BRPI1005972A2 - aditivos aglutinantes para materiais compostos - Google Patents

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BRPI1005972A2
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Maike Peters
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Georg Burkhart
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Abstract

ADITIVOS AGLUTINANTES PARA MATERIAIS COMPOSTOS. A presente. invenção refere-se às composições contendo pelo menos um aglutinante e pelo menos um aditivo tensoativo no processo para preparação de corpos moldados de compósito, assim como emprego do mesmo.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ADITIVOS AGLUTINANTES PARA MATERIAIS COMPOSTOS".
A presente invenção refere-se a corpos compostos moldados que compreendem materiais contendo celulose, vidro, mineral, polímero e/ou metal, aglutinantes e pelo menos um aditivo da estrutura I indicada, e ao processo para preparação dos mesmos.
A preparação desses corpos moldados ocorre de preferência por prensagem a quente de materiais que são colados com aglutinantes, sendo que a umectação dos materiais pelo aglutinante foi aperfeiçoada por meio de aditivos.
A preparação dos corpos moldados, na maior parte comprimi- dos, ou denominados compósitos ou compostos, tais como placas OSB (ori- ented strand board), placas de aglomerado, placas de fibra, placas de ma- deira compensada ou também placas de cortiça e espumas de compostos em flocos com aglutinantes em uma ferramenta de moldar aberta ou fechada é conhecida de diversas descrições da literatura e Patente WO 98/00464, US 5.008.359, US 5.140.086, US 5.204.176, US 3.440.189. Os corpos mol- dados podem consistir em diversos materiais contendo celulose, como apa- ras, fibras ou grânulos, mas também palha ou linho. Na preparação podem ser empregados opcionalmente também catalisadores, coadjuvantes e/ou outros aditivos.
Nos processos de preparação são necessárias temperaturas de 0 a 400°C, para assegurar a reação dos aglutinantes com o material conten- do celulose e a formação dos materiais na forma final desejada, como, por exemplo, placas. Aqui foram atingidas ou empregadas pressões de 0 a 10 MPa(0a 100 bar).
O teor de massa dos aglutinantes no peso total do corpo molda- do, dependendo do tipo do aglutinante empregado e do tipo de compósito, encontra-se entre 1 a 50 % em peso, de preferência 5 a 35 % em peso, e especialmente menos do que 20% em peso.
São empregados como aglutinantes todos os tipos de isociana- tos polifuncionalizados, tipicamente poli-isocianatos aromáticos. O poli- isocianato aromático mais amplamente disseminado é o di-isocianato de di- fenilmetano polimérico (PMDI). Além dos isocianatos, são empregadas di- versas resinas de formaldeído como aglutinantes para corpos moldados compostos. Dentre as resinas mais comuns estão: ureia/formaldeído, fe- nil/formaldeído, ou melamina/formaldeído e misturas dos mesmos. Em quan- tidades reduzidas também são empregados aglutinantes de matérias primas renováveis, tais como taninos, Iigninas ou proteínas.
Um fator importante na preparação de corpos moldados de compósitos, como, por exemplo, placas de materiais contendo celulose e aglutinante, são as condições de contorno entre as partículas individuais ou fibras e o aglutinante. Assim duas propriedades do aglutinante desempe- nham um papel importante: por um lado, a profundidade de penetração do aglutinante no material mais importante, entretanto, é a umectação da super- fície do material, por exemplo, da superfície da madeira ou do aglutinante.
Através da adição de pequenas quantidades de aditivos na forma de subs- tâncias tenso ativas, a tensão superficial do aglutinante é reduzida, o que leva à um melhor espalhamento do aglutinante na superfície do material. Ao mesmo tempo o comportamento de intumescimento de todos os corpos mol- dados prensados é influenciado positivamente (intumescimento menos disseminado).
É, portanto, tarefa da invenção preparar novos corpos moldados de compósitos através do emprego de composições, que modificam de tal forma o aglutinante requisitado, que acarretam uma melhor distribuição do aglutinante na superfície, o que leva a uma melhor aderência e a um com- portamento de intumescimento mínimo do corpo moldado de compósito.
Um objeto da invenção é, portanto, corpos moldados de compó- sitos que foram preparados com o emprego de composições, que contêm pelo menos um aglutinante e pelo menos um aditivo tenso ativo.
O aditivo tenso ativo pode assim ser um composto orgânico, de preferência um composto orgânico metálico e/ou um composto orgânico de silício, e em particular um siloxano de fórmula (I).
O corpo moldado de compósito consiste em materiais contendo celulose, vidro, minerais, polímero e/ou metal.
Um outro objeto da invenção é também a própria composição, contendo um aglutinante orgânico e pelo menos uma substância tenso ativa.
De preferência a substância tensoativa nas composições é um siloxano da fórmula (I).
Um outro objeto da invenção é, portanto, composições, que dis- tinguem-se pelo fato de conterem compostos tenso ativos da fórmula (I) contendo
<formula>formula see original document page 4</formula>
onde
a independentemente um do outro é 0 a 500,
b independentemente um do outro é 0 a 60,
c independentemente um do outro é 0 a 10, de preferência 0, ou é > 0 a 5, e em particular 1, 2 ou 3,
d independentemente um do outro é 0 a 10, de preferência 0, ou > 0 a 5, e em particular é 1, 2 ou 3,
com a condição de que por molécula da fórmula (I) o número médio £d das unidades Teo número médio £c das unidades Q por molécula, respectiva- mente não é maior do que 50, o número médio £a das unidades D por mo- lécula não é maior do que 2000, e o número médio Xb das unidades silóxi portadoras de R4 por molécula não é maior do que 100,
R independentemente um do outro é pelo menos um radical hi- drocarboneto, saturado ou insaturado, do grupo linear, cíclico ou ramificado, alifático ou aromático, com 1 a 20 átomos de C, de preferência, entretanto, um radical metila, R5 independentemente um do outro é R4 ou R, R4 independentemente um do outro é um radical orgânico dife-
rente de R, ou um fragmento selecionado do grupo
<formula>formula see original document page 5</formula>
-CH2-CH2-CH2-0-CH2-C(CH20H)2-CH2-CH3 é, onde χ 0 a 100, de preferência > 0, em particular 1 a 50, x'0 a 1,
y 0 a 100, de preferência > 0, em particular 1 a 50, R1 independentemente um do outro representa um grupo alquila
ou arila substituído ou não substituído com 1 a 12 átomos de C, por exem- plo, um radical alquila, arila ou halogenoalquila ou halogenoarila, substituído e, onde, dentro de um radical R4 e/ou de uma molécula da fórmula I, podem estar presentes substituintes R1diversos entre sí, e
R2 independentemente um do outro representa um radical hidro- gênio ou um grupo alquila com 1 até 4 átomos de C, um grupo -C(O)-R' com R' = radical alquila, um grupo -CH2-O-R1, um grupo alquilarila, como por e- xemplo um grupo benzila ou o grupo -C(O)NH-R1,
R3 representa um radical linear, cíclico ou ramificado ou substitu- ído, por exemplo, substituído por halogênio, radical hidrocarboneto com 1 a 50, de preferência 9 a 45, de preferência 13 a 37 átomos de C,
R7 independentemente um do outro representa R, R4 e/ou um radical com heteroátomos, substituídos, funcionalizados, orgânicos, satura- dos ou insaturados, selecionados do grupo dos radicais alquila, arila, cloro-
ou alquila, cloroarila, fluoralquila, cianoalquila, acriloxiarila, acriloxialquila, meta- criloxialquila matacriloxipropil ou radicais vinila.
As diversas unidades monoméricas dos constituintes indicados nas fórmulas (cadeias de siloxano ou cadeias de polioxialquileno) podem estar construídas entre sí em bloco com um número qualquer, de blocos e uma seqüência qualquer ou uma distribuição estatística. Os índices empre- gados nas fórmulas devem ser considerados valores estatísticos médios.
Vantajosamente são empregados 0,01 a 70 % em peso, de pre- ferência 0,01 a 50 % em peso, e muito particularmente 0,01 a 10 % em pe- so, de pelo menos um aditivo tenso ativo de acordo com a invenção, sendo que a % em peso é relativa à quantidade do aglutinante, na preparação do corpo moldado de compósito.
O corpo moldado de compósito é preparado com emprego de preferência de 99 a 0,1 % em peso, em particular 99 a 1 % em peso de um material contendo celulose, relativo à formulação total.
Como aglutinantes podem ser empregados poliisocianatos, resi- nas de ureia/formaldeído, fenol/formaldeído e/ou melamina/formaldeído so- zinhos ou em misturas uns com os outros. A fração de aglutinante no corpo moldado de compósito é de 1 a 50 % em peso, de preferência 5 a 35 % em peso, e em particular menos do que 20 % em peso relativo à formulação to- tal do corpo moldado de compósito.
Os corpos moldados de acordo com a invenção podem conter outros materiais. Em particular as composições de acordo com a invenção podem conter outros aditivos orgânicos, agentes tensoativos e/ou emulsifi- cantes e/ou solventes.
Além disso, pode ser vantajoso, quando a composição de acor- do com a invenção contém um solvente, em particular um solvente orgânico, de preferência um solvente não reativo com isocianato.
Um outro objeto da invenção é um processo para preparação do corpo moldado de compósito por compressão(Verpressen) de materiais co- lados, em particular materiais contendo celulose. O processo distingue-se, em particular, pelo fato da temperatura de pressão a uma compressão a quente se situar de O a 400°C, de preferência de 100 a 300°C e muito es- pecialmente preferido de 150 a 250°C.
Vantajosamente no processo o aditivo tensoativo é introduzido no aglutinante e a mistura é, em seguida, aplicada ao material ou matérias- primas, por exemplo, diretamente segundo processos usuais para os espe- cialistas.
A pressão obtida na etapa de prensagem situa-se em 0 a 10 MPa (0 a 100 bar), de preferência 2 a 8 MPa(20 a 80 bar). A preparação dos corpos moldados de compósito ocorre tanto de maneira contínua (prensa- gem por rolos), como também descontínua (prensagem por placas).
Os corpos moldados têm emprego na forma de placas, blocos, meadas(extrusão), e vigas. Essas são empregadas para a preparação de objetos de qualquer tipo, em particular para preparação de móveis e partes de móveis, assim como na construção civil e de interiores.
Um outro objeto da invenção são corpos moldados de compósi- tos na forma de placas de aglomerado, placas OSB, placas de fibra, placas de madeira compensada e/ou placas de cortiça, preparados segundo um dos processos mencionados com o emprego das composições de acordo com a invenção.
Outras formas da invenção são derivadas das reivindicações, cujo teor da divulgação é parte dessa descrição em sua totalidade.
Os corpos moldados dos compósitos de acordo com a invenção, processos para sua preparação, composições de aglutinantes e seu empre- go são a seguir descritos como exemplo, sem que a invenção seja limitada a essas formas de execução exemplificadas.
Se as seguintes faixas, fórmulas gerais ou classes de compostos forem indicados, então esses abrangem não só as respectivas faixas ou grupos de compostos que são explicitamente mencionados, mas também todas as faixas parciais e grupos parciais de compostos que podem ser obti- dos por extração dos valores individuais (faixas) ou compostos.
Exemplos
A estrutura dos compostos empregados nos exemplos de em- prego pode ser deduzida da tabela 1. Os parâmetros indicados na tabela 1 referem-se à fórmula (I) acima mencionada.
Tabela 1: composições dos exemplos 1 a 5. contendo compostos da fórmula (I)
<table>table see original document page 8</column></row><table>
* R4 = -CH2-CH2-CH2-0-(CH2-CH20-)x-(CH2-CH(R1)0-)y-R2 os aditivos podem ser empregados como matéria-prima pura, mas também como misturas.
Esses aditivos são agitados diretamente no aglutinante e junta- mente com esses são aplicados nas partes moldadas.
De modo clássico o material a base de compósito, por exemplo, o material contendo celulose, é introduzido na forma de fibras ou partículas, reagido com o aglutinante, e em seguida moldado em uma prensa metálica.
0,2 % em peso da substância tenso ativa foi agitada no agluti- nante correspondente e em seguida aplicada em uma quantidade de 40 μl em madeira (Pinheiros) e uma placa metálica. Após 10 minutos o espalha- mento da gota foi determinado. Adicionalmente a tensão tensoativa foi medi- da com o auxílio de um tensômetro Kruss.
Para verificação da espessura do intumescimento foram prepa- radas peças prensadas com um diâmetro de 8,5 cm com as misturas de a- paras coladas abaixo indicadas. Em seguida as peças prensadas foram co- locadas por 24 h em água e determinou-se as espessuras antes e após a hidratação.
Nas peças moldadas das misturas 1 até 4 foram empregados 4 % em peso de aglutinantes relativo à formulação geral; relativo à fração de aglutinantes são respectivamente empregados 0,2 % em peso do aditivo tenso ativo. A mistura adesiva PMDI foi preparada sem adição do aditivo.
Nos exemplos comparativos VM1 foram empregados 4 % em peso de PMDI puro como aglutinante relativo à formulação total, assim co- mo, no exemplo comparativo VM2, um sistema aglutinante de resina de ure- tano-formaldeído - resina UF . Na resina UF a fração de aglutinante foi de 10 % em peso relativo à formulação total.
Os resultados da espessura de intumescimento são indicados na tabela 2 na forma de acréscimos percentuais.
Exemplos de acordo com a invenção (mistura 1 a 5):
Mistura 1 (PMDI): Bayer Desmodur® 1520 A20 + 0,2 % em peso do Exemplo 1
Mistura 2 (PMDI): Bayer Desmodur® 1520 A20 + 0,2 % em peso exemplo 2
Mistura 3 (PMDI): Bayer Desmodur® 1520 A20 + 0,2 % em peso exemplo 3
Mistura 4 (PMDI): Bayer Desmodur® 1520 A20 + 0,2 % em peso exemplo 4
Mistura 5 (UF): BASF Kaurit® Leim 350 + 0,2 % em peso exemplo 5
UF é uma resina de uretano-formaldeído; 10 % em peso de quantidade de adesivo relativo à formulação total.
VM 1 PMDI sem aditivo de acordo com a invenção, 4 % em pe- so de aglutinante
VM 2 Resina UF sem aditivo de acordo com a invenção, 10 % em peso de aglutinante
A fração percentual do aditivo é relativa à fração de aglutinante.
Tabela 2: umectação e espessura de intumescimento
<table>table see original document page 9</column></row><table> * Ensaio comparativo sem adição de uma substância tenso ativa
**aumento percentual relativo à medida de comprimento
Os exemplos comparativos VM1, que mostram PDMI puro sem uma adição do aditivo de acordo com a invenção, e o exemplo comparativo VM2, que mostra a resina de uretano-formaldeído sem outra adição de um aditivo, mostram valores comparativamente reduzidos para a superfície mo- lhada, enquanto que os exemplos das misturas 1 a 5 de acordo com a in- venção, apresentam uma superfície molhada essencialmente mais elevada, e também apresentam tensões artificiais essencialmente diminuídas.
Surpreendentemente a superfície molhada aumenta pelo menos em torno de 50% com uma adição de apenas 0,2% em peso do aditivo de acordo com a invenção (relativo à quantidade de aglutinante), na mistura 1 em torno de 115%, a mistura 2 em torno de 171 %, na mistura 3 em torno de 73%, na mistura 4 em torno de 186 % e na mistura 5 perante a resina UF, em torno de 100%.
Igualmente notável é que a espessura de intumescimento após a umectação é visivelmente reduzida, quando ao aglutinante é adicionado um aditivo de acordo com a invenção.
Os ensaios comparativos para o emprego sem substância tenso ativa confirmam além disso que para obtenção das mesmas propriedades dos corpos de compósitos pelo menos 15% em peso, de preferência 25% em peso de aglutinante podem ser economizados, o que leva a uma vanta- gem de custos.

Claims (17)

1. Corpos moldados de compósitos preparados com o emprego de uma composição contendo pelo menos um aglutinante e pelo menos um aditivo tensoativo.
2. Corpos moldados de compósitos de acordo com a reivindica- ção 1, caracterizado pelo fato de que o aditivo tenso ativo é um composto orgânico, de preferência um composto organometálico e/ou um composto orgânico de silício.
3. Corpos moldados de acordo com a reivindicação 2, caracteri- zado pelo fato de que os mesmos consistem em materiais contendo celulo- se, vidro, minerais, polímero e/ou metal.
4. Corpos moldados de acordo com pelo menos uma das reivin- dicações 2 a 3, caracterizado pelo fato de que o aditivo tenso ativo é um composto de fórmula geral (I) <formula>formula see original document page 11</formula> a independentemente um do outro é O a 500, b independentemente um do outro é O a 60, c independentemente um do outro é O a 10, d independentemente um do outro é 0 a 10, com a condição de que por molécula de fórmula (I) o número médio Xd das unidades Teo número médio Xc das unidades Q por molécu- la respectivamente não é maior do que 50, o número médio Xa das unidades D por molécula não é maior do que 2000 e o número médio Xb das unidades portadoras de silóxi R4 por molécula não é maior do que 100, R independentemente um do outro é pelo menos um radical do grupo linear, cíclico ou ramificado, alifático ou aromático, hidrocarboneto sa- turado ou insaturado com 1 a 20 átomos de C R5 independentemente um do outro é R4 ou R, R4 independentemente um do outro é um radical orgânico dife- rente de R, ou um fragmento selecionado do grupo -CH2-CH2-CH2-0-(CH2-CH20-)x-(CH2-CH(R1)0-)y-R2 -CH2-CH2-0-(CH2-CH20-)x-(CH2-CH(R1)0-)y-R2-CH2-R3 -CH2-CH2-(O)x-R3 -CH2-CH2-CH2-0-CH2-CH(0H)-CH20H CH2-C-C-O-C-C—CH2 H2 H2 H2 Χ07 —C H2—C H2" ou -Ch2-Ch2-CH2-O-CH2-C(CH2OH)2-CH2-CH3 ist, onde χ 0 até 100, χ' 0 ou 1, y 0 até 100, R1 independentemente um do outro é um grupo alquila ou arila substituído ou não substituído com 1 a 12 átomos de C, sendo que dentro de um radical R4 e/ou uma molécula da fórmula I, podem estar presentes subs- tituintes R1 diferentes entre si, e R2 independentemente um do outro representa um radical hidro- carboneto ou um grupo alquila com 1 a 4 átomos de C, um grupo -C(O)-R1 com R' = radical alquila, um grupo -CH2-O-R1, um grupo alquilarila, ou o gru- po -C(O)NH-R1, R3 é um radical hidrocarboneto linear, cíclico ou ramificado ou substituído com 1 a 50 átomos de C, R7 independentemente um do outro é R, R4 e/ou um radical or- gânico, saturado ou insaturado, funcionalizado, substituídos por heteroáto- mos selecionado do grupo dos radicais alquila, arila, cloroalquila, fluoroalqui- la, cianoalquila, acriloxiarila, acril-oxialquila, metacriloxialquila, metacriloxi- propila ou pode ser um radical vinila.
5. Corpos moldados de compósito preparados de acordo qual- quer uma das reivindicações 1 a 4, com emprego de 99 a 0,1 % em peso de pelo menos uma matéria-prima contendo celulose.
6. Corpos moldados de compósito de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, preparados com emprego de 1 a 50 % em peso de pelo menos um aglutinante.
7. Corpos moldados de acordo com qualquer uma das reivindi- cações 1 a 6, preparados com o emprego de 70 a 0,01% em peso de pelo menos de um aditivo tensoativo relativo à quantidade de aglutinante.
8. Corpos moldados de compósito preparados de acordo qual- quer uma das reivindicações 1 a 7, preparados com o emprego de outros aditivos, agentes tensoativos, solventes e/ou emulsificantes.
9. Processo para preparação de um corpo moldado de compósi- to de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, por prensagem contínua ou descontínua de materiais adesivos.
10. Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a temperatura de prensagem é de 0 a 400 0C a uma pres- são de 0 a 10 MPa (0 a 100 bar).
11. Processo de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracteri- zado pelo fato de que, como aglutinante, são empregados poli-isocianatos, resinas de ureia/formaldeído, fenol/formaldeído e/ou melamina/formaldeído sozinhos ou em mistura um com os outros.
12. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 11, caracterizado pelo fato de que o aditivo tensoativo é introduzido no a- glutinante e a mistura é aplicada em seguida na peça.
13. Emprego do corpo moldado de compósito como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 8, para preparação de objetos de todos os tipos, em particular na forma de placas, blocos, vigas ou meadas.
14. Emprego do corpo moldado de compósito de acordo com a reivindicação 13, para preparação de móveis e partes de móveis, de materi- ais de empacotamento, na construção civil e decoração de interiores.
15. Composição contendo um aglutinante orgânico e pelo menos uma substância tensoativa para emprego em um processo como definida em qualquer uma das reivindicações 9 a 12.
16. Composição de acordo com a reivindicação 15, caracteriza- do pelo fato de que a substância tensoativa é um siloxano da fórmula (I).
17. Corpo moldado de compósito na forma de uma placa de a- glomerado, placa OSB1 placa de fibra, placa de madeira compensada, e/ou placa de cortiça preparadas segundo um processo como definido em qual- quer uma das reivindicações 9 a 12.
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