados de teste:

Os flocos são peneirados e separados em flocos de núcleo e de superfície. Flocos de tamanho grande são usados em camadas de superfície, os de tamanho pequeno em camadas centrais.

O material da superfície é combinado com resina BS1 14% (relação entre resina e madeira, base seca) e água em dois misturadores. A resina é misturada com água através de um misturador estático. A água é adicionada para reduzir a viscosidade da resina e aumentar o conteúdo de umidade do floco para 12%.

O material de núcleo é combinado com resina BS1 12% e água em um misturador único. O conteúdo de umidade (MC) do floco de núcleo desejado é de 10-12%.

O material combinados é conduzido a três estações de formação, superfície, núcleo e superfície. Os formadores de superfície alinham os flocos paralelos à direção da máquina, enquanto que o formador de núcleo dispõe os flocos perpendiculares à direção da máquina. O alinhamento dos flocos é alcançado por uma série de pás ou cilindros nas estações de formação.

A informação das placas está apresentada na Tabela 7. PB-1 a PB-11 foram produzidas com resina BS1, PB12 a PB14 foram produzidas com resina BS1-SOK. Tabela 6 Informação das Placas de Partículas

Tabela 7 Informação das Placas de Filamentos Orientados

Produção das placas de fibra de média densidade de teste:

Uma matéria prima padrão foi usada: Madeira mole em lascas (principalmente abeto) obtida de Kronospan. Resina BS1 12% foi adicionada ao MDF (peso de sólidos da resina pelo peso das fibras seca) . O MC antes e depois da combinação era de 8,26% e 16,23%, respectivamente.

As placas foram prensadas usando-se uma temperatura de chapa objetivada de 220°C e um tempo de prensagem total de 10 minutos.

Preparação das amostras para teste:

Após resfriamento, cada placa foi cortada a um padrão específico, veja Figura 1 para detalhes. O tamanho da amostra (das posições 1-12) era de quadrados de 50 mm x 50 mm, a largura das amostras das posições 13 e 14 era de 50 mm.

De cada placa, seis amostras (das posições 1, 3, 5, 8, 10 e 12) foram testadas para força da ligação interna de acordo com EN319, seis (das posições 2, 4, 6, 7, 9 e 11) para inchação da espessura e absorção de água com EN317. Duas das posições 13 e 14 foram testadas para módulo de elasticidade na flexão e resistência à flexão de acordo com EN310. Teste: - Força da ligação interna - Força da ligação Interna Transversal (EN319 para PB e EN300 para OSB) Absorção de umidade & inchação da espessura. - Inchação da Espessura após 24 horas em Água a 20°C (EN317). - Absorção de água após 24 horas em Água a 20 °C. Módulo de elasticidade na flexão e resistência à flexão. - Módulo de elasticidade (MOE), (EN310). - Resistência à flexão (MOR).

Resultados de teste para placas de partículas:

A Tabela 8 resume os resultados para força da ligação interna (IB) das placas de partículas. As Figuras 2 e 3 mostram os efeitos dos tempos de prensagem em IB. Foi notado que PB-3 a PB-9 compartilha o mesmo processamento (temperatura e tempos) e IB variou dentro da faixa de erro, então a média de 0,43 N/mm2 com STD de 0,03 estava incluído na Figura 2. A exigência geral de 0,4 N/mm2 para IB a partir de padrões também está indicada nas Figuras 2 e 3.

Era aparente que as resinas em PB-1 e PB-2 prensadas por 5 minutos desenvolveram nenhuma força de ligação significante devido aos tempos de prensagem insuficientes, as resistências de ligação foram melhoradas quando se aumentaram os tempos de prensagem para 9 minutos (PB-2 e PB-13), força de ligação superior ao valor padrão foi obtida para PB com a resina BS1 (PB-3 a PB-9) quando também se elevaram os tempos de prensagem para 10 minutos. Entretanto, com o sistema de resina BS1-SOK, IB (PB14) era menor que a exigência padrão. Para PB-10, cera foi adicionada, parecendo não ter havido nenhum efeito significante na IB.

A IB para PB-11 que possuía uma carga de resina a 14%, 2% maior que as placas de teste, era de 0,5 N/mm2. Isto sugeriu que o aumento na carga de resina aumentará as forças de ligação. Tabela 8 Força de Ligação Interna de Painéis

Os resultados dos testes para inchação da espessura e absorção de água estão resumidos nas Figuras 4 e 5. PB-8, 9 e 10 foram processadas à mesma temperatura e tempos, a única diferença entre PB-8, 9 e 10 foi a adição de cera, 0,8% de cera foi adicionado a PB-10.

Não houve nenhuma diferença significante na inchação da espessura e absorção de água entre PB-8 e PB-9, ambas as 10 inchações de espessura e absorções de água eram muito maiores que as exigidas pelo padrão, conforme indicado pela linha sólida na Figura 6. Diferença significante estava aparente na adição de cera, a amostra possuía a mais baixa inchação de espessura e absorção d'água, que também era mais baixa que a exigida pelo padrão. Isto sugeriu que o uso de cera ajudou a melhorar a inchação da espessura e a absorção d'água.

Módulo de elasticidade na flexão e resistência à flexão:

Apenas as placas (PB-8 e PB-9) feitas a 220°C por 10 minutos foram testadas para módulo de elasticidade e resistência à flexão. A média para MOE era 2.314 N/mm2 com STD de 257,68, que era muito maior que o exigido pelo padrão de 1.800 N/mm2. Isto significa que a placa era muito mais rígida. A média para MOR era de 10,4 N/mm2, o que era menor que o exigido de 14 N/mm2. Para melhorar MOR para satisfazer a exigência do padrão, o aumento no carregamento de resina pode ser o caminho certo.

Resultados para placas de filamentos orientados (OSB):

A Figura 6 resume os resultados para ligação interna de placas de filamentos orientados, a linha sólida indicando a exigência de 0,28 N/mm2 pelo padrão (EN300) para OSB. IB esteve sempre abaixo do exigido; para melhorar a força da ligação para as placas OSB com resina BS1, os parâmetros de processamento e/ou o carregamento de resina devem ser considerados.

Módulo de elasticidade na flexão e resistência ã flexão:

Placas OSB-2 e OSB-3 foram testadas para MOR e MOE, os resultados estão resumidos na Tabela 9. As exigências pelo padrão eram de 18 N/mm2 e 2.500 N/mm2. Tanto o OSB-2 quanto o OSB-3 possuíam MOR e MOE muito maiores que as exigências para placas de propósito geral, embora a IB fosse menor.

Não apenas a força de ligação entre as fibras e resina mas também a dimensão e orientação da fibra beneficiaram a MOR e MOE.

Os valores correntes eram também maiores que as exigências para placas suportando carga para uso tanto em condições secas quanto em condições de umidade que são de 20 N/mm2 e 3.500 N/mm2, entretanto, menores que o exigido para placas suportando carga de alta intensidade de 28 N/mm2 e 4.800 N/mm2. Tabela 9 Resultados de MOR e MOE para OSB

Resultados para força de ligação interna de placa de densidade média:

Apenas um teste de placa de densidade média foi manifestado. A temperatura de prensagem era de 220°C e o tempo de 10 minutos. A média de IB foi de 0,43 N/mm2 com STD de 0,03, a qual era maior que a exigida de 0,4 N/mm2 pelo padrão.

Módulo de elasticidade na flexão e resistência à flexão:

A média para MOR era 22,26 N/mm2 com STD de 1,31, a qual era 60% maior que a exigida pelo padrão de 14 N/mm2. A média para MOE era de 2.771,62 N/mm2 com STD de 204,17, a qual era mais de 50% maior que a exigida de 1.800 N/mm2.

Note que 14 N/mm2 e 1.800 N/mm2 são os valores exigidos para as placas de propósito geral de uso em condições secas. Os valores exigidos para placas que suportam carga de uso em condições secas e de umidade são N/mm2 e 2.500 N/mm2, IB de 0,45 N/mm2. A MOR e MOE corrente eram maiores que estes valores exigidos embora a IB fosse levemente mais baixa. Entretanto, coma otimização do processamento, MDF deve alcançar todos os valores exigidos para as placas de suporte de cargas ou mesmo para aquelas que suportam cargas de alta intensidade.

Discussão dos Resultados do Exemplo 2:

Os tempos de prensagem e o carregamento de resina executam um importante papel na IB de placas de partículas feitas com resina BS1, a IB aumentou com o aumento dos tempos de prensagem e carregamento de resina. Entretanto, as placas de partículas feitas com resina BS1-SOK, a IB variou com o aumento do tempo de prensagem, a qual era sempre inferior ao exigido pelo padrão. Espera-se que a otimização dos parâmetros do processo leve a melhoramentos.

A inchação da espessura e absorção de água foi melhorada pela adição de cerca na placa de partículas, os valores eram menores que o exigido pelo padrão. A otimização deve trazer melhoramentos.

As placas de filamentos orientados feitas pela resina BS1 tinham menor IB mas maiores MOR e MOE que os exigidos pelos padrões. A IB dependia fortemente da força de ligação entre as fibras e a matriz, entretanto, a MOR e MOE serão beneficiadas da dimensão e orientação das fibras.

Usando-se a resina BS1, as placas de fibra de densidade média apresentaram melhores propriedades mecânicas que as exigências das placas para propósitos gerais, com a possibilidade de alcançar as exigências para as placas de suporte de carga otimizando-se o processamento.

O problema para placas de filamentos orientados com a resina BS1 em IB menor, para aumentar isto, o aumento da carga de resina pode ser o caminho certo.

Placas de densidade média com resina BS1 apresentaram grande performance; a otimização do processamento pode satisfazer as exigências por placas de suporte de carga ou mesmo placas de suporte de carga de alta intensidade.

Enquanto aglutinantes particulares têm sido usados nos exemplos, outros aglutinantes, particularmente, aglutinantes que são discutidos abaixo, podem ser usados no contexto da invenção.

Discussão dos Aglutinantes:

Aglutinantes curados ou não curados úteis de acordo com a presente invenção podem compreender uma ou mais das seguintes características ou combinações destas. Além disso, materiais de acordo com a presente invenção podem compreender uma ou mais das seguintes características ou combinações destas:

Inicialmente deve ser avaliados que os aglutinantes podem ser utilizados em uma variedade de aplicações de fabricação para produzir ou promover coesão em uma coleção de substâncias unidas de forma livre ou não. Uma coleção inclui dois ou mais componentes. Os aglutinantes produzem ou promovem coesão em pelo menos dois dos componentes da coleção. Por exemplo, os aglutinantes em questão são capazes de prender uma coleção de substâncias junta de forma que a substância adira-se de uma maneira para resistir à separação. Os aglutinantes descritos aqui podem ser utilizados na fabricação de qualquer material.

Uma característica potencial dos presentes aglutinantes é que eles são livres de formaldeído. Consequentemente, os materiais em que os aglutinantes são dispostos sobre podem também ser livres de formaldeído. Além disso, os presentes aglutinantes podem ter um conteúdo de trimetilamina reduzido quando comparados a outros aglutinantes conhecidos. Com relação aos constituintes químicos do presente aglutinante, eles podem incluir compostos tipo éster e/ou poliéster. Os aglutinantes podem incluir compostos tipo éster e/ou poliéster em combinação com um óleo vegetal, tal como óleo de soja. Além disso, os aglutinantes podem incluir compostos tipo éster e/ou poliéster em combinação com sais de sódio de ácidos orgânicos. Os aglutinantes podem incluir sais de sódio de ácidos inorgânicos. Os aglutinantes podem também incluir sais de potássio de ácidos orgânicos. Além disso, os aglutinantes podem incluir sais de potássio de ácidos inorgânicos. Os aglutinantes descritos podem incluir compostos tipo éster e/ou poliéster em combinação com um aditivo de argila, tal como montmorilonita.

Além disso, os aglutinantes da presente invenção podem incluir um produto de uma reação de Maillard. Por exemplo, veja a Figura 8. Conforme mostrado na Figura 8, as reações de Maillard produzem melanoidinas, isto é, polímeros contendo anel de furano e nitrogênio, de alto peso molecular, que variam em estrutura dependendo dos reagentes e condições de sua preparação. As melanoidinas apresentam uma relação C:N, grau de insaturação e aromaticidade química que aumentam com a temperatura e tempo de aquecimento. (Veja, Ames, J. M. em The Maillard Browning

Reaction - uma atualização, Chemistry and Industry (Great Britain), 1988, 7, 558-561, cuja divulgação está aqui incorporada por referência). Consequentemente, os aglutinantes em questão podem ser produzidos através de uma reação de Maillard e assim contêm melanoidinas. Deve-se avaliar que os aglutinantes em questão podem conter melanoidinas, ou outros produtos da reação de Maillard, os quais são gerados por um processo separado e então são adicionados simplesmente à composição que constitui o aglutinante. As melanoidinas no aglutinante podem ser insolúveis em água. Além disso, os aglutinantes podem ser aglutinantes de termofixação.

Os reagentes de Maillard para produzirem uma melanoidina podem incluir um reagente amina reagido com um reagente carboidrato de açúcar redutor. Por exemplo, um sal de amónio de um ácido policarboxílico monomérico pode ser reagido com (i) um monossacarídeo em sua forma aldose ou cetose ou (ii) um polissacarídeo ou (iii) com combinações destes. Em uma outra variação, um sal de amónio de um ácido policarboxílico polimérico pode ser contatado com (i) um monossacarídeo em sua forma aldose ou cetose ou (ii) um polissacarídeo ou (iii) com combinações destes. Em ainda uma outra variação, um aminoácido pode ser contatado com (i) um monossacarídeo em sua forma aldose ou cetose ou (ii) com um polissacarídeo ou (iii) com combinações destes. Além disso, um peptídeo pode ser contatado com (i) um monossacarídeo em sua forma aldose ou cetose ou (ii) com um polissacarídeo ou (iii) com combinações destes. Além disso, uma proteína pode ser contatada com (i) um monossacarídeo em sua forma aldose ou cetose ou (ii) com um polissacarídeo ou (iii) com combinações destes.

Deve ser também avaliado que os aglutinantes podem incluir melanoidinas produzidas em variantes que não açúcares das reações de Maillard. Nestas reações, um reagente amina é contatado com um reagente carbonil que não seja carboidrato. Em uma variação ilustrativa, um sal de amónio de um ácido policarboxílico monomérico é contatado com um reagente carbonil que não carboidrato tal como, piruvaldeído, acetaldeído, crotonaldeído, 2-furaldeído, quinona, ácido ascórbico, ou semelhante, ou com combinações destes. Em uma variação, um sal de amónio de um ácido policarboxílico polimérico pode ser contatado com um reagente carbonil que não carboidrato tal como, piruvaldeído, acetaldeído, crotonaldeído, 2-furaldeído, quinona, ácido ascórbico, ou semelhante, ou com combinações destes. Em ainda uma variação ilustrativa, um aminoácido pode ser contatado com um reagente carbonil que não carboidrato tal como, piruvaldeído, acetaldeído, crotonaldeído, 2-furaldeído, quinona, ácido ascórbico, ou semelhante, ou com combinações destes. Em uma outra variação ilustrativa, um peptídeo pode ser contatado com um reagente carbonil que não carboidrato tal como, piruvaldeído, acetaldeído, crotonaldeído, 2-furaldeído, quinona, ácido ascórbico, ou semelhante, ou com combinações destes. Em ainda uma outra variação ilustrativa, uma proteína pode ser contatada com um reagente carbonil que não carboidrato tal como, piruvaldeído, acetaldeído, crotonaldeído, 2-furaldeído, quinona, ácido ascórbico, e semelhantes, ou com combinações destes.

As melanoidinas discutidas aqui podem ser geradas a partir de compostos reagentes de melanoidina. Estes compostos reagentes são dispostos em uma solução aquosa a um pH alcalino e, portanto, não são corrosivos. Isto é, a solução alcalina impede ou inibe a corrosão ou desgaste de uma substância, tal como metal, causado por decomposição química ocasionada, por exemplo, por um ácido. Os compostos reagentes podem incluir um reagente carboidrato do tipo açúcar redutor e um reagente amina. Além disso, os compostos reagentes podem incluir um reagente carbonil que não carboidrato e um reagente amina.

Deve ser também compreendido que os aglutinantes descritos aqui podem ser feitos a partir dos próprios compostos reagentes de melanoidina. Isto é, uma vez que os reagentes de Maillard são misturados, esta mistura pode funcionar como um aglutinante da presente invenção. Estes aglutinantes podem ser utilizados para fabricar substância livre de formaldeído não curada, tais como materiais fibrosos.

Como alternativa, um aglutinante feito a partir dos reagentes de uma reação de Maillard podem ser curados. Estes aglutinantes podem ser utilizados para fabricar substância livre de formaldeído curada, tais como, composições fibrosas. Estas composições são resistentes à água e, conforme indicado acima, incluem melanoidinas insolúveis em água.

Deve ser avaliado que os aglutinantes descritos aqui podem ser usados na produção de produtos a partir de uma coleção de substância unida de forma livre ou não. Por exemplo, estes aglutinantes podem ser empregados para fabricar produtos de fibra. Em uma modalidade ilustrativa, os aglutinantes são usados para fazer composições celulósicas. Com relação às composições celulósicas, os aglutinantes podem ser usados para ligar a substância celulósica para fabricar, por exemplo, placa de fibra de madeira que possua propriedades físicas desejáveis (por exemplo, resistência mecânica).

Uma modalidade da invenção está direcionada a um método para produção de produtos a partir de uma coleção de substância unida de forma livre ou não. O método pode incluir contatar as fibras com um aglutinante aquoso termicamente curável. O aglutinante pode incluir (i) um sal de amónio de um reagente tipo ácido policarboxílico e (ii) um reagente carboidrato de açúcar redutor. Estes dois reagentes são reagentes de melanoidina (isto é, estes reagentes produzem melanoidinas quando reagidos sob condições para iniciar uma reação de Maillard). O método pode também incluir remover água do aglutinante em contato com as fibras (isto é, o aglutinante é desidratado) . O método pode também incluir curar o aglutinante em contato com as fibras (por exemplo, curar termicamente o aglutinante).

Um exemplo de utilização deste método está na fabricação de materiais celulósicos. O método pode incluir contatar o material celulósico (por exemplo, fibras de celulose) com um aglutinante aquoso termicamente curável. O aglutinante pode incluir (i) um sal de amónio de um reagente tipo ácido policarboxílico e (ii) um reagente carboidrato de açúcar redutor. Conforme indicado acima, estes dois reagentes são compostos reagentes de melanoidina. 0 método pode também incluir remover água do aglutinante em contato com o material celulósico. Como antes, o método pode também incluir curar o aglutinante (por exemplo, cura térmica).

Um produto fibroso é descrito, o qual inclui um aglutinante em contato com fibras de celulose, tais como aquelas em uma manta de lascas de madeira ou serragem. A manta pode ser processada para formar um dos vários tipos de produtos do tipo placa de fibra de madeira. Em uma variação, o aglutinante não é curado. Nesta variação, o aglutinante não curado pode funcionar para manter as fibras celulósicas juntas. Na alternativa, o aglutinante curado pode funcionar para manter as fibras celulósicas juntas.

Conforme aqui usado, a expressão "livre de formaldeído" significa que um aglutinante ou um material que incorpora um aglutinante libera menos de cerca de 1 ppm de formaldeído como um resultado da secagem e/ou cura. O valor de 1 ppm é baseado no peso da amostra que está sendo medida para liberação de formaldeído.

Curado indica que o aglutinante foi exposto a condições tais a fim de iniciar uma troca química. Exemplos destas trocas químicas incluem, mas não estão limitadas a (i) ligação covalente, (ii) ligação de hidrogênio de componentes do aglutinante, e entrecruzamento químico dos polímeros e/ou oligômeros no aglutinante. Estas trocas podem aumentar a durabilidade do aglutinante e a resistência ao solvente quando comparado ao aglutinante não curado. Curar um aglutinante pode resultar na formação de um material termofixável. Além disso, a cura pode incluir a geração de melanoidinas. Estas melanoidinas podem ser geradas a partir de uma reação de Maillard a partir de compostos reagentes de melanoidina. Além disso, um aglutinante curado pode resultar em um aumento na adesão entre a substância em uma coleção comparada a um aglutinante não curado. A cura pode ser iniciada, por exemplo, por calor, radiação eletromagnética ou feixes de elétrons.

Em uma situação onde a troca química no aglutinante resulta na liberação de água, por exemplo, polimerização e entrecruzamento, uma cura pode ser determinada pela quantidade de água liberada acima daquela que ocorreria a partir da secagem apenas. As técnicas usadas para medir a quantidade de água liberada durante a secagem em comparação a quando um aglutinante é curado, são bem conhecidas na técnica. De acordo com o parágrafo acima, um aglutinante não curado é aquele que não foi curado.

Conforme aqui usado, o termo alcalino indica uma solução que possui um pH que é maior ou igual a cerca de 7. Por exemplo, o pH da solução pode ser menor ou igual a cerca de 10. Além disso, a solução pode ter um pH de cerca de 7 a cerca de 10, ou de cerca de 8 a cerca de 10, ou de cerca de 9 a cerca de 10.

Conforme aqui usado, o termo amónio, inclui, mas não é limitado a +NH4, +NH3RX e +NH2R1R2, onde R1 e R2 são, cada um, independentemente selecionados em +NH2R1R2, e onde: R1 e R2 são selecionados a partir de alquil, cicloalquil, alquenil, cicloalquenil, heterociclil, aril e heteroaril.

O termo alquil refere-se a uma cadeia monovalente saturada de átomos de carbono, que pode ser opcionalmente ramificada; o termo cicloalquil refere-se a uma cadeia monovalente de átomos de carbono, uma parte da qual forma um anel; o termo alquenil refere-se a uma cadeia monovalente insaturada de átomos de carbono incluindo pelo menos uma ligação dupla, a qual pode ser opcionalmente ramificada; o termo cicloalquenil refere-se a uma cadeia monovalente insaturada de átomos de carbono, uma parte da qual forma um anel; o termo heterociclil refere-se a uma cadeia monovalente de carbono e heteroátomos, onde os heteroátomos são selecionados a partir de nitrogênio, oxigênio e enxofre, uma parte da qual, incluindo pelo menos um heteroátomo, forma um anel; o termo aril refere-se a um anel monoaromático ou policíclico de átomos de carbono, tal como fenil, naftil e etc.; e o termo heteroaril refere-se a um anel monoaromático ou policíclico de átomos de carbono e pelo menos um heteroátomo selecionado a partir de nitrogênio, oxigênio e enxofre, tal como piridinil, pirimidinil, indolil, benzoxazolil e etc. Deve-se compreender que cada um alquil, cicloalquil, alquenil, cicloalquenil e heterociclil pode se opcionalmente substituído com grupos independentemente selecionados tais como alquil, haloalquil, hidroxialquil, aminoalquil, ácido carboxílico e derivados destes, incluindo ésteres, amidas e nitrilas, hidroxi, alcóxi, aciloxi, amino, alquil- e dialquilamino, acilamino, tio e etc., e combinações destes. Deve-se compreender também que cada um de aril e heteroaril pode ser opcionalmente substituído com um ou mais de substituintes independentemente selecionados tais como halo, hidroxi, amino, alquil- ou dialquilamino, alcóxi, alquilsulfonil, ciano, nitro e etc.

Conforme aqui usado, o termo ácido policarboxílico indica dicarboxílico, tricarboxílico, tetracarboxílico, pentacarboxílico e ácidos policarboxílicos monoméricos semelhantes, e anidridos, e combinações destes, assim como ácidos policarboxílicos poliméricos, anidridos, copolímeros e combinações destes. Em um aspecto, o reagente sal de amónio de ácido policarboxílico é suficientemente não volátil para maximizar sua capacidade de permanecer disponível para reação com o reagente carboidrato de uma reação de Maillard (discutido abaixo). Em outro aspecto, o reagente sal de amónio de ácido policarboxílico pode ser substituído com outros grupos funcionais químicos. Ilustrativamente, um ácido policarboxílico monotnérico pode ser um ácido dicarboxílico, incluindo, mas não limitado a ácidos dicarboxílicos alifáticos insaturados, ácidos dicarboxílicos alifáticos saturados, ácidos dicarboxílicos aromáticos, ácidos dicarboxílicos cíclicos insaturados, ácidos dicarboxílicos cíclicos saturados, derivados destes hidroxi-substituídos e etc. Ou, ilustrativamente, os próprios ácidos policarboxílicos podem ser um ácido tricarboxílico, incluindo, mas não limitado a ácidos tricarboxílicos alifáticos insaturados, ácidos tricarboxílicos alifáticos saturados, ácidos tricarboxílicos aromáticos, ácidos tricarboxílicos cíclicos insaturados, ácidos tricarboxílicos cíclicos saturados, derivados destes hidroxi-substituídos e etc. É avaliado que quaisquer tais ácidos policarboxílicos podem ser opcionalmente substituídos, tal como com hidroxi, halo, alquil, alcoxi, e etc. Em uma variação, o ácido policarboxílico é o ácido tricarboxílico alifático saturado, ácido cítrico. Outros ácidos policarboxílicos adequados são considerados para incluir, mas não estão limitados a ácido aconítico, ácido adípico, ácido azeláico, dihidreto de ácido butano tetracarboxílico, ácido butano tricarboxílico, ácido clorêndico, ácido citracônico, adutos de ácido diciclopentadieno-maleico, ácido dietilenotriamina pentaacético, adutos de dipenteno e ácido maleico, ácido etilenodiamino tetraacético (EDTA), rosina maleatada completamente, ácidos graxos de óleo de pinheiro maleatado, ácido fumárico, ácido glutárico, ácido isoftálico, ácido itacônico, rosina maleatada oxidada com peróxido de potássio a álcool e então a ácido carboxílico, ácido maleico, ácido málico, ácido mesacônico, bisfenol A ou bisfenol F reagidos através da reação de KOLBE-Schmidt com dióxido de carbono para introduzir de 3 a 4 grupos carboxil, ácido oxálico, ácido ftálico, ácido sebácido, ácido succínico, ácido tartárico, ácido tereftálico, ácido tetrabromoftálico, ácido tetracloroftálico, ácido tetrahidroftálico, ácido trimelítico, ácido trimésico, e etc. e anidridos, e combinações destes.

Ilustrativamente, um ácido policarboxílico polimérico pode ser um ácido, por exemplo, ácido poliacrílico, ácido polimetacrílico, ácido polimaleico, e ácidos policarboxílicos poliméricos semelhantes, copolímeros destes, anidridos destes e misturas destes. Exemplos de ácidos poliacrílicos disponíveis comercialmente incluem AQUASET-529 (Rohm & Haas, Philadelphia, PA, USA), CRITERION 2000 (Kemira, Helsinki, Finlândia, Europa), NF1 (H.B. Fuller, St. Paul, MN, USA), e SOKALAN (BASF, Ludwigshafen, Alemanha, Europa). Com relação ao SOKALAN, ele é um copolímero poliacrílico solúvel em água do ácido acrílico e ácido maleico, possuindo um peso molecular de aproximadamente 4.000. AQUASET- 529 é uma composição contendo ácido poliacrílico entrecruzado com glicerol, também contendo hipofosfito de sódio como catalisador. CRITERION 2000 é uma solução ácida de um sal parcial de ácido poliacrílico, possuindo um peso molecular de aproximadamente 2.000. Com relação ao NF1, ele é um copolímero contendo funcionalidade ácido carboxílico e funcionalidade hidroxi, assim como unidades com nenhuma funcionalidade; NF1 também contém agentes de transferência de cadeia, tais como os catalisadores hipofosfito de sódio e organofosfato.

Também, composições incluindo ácidos policarboxílicos poliméricos são também considerados como úteis na preparação dos aglutinantes descritos aqui, tais como aquelas composições descritas nas Patentes U. S. de números 5.318.990, 5.661.213, 6.136.916 e 6.331.350, cujas divulgações estão aqui incorporadas por referência. Particularmente, nas Patentes U. S. de números 5.318.990 e 6.331.350, uma solução aquosa de um ácido policarboxílico polimérico, um poliol e um catalisador são descritos.

Conforme descrito nas Patentes U. S. de números 5.318.990 e 6.331.350, o ácido policarboxílico polimérico compreende um polímero orgânico ou oligômero contendo mais de um grupo carboxi pendente. O ácido policarboxílico polimérico pode ser um homopolímero ou copolímero preparado a partir de ácidos carboxilicos insaturados incluindo, mas não necessariamente limitados ao ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido crotônico, ácido isocrotônico, ácido maleico, ácido cinâmico, ácido 2-metilmaleico, ácido itacônico, ácido 2-metilitacônico, ácido α,β- metilenoglutárico, e etc. Alternativamente, o ácido policarboxílico polimérico pode ser preparado a partir de anidridos insaturados incluindo, mas não necessariamente limitado ao anidrido maleico, anidrido itacônico, anidrido acrílico, anidrido metacrílico, e etc., assim como misturas destes. Métodos para polimerizar estes ácidos e anidridos são bem conhecidos na técnica química. O ácido policarboxílico polimérico pode compreender adicionalmente um copolímero de um ou mais dos ácidos carboxílicos insaturados supracitados ou anidridos e um ou mais compostos vinil incluindo, mas não necessariamente limitado a estireno, oc-metilestireno, acrilonitrila, metacrilonitrila, acrilato de metila, acrilato de etila, acrilato de n-butila, acrilato de isobutila, metacrilato de metila, metacrilato de n-butila, metacrilato de isobutila, metacrilato de glicidila, éter vinil metílico, acetato de vinila, e etc. Métodos para preparar estes copolímeros são bem conhecidos na técnica. Os ácidos policarboxílicos poliméricos podem compreender homopolímeros e copolímeros de ácido poliacrílico. O peso molecular do ácido policarboxílico polimérico, e particularmente, do polímero de ácido poliacrílico, pode ser menor que 10.000, menor que 5.000 e de cerca de 3.000 ou menos. Por exemplo, o peso molecular pode ser 2.000.

Conforme descrito nas Patentes U. S. de números 5.318.990 e 6.331.350, o poliol (em uma composição incluindo um ácido policarboxílico polimérico) contém pelo menos dois grupos hidroxil. O poliol deve ser suficientemente não volátil de forma que ele permaneça substancialmente disponível para reação com o ácido policarboxílico polimérico na composição durante as operações de aquecimento e cura. O poliol pode ser um composto com um peso molecular menor que cerca de 1.000 portando pelo menos dois grupos hidroxil tal como etileno glicol, glicerol, pentaeritritol, trimetilol propano, sorbitol, sacarose, glicose, resorcinol, catecol, pirogalol, ureias glicoladas, 1,4-ciclohexano diol, dietanolamina, trietanolamina, e certos polióis reativos, por exemplo, β-hidroxialquilamidas tal como, por exemplo, bis [27,27-di (β-hidroxietil) ] adipamida, ou pode haver um polímero de adição contendo pelo menos dois grupos hidroxil tais como álcool polivinílico, acetato de polivinila parcialmente hidrolisado e homopolímeros ou copolímeros de metacrilato de hidroxietila, metacrilato de hidroxipropila, e etc.

Conforme descrito nas Patentes U. S. de números 5.318.990 e 6.331.350, o catalisador (em uma composição incluindo um ácido policarboxílico polimérico) é um acelerador que contém fósforo que pode ser um composto com um peso molecular menor que cerca de 1.000 tal como, um polifosfato de metal alcalino, um dihidrogeno fosfato de metal alcalino, um ácido polifosfórico, e um ácido alquil fosfínico ou ele pode ser um oligômero ou polímero portando grupos contendo fósforo, por exemplo, polímeros de adição de ácidos acrílico e/ou maleico formados na presença de hipofosfito de sódio, polímeros de adição preparados a partir de monômeros etilenicamente insaturados na presença de agentes de transferência de cadeia de sal de fósforo ou finalizadores, e polímeros de adição contendo resíduos de monômero com função ácida, por exemplo, metacrilato de fosfoetila copolimerizado, e ésteres de ácido fosfônico semelhantes, e monômeros de ácido vinil sulfônico copolimerizado, e seus sais. O acelerador contendo fósforo pode ser usado a um nível de cerca de 1% a cerca de 40% em peso com base no peso combinado do ácido policarboxílico polimérico e o poliol. Um nível de acelerador contendo fósforo de cerca de 2,5% a cerca de 10% em peso com base no peso combinado do ácido policarboxílico polimérico e o poliol pode ser usado. Exemplos de tais catalisadores incluem, mas não estão limitados a hipofosfito de sódio, fosfito de sódio, fosfito de potássio, pirofosfato dissódico, pirofosfato tetrassódico, tripolifosfato de sódio, hexametafosfato de sódio, fosfato de potássio, polimetafosfato de potássio, tripolifosfato de potássio, trimetafosfato de sódio, e tetrametafosfato de sódio, assim como misturas destes. Composições incluindo ácidos policarboxílicos poliméricos descritas nas Patentes U. S. de números 5.661.213 e 6.136.916 que são consideradas como sendo úteis na preparação dos aglutinantes aqui descritos compreendem uma solução aquosa de um ácido policarboxílico polimérico, um poliol contendo pelo menos dois grupos hidroxil, e um acelerador contendo fósforo, onde a relação entre o número de equivalentes de grupos ácido carboxílico e o número de equivalentes de grupos hidroxil é de cerca de 1:0,01 a cerca de 1:3.

Conforme descrito nas Patentes U. S. de números 5.661.213 e 6.136.916, o ácido policarboxílico polimérico pode ser um poliéster contendo pelo menos dois grupos do tipo ácido carboxílico ou um polímero de adição ou oligômero contendo pelo menos dois monômeros de função de ácido carboxílico copolimerizado. O ácido policarboxílico polimérico é preferivelmente um polímero de adição formado a partir de pelo menos um monômero etilenicamente insaturado. O polímero de adição pode estar na forma de uma solução do polímero de adição em um meio aquoso tal como, uma resina solúvel em álcali que foi solubilizada em um meio básico; na forma de uma dispersão aquosa, por exemplo, uma dispersão polimerizada em emulsão; ou na forma de uma suspensão aquosa. O polímero de adição deve conter pelo menos dois grupos ácido carboxílico, grupos anidrido ou sais destes. Ácidos carboxílicos etilenicamente insaturados tais como ácido metacrílico, ácido acrílico, ácido crotônico, ácido fumárico, ácido maleico, ácido 2-metil maleico, ácido itacônico, ácido 2-metil itacônico, ácido α,β-metileno glutárico, maleatos de monoalquil e fumaratos de monoalquil; anidridos etilenicamente insaturados, por exemplo, anidrido maleico, anidrido itacônico, anidrido acrílico e anidrido metacrílico; e sais destes, a um nível de cerca de 1% a 100% em peso, com base no peso do polímero de adição, podem ser usados. Monômero insaturado etilenicamente adicional pode incluir monômeros de éster acrílico incluindo acrilato de metila, acrilato de etila, acrilato de butila, acrilato de 2-etilhexil, acrilato de decila, metacrilato de metila, metacrilato de butila, metacrilato de isodecila, acrilato de hidroxietil, metacrilato de hidroxietil e metacrilato de hidroxipropil; acrilamida ou acrilamidas substituídas; estiresno ou estirenos substituídos; butadiene; acetato de vinila ou outros ésteres de vinila; acrilonitrila ou metacrilonitrila; e etc. O polímero de adição contendo pelo menos dois grupos ácido carboxílico, grupos anidrido ou sais destes pode possuir uma peso molecular de cerca de 300 a cerca de 10.000.000. Um peso molecular de cerca de 1.000 a cerca de 250.000 pode ser usado. Quando o polímero de adição é uma resina solúvel em álcali possuindo um ácido carboxílico, anidrido ou sal destes, um conteúdo de cerca de 5% a cerca de 3 0% em peso com base no peso total do polímero de adição, um peso molecular de cerca de 10.000 a cerca de 100.000 pode ser utilizado. Métodos para preparar estes polímeros adicionais são bem conhecidos na técnica.

Conforme descrito nas Patentes U. S. de números 5.661.213 e 6.136.916, o poliol (em uma composição incluindo um ácido policarboxílico polimérico) contém pelo menos dois grupos hidroxil e deve ser suficientemente não volátil, o qual permanece substancialmente disponível para reação com o ácido policarboxílico polimérico na composição durante as operações de aquecimento e cura. O poliol pode ser um composto com um peso molecular menor que cerca de 1.000 portando pelo menos dois grupos hidroxil, por exemplo, etileno glicol, glicerol, pentaeritritol, trimetilol propano, sorbitol, sacarose, glicose, resorcinol, catecol, pirogalol, ureias glicolatadas, 1,4- ciclohexano diol, dietanolamina, trietanolamina e certos polióis reativos, por exemplo, β-hidroxialquilamidas, por exemplo, bis-[27,27-di (β-hidroxietil) ] adipamida, bis- [N,N- di(β-hidroxipropil)] azelamida, bis-[N, N-di (β- hidroxipropil)]adipamida, bis-[N/W-di(β- hidroxipropil)]glutaramida, bis-[N, N-di(β- hidroxipropil)]succinamida e bis-[N-metil-N- (β- hidroxietil)]oxamida, ou ele pode ser um polímero de adição contendo pelo menos dois grupos hidroxil tais como álcool polivinílico, acetato de polivinila parcialmente hidrolisado, e homopolímeros ou copolímeros de metacrilato de hidroxietila, metacrilato de hidroxipropila, e etc.

Conforme descrito nas Patentes U. S. de números 5.661.213 e 6.136.916, o acelerador contendo fósforo (em uma composição incluindo um ácido policarboxílico polimérico) pode ser um composto com um peso molecular menor que cerca de 1.000 tal como um sal hipofosfito de metal alcalino, um fosfito de metal alcalino, polifosfato de metal alcalino, um dihidrogeno fosfato de metal alcalino, um ácido polifosfórico, e um ácido alquil fosfínico ou ele pode ser um oligômero ou polímero portando grupos contendo fósforo, tais como, polímeros de adição de ácidos acrílico e/ou maleico formados na presença de hipofosfito de sódio, polímeros de adição preparados a partir de monômeros etilenicamente insaturados na presença de agentes de transferência de cadeia de sal de fósforo ou finalizadores, e polímeros de adição contendo resíduos de monômero com função ácida, tais como, metacrilato de fosfoetila copolimerizado, e ésteres de ácido fosfônico semelhantes, e monômeros de ácido vinil sulfônico copolimerizado, e seus sais. O acelerador contendo fósforo pode ser usado a um nível de cerca de 1% a cerca de 40% em peso com base no peso combinado do ácido policarboxílico polimérico e o poliol. Um nível de acelerador contendo fósforo de cerca de 2,5% a cerca de 10% em peso com base no peso combinado do poliácido e do poliol pode ser usado.

Conforme aqui usado, o termo "base de amina" inclui, mas não estão limitados a amônia, uma amina primária, isto é, NH2R1, e uma amina secundária, isto é, NHR1!^2, onde R1 e R2 são, cada um, independentemente selecionados em NHRXR2, e onde R1 e R2 são selecionados a partir de alquil, cicloalquil, alquenil, cicloalquenil, heterociclil, aril e heteroaril, conforme definido aqui. Ilustrativamente, a base de amina pode ser substancialmente volátil ou substancialmente não volátil sob condições suficientes para promover a formação do aglutinante de termofixação durante a cura térmica. Ilustrativamente, a base de amina pode ser uma base substancialmente volátil, tal como amônia, etilamina, dietilamina, dimetilamina e etilpropilamina. Alternativamente, a base de amina pode ser uma base substancialmente não volátil, por exemplo, anilina, 1- naftilamina, 2-naftillamina, e p-aminofenol.

Conforme aqui usado, açúcar redutor indica um ou mais açúcares que contêm grupos aldeído, ou que podem isomerizar, isto é, tautomerizar, para conter grupos aldeídos, os quais são reativos com um grupo amino sob condições de reação de Maillard e os quais grupos podem ser oxidados com, por exemplo, Cu+2 para produzir ácidos carboxílicos. É avaliado também que quaisquer tais reagentes carboidrato podem ser opcionalmente substituídos, tal como com hidroxi, halo, alquil, alcoxi, e etc. É também avaliado que em qualquer tal reagente carboidrato, ou um ou mais centros quirais estão presentes, e que ambos os possíveis isômeros óticos em cada centro quiral são considerados como estando inclusos na invenção descrita aqui. Além disso, deve ser também compreendido que várias misturas, incluindo misturas racêmicas ou outras misturas diastereoméricas dos vários isômeros óticos de qualquer tal reagente carboidrato, assim como vários isômeros geométricos deste, podem ser usadas em uma ou mais modalidades aqui descritas.

A Figura 7 mostra exemplos de reagentes para uma reação de Maillard. Exemplos de reagentes amina incluem proteínas, peptídeos, aminoácidos, sais de amónio de ácidos policarboxílicos poliméricos e sais de amónio de ácidos policarboxílicos monoméricos. Conforme ilustrado, amónio pode ser [+NH4]X, [+NH3R1]X, e [+NH2R1R2]X, onde x é pelo menos cerca de 1. Com relação a +NH2R1R2, R1 e R2 são, cada um, independentemente selecionados. Além disso, R1 e R2 são selecionados a partir de alquil, cicloalquil, alquenil, cicloalquenil, heterociclil, aril e heteroaril, conforme descrito acima. A Figura 1 também ilustra exemplos de reagentes de açúcar redutor para produzir melanoidinas, incluindo monossacarídeos, em sua forma aldose ou cetose, polissacarídeos ou combinações destes. Reagentes carbonil que não carboidrato ilustrativos para produzir melanoidinas são também mostrados na Figura 1 e incluem vários aldeídos, por exemplo, piruvaldeído e furfural, assim como compostos tais como ácido ascórbico e quinona.

A Figura 8 mostra um esquema de uma reação de Maillard, a qual culmina na produção de melanoidinas. Em sua fase inicial, uma reação de Maillard envolve um reagente carboidrato, por exemplo, um açúcar redutor (note que o reagente carboidrato pode se originar de uma substância capaz de produzir um açúcar redutor sob condições de reação de Maillard). A reação também envolve condensar o reagente carboidrato (por exemplo, açúcar redutor) com um reagente amina, isto é, um composto possuindo um grupo amino. Em outras palavras, o reagente carboidrato e o reagente amina são os reagentes melanoidina para uma reação de Maillard. A condensação destes dois constituintes produz uma glicosilamina N-substituída. Para uma descrição mais detalhada da reação de Maillard, veja Hodge, J.E. Chemistry of Browning Reactions in Model Systems J. Agric. Food Chem. 1953, 1, 928-943, cuja divulgação está aqui incorporada para referência. O composto que possui um grumo amino livre em uma reação de Maillard pode estar presente na forma de um aminoácido. O grupo amino livre pode também ser originado de uma proteína onde os grupos amino livres estão disponíveis na forma de, por exemplo, o grupo a-amino de resíduos de lisina, e/ou o grupo ε-amino do aminoácido terminal.

Um outro aspecto da condução de uma reação de Maillard conforme aqui descrito é que, inicialmente, a solução reagente de Maillard aquosa (que também é um aglutinante), conforme descrito acima, possui um pH alcalino. Entretanto, uma vez que a solução está disposta em uma coleção de substância unida de forma livre ou não, e a cura é iniciada, o pH diminui (isto é, o aglutinante torna-se ácido). Deve-se compreender que quando se fabrica um material, a quantidade de contato entre o aglutinante e os componentes do dispositivo usado na fabricação é maior antes da cura (isto é, quando a solução de aglutinante é alcalina) quando se compara ao aglutinante depois da cura (isto é, quando o aglutinante é ácido). Uma composição alcalina é menos corrosiva que uma composição ácida. Consequentemente, a corrosividade do processo de fabricação é diminuída.

Deve-se avaliar que usando-se a solução de reagente de Maillard aquosa aqui descrita, o dispositivo usado para fabricar fibra de vidro não é muito exposto a uma solução ácida porque, conforme descrito acima, o pH da solução de reagente de Maillard é alcalino. Além disso, durante a fabricação, o único momento em que uma condição ácida se desenvolve é após o aglutinante ter sido aplicado às fibras. Uma vez que o aglutinante é aplicado às fibras, o aglutinante e o material que incorpora o aglutinante, possui contatos relativamente não frequentes com os componentes do dispositivo quando comparados ao momento antes de se aplicar o aglutinante às fibras. Consequentemente, a corrosividade da fabricação de fibra de vidro (e a fabricação de outros materiais) é diminuída.

Sem desejar estar preso à teoria, a reação covalente do sal de amónio de ácido policarboxílico e reagentes de açúcar redutor de uma reação de Maillard, que conforme aqui descrito, ocorre substancialmente durante a cura térmica para produzir melanoidinas copoliméricas e polimérica nitrogenosa de cor marrom de estruturas variantes, pensou- se envolver a reação de Maillard inicial de amônia com a metade aldeído de um reagente carboidrato de açúcar redutor para produzir glicosilamina N-substituída, conforme mostrado na Figura 8. Espera-se que o consumo de amônia desta forma, com uma combinação de amônia e reagente carboidrato de açúcar redutor funcionando como um catalisador ácido latente resulte em um decréscimo no pH, que se acredita que tal decréscimo promova os processos de esterificação e/ou desidratação do ácido policarboxílico para produzir seu derivado anidrido correspondente. No pH < 7, esperas-e que o produto de rearranjo de Amadori de glicosilamina N-substituída, isto é, l-amino-l-desoxi-2- cetose, passe principalmente por uma 1,2-enolização com a formação de furfural quando, por exemplo, as pentoses estão envolvidas, ou hidroximetilfurfurl quando, por exemplo, hexoses estão envolvidas, como uma antecipação à produção de melanoidina. Concorrentemente, de forma contemporânea ou de forma sequencial com a produção de melanoidinas, os processos de esterificação podem ocorrer envolvendo melanoidinas, ácido policarboxílico e/ou seu derivado de anidrido correspondente, e carboidrato residual, o qual processo levar ao entrecruzamento extensivo. Acompanhado por reações de desidratação de açúcar, em seguida ligações duplas conjugadas são produzidas as quais podem passar por polimerização, um aglutinante de termofixação resistente à água é produzido consistindo de adutos de poliéster interconectado por uma rede de ligações simples carbono- carbono. Consistente com a reação acima, o cenário é uma forte absorbância próxima a 1.734 cm'1 no espectro FT-IR de um aglutinante curado descrito aqui, esta absorbância está dentro da faixa espera de 1.750-1.730 cm'1 para as vibrações C-0 da carbonila de éster.

A seguinte discussão está direcionada a (i) exemplos de reagentes carboidrato e amina, que podem ser usados em uma reação de Maillard e (ii) como estes reagentes podem ser combinados. Primeiro, deve-se compreender que qualquer carboidrato e/ou composto possuindo um grupo amino primário ou secundário, que irá atuar como um reagente em uma reação de Maillard, pode ser utilizado nos aglutinantes da presente invenção. Tais compostos podem ser identificados e utilizados por qualquer um habilitado na técnica com as diretrizes aqui divulgadas.

Com relação aos reagentes exemplares, deve-se também avaliar que se usando um sal de amónio de um ácido policarboxílico como um reagente amina é um reagente efetivo em uma reação de Maillard. Os sais de amónio de ácidos policarboxílicos podem ser gerados por neutralização dos grupos ácidos com uma base amina, produzindo assim grupos de sal de amónio de ácido policarboxílico. A neutralização completa, isto é, cerca de 100% calculada com base em equivalente, pode eliminar qualquer necessidade de titular ou neutralizar parcialmente grupos ácidos no(s) ácido(s) policarboxílico(s) antes da formação do aglutinante. Entretanto, deve-se esperar que uma neutralização menor que a completa não irá inibir a formação do aglutinante. Note que a neutralização dos grupos ácidos do(s) ácido(s) policarboxílico(s) pode ser executada ou antes ou após o(s) ácido(s) policarboxílico(s) serem misturados com o(s) carboidrato(s).

Com relação ao reagente carboidrato, ele pode incluir um ou mais reagentes possuindo um ou mais açúcares redutores. Em um aspecto, qualquer reagente carboidrato deve ser suficientemente não volátil para maximizar sua capacidade de permanecer disponível para reação com o reagente de sal de amónio de ácido policarboxílico. O reagente carboidrato pode ser um monossacarídeo em sua forma aldose ou cetose, incluindo uma triose, uma tetrose, uma pentose, uma hexose ou uma heptose; ou um polissacarídeo; ou combinações destes. Um reagente carboidrato pode ser um açúcar redutor, ou um que produza um ou mais açúcares redutores in situ sob condições de cura térmica. Por exemplo, quando uma triose serve como o reagente carboidrato, ou é usada em combinação com outros açúcares redutores e/ou um polissacarídeo, um açúcar aldotriose ou um açúcar cetotriose pode ser utilizado, tal como gliceraldeído e dihidroxiacetona, respectivamente. Quando uma tetrose serve como o reagente carboidrato, ou é usada em combinação com outros açúcares redutores e/ou um polissacarídeo, açúcares aldotetrose, tal como eritrose e treose; e açúcares cetotetrose, tal como eritrulose, podem ser utilizados. Quando uma pentose serve como o reagente carboidrato, ou é usada em combinação com outros açúcares redutores e/ou um polissacarídeo, açúcares aldopentoses, tal como ribose, arabinose, xilose e lixose; e açúcares cetopentose, tal como ribulose, arabulose, xilulose e lixulose, podem ser utilizados. Quando uma hexose serve como o reagente carboidrato, ou é usada em combinação com outros açúcares redutores e/ou um polissacarídeo, açúcares aldohexose, tal como glicose (isto é, dextrose), manose, galactose, alose, altrose, talose, gulose e idose; e açúcares cetohexose, tal como frutose, psicose, sorbose e tagatose, podem ser utilizados. Quando uma heptose serve como o reagente carboidrato, ou é usada em combinação com outros açúcares redutores e/ou um polissacarídeo, açúcar cetoheptose tal como sedoheptulose pode ser usado. Outros estereoisômeros de tais reagentes carboidratos não conhecidos como ocorrendo naturalmente são também considerados como úteis na preparação das composições de aglutinante conforme aqui descrito. Quando um polissacarídeo serve como o carboidrato, ou é usado em combinação com monossacarídeos, sacarose, lactose, maltose, amido e celulose podem ser utilizados.

Além disso, o reagente carboidrato na reação de Maillard pode ser usado em combinação com um reagente polihidroxi que não carboidrato. Exemplos de reagente polihidroxi que não carboidrato que podem ser usado em combinação com o reagente carboidrato incluem, mas não estão limitados a trimetilolpropano, glicerol, pentaeritritol, álcool polivinílico, acetato de polivinila parcialmente hidrolisado, acetato de polivinila completamene hidrolisado e misturas destes. Em um aspecto, o reagente polihidroxi que não carboidrato é suficientemente não volátil para maximizar sua capacidade de permanecer disponível para reação com um reagente tipo ácido policarboxílico polimérico ou monomérico. É avaliado que a hidrofobicidade do reagente polihidroxi que não carboidrato pode ser um fator na determinação das propriedades físicas de um aglutinante preparado conforme descrito aqui.

Quando um acetato de polivinila hidrolisado parcialmente serve como um reagente polihidroxi que não carboidrato, um composto comercialmente disponível tal como um acetato de polivinila de 87% a 89% hidrolisado pode ser utilizado, tal como DuPont ELVANOL 51-05. O DuPont ELVANOL 51-05 possui um peso molecular de cerca de 22.000 a 26.000 Da e uma viscosidade de cerca de 5,0 a 6,0 centipoise. Outros acetatos de polivinila parcialmente hidrolisados considerados como sendo úteis na preparação das composições de aglutinante conforme aqui descrito incluem, mas não estão limitados a acetato de polivinila de 87% a 89% hidrolisado diferindo em peso molecular e viscosidade do ELVANOL 51-05, tal como, por exemplo, DuPont ELVANOL 51-04, ELVANOL 51-08, ELVANOL 50-14, ELVANOL 52-22, ELVANOL 50-26, ELVANOL 50-42; e acetados de polivinila parcialmente hidrolisado diferindo em peso molecular, viscosidade e/ou grau de hidrólise do ELVANOL 51-05, tal como, DuPont ELVANOL 51-03 (hidrolisado de 86-89%), ELVANOL 70-14 (hidrolisado de 95-97%) , ELVANOL 70-27 (hidrolisado de 95,5-96,5%), ELVANOL 60-30 (hidrolisado de 90-93%). Outros acetatos de polivinila parcialmente hidrolisados considerados como úteis na preparação de composições de aglutinante conforme aqui descritos incluem, mas não estão limitados a Clariant MOWIOL 15-79, MOWIOL 3-83, MOWIOL 4- 88, MOWIOL 5-88, MOWIOL 8-88, MOWIOL 18-88, MOWIOL 23-88, MOWIOL 26-88, MOWIOL 40-88, MOWIOL 47-88, e MOWIOL 30-92, assim como Celanese CELVOL 203, CELVOL 205, CELVOL 502, 5 CELVOL 504, CELVOL 513, CELVOL 523, CELVOL 523TV, CELVOL 530, CELVOL 540, CELVOL 540TV, CELVOL 418, CELVOL 425 e CELVOL 443. São também considerados como sendo úteis os acetatos de polivinila parcialmente hidrolisados similares ou análogos disponíveis a partir de outros fornecedores.

Quando um acetato de polivinila completamente hidrolisado serve como um reagente polihidroxi que não carboidrato, o Clariant MOWIOL 4-98, possuindo um peso molecular de cerca de 27.000 Da, pode ser utilizado. Outros acetatos de polivinila completamente hidrolisados considerados como sendo úteis incluem, mas não estão limitados a DuPont ELVANOL 70-03 (de 98-98,8% hidrolisado), ELVANOL 70-04 (de 98-98,8% hidrolisado) , ELVANOL 70-06 (de 98,5-99,2% hidrolisado), ELVANOL 90-50 (de 99-99,8% hidrolisado), ELVANOL 70-20 (de 98,5-99,2% hidrolisado), ELVANOL 70-30 (de 98,5-99,2% hidrolisado), ELVANOL 71-30 (de 99-99,8% hidrolisado), ELVANOL 70-62 (de 98,4-99,8% hidrolisado), ELVANOL 70-63 (de 98,5-99,2% hidrolisado), ELVANOL 70-75 (de 98,5-99,2% hidrolisado), Clariant MOWIOL 3-98, MOWIOL 6-98, MOWIOL 10-98, MOWIOL 20-98, MOWIOL 56- 98, MOWIOL 28-99 e Celanese CELVOL 103, CELVOL 107, CELVOL 305, CELVOL 310, CELVOL 325, CELVOL 325LA e CELVOL 350, assim como os acetatos de polivinila completamente hidrolisados similares ou análogos de outros fornecedores comerciais.

Os reagentes de Maillard supracitados podem ser combinados para produzir uma composição aquosa que inclui um reagente carboidrato e um reagente amina. Estes aglutinantes aquosos representam exemplos de aglutinantes não curados. Conforme discutido abaixo, estas composições aquosas podem ser usadas como aglutinantes da presente invenção. Estes aglutinantes são composições de aglutinante aquosas, livres de formaldeído, curáveis, alcalinas. Além disso, conforme indicado acima, o reagente carboidrato dos reagentes de Maillard pode ser usado em combinação com um reagente polihidroxi que não carboidrato. Consequentemente, em qualquer momento que o reagente carboidrato é mencionado, deve-se compreender que ele pode ser usados em combinação com um reagente polihidroxi que não carboidrato.

Em uma modalidade ilustrativa, a solução aquosa de reagentes de Maillard pode incluir (i) um sal de amónio de um ou mais reagentes do tipo ácido policarboxílico e (ii) um ou mais reagentes carboidrato possuindo um açúcar redutor. O pH desta solução antes de colocá-la em contato com o material a ser ligado pode ser maior que ou igual a cerca de 7. Além disso, esta solução pode ter um pH de menos de ou igual a cerca de 10. A relação entre o número de moles de reagente tipo ácido policarboxílico e o número de moles de reagente carboidrato pode estar na faixa de cerca de 1:4 a cerca de 1:15. Em um exemplo, a relação entre o número de moles de reagente tipo ácido policarboxílico e o número de moles de reagente carboidrato na composição de aglutinante é de cerca de 1:5. Em um outro exemplo, a relação entre o número de moles de reagente tipo ácido policarboxílico e o número de moles de reagente carboidrato na composição de aglutinante é de cerca de 1:6. Em ainda um outro exemplo, o número de moles de reagente tipo ácido policarboxílico e o número de moles de reagente carboidrato na composição de aglutinante é de cerca de 1:7.

Conforme descrito acima, a composição de aglutinante aquosa inclui (i) um sal de amónio de um ou mais reagentes do tipo ácido policarboxílico e (ii) um ou mais reagentes carboidrato possuindo um açúcar redutor. Deve ser avaliado que quando um sal de amónio de um ácido policarboxílico monomérico ou polimérico é usado como um reagente amina, os equivalentes molares do íon amónio pode ou não ser igual aos equivalentes molares dos grupos de sal ácido presentes no ácido policarboxílico. Em um exemplo ilustrativo, um sal de amónio pode ser mononásico, dibásico ou tribásico quando um ácido tricarboxílico é usado como um reagente tipo ácido policarboxílico. Assim, os equivalentes molares do íon amónio podem estar presentes em uma quantidade menor que ou quase igual aos equivalentes molares dos grupos de sal ácido presentes em um ácido policarboxílico. Consequentemente, o sal pode ser monobásico ou dibásico quando o reagente tipo ácido policarboxílico é um ácido dicarboxílico. Também, os equivalentes molares do íon amónio podem estar presentes em uma quantidade menor que ou quase igual aos equivalentes molares dos grupos de sal ácido presentes em um ácido policarboxílico polimérico, e assim por diante. Quando um sal monobásico de um ácido dicarboxílico é usado, ou quando um sal dibásico de um ácido tricarboxílico é usado, ou quando os equivalentes molares dos íons de amónio estão presentes em uma quantidade menor que os equivalentes molares dos grupos de sal ácido presentes em um ácido policarboxílico polimérico, o pH da composição de aglutinante pode requerer ajuste para alcançar alcalinidade.

A composição de aglutinante aquosa, alcalina, termicamente curável, livre de formaldeído, não curada, pode ser usada para fabricar vários diferentes materiais. Particularmente, estes aglutinantes podem ser usados para produzir ou promover coesão em substância unida livremente ou não se colocando o aglutinante em contato com a substância a ser ligada. Qualquer número de técnicas bem conhecidas pode ser empregado para colocar o aglutinante aquoso em contato com o material a ser ligado. Por exemplo, o aglutinante aquoso pode ser pulverizado sobre (por exemplo, durante a união das fibras de vidro) ou aplicado através de um dispositivo de revestimento por cilindros. Estes aglutinantes aquosos podem ser aplicados a uma manta de fibras de vidro (por exemplo, pulverizado sobre a manta), durante a produção dos produtos de isolamento de fibra de vidro. Uma vez que o aglutinante aquoso está em contato com as fibras de vidro, o calor residual das fibras de vidro (note que as fibras de vidro são feitas a partir de vidro fundido e, portanto, contém calor residual) e o fluxo de ar através da manta fibrosa irá evaporar (isto é, remover) a água do aglutinante. A remoção de água deixa os componentes restante do aglutinante nas fibras como um revestimento de líquido com alto teor de sólidos viscoso ou semiviscoso. Este revestimento de líquido com alto teor de sólidos viscoso ou semiviscoso funciona como um aglutinante. Neste ponto, a manta não foi curada. Em outras palavras, o aglutinante não curado tem a função de ligar as fibras de vidro na manta.

Além disso, deve-se compreender que os aglutinantes aquosos descritos acima podem ser curados. Por exemplo, qualquer um dos aglutinantes aquosos acima descritos pode ser disposto (por exemplo, pulverizado) sobre o material a ser ligado, e então aquecido. Por exemplo, no caso da produção de produtos de isolamento de fibra de vidro, após o aglutinante aquoso ter sido aplicado à manta, a manta revestida com aglutinante é transferida à estufa de cura. Na estufa de cura, a manta é aquecida (por exemplo, de cerca de 148,88°C a cerca de 315,55°C) e o aglutinante é curado. O aglutinante curado é um aglutinante de termofixação resistente à água, livre de formaldeído, que ligas as fibras de vidro da manta juntas. Note que a secagem e a cura térmica podem ocorrer ou sequencialmente, ou contemporaneamente ou concomitantemente.

Com relação à produção de aglutinantes que insolúveis em água quando curados, deve-se avaliar que a relação entre o número de equivalentes molares dos grupos de sal ácido presentes no(s) reagente(s) tipo ácido policarboxílico e o números de equivalentes molares de grupos hidroxil presentes no(s) reagente(s) carboidrato pode estar na faixa de cerca de 0,04:1 a cerca de 0,15:1. Após a cura, estas formulações resultam em um aglutinante de termofixação resistente à água. Em uma variação, o número de equivalentes molares de grupos hidroxil presentes no(s) reagente(s) carboidrato é cerca de vinte e cinco vezes maior que o número de equivalentes molares dos grupos de sal ácido presentes no(s) reagente(s) tipo ácido policarboxílico. Em uma outra variação, o número de equivalentes molares de grupos hidroxil presentes no(s) reagente(s) carboidrato é cerca de dez vezes maior que o número de equivalentes molares dos grupos de sal ácido presentes no(s) reagente(s) tipo ácido policarboxílico. Em ainda uma outra variação, o número de equivalentes molares de grupos hidroxil presentes no(s) reagente(s) carboidrato é cerca de seis vezes maior que o número de equivalentes molares dos grupos de sal ácido presentes no(s) reagente(s) tipo ácido policarboxílico.

Em outras modalidades da invenção, um aglutinante que já está curado pode ser disposto sobre um material a ser ligado. Conforme indicado acima, a maioria dos aglutinantes curados conterá tipicamente melanoidinas insolúveis em água. Consequentemente, estes aglutinantes serão também aglutinantes de termofixação resistentes à água.

Conforme discutido abaixo, vários aditivos podem ser incorporados na composição de aglutinante. Estes aditivos fornecem aos aglutinantes da presente invenção características adicionais desejáveis. Por exemplo, o aglutinante pode incluir um agente de ligação contendo silício. Muitos agentes de ligação contendo silício estão comercialmente disponíveis a partir de Dow-Corning Corporation, Petrarch Systems e por The General Electric Company. Ilustrativamente, o agente de ligação contendo silício inclui compostos tais como siliéteres e alquilsililéteres, cada um dos quais pode ser opcionalmente substituído, tal como com halogênio, alcóxi, amino, e etc. Em uma variação, o composto contendo silício é um silano amino-substituído, tal como, gama-aminopropiltrietoxi silano (General Electric Silicones, SILQUEST A-1101; Wilton, CT; USA). Em uma outra variação, o composto contendo silício é um silano amino-substituído, por exemplo, aminoetilaminopropiltrimetoxi silano (Dow Z-6020; Dow Chemical, Midland, MI; USA) . Em uma outra variação, o composto contendo silício é gama- glicidoxipropiltrimetoxissilano (General Electric Silicones, SILQUEST A-187). Em ainda uma outra variação, o composto contendo silício é um n-propilamina silano (Creanova (anteriormente Huls America) HYDROSIL 2627; Creanova; Somerset, N.J.; U.S.A.).

Os agentes de ligação contendo silício estão tipicamente presentes no aglutinante na faixa de cerca de 0,1% a cerca de 1% em peso com base nos sólidos do aglutinante dissolvidos (isto é, cerca de 0,1% a cerca de 1% com base no peso de sólidos adicionados à solução aquosa). Em uma aplicação, um ou mais destes compostos contendo silício pode ser adicionado ao aglutinante não curado aquoso. O aglutinante é então aplicado ao material a ser ligado. Após isto, o aglutinante pode ser curado se desejado. Estes compostos contendo silício aumentam a capacidade do aglutinante de se aderir à substância à qual o aglutinante é disposto sobre, tais como fibras de vidro. O aumento da capacidade do aglutinante de se aderir à substância melhora, por exemplo, sua capacidade de produzir ou promover a coesão em substância(s) unida(s) livremente ou não.

Um aglutinante que inclui um agente de ligação contendo silício pode ser preparado misturando-se cerca de 10 a cerca de 50% em peso de solução aquosa se um ou mais reagente tipo ácido policarboxílico, já neutralizado com uma base amina ou neutralizado in situ, com cerca de 10 a 50% em peso de solução aquosa de um ou mais reagentes carboidrato possuindo açúcar redutor, e uma quantidade efetiva de um agente contendo silício. Em uma variação, um ou mais reagentes tipo ácido policarboxílico e um ou mais reagentes carboidrato, o último possuindo açúcar redutor, podem ser combinados como sólidos, misturados com água, e a mistura é então tratado com base amina aquosa (para neutralizar o um ou mais reagentes tipo ácido policarboxílico) e um agente de ligação contendo silício para gerar uma solução de 10% a 50% em peso aquosa em cada reagente tipo ácido policarboxílico e cada reagente carboidrato.

Em uma outra modalidade ilustrativa, um aglutinante da presente invenção pode incluir um ou mais inibidores de corrosão. Estes inibidores de corrosão impedem ou inibem a corrosão ou desgaste de uma substância, tal como metal, causado pela decomposição química ocasionada, por exemplo, por um ácido. Quando um inibidor de corrosão é incluído em um aglutinante da presente invenção, a corrosividade do aglutinante é diminuída quando comparada à corrosividade do aglutinante sem o presente inibidor. Em uma modalidade, estes inibidores de corrosão podem ser utilizados para diminuir a corrosividade da fibra de vidro contendo composições descritas aqui. Ilustrativamente, os inibidores de corrosão incluem um ou mais do seguinte, um óleo de retirada de pó, ou um fosfato de monoamônio, pentaidrato do metassilicato de sódio, melamina, oxalato de estanho II e/ou emulsão de fluido de metil hidrogeno silício. Quando incluídos em um aglutinante da presente invenção, os inibidores de corrosão estão tipicamente presentes no aglutinante na faixa de cerca de 0,5% a cerca de 2% em peso com base nos sólidos do aglutinante dissolvidos.

Seguindo-se as diretrizes divulgadas, qualquer um habilitado na técnica será capaz de variar as concentrações dos reagentes do aglutinante aquoso para produzir uma ampla faixa de composições de aglutinante. Particularmente, as composições de aglutinante aquosas podem ser formuladas para possuir um pH alcalino. Por exemplo, um pH na faixa de mais de ou igual a cerca de 7 a menos de ou igual a cerca de 10. Exemplos dos reagentes do aglutinante que podem ser manipulados incluem (i) o(s) reagente(s) tipo ácido policarboxílico, (ii) a base amina, (iii) o(s) reagente(s) carboidrato, (iv) o agente de ligação contendo silício e (v) os compostos inibidores de corrosão. Possuir o pH dos aglutinantes aquosos (por exemplo, aglutinantes não curados) da presente invenção na faixa alcalina, inibe a corrosão dos materiais quando o aglutinante entra em contato com as máquinas usadas no processo de fabricação (por exemplo, na produção de fibra de vidro). Note que isto é especialmente verdadeiro quando a corrosividade dos 5 aglutinantes ácidos é comparada aos aglutinantes de presente invenção. Consequentemente, a expectativa de vida do maquinário aumenta enquanto diminui o custo de manutenção destas máquinas.

Além disso, equipamento padrão pode ser usado com os 10 aglutinantes da presente invenção, em vez de se ter que utilizar componentes de máquina relativamente resistentes à corrosão os quais entram em contato com os aglutinantes ácidos, tais como componentes de aço inoxidável. Portanto, os aglutinantes aqui divulgados diminuem o custo de 15 produção dos materiais ligados.

Claims (21)

1. Placa de madeira compósita caracterizada por ter dimensões de pelo menos 30 cm x 30 cm, compreendendo uma coleção de madeira mantida unida por um aglutinante orgânico de termofixação, em que o aglutinante orgânico de termofixação inclui pelo menos um produto de reação de: i) um açúcar redutor; e ii) uma amina primária NH2R1, em que R1 é alquila tendo uma cadeia monovalente saturada de átomos de carbono, a qual pode ser opcionalmente ramificada e que é substituída por amina; e em que a placa de madeira compósita tem uma ou mais das seguintes características: um módulo de elasticidade (MOE) de pelo menos 1.800 N/mm2, uma resistência à flexão (MOR) de pelo menos 14 N/mm2, uma força de ligação interna (IB) de pelo menos 0,28 N/mm2, um aumento de espessura após 24 horas em água a 20°C menor ou igual a 12%, uma absorção de água após 24 horas em água a 20°C de menor ou igual a 40%.

2. Placa de madeira compósita, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o aglutinante orgânico de termofixação é substancialmente livre de formaldeído.

3. Placa de madeira compósita, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a placa possui um módulo de elasticidade (MOE) de pelo menos 1.800 N/mm2.

4. Placa de madeira compósita, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que a placa possui um módulo de elasticidade (MOE) de pelo menos 2.500 N/mm2.

5. Placa de madeira compósita, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que a placa possui uma resistência à flexão (MOR) de pelo menos 14 N/mm2.

6. Placa de madeira compósita, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que a placa possui uma resistência à flexão (MOR) de pelo menos 18 N/mm2.

7. Placa de madeira compósita, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de que a placa possui uma força de ligação interna (IB) de pelo menos 0,28 N/mm2.

8. Placa de madeira compósita, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que a placa possui uma força de ligação interna (IB) de pelo menos 0,4 N/mm2.

9. Placa de madeira compósita, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo fato de que a placa possui um aumento de espessura após 24 horas em água a 20°C menor ou igual a 10%.

10. Placa de madeira compósita, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que a placa possui uma absorção de água após 24 horas em água a 20°C menor ou igual a 30%.

11. Placa de madeira compósita, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo fato de que a placa é uma placa de partículas de madeira.

12. Placa de madeira compósita, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato de que a placa é uma placa de filamentos orientados.

13. Placa de madeira compósita, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizada pelo fato de que a placa é uma placa de fibra.

14. Placa de madeira compósita, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizada pelo fato de que a placa possui um conteúdo de resina (peso de resina seca pelo peso de partículas de madeira secas) na faixa de 8% a 18% em peso.

15. Placa de madeira compósita, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizada pelo fato de que o aglutinante orgânico de termofixação compreende pelo menos um produto da reação de Maillard.

16. Placa de madeira compósita, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizada pelo fato de que a placa compreende cera.

17. Placa de madeira compósita, de acordo com a reivindicação 16, caracterizada pelo fato de que a placa compreende cera na faixa de 0,1% a 2% em peso.

18. Placa de madeira compósita, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, caracterizada pelo fato de que o aglutinante orgânico de termofixação é um produto de reação da cura de uma solução de aglutinante aquosa em que a proporção do número de moles da amina primária NH2R1 para o número de moles do açúcar redutor varia de 1:4 a 1:15.

19. Placa de madeira compósita, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 18, caracterizada pelo fato de que o aglutinante orgânico de termofixação consiste essencialmente de um ou mais produtos de reação do reagente de açúcar redutor e do reagente de amina.

20. Placa de madeira compósita, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 19, caracterizada pelo fato de 5 que R1 é ramificado.

21. Placa de madeira compósita, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 20, caracterizada pelo fato de que R1 não compreende um grupo amino secundário.

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