BRPI0806370A2

BRPI0806370A2 - material compósito e processo para manufaturar um material compósito

Info

Publication number: BRPI0806370A2
Application number: BRPI0806370-2A
Authority: BR
Inventors: Paul R Berthevas
Original assignee: Mobius Technologies Inc
Priority date: 2007-01-22
Filing date: 2008-01-22
Publication date: 2011-09-06
Also published as: WO2008091892A1; RU2482140C2; PL2125311T3; EP2125311B1; EP2125311A1; CN101702889B; CN101702889A; US20150152639A1; US8957120B2; RU2009131740A; CA2676264C; US20080207783A1; CA2676264A1

Abstract

MATERIAL COMPóSITO E PROCESSO PARA MANUFATURAR UM MATERIAL COMPóSITO As realizações da invenção referem-se a um materialcompósito que compreende um material de reforço da fibra, uma resina de aglutinante e partículas de espuma de poliuretano. Outras realizações referem-se a um processo para manufaturar um material compósito que compreende um material de reforço da fibra, uma resina de aglutinante e partículas de espuma de poliuretano, sendo que o método compreende a deposição da resina de aglutinante e das partículas de espuma de poliuretano no material de reforço da fibra para a formação de um precursor compósito e o tratamento do precursor compósito para a formação do material compósito.

Description

MATERIAL COMPÔSITO E PROCESSO PARA MANUFATURAR UM MATERIAL COMPÔSITO

CAMPO DA INVENÇÃO

As realizações da invenção referem-se ao campo dos painéis compósitos, particularmente à composição e à manufatura de chapas ou painéis de madeira tais como as chapas de madeira orientadas (OSB), que compreendem partículas de poliuretano.

FUNDAMENTOS

Os painéis de madeira e mais particularmente as chapas de madeira orientadas (OSB), são onipresentes na indústria de construção. Nos últimos anos, o mercado para os painéis de OSB aumentou significativamente com o deslocamento dos painéis da madeira compensada nos mercados de construção devido ao fato de que o desempenho estrutural das OSBs podes combinar com aquele da madeira compensada, a um custo inferior.

Existe uma necessidade quanto a processos e materiais para incrementar as propriedades físicas tais como a dureza e a resistência ao impacto das OSBs.

Existe uma necessidade de reduzir o uso de aglutinantes tais como pMDI ou PPF durante o processo de manufatura das OSBs, reduzindo desse modo o custo de manufatura e reduzindo o potencial de exposição do trabalhador a produtos químicos perigosos.

Além disso, é desejável reciclar a espuma de PUR residual das fontes de sucata industrial pós-consumidor.

DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO

Uma realização da invenção refere-se a um material compõsito que compreende fibras de madeira e poliuretano, em que pelo menos uma porção de poliuretano pode ser derivada da espuma de poliuretano triturada. Outra realização da invenção refere-se a um processo para manufaturar o dito material compósito.

Uma realização da invenção refere-se a um material compósito que compreende um material de reforço sólido e uma matriz, em que a matriz compreende uma resina de aglutinante e partículas de poliuretano sólidas, em que a resina de aglutinante é um aglutinante sólido ou um aglutinante líquido e em que pelo menos 50 por cento em peso do material compósito constitui o material de reforço sólido. Preferivelmente, a porcentagem em peso das partículas de poliuretano sólidas na matriz varia de 5 a 95 por cento em peso da matriz. Com mais preferência, a porcentagem em peso das partículas de poliuretano sólidas na matriz varia de 30 a 60 por cento em peso da matriz. Preferivelmente, o material de reforço sólido compreende a madeira. Preferivelmente, a madeira está em uma forma selecionada do grupo que consiste em folhas, compensados, plaquetas, chapas, lascas, partículas, poeira, e as combinações dos mesmos. Preferivelmente, o material de reforço sólido também compreende fibras. Preferivelmente, as fibras são selecionadas do grupo que consiste em fibras de carbono, fibras de vidro, fibras de aramida, fibras de celulose, e as combinações das mesmas. Preferivelmente, a matriz se apresenta em uma forma de uma fase contínua ou de uma fase descontínua. Preferivelmente, o aglutinante é selecionado do grupo que consiste em MDI polimérico, fenol formaldeído, uréia formaldeído, melamina formaldeído, e as combinações dos mesmos. Preferivelmente, o material de reforço sólido é orientado em um plano do material compósito. Preferivelmente, o material compósito é chapa de madeira orientada, em que a matriz nas camadas de superfície compreende partículas de espuma rígida de poliuretano triturada.

Outra realização da invenção refere-se a um processo para manufaturar um material compósito que compreende um material de reforço sólido e uma matriz, em que a matriz compreende uma resina de aglutinante e partículas de espuma de poliuretano sólidas, em que a resina de aglutinante é um aglutinante sólido ou um aglutinante líquido e em que pelo menos 50 por cento em peso do material compósito é o material de reforço sólido, sendo que o método compreende a deposição das partículas de espuma de poliuretano e da resina de aglutinante no material de reforço sólido para a formação de um precursor compósito e o tratamento do precursor compósito para a formação do material compósito. Preferivelmente, a deposição da resina de aglutinante e das partículas de espuma de poliuretano no material de reforço sólido é executada mediante a aspersão de uma mistura das partículas de espuma de poliuretano e da resina de aglutinante no material de reforço sólido. Preferivelmente, a deposição da resina de aglutinante e das partículas de espuma de poliuretano no material de reforço sólido ê executada ao espalhar as partículas de poliuretano no material de reforço sólido e ao aspergir subseqüentemente a resina de aglutinante no material de reforço sólido. Preferivelmente7 o tratamento do precursor compósito para a formação do material compósito compreende o tratamento do precursor compósito sob calor e pressão. Preferivelmente, o tratamento do precursor compósito sob calor e pressão é executado em um molde ou em uma autoclave. Preferivelmente, o material de reforço sólido compreende a madeira. Preferivelmente, a madeira está em uma forma selecionada do grupo que consiste em folhas, compensados, plaquetas, chapas, lascas, partículas, poeira, e as combinações dos mesmos. Preferivelmente, o material de reforço sólido também compreende fibras. Preferivelmente, as fibras são selecionadas do grupo que consiste em fibras de carbono, fibras de vidro, fibras de aramida, fibras de celulose, e as combinações das mesmas. Preferivelmente, o aglutinante é selecionado do grupo que consiste em MDI polimérico, fenol formaldeido, uréia formaldeído, melamina formaldeído, e combinações dos mesmos.

As vantagens adicionais da presente invenção ficarão imediatamente evidentes aos elementos versados na técnica a partir da seguinte descrição detalhada, em que somente as realizações preferidas da presente invenção são mostradas e descritas, simplesmente por meio de ilustração do melhor modo contemplado para a realização da presente invenção. Conforme ficará evidente, a presente invenção pode englobar outras realizações diferentes, e seus detalhes englobam modificações em vários aspectos óbvios, tudo sem que se desvie da presente invenção. Conseqüentemente, os desenhos e a descrição devem ser considerados como de natureza ilustrativa e não restritiva.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A FIGURA 1 mostra uma vista microscópica ampla de uma superfície de fratura de uma amostra de OSB da técnica anterior como um exemplo comparativo. Esta amostra de OSB não contém nenhuma espuma de poliuretano triturada.

A FIGURA 2 mostra uma vista microscópica em três ampliações de uma parte diferente da mesma amostra de OSB que aquela da FIGURA 1. Aqui, uma vista de grande ampliação revela as partículas que não são de espuma de poliuretano triturada.

A FIGURA 3 mostra uma vista microscópica em três ampliações de uma superfície de fratura de uma amostra de OSB que contém a espuma de poliuretano triturada. Algumas das partículas da espuma de poliuretano triturada são identificadas facilmente pelos seus formatos, que mostram restos de escoras de espuma com seções transversais triangulares.

A FIGURA 4 mostra uma vista microscópica em duas ampliações de uma parte diferente da mesma amostra de OSB que aquela da FIGURA 3. Aqui, uma vista ampla revela muitas partículas da espuma de poliuretano triturada que foram comprimidas e deformadas parcialmente.

DESCRIÇÃO DETALHADA

A chapa de madeira orientada (OSB) é um produto de painel de construção ã base de madeira que compreende chapas de madeira que são cortadas de troncos, secadas, misturadas com quantidades relativamente pequenas de cera e resina adesiva, tipicamente aproximadamente 5% em peso total, formadas em esteiras com orientação das chapas de madeira controlada nas direções do comprimento e da largura. As esteiras são então pressionadas sob calor e pressão e ligações poliméricas de consolidação a quente são criadas, unindo o adesivo e as chapas de madeira para obter painéis do tipo estrutural rígidos.

Um processo de manufatura para as OSBs é extensamente descrito na Patente Norte-americana n°. 3.164.511, concedida em 05 de janeiro de 1965 a Elmendorf. As vantagens das OSBs incluem o fato que elas têm propriedades similares àquelas da madeira natural, mas poder ser manufaturadas em painéis de várias espessuras e tamanhos, que podem ter até 15 metros.

No presente processo de manufatura de OSB, os flocos são criados a partir de troncos arredondados sem casca ao colocar o gume de uma faca de corte paralelo a uma extensão do tronco e ao fatiar flocos finos do tronco. A espessura de um floco é de aproximadamente 0,2 a 0,8 mm. Os flocos cortados são submetidos a forças para romper os flocos nas chapas que têm um comprimento paralelo ao grão da madeira diversas vezes a largura da chapa. As chapas podem ser orientadas na máquina de formação de chapas com as chapas orientadas predominantemente em uma única direção (por exemplo, na direção transversal à máquina) em uma camada (por exemplo, uma camada de núcleo) e orientadas predominantemente na direção geralmente perpendicular (à máquina) em camadas adjacentes. As várias camadas do núcleo e da face são unidas pela resina adesiva sob calor e pressão para se obter o produto de OSB acabado. As resinas adesivas comuns incluem uréia formaldeído (UF), fenol formaldeído (PF), melamina formaldeido (MF) e diisocianato de difenil metileno polimérico (pMDI).

O tipo comum de OSB é utilizado para revestir paredes e forrar telhados e assoalhos onde a resistência, o peso reduzido, a facilidade de pregar e a estabilidade dimensional sob condições variadas de umidade são atributos importantes.

As propriedades ou a aparência das OSBs foram incrementadas mais recentemente, por exemplo, na Patente Norte-americana n° . 4.364.984, na Patente n° . 5.525.394, na Patente Norte-americana n° . 5.73 6.218, por meio de mudanças nos processos de manufatura, da alteração do formato dos pedaços de fibra, do arranjo, da estrutura e de adesivos. No entanto, OSBs que têm maior rigidez ou resistência ao impacto não foram desenvolvidas, nem OSBs contendo pós de poliuretano que substituem pelo menos parte do aglutinante, nem as OSBs contendo espuma de poliuretano triturada reciclada que substituem pelo menos parte do aglutinante.

"Poliuretano" (PUR) descreve uma classe geral de polímeros preparados mediante a polimerização de poli adição de moléculas de diisocianato e de um ou mais compósitos de hidrogênio ativo. Os "compósitos de hidrogênio ativo" incluem compósitos contendo hidroxila (ou "poli-hidroxila") poli funcionais tais como dióis, polióis de poliéster e polióis de poliéter. Os compósitos de hidrogênio ativo também incluem os compósitos contendo um grupo amino poli funcional tais como poliaminas e diaminas. Um exemplo de um poliol de poliéter é um polímero de óxido de etileno ou de óxido de propileno iniciado por glicerina. A celulose, um constituinte primário da madeira, é outro exemplo de compósito poli funcional contendo hidroxila.

As "espumas de PUR" são formadas (na presença de bolhas de gás, freqüentemente formadas in situ) através de uma reação entre um ou mais compósitos de hidrogênio ativo e um componente de isocianato poli funcional, resultando em ligações de uretano. As espumas de PUR são extensamente utilizadas em uma variedade de produtos e aplicações. As espumas de poliisocianurato (PIR), que são produzidas com trímero de diisocianato ou monômero de isocianurato estão intimamente relacionados às espumas de PUR e são tipicamente espumas rígidas. As espumas de PUR que são produzidas utilizando água como agente de insuflação também contêm quantidades significativas da funcionalidade da uréia, e o número de grupos uréia pode realmente exceder o número de grupos uretano na estrutura molecular do material de espuma, particularmente para as espumas de baixa densidade.

As espumas de PUR podem ser formadas em uma ampla faixa de densidades e podem ser de estruturas de espuma flexíveis, semi-rígidas ou rígidas. Todas são polímeros termorrígidos, com graus variados de reticulação. De maneira geral, as "espumas flexíveis" são aquelas que recuperam o seu formato após a deformação e também são classificadas como espumas "convencionais" ou "de resiliência elevada", dependendo de sua resiliência. Além de serem reversivelmente deformáveis, as espumas flexíveis tendem a ter uma resistência limitada à carga aplicada e tendem a ter a maior parte das células abertas. Aproximadamente 90% das espumas de PUR flexíveis são produzidas atualmente com uma mistura 80:20 de 2,4 e 2,6-isômeros de diisocianato de tolueno (TDI) . As "espumas rígidas" são aquelas que retêm geralmente o formato deformado sem recuperação significativa após a deformação. As espumas rígidas tendem a ter a maior parte das células fechadas. Comparadas às espumas de PUR flexíveis levemente reticuladas, as espumas de PUR rígidas são altamente reticuladas. As espumas de PUR rígidas geralmente não são produzidas com uma mistura 80:20 de 2,4 e 2,6-isômeros de diisocianato de tolueno mas, em vez disso, com outros isocianatos. No entanto, muitas espumas de PUR rígidas para o isolamento de refrigeradores são produzidas com TDI bruto. As espumas "semi-rígidas" são aquelas que podem ser deformadas, mas podem recuperar o seu formato original lentamente, talvez incompletamente. As espumas semi-rígidas são geralmente utilizadas para substratos de espuma de poliuretano termoformável na manufatura de forro de teto automotivo. A espuma de poliuretano flexível e viscoelástica (também conhecida como espuma "morta", espuma "de recuperação lenta", espuma "viscoelástica", espuma "de memória" ou espuma "de amortecimento elevado") é caracterizada pela recuperação lenta e gradual da compressão. Embora a maioria das propriedades físicas da espuma viscoelástica se assemelhe àquelas das espumas convencionais, a resiliência das espumas viscoelásticas é muito mais baixa, e geralmente menor do que aproximadamente 15%. As aplicações apropriadas para a espuma viscoelástica levam vantagem pelas suas características de conformação de formato, atenuação de energia e amortecimento do som. Uma espuma de poliuretano mais flexível e mais viscoelástica é produzida a um baixo teor de isocianato (100 vezes a relação molar entre os grupos -NCO e os grupos reativos a NCO na formulação) . Geralmente, o teor é menor do que aproximadamente 90.

As espumas de PUR são produzidas ao utilizar pequenas quantidades de catalisadores de organoestanho, e estes permanecem geralmente no material, por exemplo, na espuma de PUR em lousa flexível a uma concentração de aproximadamente 500 a 5.000 ppm. As espumas de PUR também são geralmente produzidas ao utilizar pequenas quantidades de tensoativos de silicone à base de polímero de siloxano, e estes permanecem geralmente no material, por exemplo, na espuma de PUR em lousa flexível a uma concentração de aproximadamente 0,3 a 1,3 por cento.

Surpreendentemente, os autores da presente invenção verificaram que é possível utilizar pós de poliuretano como aglutinantes nos produtos de madeira manufaturados, por exemplo, OSBs, chapa de partícula de madeira, madeira compensada, laminados, chapa de fibra de densidade média (MDF) e chapa dura. Os pós de poliuretano podem ser obtidos de várias fontes de reciclagem tais como a espuma triturada de fontes de sucata industrial ou pós-consumidor tais como painéis isolados, material de espuma para acondicionamento, reciclagem de refrigeradores, mobília, colchões, reciclagem de automóveis ou amortecimento de carpete; ou os pós de poliuretano podem ser feitos especificamente para serem utilizados como aglutinantes. Uma fonte excelente de pó de poliuretano para as finalidades da presente invenção é da trituração da espuma de poliuretano, tal como a espuma de PUR rígida ou a espuma de PUR em lousa flexível ou a sucata de manufatura de espuma moldada ou a sucata de manufatura de PUR rígida ou a sucata de manufatura de forro de teto automotivo de PUR semi-rígida ou a espuma de PUR viscoelástica, ou ainda a espuma de PUR rígida da reciclagem de painel isolado, reciclagem de refrigerador ou reciclagem de telhado isolado de PUR.

Em uma realização da invenção, a chapa de madeira orientada compreende o pó de poliuretano como um aglutinante. Preferivelmente, a chapa de madeira orientada compreende adicionalmente um co-aglutinante tal como pMDI, PF, UF ou MF líquido ou em pó. Pref erivelmente, o pó de poliuretano compreende espuma de poliuretano triturada.

Em outra realização da invenção, um processo para manufaturar a chapa de madeira orientada que compreende chapas de madeira e uma matriz, em que a matriz compreende uma resina de aglutinante e partículas de poliuretano sólidas e em que pelo menos 5 0 por cento em peso do material compósito são chapas de madeira, sendo que o método compreende a deposição da resina de aglutinante e das partículas de poliuretano sólidas nas chapas da madeira para a formação de um precursor compósito e o tratamento do precursor compósito para a formação do material compósito.

Tipicamente, em processos de manufatura de OSBs, outros aditivos são utilizados, geralmente a água (para manter um teor de umidade mais favorável para a transferência de calor e a geração de calor através da reação da água com isocianato) e um agente repelente de água (por exemplo, cera ou emulsão de parafina). Embora a invenção possa ser praticada satisfatoriamente sem levar em consideração a ordem da adição dos vários componentes, os autores da presente invenção verificaram, em alguns casos, que uma ordem de adição preferida para algumas formulações é: água, cera, partículas de poliuretano e então aglutinante. Particularmente nas formulações em que a quantidade de água adicionada é elevada (6 a 12%), esta ordem de adição preferida é vantajosa porque evita a orientação das partículas de poliuretano, propiciando desse modo uma melhor distribuição das partículas de poliuretano e propriedades incrementadas.

Em outra realização preferida do processo, o pó de poliuretano é adicionado antes de um aglutinante líquido tal como o pMDI. Isto propicia uma distribuição melhor do aglutinante líquido às superfícies da madeira, devido ao fato que parte do aglutinante se encontra na superfície das partículas de poliuretano, que se deformam e liberam esse aglutinante durante o processamento subseqüente. Além disso, o pó de poliuretano tem um desempenho como um extensor porque a distribuição do aglutinante nas partículas de poliuretano inibe a ação do aglutinante líquido de encharcar as chapas de madeira e mantém, desse modo, mais aglutinante acessível para a aderência às superfícies das chapas de madeira durante a compressão.

EXEMPLOS EXEMPLO 1 (Exemplo comparativo)

Chapas de pinho (Pinus sylvestris) foram produzidas de acordo com métodos da indústria padrão, secadas de um teor de umidade pré-condicionado de aproximadamente 9% até um teor de umidade final de 1,3 a 1,7% de 100 a 120°C, e então foram selecionadas em três frações (grossa, média e fina) e armazenadas em recipientes lacrados. O mesmo grupo de chapas foi utilizado para os Exemplos 1, 2 e 3. A mistura das chapas utilizadas para a manufatura das chapas era 15% fina, 4 8% média e 37% grossa, sendo que a distribuição de tamanho das frações da chapa foi caracterizada tal como mostrado na

Tabela 1.

Tabela 1: Distribuição dos tamanhos das chapas de pinho

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As chapas foram resinadas em um tambor giratório de acordo com o seguinte procedimento. Primeiramente, as chapas foram colocadas em um tambor misturador, o qual foi então fechado e colocado a girar por cinco minutos. pMDI líquido (Suprasec 5005 da Huntsman, com teor de NCO de aproximadamente 3 0%) foi então aspergido com um atomizador que tem um diâmetro de 135 mm e a uma velocidade de 12.000 rpm. Depois que o pMDI foi pulverizado, uma mistura de água e cera (Sasol Hydrowax 750, para a repelência da água no produto final) foi aspergida. Finalmente, o tambor foi girado por mais cinco minutos. As quantidades de pMDI, de água e de cera variam para a composição da camada de núcleo e a composição da camada de superfície tal como mostrado na Tabela 2.

Tabela 2: Parametros de produção

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As chapas resinadas foram então espalhadas manualmente em uma esteira substancialmente com todas as chapas lisas, mas com suas dimensões de comprimento orientadas aleatoriamente dentro de cada camada em uma caixa de 500 χ 500 mm. A esteira foi depositada como metade de um peso conhecido da composição da camada de superfície, então um peso conhecido da composição da camada de núcleo, então a metade restante de um peso conhecido da composição da camada de superfície. Um termopar foi adicionado no centro da camada de núcleo a fim de monitorar a temperatura nesse ponto durante a compressão subseqüente.

A esteira foi então transferida a uma prensa Siempelkamp controlada a uma distância aquecida, com os rolos impressores a 210°C, onde ela foi comprimida em dois estágios: primeiramente, até uma espessura de 12,2 mm, e em seguida, após a temperatura do núcleo atingir 100°C, até uma pressão específica de 1,4 a 1,7 N/mm2 até a espessura desejada final de 11,1 mm ser atingida. A prensa foi mantida na espessura final pelo restante do tempo de compressão de 170 segundos antes de abrir a prensa e remover a chapa. 0 perfil de densidade de cada chapa era tal que a relação da densidade local mínima dividida pela densidade média da chapa fica na faixa de 90 a 95%.

Antes do teste, as chapas foram condicionadas por um mínimo de dezoito horas. Três chapas separadas foram manufaturadas e testadas para cada exemplo, e cinco amostras foram cortadas de cada chapa para cada teste físico, para um total de 15 amostras de teste para cada exemplo. As propriedades físicas das chapas foram determinadas utilizando os métodos padrão descritos na presente invenção, e os resultados são mostrados abaixo na Tabela 3.

Uma chapa de amostra foi examinada ao utilizar microscopia eletrônica de varredura ao criar primeiramente uma deslaminação entre uma camada de superfície e a camada de núcleo da chapa acabada utilizando um formão, e então elas foram destacadas para expor uma superfície de fratura fresca. A superfície foi revestida por plasma com uma camada fina de ouro para reduzir a carga no feixe de elétrons antes da colocação no microscópio eletrônico de varredura (SEM). A Figura 1 mostra uma vista microscópica ampla de uma superfície de fratura desta amostra de OSB da técnica anterior como um exemplo comparativo. Esta amostra de OSB não contém nenhuma espuma de poliuretano triturada. A Figura 2 mostra uma vista microscópica mais próxima em três ampliações de uma parte diferente da mesma amostra. Na Figura 2, uma vista em ampliação elevada revela as partículas que não são de espuma de poliuretano triturada. Estas são provavelmente poeira, finos de madeira ou contaminação. Em ambas as Figuras 1 e 2, a estrutura celular da madeira é visível, com o grão de madeira seguindo principalmente verticalmente.

EXEMPLO 2

As chapas foram produzidas exatamente tal como no Exemplo 1, exceto pelo fato que, durante a aplicação de resina, 40 por cento do pMDI não foram utilizados, e em vez disso eles foram preferivelmente substituídos pela mesma massa de espuma de poliuretano triturada. A espuma de poliuretano triturada foi adicionada antes do pMDI ao espalhar a mesma sobre as chapas de madeira depois que elas tinham sido colocadas no tambor e antes que o tambor fosse girado por cinco minutos. A espuma de poliuretano triturada para este exemplo era espuma de PUR rígida obtida de refrigeradores reciclados, onde a espuma tinha sido separada dos outros materiais e triturada finamente, destruindo completamente a estrutura celular, com recuperação dos agentes de insuflação de clorofluorcarbono. Uma distribuição do tamanho de partícula desta espuma de poliuretano triturada foi determinada ao utilizar um crivo Hosokawa Micron Air-Jet Sieve com 14% passando 53 micra, 48% passando 75 micra, 87% passando 105 micra, 99% passando 150 micra e essencialmente 100% passando 212 micra. Esta distribuição do tamanho de partícula, tal como outras nos exemplos subseqüentes na presente invenção, não se presta a limitar a invenção, uma vez que os autores da presente invenção demonstraram resultados similares e satisfatórios utilizando pós de poliuretano similares com tamanhos máximos de partícula tão pequenos quanto 4 5 micra e tão grandes quanto 1,2 mm.

As chapas resultantes foram testadas tal como no Exemplo 1. Os resultados dos testes das propriedades físicas das chapas são mostrados na Tabela 3.

Tabela 3: Composição e propriedades físicas dos Exemplos 1 e 2

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Ambos os exemplos produziram chapas com intensidade de ligação interna idêntica. 0 módulo de ruptura e o módulo de elasticidade parecem ser ligeiramente reduzidos, como mostrado na Tabela 3; no entanto, as diferenças não são estatisticamente significativas e, como tais, as propriedades físicas são praticamente idênticas.

A presença da espuma de poliuretano triturada em OSB podia ser identificada em uma série de maneiras. A identificação espectroscópica de poliuretano ou de poliuréia é difícil nas OSBs produzidas com adesivo de pMDI, mas é possível para as OSBs feitas com outros sistemas adesivos (por exemplo, PF, PF em pó, UF, MF) . Além disso, a espuma de poliuretano contém quantidades insignificantes de estanho e de silicone dos catalisadores e dos tensoativos utilizados para a sua manufatura. É contemplado que estes seriam detectáveis nas OSBs que contêm a espuma de poliuretano triturada e ausentes nas OSBs da técnica anterior. A medição dos traços de estanho ou do silicone poderia ser mais precisa ao oxidar a amostra e testar somente a cinza, ou mediante a digestão com ácido da amostra. Além disso, a espuma de poliuretano triturada pode ser identificada por seu formato distintivo, que é visível com microscopia, por exemplo, tal como mostrado na Figura 3.

Embora partículas maiores possam ser utilizadas, e tenha sido demonstrado que elas produzem resultados satisfatórios, as partículas de espuma de poliuretano triturada mais úteis para a presente invenção foram trituradas suficientemente finas para que a estrutura celular em grande escala da espuma seja geralmente destruída. Isto cria diversos tipos de partículas. Algumas são partículas irregulares pequenas rasgadas da microestrutura de espuma durante a trituração, mas a maior parte das partículas exibe alguma evidência da microestrutura de espuma, mesmo que as células não estejam geralmente intactas. Por exemplo, algumas partículas são das escoras, ou beiras do platô, que separam as células na espuma. A física de formação de espuma requer que essas escoras tenham uma seção transversal geralmente triangular porque elas conectam três películas da espuma que se equilibram rapidamente para serem separadas a ângulos de 120°. Outras partículas provêm das junções geralmente tetraédricas onde quatro escoras se encontram umas com as outras. Estas são geralmente as partículas maiores e mostram freqüentemente seções transversais triangulares onde as escoras foram separadas. Geralmente, as superfícies côncavas lisas são um indicador para uma partícula de espuma triturada.

A Figura 3 mostra a estrutura celular da madeira, com o grão seguindo principalmente horizontalmente na foto. Também são visíveis diversas partículas que são claramente restos de uma microestrutura de espuma presente em uma superfície de fratura tirada de uma chapa de OSB do Exemplo 2. Também é visível nesta micrografia uma partícula irregular grande que não é identificável como a espuma de PUR triturada, e uma pequena partícula de cera esférica.

A Figura 4 também mostra diversas partículas que são restos de uma microestrutura de espuma presente em uma superfície de fratura tirada de uma chapa de OSB do Exemplo 2. No entanto, as partículas na Figura 4 foram deformadas e aplainadas, uma vez que foram comprimidas entre as chapas de madeira. Mesmo assim, a seção transversal triangular das escoras restantes é visível, e se apresenta irradiada dessas seções transversais de escora a ângulos característicos de 120°. Também são visíveis na Figura 4 diversos pedaços de chapas de madeira com seu grão seguindo verticalmente. Estas chapas são fortemente ligadas às chapas de madeira subjacentes com o grão seguindo horizontalmente, porque a sua presença indica uma falha coesiva da madeira quando esta amostra foi secionada para o exame microscópico.

A chapa de OSB do Exemplo 2 ilustra as seguintes vantagens da invenção. Primeiramente, o processo utiliza quantidades de pMDI significativamente reduzidas, que é um produto químico perigoso e caro, e substitui o mesmo pelo pó de poliuretano, que não é perigoso e menos caro. Em segundo lugar, o material compósito deste exemplo compreende a espuma de PUR triturada, um produto residual, que propicia desse modo uma vantagem ambiental pela reciclagem de um material residual. Além disso, o material compósito compreende a espuma de PUR triturada, que é um pó de poliuretano presente como partículas elastoméricas finas. É contemplado que estas partículas elastoméricas agem como supressores de rachaduras e aumentam desse modo a rigidez e a resistência ao impacto do material compósito.

Os autores da presente invenção verificaram que os melhores resultados são obtidos quando as temperaturas dos rolos compressores da prensa são ligeiramente elevadas, dos 200 °C típicos, até 210°C a 200°C. Além disso, o tipo de espuma de poliuretano utilizado para a produção da espuma de PUR triturada da presente invenção é importante. Embora a maioria dos tipos de espuma de PUR seja apropriada para o uso na invenção, os melhores resultados podem ser obtidos ao utilizar partículas de poliuretano com uma quantidade elevada da funcionalidade do uretano por unidade de massa. Sob este aspecto, os autores da presente invenção verificaram que as espumas de PUR rígidas são um material bruto preferido para a produção da espuma de PUR triturada para substituir o aglutinante nas aplicações de OSB. É contemplado que os grupos uretano são clivados a temperaturas de aproximadamente 155°C a 175°C e que isto cria grupos de isocianato ativos que podem funcionar como um aglutinante nas OSBs. Outros grupos funcionais na espuma de PUR, tais como a uréia ou os isocianuratos, são estáveis até temperaturas mais elevadas, e não são clivados significativamente às temperaturas de processamento de OSB. Portanto, as espumas de PUR com teor mais elevado de uréia, tal como as espumas de PUR flexíveis insufláveis em água, de baixa densidade não são tão preferíveis (embora possam ser eficazmente utilizadas) para a presente invenção quanto as espumas de PUR com elevado teor de uretano, tais como de PUR rígido, por exemplo, da reciclagem ou da sucata de manufatura de utensílios ou de isolação.

Além disso, uma realização da invenção refere-se à utilização de partículas de poliuretano em toda a espessura de OSB, e é mais vantajoso substituir o aglutinante pelas partículas de poliuretano nas camadas da face de OSB, em vez da camada de núcleo. Isto ocorre porque a temperatura das camadas da face é mais elevada durante a manufatura de OSB devido à proximidade aos rolos compressores quentes da prensa. Na camada de núcleo, temperaturas suficientemente elevadas para iniciar a clivagem da funcionalidade do uretano em poliuretano levam mais tempo para serem atingidas e podem retardar o processo. No entanto, a utilização de partículas de poliuretano para substituir o aglutinante somente na camada de face propicia todas as vantagens da presente invenção, sem aumentar o tempo de compressão ou de ciclo para a manufatura de OSB. Os autores da presente invenção demonstraram que é possível manufaturar uma chapa compósita à base de madeira, por exemplo, uma chapa de partículas de madeira ou uma madeira compensada, em uma prensa utilizando somente a espuma de PUR triturada como um aglutinante; no entanto, o tempo de compressão é diversas vezes mais longo do que o processo da técnica anterior. Não obstante, os autores da presente invenção demonstraram através dessa experiência que a espuma de PUR triturada, mesmo como o único aglutinante em uma formulação, é capaz de atingir um desempenho elevado como um aglutinante para os produtos de madeira.

Bons resultados foram obtidos com as espumas de PUR triturado rígidas, e as chapas de OSB que satisfazem os padrões requeridos foram produzidas em níveis de substituição de aglutinante de até 40%. As chapas de OSB também foram produzidas utilizando a espuma de PUR triturada rígida para substituir 60% do aglutinante de pMDI original com bons resultados. A espuma de PUR triturada foi utilizada para substituir até mesmo 100% do aglutinante em chapas de madeira compósitas com propriedades físicas excelentes, porém, com um tempo de compressão diversas vezes mais longo do que o normal.

Os autores da presente invenção consideraram o amplo espectro das espumas de poliuretano produzidas atualmente em termos da porcentagem de isocianato original utilizada em sua manufatura, que transforma a funcionalidade do uretano na espuma final. Esse isocianato original pode transformar-se em uma dentre as seguintes: funcionalidade de uretano, funcionalidade de uréia, funcionalidade de alofanato ou biureto, ou funcionalidade de isocianurato, dependendo da formulação da espuma e do tipo de espuma que está sendo produzida. A Tabela 4 abaixo mostra as porcentagens aproximadas do isocianato original nas espumas de poliuretano que transformam estes vários grupos funcionais.

Tabela 4: Distribuição funcional aproximada do isocianato nas espumas de poliuretano

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A quantidade total aproximada de isocianato original disponível às temperaturas de processamento da OSB, mais especificamente em torno de 155°C a 175°C, fica um mínimo da quantidade presente como uretano, e a um máximo da soma das quantidades presentes como funcionalidade de uretano e de alofanato e biureto. Os números na Tabela 4 se destinam a ser generalizações amplas de uma ampla variedade de espumas de poliuretano. Pode haver exceções específicas, mas os autores da presente invenção verificaram que é preferível maximizar a quantidade da funcionalidade do uretano por unidade de massa na espuma de PUR triturada a ser utilizada como um aglutinante para os produtos de madeira. A funcionalidade de uretano é o mecanismo principal para a geração de grupos isocianato livres a aproximadamente 1600C durante a manufatura de OSBs. A funcionalidade da uréia não se despolimeriza significativamente às temperaturas de processamento de OSBs e, preferivelmente, se decompõe a aproximadamente 200°C. A estabilidade da funcionalidade do alofanato é mal compreendida, mas provavelmente instável a temperaturas mais baixas, talvez em torno de 120°C. A funcionalidade de biureto e a funcionalidade de isocianurato são ambas estáveis a temperaturas acima de 200°C.

A funcionalidade de polióis com peso molecular inferior ou superior também contribui para uma funcionalidade mais elevada do uretano por unidade de massa na espuma de PUR triturada, porque ela abaixa a massa do material de não- uretano na espuma de PUR. A maior parte das espumas de PUR rígidas também tem esta vantagem sobre a maioria das espumas de PUR flexíveis.

EXEMPLO 3

Chapas de pinho (Pinus sylvestris) foram produzidas tal como descrito no Exemplo 1.

As chapas foram resinadas em um tambor giratório de acordo com o seguinte procedimento. Primeiramente, as chapas foram colocadas em um tambor misturador, o qual foi então fechado e colocado para girar por cinco minutos. A seguir, a água foi aspergida com um atomizador. Em seguida, cera fragmentada foi aspergida com um atomizador. A seguir, se presente na formulação, a espuma de poliuretano triturada era aplicada. Finalmente, resina fenólica em pó (PPF) foi adicionada, por exemplo, tal como disponível junto à Dynea Canada ou Hexion Specialty Chemicals, e o tambor foi girado por mais cinco minutos. As quantidades de PPF, de água e de cera variam para a composição da camada de núcleo e a composição da camada de superfície, tal como mostrado nas Tabelas 5 e 6. A espuma de poliuretano triturada para este exemplo era a espuma de PUR rígida obtida da sucata de manufatura do painel de isolação, em que a espuma tinha sido esmagada e briquetada para o descarte antes de ser recuperada e triturada a um pó. Uma distribuição do tamanho de partícula desta espuma de poliuretano triturada foi determinada utilizando um crivo Hosokawa Micron Air-Jet Sieve com 26% passando 75 micra, 59% passando 105 micra, 73% passando 125 micra, 84% passando 150 micra e 95% passando 212 micra. Tabela 5: Parâmetros de produção para o Exemplo 3. <table>table see original document page 25</column></row><table>

As chapas resinadas foram então espalhadas manualmente em uma esteira substancialmente com todas as chapas lisas, mas com as suas dimensões de comprimento orientadas aleatoriamente dentro de cada camada em uma caixa de 864 x 864 mm. A esteira foi depositada como a metade de um peso conhecido da composição da camada de superfície, então um peso conhecido da composição da camada de núcleo, e então a metade restante de um peso conhecido da composição da camada de superfície. Um termopar foi adicionado no centro da camada de núcleo a fim de monitorar a temperatura nesse ponto durante a compressão subseqüente. Imediatamente antes da compressão, 50 gramas de água foram aspergidos na superfície superior da esteira.

A esteira foi então transferida a uma prensa a vapor aquecida, com os rolos compressores a 215°C, com chapas superiores e inferiores fixadas, e uma tela inferior lacrada, onde ela foi comprimida até a espessura desejada final de 11,1 mm ser atingida. A prensa foi mantida na espessura final pelo restante do tempo de compressão antes da abertura da prensa e da remoção da chapa para a armazenagem empilhada a quente em uma caixa isolada até o resfriamento.

Antes do teste, as chapas foram condicionadas por um mínimo de dezoito horas. Três chapas separadas foram manufaturadas e testadas para cada exemplo, e cinco amostras foram cortadas de cada chapa para cada teste físico, para um total de quinze amostras de teste para cada exemplo. As propriedades físicas das chapas foram determinadas utilizando os métodos padrão descritos na presente invenção, e os resultados são mostrados abaixo na Tabela 6.

Os resultados do Exemplo 3 mostram que a adição da espuma de PUR triturada manteve ou até mesmo incrementou as propriedades físicas, em particular a intensidade de ligação interna e o desempenho no teste de encharcamento em água de 24 horas, ao substituir o material aglutinante (PPF) caro, com intensivo gasto de energia e potencialmente perigoso por um produto reciclado (PUR).

Tabela 6: Composição e propriedades físicas do

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Resinas fenólicas em pó (PPF), tais como novolac, resol, ou as combinações das mesmas, podem ser geralmente utilizadas. A Patente Norte-americana n° . 4.098.770, concedida a Berchem et al., descreve uma resina típica de formaldeído de fenol secada por aspersão, modificada com compostos de poliidróxi não-fenólicos adicionados, utilizada na manufatura de OSB. As resinas de formaldeído de fenol líquidas, tais como resol ou combinações de resol e novolac, também podem ser geralmente utilizadas na manufatura de compósitos lignocelulósicos. Os parâmetros para a manufatura das resinas de formaldeído de fenol líquidas ou sólidas são descritos em Phenolic Resins, Chemistry, Applications and Performance, (A. Knop e L.A. Pilato, Springer-Verlag (1985)) e Advance Wood Ahesives Technology, (A Pizzi, Mareei Dekker (1994) ) . EXEMPLO 4

Chapas de madeira de choupo comercial foram produzidas similarmente tal como descrito para o pinho no Exemplo 1, com a seleção adicional para remover o material que passa através de uma tela de 4,8 mm (3/16").

As chapas foram resinadas em um tambor giratório de acordo com o seguinte procedimento. As chapas foram colocadas em um tambor misturador, o qual foi então fechado e colocado para girar por cinco minutos. Primeiramente, a água foi aspergida com um atomizador. Em seguida, cera fragmentada foi pulverizada com um atomizador. A cera fragmentada, tal como WAX 1834 da Esso, é uma cera bruta macia e oleosa obtida da compressão do destilado de parafina de petróleo ou do destilado de cera. As ceras preferidas são a cera fragmentada, a cera em pó ou a cera emulsifiçada (uma emulsão aquosa de uma cera). As ceras apropriadas para a presente invenção são geralmente misturas de hidrocarbonetos derivadas de um processo de refino de petróleo. Elas são utilizadas a fim de impedir a absorção da água e, desse modo, tornam o produto mais dimensionalmente estável em um ambiente úmido por um período de tempo limitado. Estas misturas de hidrocarbonetos são insolúveis em água. As ceras de hidrocarbonetos obtidas do petróleo são categorizadas tipicamente com base em seu teor de óleo. A "cera fragmentada", a "cera de balança" e a "cera totalmente refinada" têm valores de teor de óleo de 2 a 30%, 1 a 2% e 0 a 1%, respectivamente. Embora se acredite que o teor elevado de óleo tenha geralmente um efeito adverso no desempenho de uma cera, a cera fragmentada é mais barata do que os outros tipos de cera de petróleo, e é geralmente utilizada, desse modo, nos painéis projetados. Alternativamente, as ceras apropriadas para a presente invenção podem ser qualquer substância ou mistura que seja insolúvel em água e tenha um ponto de fusão entre aproximadamente 35 e 160°C. Também é desejável que a cera tenha uma baixa pressão de vapor a temperaturas entre aproximadamente 35 e 200°C.

Então, depois que a água e a cera foram aplicadas, a espuma de poliuretano triturada é aplicada, se estiver presente na formulação. Finalmente, a resina de formaldeído de fenol em pó (PPF) do tipo OSB comercialmente disponível foi adicionada, por exemplo, tal como disponível junto à Dynea Canada ou Hexion Specialty Chemicals, como um produto de uma reação de condensação entre o fenol e o formaldeído em um ambiente alcalino, e o tambor foi girado por mais cinco minutos. As quantidades de PPF, de água e de cera variam para a composição da camada de núcleo e a composição da camada de superfície, tal como mostrado nas Tabelas 7 e 8. A espuma de poliuretano triturada para este exemplo era a espuma de PUR rígida obtida de refrigeradores reciclados, onde a espuma tinha sido separada dos outros materiais e triturada finamente, destruindo completamente a estrutura celular, com recuperação dos agentes de insuflação de clorofluorcarbono. Uma distribuição do tamanho de partícula desta espuma de poliuretano triturada foi determinada utilizando um crivo Hosokawa Micron Air-Jet Sieve com 14% passando 53 micra, 48% passando 75 micra, 87% passando 105 micra, 99% passando 150 micra e essencialmente 100% passando 212 micra.

Tabela 7: Parâmetros de produção para o Exemplo 4.

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As chapas resinadas foram então espalhadas em uma esteira substancialmente com todas as chapas lisas, mas com as suas dimensões de comprimento orientadas aleatoriamente dentro de cada camada em uma caixa de 864 χ 864 mm. A esteira foi depositada como a metade de um peso conhecido da composição da camada de superfície, então um peso conhecido da composição da camada de núcleo, e então a metade restante de um peso conhecido da composição da camada de superfície. Um termopar foi adicionado no centro da camada de núcleo a fim de monitorar a temperatura nesse ponto durante a compressão subseqüente.

A esteira foi então transferida a uma prensa a vapor aquecida, com os rolos compressores a 220°C, com as chapas superiores e inferiores fixadas e uma tela inferior lacrada, onde ela foi comprimida até a espessura desejada final de 18,0 mm ser atingida em aproximadamente 30 a 60 segundos. A prensa foi mantida na espessura final pelo restante do tempo de compressão de três a dez minutos antes da abertura da prensa e a remoção da chapa para a armazenagem empilhada a quente em uma caixa isolada até o resfriamento.

Antes do teste, as chapas foram condicionadas a 25°C e a uma umidade relativa de 50% por um mínimo de dezoito horas. Três chapas separadas foram manufaturadas e testadas para cada exemplo, e cinco amostras foram cortadas de cada chapa para cada teste físico, para um total de quinze amostras de teste para cada exemplo. As propriedades físicas das chapas foram determinadas utilizando os métodos padrão descritos na Canadian Standards Association 0437 Series-93, Standards on OSB and Waferboard, resumidas na presente invenção, e os resultados são mostrados abaixo na Tabela 8.

A intensidade de ligação interna (IB) é medida ao ligar blocos de carregamento (50 χ 50 mm) de liga de aço ou de alumínio a cada face de cada exemplar de teste, de tal maneira que a resistência da linha de colagem seja substancialmente mais forte do que a resistência do material que está sendo testado. O espécime é então carregado em uma máquina de teste padrão pela separação dos acessórios de carregamento a uma taxa constante de 0,08 mm por mm de espessura da amostra por minuto, ao manter o espécime perpendicular à direção de carga. A intensidade de ligação interna é calculada como a carregamento máxima dividida pela área do espécime.

O intumescimento da espessura é medido como a porcentagem de ganho em uma espessura de amostras de 150 mm2 depois da submersão horizontalmente sob 25 mm de água a 20°C por 24 horas, seguida por dez minutos de suspensão para a drenagem. A absorção de água é medida como a porcentagem de ganho em peso para amostras similares sob as mesmas condições.

O módulo de ruptura (MOR) e o módulo de elasticidade (MOE) são medidos ao carregar flexuralmente uma amostra de 75 mm de largura em uma máquina de teste em um arranjo de flexão de três pontos. A amostra pode ser cortada com seu comprimento paralelo ou perpendicular ã direção de orientação na chapa. A amostra é feita para transpor 24 vezes a sua espessura, mais 25 mm de projeção em cada extremidade.

A amostra é carregada a uma transposição média de maneira tal que seja deflexionada a uma razão de 0,48 mm por minuto por mm de espessura da amostra. A carga é medida versus a deflexão, e o MOR é calculado como 1,5 vez a carga máxima vezes o comprimento da extensão dividido pela largura da amostra dividida pelo quadrado da espessura da amostra. 0 MOE é calculado como 0,25 vez a inclinação da parte linear inicial da curva de deflexão da carga vezes o cubo do comprimento da extensão dividido pela largura da amostra dividido pelo cubo da espessura da amostra.

Os resultados do Exemplo 4 mostram que a adição da espuma de PUR triturada manteve ou até mesmo incrementou inesperadamente as propriedades físicas, em particular a intensidade de ligação interna e o desempenho no teste de encharcamento em água de 24 horas, ao substituir o material aglutinante (PPF) caro, com intensivo gasto de energia e potencialmente perigoso por um produto reciclado (PUR).

Tabela 8: Composição e propriedades físicas do Exemplo 4

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EXEMPLO 5

Produção Contínua em Escala Total

Chapas padrão de madeira de abeto (Picea abeis) com uma espessura de 0,7 mm foram preparadas em uma instalação de manufatura comercial de OSBs.

As chapas foram resinadas em dois misturadores de bobina sólidos, um para a formulação da camada de face e um para a formulação da camada de núcleo. Para a camada de núcleo, as chapas foram misturadas com água (para obter um teor de umidade de 4%), 1,4% de uma cera repelente de água tal como descrito no Exemplo 3 e 4,3% de diisocianato de difenil metano polimérico Suprasec 1483 da Huntsman, que é uma funcionalidade padrão, pMDI de cura rápida catalisado com uma viscosidade de 225 mPas a 250C e um valor de isocianato (NCO) de 30,8%. Para a camada de face, as chapas foram misturadas primeiramente com a espuma de poliuretano triturada, e a seguir esta mistura foi misturada com água (para obter um teor de umidade de 10,5%), 1,4% de uma cera repelente de água e o pMDI Suprasec 14 83 da Huntsman. As quantidades de pMDI e da espuma de poliuretano triturada na formulação da camada de face foram selecionadas de modo que houvesse uma relação de 67:33 entre o pMDI e a espuma de poliuretano triturada e de modo que a soma do pMDI e da espuma de poliuretano triturada fosse igual a 5,0% do peso da chapa. Uma vez que este era um processo contínuo, as relações aplicam-se às vazões de massa.

A espuma de poliuretano triturada para este exemplo era a espuma de PUR rígida obtida de refrigeradores reciclados, onde a espuma tinha sido separada dos outros materiais e triturada finamente, destruindo completamente a estrutura celular, com recuperação dos agentes de insuflação de clorofluorcarbono. Uma distribuição do tamanho de partícula desta espuma de poliuretano triturada foi determinada utilizando um crivo Hosokawa Micron Air-Jet Sieve com 14% passando 53 micra, 48% passando 75 micra, 87% passando 105 micra, 99% passando 150 micra e essencialmente 100% passando 212 micra.

As chapas resinadas foram continuamente formadas em uma esteira substancialmente com todas as chapas lisas, mas com as suas dimensões de comprimento orientadas aleatoriamente dentro de cada camada em um condutor de correia de aço móvel. A esteira foi depositada como a composição da camada de superfície inferior (21% de efluência total) , então a composição da camada de núcleo (58% de efluência total), e então a composição da camada de superfície superior (os 21% restantes de efluência total). A efluência de massa total foi escolhida de uma maneira tal que o painel resultante tivesse 22 mm de espessura, com uma densidade de 620 kg/m3, com um fator de aquecimento de 6,7 s/mm em uma prensa contínua de 34 m de comprimento. A temperatura do óleo que circula para aquecer a prensa contínua era de 230°C na zona de alimentação, subindo até 240°C e descendo para 220°C e então até 205°C à medida que a esteira prosseguia através da prensa contínua.

As chapas saíram da prensa, foram então cortadas, resfriadas e condicionadas para o teste. As propriedades físicas das chapas foram determinadas utilizando os métodos padrão descritos na presente invenção, e os resultados são mostrados abaixo na Tabela 9. A intensidade de ligação interna (ebulição por duas horas) foi determinada de acordo com European Standard EN 1087-1, que é, em resumo, o teste de ligação interna descrito acima, com as amostras condicionadas primeiramente por imersão em um banho de água que foi então aquecido por noventa minutos de 20°C a 100°C, a seguir mantido a 100°C por 120 minutos, e a seguir removido e resfriado em um segundo banho de água a 20°C por uma a duas horas. As amostras são então testadas a úmido.

Os resultados do Exemplo 5 mostraram que a adição da espuma de PUR triturada manteve ou ainda inesperadamente incrementou as propriedades físicas, em particular a rigidez e a resistência, ao substituir o material aglutinante (pMDI) caro, com intensivo gasto de energia e potencialmente perigoso por um produto reciclado (PUR).

Tabela 9: Composição e propriedades físicas do Exemplo 5

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EXEMPLO 6

Producao Continua em Escala Total Chapas padrão de madeira de abeto (Picea abeis) com uma espessura de 0,7 mm foram preparadas em uma instalação de manufatura comercial de OSBs.

As chapas foram resinadas em dois misturadores de bobina contínuos, um para a formulação da camada de face e um para a formulação da camada de núcleo. Para a camada de núcleo, as chapas foram misturadas com água (para obter um teor de umidade de 5%) , 2% de uma cera repelente de água, 0,4 9% de endurecedor de uréia e 8,5% de pMDI Suprasec 14 83 da Huntsman. Para a camada de face, as chapas foram misturadas primeiramente com a espuma de poliuretano triturada e esta mistura foi então misturada com água (para obter um teor de umidade de 13%), 2% de uma cera repelente de água, 0,49% de um endurecedor de uréia e pMDI Suprasec 14 83 da Huntsman. As quantidades de pMDI e da espuma de poliuretano triturada na formulação da camada de face foram selecionadas de modo que houvesse uma relação de 70:30 entre o pMDI e a espuma de poliuretano triturada, de modo que a soma do pMDI e da espuma de poliuretano triturada fosse igual a 8,5% do peso da chapa. Uma vez que este era um processo contínuo, as relações aplicam-se às vazões de massa. Por exemplo, para as camadas de face (36% de efluência total da máquina) neste exemplo 6B, a vazão da espuma de poliuretano triturada era de aproximadamente 4,7 kg/min e a vazão correspondente do pMDI era de aproximadamente 11,0 kg/min e a efluência das chapas de madeira era de aproximadamente 185 kg/min.

As chapas resinadas foram continuamente formadas em uma esteira substancialmente com todas as chapas lisas, mas com as suas dimensões de comprimento orientadas aleatoriamente dentro de cada camada em um condutor de correia de aço móvel. A esteira foi depositada como a composição inferior da camada de superfície (18% de efluência total), então a composição da camada de núcleo (64% de efluência total), então a composição superior da camada de superfície (os 18% restantes de efluência total). A efluência de massa total foi escolhida de uma maneira tal que o painel resultante tivesse 15 mm de espessura, com uma densidade de 660 kg/m3, com um fator de aquecimento de 9 s/mm em uma prensa sólida de 45 m de comprimento. A temperatura do óleo que circula para aquecer a prensa sólida era de 2450C na zona de alimentação, descendo para 2400C na zona 2 subseqüente, e até 230°C na zona 3.

As chapas saíram da prensa, foram então cortadas, esfriadas e condicionadas para o teste. As propriedades físicas das chapas foram determinadas utilizando os métodos padrão descritos na presente invenção, e os resultados são mostrados abaixo na Tabela 10.

Os resultados do Exemplo 6 mostrarem que a adição da espuma de PUR triturada manteve ou ainda incrementou as propriedades físicas, em particular a rigidez e a resistência, ao substituir o material aglutinante (pMDI) caro, com intensivo gasto de energia e potencialmente perigoso por um produto reciclado (PUR).

Tabela 10: Composição e propriedades físicas do Exemplo 6 <table>table see original document page 41</column></row><table> <table>table see original document page 42</column></row><table>

EXEMPLO 7

Produção Contínua em Escala Total

Chapas padrão de madeira de pinho (Pinus sylvestris) com uma espessura de 0,7 mm foram preparadas em uma instalação de manufatura comercial de OSBs.

As chapas foram resinadas em dois misturadores de bobina contínuos como é comercialmente conhecido no estado da técnica, um para a formulação da camada de face e um para a formulação da camada de núcleo. Para a camada de núcleo, as chapas foram misturadas com água (para obter um teor de umidade de 6%), 3% de uma cera repelente de água, 0,49% de um endurecedor de uréia e 8,5% de pMDI Suprasec 1483 da Huntsman. Para a camada de face, as chapas foram misturadas primeiramente com a espuma de poliuretano triturada e esta mistura foi então misturada com água (para obter um teor de umidade de 12%), 3% de uma cera repelente de água, 0,49% de um endurecedor de uréia e o pMDI Suprasec 14 83 da Huntsman. As quantidades de pMDI e da espuma de poliuretano triturada na formulação da camada de face foram selecionadas de modo que houvesse uma relação de 60:40 entre o pMDI e a espuma de poliuretano triturada e de modo que a soma do pMDI e da espuma de poliuretano triturada fosse igual a 8,5% do peso da chapa. Uma vez que este era um processo contínuo, as relações aplicam-se às vazões de massa. Por exemplo, para as camadas de face (40% de efluência total da máquina) neste exemplo 7B, a vazão da espuma de poliuretano triturada era de aproximadamente 6,1 kg/min e a vazão correspondente do pMDI era de aproximadamente 9,2 kg/min e a efluência das chapas de madeira era de aproximadamente 18 0 kg/min.

As chapas resinadas foram continuamente formadas em uma esteira substancialmente com todas as chapas lisas, mas com as suas dimensões de comprimento orientadas aleatoriamente dentro de cada camada em um condutor de correia de aço móvel. A esteira foi depositada como a composição inferior da camada de superfície (20% de efluência total), então a composição da camada de núcleo (60% de efluência total), então a composição superior da camada de superfície (os 20% restantes de efluência total). A efluência de massa total foi escolhida de uma maneira tal que o painel resultante tivesse 15 mm de espessura, com uma densidade de 660 kg/m3, com um fator de aquecimento de 9,6 s/mm em uma prensa sólida de 4 5 m de comprimento. A temperatura do óleo que circula para aquecer a prensa sólida era de 245°C na zona de alimentação, descendo para 2400C e até 2300C à medida que a esteira prosseguia através da prensa. As chapas saíram da prensa, foram então cortadas, esfriadas e condicionadas para o teste. As propriedades físicas das chapas foram determinadas utilizando os métodos padrão descritos na presente invenção, e os resultados são mostrados abaixo na Tabela 11.

Os resultados do Exemplo 7 mostraram que a adição da espuma de PUR triturada manteve ou ainda inesperadamente incrementou as propriedades físicas, em particular a rigidez e a resistência, ao substituir o material aglutinante (pMDI) caro, com intensivo gasto de energia e potencialmente perigoso por um produto reciclado (PUR).

Tabela 11: Composição e propriedades físicas do Exemplo 7

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EXEMPLO 8

As chapas foram produzidas exatamente tal como no Exemplo 2, exceto pelo fato que diversos tipos diferentes de pó de poliuretano foram utilizados para substituir 4 0% do pMDI. Estes incluíram A) espuma de poliuretano termoformável semi-rígida de sucata finamente triturada (tamanho máximo de 200 micra) da manufatura de forro de teto automotivo; B) sucata finamente triturada (tamanho máximo de 200 micra) da manufatura de espuma de poliuretano flexível convencional; C) sucata de manufatura de espuma de poliuretano viscoelástica grosseiramente triturada (tamanho máximo de 590 micra) ("espuma de memória"); D) sucata de manufatura de espuma de poliuretano viscoelástica grosseiramente triturada (tamanho máximo de 1200 micra); E) sucata finamente triturada (tamanho máximo de 2 00 micra) da manufatura de espuma de poliuretano flexível com elevada resiliência; e F) sucata de espuma finamente triturada (tamanho máximo de 200 micra) assentos automotivos reciclados. Todos os pós de poliuretano resultaram em chapas satisfatórias que atenderam as especificações do fabricante quanto à densidade, a intensidade de ligação interna (a seco e após duas horas de ebulição), o módulo de ruptura, o módulo de elasticidade, o intumescimento da espessura, o intumescimento da borda e a absorção de água.

O presente pedido de patente descreve diversas limitações de faixas numéricas que suportam qualquer faixa dentro das faixas numéricas descritas, mesmo que uma limitação de faixa precisa não seja indicada textualmente no relatório descritivo, uma vez que as realizações da invenção podem ser praticadas em todas as faixas numéricas descritas. Finalmente, a descrição completa das patentes e das publicações citadas neste pedido de patente, caso haja uma, é incorporada na presente invenção em sua totalidade a título de referência.

Claims

1. MATERIAL COMPÓSITO, caracterizado pelo fato de compreender um material de reforço sólido e uma matriz, em que a matriz compreende uma resina aglutinante e partículas de poliuretano sólidas, em que a resina aglutinante é um aglutinante sólido ou um aglutinante líquido, e em que pelo menos 50 por cento em peso do material compósito é consiste no material de reforço sólido.

2. MATERIAL COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a porcentagem em peso das partículas de poliuretano sólidas na matriz consiste em 5 a 95 por cento em peso da matriz.

3. MATERIAL COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a porcentagem em peso das partículas de poliuretano sólidas na matriz consiste em de 30 a 60 por cento em peso da matriz.

4. MATERIAL COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material de reforço sólido compreende madeira.

5. MATERIAL COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a madeira está em uma forma selecionada do grupo que consiste em folhas, camadas, pastilhas, filamentos, lascas, partículas, pó, e as combinações destes.

6. MATERIAL COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o material de reforço sólido também compreende fibras.

7. MATERIAL COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que as fibras são selecionadas do grupo que consiste em fibras de carbono, fibras de vidro, fibras de aramida, fibras de celulose, e as combinações destas.

8. MATERIAL COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a matriz está em uma forma de uma fase contínua ou uma fase descontínua.

9. MATERIAL COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o aglutinante é selecionado do grupo que consiste em MDI polimérico, fenol formaldeído, uréia formaldeído, melamina formaldeído, e as combinações destes.

10. MATERIAL COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material de reforço sólido é orientado em um plano do material compósito.

11. PROCESSO PARA MANUFATURAR UM MATERIAL COMPÓSITO, que compreende um material de reforço sólido e uma matriz, em que a matriz compreende uma resina aglutinante e partículas de espuma de poliuretano sólidas, em que a resina de aglutinante é um aglutinante sólido ou um aglutinante líquido, e em que pelo menos 50 por cento em peso do material compósito consiste no material de reforço sólido, sendo que o método é caracterizado pelo fato de compreender a deposição da resina aglutinante e das partículas de espuma de poliuretano no material de reforço sólido para formar um precursor de compósito, e o tratamento do precursor de compósito para formar o material compósito.

12. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a deposição da resina aglutinante e das partículas de espuma de poliuretano no material de reforço sólido é efetuada ao aspergir uma mistura de resina aglutinante e partículas de espuma de poliuretano no material de reforço sólido.

13. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a deposição da resina aglutinante e das partículas de espuma de poliuretano no material de reforço sólido é efetuada ao espalhar as partículas de poliuretano no material de reforço sólido e ao aspergir subseqüentemente a resina do aglutinante no material de reforço sólido.

14. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o tratamento do precursor de compósito para formar o material compósito compreende o tratamento do precursor de compósito sob calor e pressão.

15. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o tratamento do precursor de compósito sob calor e pressão é executado em um molde ou em uma autoclave.

16. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o material de reforço sólido compreende madeira.

17. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a madeira está em uma forma selecionada do grupo que consiste em folhas, camadas, pastilhas, filamentos, lascas, partículas, pó, e as combinações destes.

18. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o material de reforço sólido também compreende fibras.

19. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que as fibras são selecionadas do grupo que consiste em fibras de carbono, fibras de vidro, fibras de aramida, fibras de celulose, e as combinações destas.

20. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o aglutinante é selecionado do grupo que consiste em MDI polimérico, fenol formaldeído, uréia formaldeído, melamina formaldeído, e as combinações destes.

21. MATERIAL COMPÓSITO, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o material compósito é uma chapa de filamentos orientados, e em que a matriz nas camadas de superfície compreende partículas de espuma de poliuretano rígida triturada.