ES2241536T3 - Dispersiones de resina de melamina. - Google Patents

Dispersiones de resina de melamina.

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ES2241536T3 ES00122572T ES00122572T ES2241536T3 ES 2241536 T3 ES2241536 T3 ES 2241536T3 ES 00122572 T ES00122572 T ES 00122572T ES 00122572 T ES00122572 T ES 00122572T ES 2241536 T3 ES2241536 T3 ES 2241536T3
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Abstract

Dispersiones acuosas de resina de melamina que contienen como fase discontinua una resina de melamina, que está estabilizada con una combinación constituida por un coloide protector catiónico y por un coloide protector aniónico.

Description

Dispersiones de resina de melamina.
La presente invención se refiere a dispersiones acuosas de resina de melamina, que contienen a modo de fase discontinua, una resina de melamina, que está estabilizada con una combinación constituida por un coloide protector catiónico y por un coloide protector aniónico.
Además la invención se refiere a preparaciones que contienen estas dispersiones, a láminas decorativas, que están recubiertas con estas preparaciones, a materiales de madera, que están recubiertos con estas láminas decorativas así como a procedimientos para la obtención de las dispersiones de resina de melamina, láminas decorativas y materiales de madera recubiertos.
Las soluciones de resina de melamina constituidas por melamina y formaldehído son conocidas en general, por ejemplo por el manual Kunststoff-Handbuch, 2ª edición, 1988, tomo 10, páginas 41 hasta 49.
Frecuentemente se fabrican, a partir de las mismas, láminas de resina de melamina mediante impregnación y recubrimiento de papel, que entre otras cosas encuentran aplicación para el recubrimiento de artículos de madera en la industria del mueble.
Se exigen diversos requisitos por parte de la industria transformadora y por parte de los usuarios finales a las resinas de melamina y a los productos fabricados con las mismas, en lo que se refiere a las propiedades de transformación así como también a las propiedades finales de las resinas de melamina y a los productos fabricados con las mismas.
De acuerdo con el estado de la técnica se impregna una banda de un papel decorativo en un procedimiento, que comprende una o dos etapas, con un condensado de resina de melamina, se seca y, a continuación, se lamina sobre una placa de soporte bajo presión y efecto del calor. En el caso de los procedimientos con una sola etapa son idénticas las resinas que cargan el papel y que forman la superficie sellante. En el caso de los procedimientos de impregnación con dos etapas se carga en primer lugar el papel decorativo con un 50 a un 100% de resina sólida (referido al peso del papel) y, tras un secado previo opcional, se aplica otra resina mediante inmersión, aplicación mediante rasqueta o aplicación a brocha sobre el lado superior y/o sobre el lado inferior de la banda de papel. De este modo es posible emplear cualidades diferentes de resina de impregnación en ambas etapas de impregnación. Para la carga de la banda de papel se emplean preferentemente resinas de impregnación de urea-formaldehído, más baratas, o mezclas constituidas por resinas de impregnación de urea-formaldehído y de melamina-formaldehído. La capa de cobertura, que es decisiva para las propiedades del producto, está constituida, preferentemente, por resina de melamina pura.
En lo que se refiere a la aptitud a la transformación de las resinas de melamina, es deseable, especialmente, que las resinas de melamina puedan ser diluidas perfectamente con agua incluso después de un almacenamiento prolongado, es decir que no deben formar un coagulado pegajoso cuando se diluyan con agua. Una buena aptitud de dilución con agua es importante puesto que esta propiedad es la condición para una limpieza fácil de los recipientes de transporte y de las máquinas de transformación. Además es deseable que las resinas de melamina no formen una piel durante el secado de la banda de papel impregnada. Una aparición prematura de película de la superficie de la resina o bien una formación de piel es perjudicial puesto que, de este modo, se impide el proceso subsiguiente de secado y se reduce la velocidad de secado. Para el transformador tiene un gran interés, sin embargo, un secado tan rápido como sea posible y, de este modo, una elevada productividad.
En lo que se refiere a las propiedades de uso de las láminas fabricadas con las resinas de melamina, éstas deben presentar una cierta elasticidad con el fin de que puedan recubrirse con las mismas también las superficies estructuradas y perfiladas de las piezas de material de madera sin que se produzca una formación de grietas en las láminas sobreprensadas. Además, la elasticidad debe ser suficientemente grande para que los procesos de hinchamiento y de contracción en el material de madera, como los que pueden presentarse, por ejemplo, debido a la modificación del clima ambiental, tampoco conduzcan a una formación de grietas superficiales. Además de una estabilidad a las grietas de este tipo, las láminas de resina de melamina sobreprensadas deben ser insensibles, adicionalmente, frente a la humedad y, especialmente, frente al vapor de agua.
Además, los recubrimientos superficiales deben proporcionar una impresión de color tan brillante como sea posible. Sin embargo a esto se opone, frecuentemente, el que las resinas, empleadas para la impregnación de los papeles decorativos, se agrisan durante el endurecimiento y tienen tendencia a la formación de exudaciones blancas y, de este modo, atenúan el efecto de color de los papeles decorativos, estampados con colores o coloreados en la masa. Esto se produce especialmente en el caso de los papeles decorativos negros, que ya no presentan, frecuentemente, el "grado de negrura" deseado.
Además se requiere a los fabricantes de muebles que los materiales impregnados, fabricados con las resinas de melamina, formen superficies altamente brillantes durante el sobreprensado sobre piezas de mobiliario.
Las soluciones de resina de melamina, conocidas por el estado de la técnica, son capaces de cumplir en general ya de una manera muy buena este perfil de requisitos. Desde luego estas soluciones de resina requieren ser todavía mejoradas en lo que se refiere a la aptitud a la dilución con agua tras el almacenamiento. Además se considera un inconveniente el que las soluciones de resina se transformen prematuramente en película tras la aplicación sobre el papel decorativo a ser recubierto, lo cual puede conducir a perturbaciones del proceso de secado en forma de formación de burbujas o de polvo o bien a menores velocidades de las máquinas y a perturbaciones de las superficies de las láminas.
Además se conocen, por el estado de la técnica, dispersiones acuosas de resina de melamina que están ya total o parcialmente endurecidas.
Un procedimiento similar para la fabricación de partículas de benzoguanamina-melamina-formaldehído está descrito en la publicación US 3,945,980. En este caso se diluye el precondensado de aminorresina hasta que se sobrepase su límite de compatibilidad con el agua con adición de alcohol polivinílico y se endurece térmicamente y con ácidos.
Además se ha descrito la fabricación de partículas de resina de melamina en las memorias descriptivas de las patentes europeas EP 0 415 273 y EP 0 363 752. Como material de partida se emplea, en este caso, una resina de melamina eterificada con metanol y se reticula de forma ácida y térmica, en presencia de un polímero que contiene ácido sulfónico, a concentraciones del 7% aproximadamente. Estas resinas de melamina no son prácticamente adecuadas para la fabricación de láminas decorativas puesto que se libera metanol durante la fabricación de las láminas o de los materiales de madera recubiertos, lo cual es inaceptable por motivos de higiene en el trabajo.
Procedimientos similares a los anteriores han sido descritos en las publicaciones DD 224 602, JP 11021355, SU 441 272, JP 62068811, DD 248803 y DE 3 628 244. En cualquier caso se forman polvos de duroplasto completamente endurecidos, infusibles e insolubles con tamaños de grano variables, que se recomiendan como material de calibración, pigmentos, modificadores de la reología, cargas, agentes protectores contra la llama o agentes para el mateado. Los rendimientos espacio-tiempo son insatisfactorios en todos los casos y los tamaños de las partículas están, en parte, fuertemente dispersados en función del empleo de los sistemas descritos de coloides protectores.
La fabricación de partículas de resina de melamina se conoce, además, por la publicación US 3,428,607. Se describe la fabricación de partículas de resina de melamina, endurecidas, mediante introducción bajo agitación de un condensado previo de MF en una solución acuosa de coloides protectores tales como carboximetilcelulosa, gelatina, Agar-Agar, almidones o alginatos a concentraciones de la resina de melamina desde un 0,01% hasta un 10% y reacción a pH: 6-8 y a la temperatura de ebullición del disolvente.
Se conocen por la publicación US 5344704 mezclas acuosas que contienen partículas de resina de melamina, preendurecidas, así como otro aglutinante (por ejemplo alginato de Na o celulosa microcristalina). Mediante impregnación o recubrimiento de papeles decorativos con esta mezcla, secado, impregnación con soluciones de resina de melamina y a continuación endurecimiento se fabrican láminas a partir de las mismas, que se emplean para el recubrimiento superficial. Estas mezclas se fabrican por endurecimiento parcial o total de una resina de melamina y a continuación molienda hasta un tamaño medio de las partículas de aproximadamente 50 \mum y dispersión en agua o en una solución de resina de melamina junto con un coloide protector. El inconveniente de este procedimiento consiste especialmente en que estas dispersiones coagulan rápidamente debido al tamaño de las partículas de resina, además la molienda de la resina parcialmente endurecida es técnicamente complicada.
La publicación WO 97/07152 describe un procedimiento para la obtención de dispersiones acuosas, que contienen resina de melamina total o parcialmente endurecida. En este caso se combina una solución acuosa de resina de melamina con una suspensión acuosa de un coloide protector insoluble en agua, por ejemplo celulosa microcristalina, precipitándose la resina de melamina cuando se sobrepasa su límite de solubilidad y se forma una dispersión estable. Esta mezcla se hace reaccionar a continuación, en caso dado, adicionalmente con el fin de que la resina de melamina alcance el grado de endurecimiento deseado. Las partículas de resina de melamina, obtenidas de este modo, presentan un tamaño medio de las partículas situado por debajo de 1 \mum hasta 700 \mum. Además se hace mención a que no son adecuados para la fabricación de partículas de resina de melamina adecuadas los jabones y los coloides protectores usuales, solubles en agua, puesto que esto conduce, en el caso de los jabones, a problemas industriales para la fabricación de dispersiones de resina de melamina y en el caso de los coloides protectores a dispersiones finamente divididas, heterogéneas en cuanto a su tamaño. Las dispersiones de resina de melamina, estabilizadas con coloides protectores insolubles en agua, tal como la celulosa microcristalina, presentan, por el contrario, el inconveniente de que únicamente pueden fabricarse con contenidos bajos en materia sólida, situados por debajo del 40% puesto que la celulosa microcristalina empleada conduce a la formación de un gel tixotrópico ya a partir de una concentración del 3%. A concentraciones por encima del 40%, con relación a la suma de la melamina y del formaldehído, ya no puede prepararse una dispersión finamente dividida con tamaños de las partículas por debajo de 30 \mum, con celulosa microcristalina. La celulosa microcristalina es conocida, además, como una materia prima costosa.
La tarea de la presente invención consistía por lo tanto en poner a disposición dispersiones de resina de melamina, que no presentasen los inconvenientes del estado de la técnica y que, especialmente, permitiesen la fabricación de láminas con propiedades superficiales sobresalientes tales como brillo, estanqueidad.
Por lo tanto se han encontrado dispersiones de resina de melamina, preparaciones, láminas decorativas y materiales de madera, así como procedimientos para su obtención, definidos al principio.
\newpage
Las dispersiones de resina de melamina, según la invención, se preparan, en general, a partir de
a)
melamina,
b)
por mol de melamina, desde 1,3 hasta 3,0 moles de formaldehído,
c)
en caso dado, por mol de melamina, hasta 0,5 moles de urea y
d)
en caso dado, por mol de melamina, desde 0,01 hasta 0,3 moles de otro compuesto, que sea capaz de reaccionar con formaldehído en una reacción de policondensación.
La melamina (componente a) se utiliza usualmente en forma sólida.
El formaldehído (componente b) se emplea preferentemente en forma de una solución acuosa del 30 hasta el 50% en peso o en forma de paraformaldehído.
La urea (componente c) se utiliza igualmente en forma sólida, en forma de una solución acuosa o en forma de un condensado previo con el formaldehído.
Como componentes (d) entran en consideración, ante todo aquellos que sean utilizados en caso dado junto con formaldehído en la fabricación de resinas de aminoplasto (véase la publicación Ullmanns Encyklopädie der technischen Chemie), 4ª edición, tomo 7, páginas 403 hasta 422), es decir por ejemplo diciandiamida y guanaminas tales como benzoguanamina y acetoguanamina. Igualmente son adecuadas bisguanaminas tales como adipo-, glutaro- o metilolglutarobisguanamina así como compuestos que contengan varios núcleos, por ejemplo aminotriazina condensada.
Como agentes elastificantes (componente e) entran en consideración los materiales siguientes:
-
alcoholes mono o polivalentes, por ejemplo terc.-butanol, etilenglicol, dietilenglicol, trietilenglicol, polibutilenglicol, butanodioles, pentanodioles, hexanodioles, trimetilolpropano, neopentilglicol y sorbitol,
-
aminoalcoholes, por ejemplo etanolamina, dietanolamina y trietanolamina,
-
amidas y lactamas, por ejemplo formamida, metilformamida, dimetilformamida, urea, metilurea, ureas cíclicas, tiourea, poliureas, lactamas con 3 hasta 9 átomos de carbono,
-
etanolamidas, por ejemplo etanolamida del ácido fórmico, etanolamida del ácido acético, trishidroxietilisocianurato-hidroxietilurea,
-
los compuestos anteriormente citados en forma etoxilada, portando estos compuestos, en media, preferentemente de 1 hasta 20 unidades de óxido de etileno, especialmente pertenecen a estos la caprolactama etoxilada, la oligocaprolactama o la policaprolactama etoxilada con, en media, desde 1 hasta 10 unidades de óxido de etileno por unidad de caprolactama y, además, melamina etoxilada,
-
la 2-(5-hidroxi-3-oxapentilamina)-1,3,5-triazina, la 2,4-di-(5-hidroxi-3-oxapentilamina)-1,3-5-triazina, la 2,4,6-tris-(5-hidroxi-3-oxapentilamina)-1,3,5-triazina (THOM) o mezclas de estos compuestos (HOM) y
-
además los agentes elastificantes citados en la publicación EP-A-800543.
Como coloides protectores catiónicos entran en consideración especialmente almidones catiónicos, polivinilimidazol cuaternizado o bien sus polímeros mixtos por ejemplo con vinilpirrolidona, polietileniminas cuaternizadas y polivinilaminas.
El coloide protector aniónico está constituido preferentemente por un copolímero formado por ácido acrílico, acrilato de metilo y ácido 2-acrilamido-2-metilpropanosulfónico. Además son adecuados los compuestos siguientes: la sal de Na del ácido poliacrílico, la sal de Na del ácido polimaleico, las sales de Na de copolímeros del ácido acrílico y del ácido maleico, los condensados del ácido fenolsulfónico-formaldehído, los condensados del ácido naftalinsulfónico-formaldehído, los almidones aniónicos.
El coloide protector aniónico y el coloide protector catiónico se emplearán, usualmente, en una cantidad total desde un 0,02 hasta un 6, preferentemente desde un 0,5 hasta un 3% en peso, referido a la cantidad total de la melamina y del formaldehído empleados para la obtención de la resina de melamina. La proporción en peso entre el coloide protector aniónico y el coloide protector catiónico se encuentra, usualmente, desde 0,02 : 1 hasta 50 : 1, preferentemente desde 0,1 : 1 hasta 10 : 1.
Las dispersiones de resina de melamina se preparan, en general, si
1.
en la primera etapa se prepara, en primer lugar, a partir de los componentes a) hasta d), en caso dado en presencia del coloide protector aniónico y del coloide protector catiónico, una solución acuosa de una resina de melamina y se continua la reacción a un valor del pH de 7 hasta 10, preferentemente desde 7,2 hasta 9 y a una temperatura desde 50 hasta 140, preferentemente desde 90 hasta 120, de forma especialmente preferente desde 60 hasta 100ºC hasta que se presente una turbidez, añadiéndose el coloide protector aniónico y el coloide protector catiónico, en último extremo, en el momento de la aparición de la turbidez; y
2.
la solución de resina de melamina, preparada según la primera etapa, se hace reaccionar ulteriormente a un valor del pH desde 7 hasta 10, preferentemente desde 7,2 hasta 9 y a una temperatura desde 50 hasta 140ºC hasta que se haya transformado en una dispersión.
Para el establecimiento del valor del pH sirven, en general, bases o ácidos de Brönstedt, o substancias tampón tal como por ejemplo la dietiletanolamina.
La reacción puede llevarse a cabo básicamente según los mismos métodos y en los mismos aparatos que la obtención de las soluciones de resina de melamina conocidas en general.
La formación de una fase dispersa puede seguirse muy fácilmente mediante la evaluación óptica (aparición de turbidez) o de una manera mucho más exacta mediante medida de la turbidez en línea por medio de una sonda de dispersión de la luz de fibra óptica hasta un determinado valor de turbidez.
La combinación de la mezcla de la reacción, formada en la etapa 1, con los coloides protectores no es crítica, sin que se requiera el empleo de órganos especiales de agitación con elevado efecto de cizalla.
Una vez que se ha transformado la resina de melamina disuelta en una dispersión, se concluye la reacción mediante refrigeración hasta la temperatura normal y se establece un valor del pH desde 9 hasta 10.
La resina de melamina, que se presenta en forma dispersada en las dispersiones de resina de melamina, presenta, en general, una temperatura de transición vítrea desde 0 hasta 80, preferentemente desde 20 hasta 60ºC y un contenido energético desde 20 hasta 160 J/g (calculado sobre dispersión al 100%).
La temperatura de transición vítrea y el contenido energético pueden determinarse de manera sencilla por medio de medidas DSC (DSC: Differential Scanning Calorimetry-calorimetría de exploración diferencial).
Puede determinarse cuando se ha alcanzado el contenido energético y la temperatura de transición vítrea deseados por medio de un ensayo sencillo, tomándose una muestra en la 2ª etapa aproximadamente cada 5 minutos y realizándose un ensayo por medio de DSC con relación a su contenido energético y a su temperatura de transición vítrea.
Los agentes elastificantes pueden añadirse básicamente en cualquier fase de la obtención o después de la misma. Preferentemente se lleva a cabo, en el caso de los alcoholes y de los derivados de urea, al inicio de la reacción, en el caso de las amidas, en un momento ulterior. El momento de la adición y la conducción de la reacción son decisivos sobre la incorporación del agente elastificante en la matriz de resina e influencian las propiedades del producto debido a la distribución variable resultante en la fase dispersa o en el suero.
Con relación a los motivos de la turbidez y al efecto del coloide protector, se supone lo siguiente:
La formación de una fase dispersa resulta del hidrofobado creciente de los componentes del aminoplasto en el transcurso de la condensación. El aumento del carácter hidrófobo de los componentes del aminoplasto se debe a la formación de agregados subordinados sin formación de enlaces covalentes entre los compuestos de metilol y/o al aumento del peso molecular debido a la formación de los enlaces covalentes.
La contribución, que proporcionan ambos mecanismos al hidrofobado, determina las propiedades de la dispersión. Es posible una diferenciación entre ambos mecanismos mediante el análisis del producto y de las etapas intermedias por medio de espectroscopia cuantitativa ^{13}C-NMR y DSC. Con la espectroscopia cuantitativa ^{13}C-NMR puede determinarse la proporción entre puentes de metileno y puentes de metilenéter y los grupos metilol. Con el método DSC pueden determinarse la temperatura de transición vítrea y el contenido energético de la dispersión y puede hacerse un pronóstico sobre el grado de condensación. Es especialmente deseada una elevada proporción en grupos metilol (> 40% en moles referido a los grupos CH_{2} detectados en el formaldehído), y una temperatura de transición vítrea y un contenido energético según las definiciones. Bajos contenidos energéticos proporcionan dispersiones con propiedades insuficientes.
La agregación de la fase de resina, que se separa, se impide por medio de los coloides protectores empleados. El coloide protector catiónico cubre las superficies límite formadas y estabiliza en primer lugar la dispersión. El coloide protector aniónico cubre ahora las superficies límite, catiónicos, lo cual conduce a una inversión de la carga. Además de la estabilización electrostática, alcanzada de este modo, el coloide protector aniónico en exceso contribuye a la estabilización de la dispersión a través del mecanismo de la estabilización por empobrecimiento. Sin la adición del coloide protector aniónico la dispersión se espesa durante el almacenamiento y forma sedimentos dilatantes. Sin coloide protector catiónico se obtienen únicamente dispersiones groseramente distribuidas con una amplia distribución del tamaño de las partículas (desde 0,5 \mum hasta 500 \mum). Preferentemente la mezcla de la reacción contiene aquellas cantidades de agua que corresponda al contenido en materia sólida de la mezcla de la reacción desde un 40 hasta un 70% en peso. Puesto que este es también preferentemente el valor para la dispersión de la resina de melamina, es innecesario entonces diluirla adicionalmente mediante la adición de agua o concentrarla mediante destilación presión reducida.
La viscosidad de las dispersiones de resina de melamina, preparadas de este modo, se encuentra comprendida, en general, entre 20 y 300 mPas, referido a una dispersión con un contenido en materia sólida de 50%, medida a 20ºC).
El tamaño de las partículas está comprendido, en promedio, entre 0,05 \mum y 300 \mum, preferentemente entre 0,2 \mum y 5 \mum.
Las dispersiones de resina de melamina pueden emplearse, en general, en forma de preparaciones, que contienen
-
la dispersión de resina de melamina según la invención,
-
en caso dado desde un 1 hasta un 200% en peso, referido a la cantidad total de formaldehído y de melamina, en forma de la resina de melamina, de una resina de melamina no endurecida y/o de una resina de urea en forma disuelta,
-
en caso dado un espesante o un agente tixotrópico.
Como soluciones de resina de melamina o de urea, con las cuales pueden emplearse las dispersiones de resina de melamina en forma de las preparaciones, son adecuados productos usuales en el comercio, como los que se recomiendan para la impregnación de papel.
Las preparaciones son adecuadas como productos de impregnación ante todo para la fabricación de materiales impregnados con resina de melamina. De manera análoga pueden emplearse del mismo modo que los productos usuales en el comercio para estos campos de aplicación, a base de resinas de melamina.
Para su fabricación se impregnan papeles, los denominados papeles para impregnación, por ejemplo papeles decorativos y para la capa de núcleo (papel kraft a la sosa), con las resinas de melamina. En este caso se emplean las resinas de melamina en forma de una solución acuosa desde un 40 hasta un 70% en peso, a la que se añade, usualmente, un endurecedor.
Como endurecedores entran en consideración ácidos de Br\oslashnstedt tales como ácidos sulfónicos y carboxílicos aromáticos así como sus anhídridos, por ejemplo ácido maleico, anhídrido del ácido maleico y ácido fórmico, compuestos de amonio, por ejemplo sulfato de amonio, sulfito de amonio, nitrato de amonio, hidrocloruro de etanolamina, sulfito de dimetiletanolamonio así como combinaciones de endurecedores tales como morfolina/ácido p-toluenosulfónico.
Los endurecedores pueden añadirse en cantidades desde un 0,1 hasta un 2,5% en peso, referido a la resina acuosa para la impregnación. El técnico en la materia sabe que la dosificación el endurecedor tiene que adaptarse a las condiciones correspondientes de aplicación industrial, pudiéndose ajustar correspondientemente la reactividad de la mezcla resina de impregnación/endurecedor por ejemplo a través de la medida de los tiempos de turbidez y de los tiempos de gelificación.
Adicionalmente pueden añadirse a los baños para la impregnación agentes auxiliares tales como humectantes. Como humectantes son adecuados, por ejemplo, los alcoholes grasos etoxilados o los etoxilatos de alquilfenol, que pueden ser añadidos en cantidades desde 0,2 hasta 0,6% en peso, referido a la solución de resina.
El tipo y la forma en que los baños de impregnación sean elaborados ulteriormente para dar los productos impregnados con resina de melamina y el modo en que se lleve a cabo el recubrimiento de los materiales de madera con estos productos impregnados, son conocidos por el técnico en la materia.
De manera ejemplificativa se han descrito en la publicación DE-A-41-39-961 y en la publicación DE-A-42-40-982 procedimientos para la transformación ulterior de los baños de impregnación para dar productos impregnados con resina de melamina, que están constituidos por varios papeles superpuestos, por ejemplo los denominados laminados de alta presión (HPL) y laminados fabricados en continuo (CPL).
Las preparaciones según la invención pueden elaborarse tanto según el procedimiento en una sola etapa como también según el procedimiento con dos etapas. En el caso del procedimiento con una sola etapa, está contenida la resina, que carga el papel, en el suero de la mezcla, la superficie sellante se forma por medio de la resina de la fase dispersa. En el caso de los procedimientos de impregnación con dos etapas, se carga en primer lugar el papel decorativo con un 50 hasta un 100% de resina sólida (referido al peso del papel) y, tras un secado previo opcional, se aplica otra resina mediante inmersión, aplicación por rasqueta o aplicación a brocha sobre el lado superior y/o sobre el lado inferior de la banda de papel. Para la carga de la banda de papel se emplearán, preferentemente, resinas para impregnación de urea-formaldehído más baratas o mezclas constituidas por resinas para impregnación de urea-formaldehído y de melamina-formaldehído. La capa de cobertura, que es decisiva para las propiedades del producto, está constituida preferentemente por resina de melamina pura.
Las películas o las láminas, fabricadas de este modo, se prensan usualmente a presión, y a temperaturas > 120ºC de forma autoencolante sobre el substrato de madera o se encolan superficialmente con ayuda de pegamentos.
Mediante el prensado superficial de estas películas o láminas sobre materiales de diversa naturaleza tales como madera, materiales sintéticos, materiales compuestos de fibras o, especialmente, materiales de madera, por ejemplo madera prensada, placas de fibras de madera y, especialmente, placas de tablero aglomerado, estos reciben una superficie que es resistente a las grietas, brillante e insensible frente al vapor de agua.
Una de las ventajas principales de las dispersiones de resina según la invención consiste en que la resina de melamina no está presente fundamentalmente en forma de soluciones coloidales y, por lo tanto, no presenta los fallos de los sistemas conocidos con anterioridad tales como una baja estabilidad al almacenamiento, aptitud limita a la dilución con agua y formación prematura de película durante el proceso de secado.
Parte experimental A. Obtención de las dispersiones de resina de melamina Ejemplo 1 Síntesis en dispersión
Se dispusieron en un reactor, de 5 litros, 1.395 g (18,6 moles) de formaldehído acuoso al 40%, 168 g de dietilenglicol y 1.293 g de agua y se ajustaron a un valor del pH de 8,8 con NaOH al 25%. Tras adición de 1.512 g de melamina se calentó hasta 100ºC. Durante el calentamiento se disolvió la melamina. Tan pronto como se alcanzó una solución clara, se añadieron 369 g de una solución de almidón al 7% (Hi-Cat 21370), se activó el control automático del pH y se condensó a pH constante: 8,8 hasta un punto de turbidez de 85ºC. Mediante la adición de HNO_{3} al 25% se ajustó el valor del pH a un valor de pH: 7,6 y la solución de la reacción se continuó condensando a este valor del pH y a 100ºC hasta la aparición de una primera turbidez. Ahora se añadieron 64,8 g de una solución al 20% de Lupasol FF 4243 (copolímero constituido por un 20% de ácido acrílico, un 20% de acrilato de metilo, un 59% de ácido 2-acrilamido-2-metilpropanosulfónico y un 1% de estireno) en agua, se ajustó el valor del pH con NaOH al 25% hasta un valor del pH de 8,2 y se agitó durante 3 horas a 95ºC. A continuación se ajustó a pH: 9,0 y se dejó refrigerar hasta la temperatura ambiente, bajo agitación.
La dispersión de resina para impregnación MF, obtenida, tenía un contenido sólido del 44%, una viscosidad a 20ºC de 100 mPas, era estable a la sedimentación y podía elaborarse durante al menos 10 semanas.
Ejemplo comparativo 2
Se dispusieron en un reactor de 5 litros, 1.395 g (18,6 moles) de formaldehído acuoso al 40%, 168 g de dietilenglicol y 1.293 g de agua y se ajustó a un valor del pH de 8,8 con NaOH al 25%. Tras adición de 1.512 g de melamina se calentó hasta 100ºC. Durante el calentamiento se disolvió la melamina. Tan pronto como se alcanzó una solución clara, se activó el control automático del pH y la mezcla se siguió condensando a pH constante: 8,8 hasta un punto de turbidez de 45ºC. A continuación se ajustó a pH: 9,0 y se dejó refrigerar hasta la temperatura ambiente, bajo agita-
ción.
La resina de melamina, obtenida, tenía un contenido sólido del 44%, una viscosidad a 20ºC de 60 y podía ser elaborada durante aproximadamente 5 semanas.
Ejemplo 3
Se dispusieron en un reactor de 5 litros, 1.395 g (18,6 moles) de formaldehído acuoso al 40%, 147 g de dietilenglicol y 708 g de agua y se ajustó a un valor de pH de 8,8 con NaOH al 25%. Tras adición de 1.512 g de melamina se calentó hasta 100ºC. Durante el calentamiento se disolvió la melamina. Tan pronto como se alcanzó una solución clara, se añadieron 369 g de una solución de almidón al 7% (Hi-Cat 21370) y 64,8 g de una solución al 20% de Lupasol FF 4243 en agua, se activó el control automático del pH y se condensó a pH constante: 8,8 hasta un punto de turbidez de 85ºC. Mediante la adición de HNO_{3} al 25% se ajustó el valor del pH a un valor de pH: 7,6 y la solución de la reacción se continuó condensando a este valor del pH y a 98ºC hasta la aparición de una primera turbidez. Se ajustó el valor del pH con HNO_{3} al 25% hasta un valor del pH de 7,2 y se agitó durante 3 horas a 80ºC. A continuación se ajustó a pH: 9,0 y se dejó refrigerar hasta la temperatura ambiente, bajo agitación.
La dispersión de resina para impregnación MF, obtenida, tenía un contenido sólido del 52%, una viscosidad a 20ºC de 80 mPas, era estable a la sedimentación y podía elaborarse durante al menos 10 semanas.
Ejemplo 4
Se dispusieron en un reactor de 5 litros, 1.395 g (18,6 moles) de formaldehído acuoso al 40%, 168 g de dietilenglicol y 1.293 g de agua y se ajustó a un valor del pH de 8,8 con NaOH al 25%. Tras adición de 1.512 g de melamina se calentó hasta 100ºC. Durante el calentamiento se disolvió la melamina. Tan pronto como se alcanzó una solución clara, se añadieron 369 g de una solución de almidón al 7% (Hi-Cat 21370) y 64,8 g de una solución al 20% de Lupasol FF 4243 en agua. En este instante el contenido energético de la solución de resina, determinado por medio de DSC, era de 170 J/g de resina sólida. Se activó el control automático del pH y se condensó a pH constante: 8,8 hasta un punto de turbidez de 50ºC. El contenido energético permaneció invariable con un valor aproximado de 170 J/g de resina sólida. Mediante la adición de HNO_{3} al 25% se ajustó el valor del pH a un valor de pH: 7,2 y la solución de la reacción se refrigeró hasta 70ºC. Al cabo de un corto período de tiempo se produjo una turbidez. La dispersión formada se continuó agitando durante 4 horas a pH: 7,2 y a 70ºC. Al cabo de 1 hora el contenido energético de la dispersión era de 130 J/g de resina sólida, al cabo de 4 horas era de 83 J/g de resina sólida. A continuación se ajustó a pH: 9,0 y se dejó refrigerar hasta la temperatura ambiente, bajo agitación.
La dispersión de resina de impregnación MF, obtenida, tenía un contenido sólido del 44%, una viscosidad a 20ºC de 65 mPas, era estable a la sedimentación y podía transformarse al menos durante 10 semanas.
Ejemplo 5
Se dispusieron en un reactor de 5 litros, 1.216 g (16,2 moles) de formaldehído acuoso al 40%, 147 g de dietilenglicol y 1.127 g de agua y se ajustó a un valor del pH de 8,8 con NaOH al 25%. Tras adición de 1.318 g (10,5 moles) de melamina se calentó hasta 100ºC. Durante el calentamiento se disolvió la melamina. Tan pronto como se alcanzó una solución clara, se añadieron 322 g de una solución de almidón al 7% (Hi-Cat 21370) y 56,5 g de una solución al 20% de Lupasol FF 4243 en agua, se activó el control automático del pH y se condensó a pH constante: 8,8 hasta un punto de turbidez de 85ºC. Mediante la adición de HNO_{3} al 25% se ajustó el valor del pH hasta un valor de pH: 7,6 y la solución de la reacción se continuó condensando a este valor del pH y a 98ºC hasta la aparición de una primera turbidez. Se ajustó el valor del pH con HNO_{3} al 25% hasta un valor del pH de 7,2 y se agitó durante 6 horas a 95ºC. A continuación se ajustó a pH: 9,0 y se dejó refrigerar hasta la temperatura ambiente, bajo agita-
ción.
La dispersión de resina de impregnación MF, obtenida, tenía un contenido sólido del 43%, una viscosidad a 20ºC de 60 mPas y era estable a la sedimentación.
Ejemplo 6
(Ejemplo comparativo)
Se dispusieron en un reactor de 5 litros, 1.479 g (19,7 moles) de formaldehído acuoso al 40%, 148 g de dietilenglicol y 982 g de agua y se ajustó a un valor del pH de 8,8 con NaOH al 25%. Tras adición de 1.603 g (12,7 moles) de melamina se calentó hasta 100ºC. Durante el calentamiento se disolvió la melamina. Tan pronto como se alcanzó una solución clara, se activó el control automático del pH y la mezcla se continuó condensando a pH constante: 8,8 hasta un punto de turbidez de 46ºC. A continuación se ajustó a pH: 10,0 y se dejó refrigerar hasta la temperatura ambiente, bajo agitación.
La resina de melamina obtenida tenía un contenido sólido del 54%, una viscosidad a 20ºC de 40 mPas y podía ser elaborada durante aproximadamente 5 semanas.
Ejemplo 7
(Ejemplo comparativo según el ejemplo 4 de la publicación WO 97/07152)
En primer lugar se condensó una resina de melamina constituida por 370 g de formaldehído acuoso (40%), 320 g de agua y 400 g de melamina a pH constante: 8,8 y a 98ºC hasta un punto de turbidez de 42ºC. El producto tenía un contenido en materia sólida del 49,8% y era estable al almacenamiento durante aproximadamente 4 semanas.
Se añade a 1 kg de esta resina una mezcla formada por 1 kg de agua y 7,2 g de Avicel, que es había agitado previamente durante 15 minutos aproximadamente con cizalla elevada y se calienta hasta 100ºC. Se establece un valor del pH de pH: 8,2. Al cabo de 2,5 horas aproximadamente se produce una turbidez, al cabo de 8 horas se refrigera.
La mezcla obtenida contiene partículas con un tamaño desde 2 \mum hasta 60 \mum. El máximo se encuentra en 25 \mum. La mezcla tiene una viscosidad de 140 mPas y un contenido en materia sólida del 23,5%.
Tales productos son inadecuados como resina de impregnación simplemente debido ya a su bajo contenido en materia sólida. La aplicación de resina necesaria puede alcanzarse únicamente por medio de varias impregnaciones y varios secados. Con este procedimiento no pueden alcanzarse contenidos en materia sólida por encima del 40% debido a la viscosidad fuertemente creciente. Además la experiencia muestra que el tamaño de las partículas por encima de 20 \mum conduce a calidades superficiales insuficientes. De este modo pueden añadirse, en el mejor de los casos, en pequeñas cantidades a las resinas de impregnación usuales en el comercio.
Impregnación
Se somete a una impregnación previa papel decorativo con un peso superficial de 80 g/m^{2} con resina para impregnación de melamina KMT 787fl. (BASF AG) (aplicación de resina 70% referido al peso del papel). Las resinas de ensayo se aplican por medio de una rasqueta sobre el papel impregnado previamente (negro y blanco) y las películas, obtenidas de este modo, se secan hasta una humedad residual del 6-7%.
A continuación se aplican las películas sobre una placa de tablero aglomerado usual en el comercio de 19 mm y se prensan en una prensa para revestimiento a 20 bares/190ºC/35 segundos.
Datos característicos de la resina:
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TABLA 1
Ejemplo 3 Ejemplo 4 Ejemplo 5 Comparativo 6
Contenido en materia sólida (2 h, 120ºC) 52% 44% 43% 54%
Viscosidad (20ºC) 80 mPas 65 mPas 60 mPas 40 mPas
Tamaño medio de las partículas (\mum) 0,8 \mum 0,7 \mum 0,9 \mum -
Temperatura de transición vítrea (ºC) 50ºC 65ºC 110ºC -
Contenido energético de acuerdo con DSC 83 J/g 75 J/g 45 J/g 160 J/g
(J/g de materia sólida)
Los resultados del ensayo de aplicación industrial de las placas de tablero aglomerado recubiertas, fabricadas de este modo, pueden verse en las tablas 2 y 3.
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TABLA 2
Resina Comparativo 2 KMT 787fl. Ejemplo 1
Endurecedor (H 529, BASF) 0,35 0,35 0,35
Aplicación de resina 55% 55% 55%
Etapa de impregnación final
Aplicación total de resina 125% 125% 125%
Endurecimiento 3 3 1-2
Brillo 20 24 105
Estanqueidad 3-4 3-4 1
Grietas 1 0 0
Vapor de agua (pérdida de brillo) 45% 38% 5%
Resistencia a los arañazos (N) 1,4 1,4 1,6
Amarilleamiento 3 3 3
Grado de negrura 0,61 0,55 0,61
TABLA 3
Resina KMT 787fl. Ejemplo 3 Ejemplo 4 Ejemplo 5 Comparativo 6
Endurecedor (H 529, BASF) 0,32 0,3 0,3 0,3 0,3
Aplicación de resina 42% 45% 47% 44% 43%
Etapa de impregnación final
Aplicación total de resina 112% 115% 117% 114 113%
Endurecimiento 2 2 1-2 2-3 2-3
Brillo 20 84 86 69 21
Estanqueidad 3-4 2 2 5 5-6
Grietas 0 0 0 0 0
Grado de negrura 0,58 0,55 0,57 1,1-3 0,68
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Rutinas para el ensayo de aplicación industrial de las placas de tablero aglomerado recubiertas y para las mediciones DSC.
Amarilleamiento
Para determinar la magnitud de la capacidad de solicitación térmica de la resina se determina el amarilleamiento de la superficie con un punzón calentable bajo presión. El punzón del aparato de ensayo se comprime, a 225ºC, con 5 N/mm^{2} sobre la superficie a ser ensayada. El grado de amarilleamiento se distribuye de acuerdo con una escala desde 0 hasta 6.
Evaluación
0 = ausencia de amarilleamiento
1 = amarilleamiento muy ligero
2 = coloración visible
3 = coloración moderadamente intensa
4 = fuerte coloración parda
5 = coloración parda muy intensa
6 = superficie pardo obscura
Resistencia a los arañazos
El comportamiento de la superficie frente a la solicitación debida a los arañazos se ensaya con un dispositivo de ensayo para arañazos de la firma Erichsen de acuerdo con el método descrito en EN 438.
Endurecimiento
La calidad del endurecimiento se determina mediante la acción durante 16 horas de un ácido clorhídrico 0,2 n, que está coloreado con solución de rodamina al 0,004% en peso, sobre la placa de tablero aglomerado recubierta. En el caso de un buen endurecimiento la superficie no es atacada por el ácido. La intensidad del ataque puede evaluarse por medio de la intensidad de la coloración de rojo.
\newpage
Evaluación
0 = ausencia de ataque
1 = ligera coloración rosa
2 = clara coloración roja
3 = marcada coloración roja
4 = marcada coloración roja con un ligero hinchamiento superficial
5 = intensa coloración roja con intenso hinchamiento superficial
6 = superficie destruida
Brillo
La medición del brillo se lleva a cabo según DIN 67 580 mediante la medida de la reflexión de un rayo de luz con un ángulo de incidencia de 20º. El brillo es tanto mejor cuanto mayor sea la proporción dada en % de la luz reflejada.
Estanqueidad
La estanqueidad o la porosidad de la superficie de las placas de tablero aglomerado, recubiertas, sirve para evaluar la sensibilidad frente a la suciedad. La superficie a ser ensayada se unta con crema negra para zapatos y a continuación se limpia de nuevo con un paño. La crema de zapatos remanente en los poros posibilita una evaluación de la estanqueidad de la superficie.
La evaluación de la estanqueidad superficial se lleva a cabo según los niveles siguientes:
0 = ausencia de poros
1 = poros individuales
2 = algunos poros
3 = poros frecuentes
4 = muchos puntos abiertos
5 = un gran número de puntos abiertos
6 = ausencia de estanqueidad
Estabilidad frente a los arañazos
La estabilidad frente a los arañazos de una superficie se determina de acuerdo con DIN 53 799. La placa de tablero aglomerado recubierta se almacena durante un período de tiempo de 24 horas a 70ºC en el armario para el secado, con corriente de aire. Mediante el proceso de secado se presentan tensiones de contracción, que conducen a una formación de grietas en la superficie. Puede conseguirse una intensificación del ensayo mediante el aumento de la temperatura para el secado o mediante perforación de la superficie (efecto de muesca). La evaluación de la formación de grietas se lleva a cabo según la escala siguiente:
0 = ausencia de grietas
1 = pequeñas grietas individuales
2 = algunas grietas
3 = grietas moderadas
4 = grietas frecuentes
5 = muchas grietas
6 = formación total de grietas
Grado de negrura
La medición del grado de negrura se lleva a cabo según D 3265 con un dispositivo Tint Tester 527 con cabeza para la medida de la claridad Tint Sensor. El intervalo de medición abarca desde 0 hasta 99,99 unidades de claridad, sirviendo el 0 como el nivel mínimo de claridad (negro absoluto). A valores > 0,8 puede reconocerse ya un agrisado evidente.
Tras calibrado del dispositivo con un patrón se mide la probeta tres veces y se indica el valor medio como grado de negrura.
Mediciones DSC
Las mediciones DSC (DSC: Differential Scanning Calorimetry -calorimetría de exploración diferencial-) se llevaron a cabo con un dispositivo DSC 912 + TA2000 de la firma TA Instruments. Se utilizó un crisol de acero a alta presión con juntas de estanqueidad de cobre recubiertas de oro (presión máxima 150 bares, masa aproximada 630 mg) de la firma Perkin Elmer. La pesada de las muestras era, de manera típica, de 20 a 25 mg. La calibración de la temperatura del dispositivo DSC se llevó a cabo con agua y con estaño, para la calibración de la entalpía se utilizó indio. La muestra se introdujo a temperatura ambiente, a continuación se refrigeró en primer lugar a -20ºC, a continuación se llevó a cabo el primer tramo de calentamiento con una velocidad de calentamiento de 10 K/min hasta 250ºC. Las curvas DSC muestran, a bajas temperaturas, en primer lugar una transición vítrea seguida de un pico de flujo térmico marcadamente exotérmico. La temperatura de transición vítrea se evaluó como el punto medio de la temperatura de transición vítrea según DIN 53 765. Se determinó desde el pico exotérmico, empleo de una línea básica lineal, la entalpía de reacción mediante integración de la superficie total comprendida entre la curva DSC y la línea de base. De aquí se calculó la entalpía referida al contenido con ácido en materia sólida. Además se determinó la temperatura T_{R}^{max} del pico exotermo a la que se presenta el flujo térmico máximo así como su temperatura de iniciación extrapolada.

Claims (19)

1. Dispersiones acuosas de resina de melamina que contienen como fase discontinua una resina de melamina, que está estabilizada con una combinación constituida por un coloide protector catiónico y por un coloide protector aniónico.
2. Dispersiones acuosas de resina de melamina según la reivindicación 1, en las que la resina de melamina está constituida por
a)
melamina,
b)
por mol de melamina, desde 1,3 hasta 3,0 moles de formaldehído,
c)
en caso dado, por mol de melamina, hasta 0,5 moles de urea y
d)
en caso dado, por mol de melamina, desde 0,01 hasta 0,3 moles de otro compuesto, que sea capaz de reaccionar con formaldehído en una reacción de policondensación,
e)
en caso dado desde un 1 hasta un 50% en peso, referido a la melamina, de un agente elastificante.
3. Dispersiones acuosas de resina de melamina según las reivindicaciones 1 o 2, en las que el coloide protector aniónico y el coloide protector catiónico se emplean en una cantidad total desde un 0,02 hasta un 6% en peso, referido al peso total de la melamina y del formaldehído empleados para la obtención de la resina de melamina.
4. Dispersiones acuosas de resina de melamina según las reivindicaciones 1 a 3, en las que la proporción en peso entre el coloide protector aniónico y el coloide protector catiónico es desde 0,02 : 1 hasta 50 : 1.
5. Dispersiones acuosas de resina de melamina según las reivindicaciones 1 a 4, en las que el coloide protector catiónico está constituido por almidones catiónicos.
6. Dispersiones acuosas de resina de melamina según las reivindicaciones 1 a 5, en las que el coloide protector aniónico está constituido por un copolímero formado por ácido acrílico, acrilato de metilo y ácido 2-acrilamido-2-metilpropanosulfónico.
7. Dispersiones acuosas de resina de melamina según las reivindicaciones 1 a 6, en las que la resina de melamina presenta una temperatura de transición vítrea desde 0 hasta 80ºC y un contenido energético desde 20 hasta 160 J/g (calculado en dispersión al 100%).
8. Dispersiones acuosas de resina de melamina según las reivindicaciones 1 a 7, en las que la resina de melamina se presenta en forma de partículas con un tamaño medio de las partículas desde 0,05 hasta 30 \mum.
9. Dispersiones acuosas de resina de melamina según las reivindicaciones 1 a 8, en las que la amplitud media de las partículas de resina de melamina supone desde un 10% hasta un 180% del tamaño medio de las partículas.
10. Dispersiones acuosas de resina de melamina según las reivindicaciones 1 a 9, en las que está contenido un agente elastificante.
11. Dispersiones acuosas de resina de melamina según la reivindicación 10, en las que el agente elastificante está constituido por alcoholes mono o polivalentes, por aminoalcoholes, por amidas y por lactamas, por etanolamidas, pudiéndose emplear los agentes elastificantes anteriormente citados también en forma etoxilada, por 2-(5-hidroxi-3-oxapentilamina)-1,3,5-triazina, por 2,4-di-(5-hidroxi-3-oxapentilamina)-1,3-5-triazina, por 2,4,6-tris-(5-hidroxi-3-oxapentilamina)-1,3,5-triazina, estando constituidos también por melamina etoxilada.
12. Procedimiento para la obtención de dispersiones de resina de melamina, en el que
1.
en la primera etapa se prepara, en primer lugar, a partir de los componentes a) hasta d), en caso dado en presencia del coloide protector aniónico y del coloide protector catiónico, una solución acuosa de una resina de melamina y se hace reaccionar adicionalmente a un valor del pH de 7 hasta 10 y a una temperatura desde 50 hasta 140ºC, hasta que se presente una turbidez, añadiéndose el coloide protector aniónico y el coloide protector catiónico, como más tarde, en el momento de la aparición de la turbidez; y
2.
la solución de la resina de melamina, preparada en la primera etapa, se hace reaccionar adicionalmente a un valor del pH desde 7 hasta 10 y a una temperatura de 50 hasta 140ºC, hasta que se transforme en una dispersión.
13. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado porque el agente elastificante se añade a la mezcla de la reacción o a la resina de melamina en un instante arbitrario.
14. Preparación, que contiene
-
una dispersión acuosa según las reivindicaciones 1 a 12,
-
en caso dado desde un 1 hasta un 200% en peso, referido a la cantidad total de formaldehído y de melamina en forma de la resina de melamina, de una resina de melamina no endurecida y/o de una resina de urea en forma disuelta,
-
en caso dado un espesante o agente tixotrópico.
15. Procedimiento para la obtención de una lámina, en el que
-
se recubre con la preparación según la reivindicación 14 un papel decorativo impregnado previamente en caso dado con una resina de melamina o con una resina de urea usuales; y
-
se seca el papel decorativo preparado, en caso dado recubierto.
16. Láminas, fabricadas según la reivindicación 15.
17. Procedimiento para el recubrimiento de materiales de madera, en el que las láminas, según la reivindicación 16, se pegan sobre la superficie del material de madera o se prensan mediante la aplicación de presión o de temperatura.
18. Materiales de madera recubiertos obtenibles según la reivindicación 17.
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