ES2296799T3 - Composiciones de poliisocianato como aglutinante para materiales lignocelulosicos compuestos. - Google Patents
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Abstract
Composición de poliisocianato usada para unir materiales lignocelulósicos que comprende un poliisocianato de polifenil-polimetileno y un prepolímero de poliisocianato, siendo dicho prepolímero el producto de reacción de un poliisocianato que comprende una mezcla de isómeros de diisocianato de difenilmetano y al menos un poliéter-poliol que tiene desde 2 hasta 8 grupos hidroxilo en la que el poliéter-poliol comprende unidades de alquileno polimerizadas que contienen al menos el 50% de unidades de óxido de etileno.
Description
Composiciones de poliisocianato como aglutinante
para materiales lignocelulósicos compuestos.
Esta invención se refiere al uso de
composiciones de poliisocianato útiles como aglutinante para la
preparación de materiales lignocelulósicos compuestos,
particularmente materiales compuestos que contienen hebras
lignocelulósicas tales como tablero de hebras orientadas. Las
composiciones de poliisocianato de la invención comprenden un
prepolímero de poliisocianato específico combinado en un
poliisocianato de base.
El uso de poliisocianatos orgánicos como
aglutinantes para material lignocelulósico en la fabricación de
láminas o cuerpos moldeados tales como tablero de virutas, cartón
gris, cartón comprimido y contrachapado se conoce bien y es
comercialmente deseable dado que los materiales compuestos
resultantes tienen una alta fuerza adhesiva y cohesiva,
flexibilidad frente a los cambios en la especie de madera,
versatilidad con respecto a la velocidad y temperatura de curado,
excelentes propiedades estructurales de los materiales compuestos
resultantes y la capacidad de unirse a materiales lignocelulósicos
que tienen un alto contenido en agua que los usados normalmente
para resinas de condensación tales como
fenol-formaldehído.
Sin embargo, se encuentran dificultades de
tratamiento con el uso de aglutinantes de isocianato convencionales
con altos contenidos en humedad de la composición de fabricación que
pueden tener un impacto negativo sobre el tratamiento del material
compuesto. Un método usado para minimizar estas dificultades es usar
sólo materiales lignocelulósicos que tienen un bajo contenido en
humedad (es decir, un contenido en humedad de desde aproximadamente
el 3 hasta aproximadamente el 8%). Este bajo contenido en humedad se
logra generalmente secando la materia prima celulósica para reducir
el contenido en humedad. Sin embargo, tal secado es caro y tiene un
efecto significativo sobre la economía del procedimiento. El uso de
materiales que tienen bajos contenidos en humedad también es
desventajoso porque los paneles del material compuesto del producto
tienden a absorber la humedad e hincharse cuando se usan en
entornos húmedos.
En consecuencia, existe una clara necesidad de
proporcionar composiciones de aglutinante de poliisocianato que
tienen la capacidad de utilizar materia prima lignocelulósica con
contenidos superiores en humedad reduciendo así significativamente
el requisito energético total para el secado dentro de la
instalación de fabricación. Al mismo tiempo, estas composiciones de
aglutinante de poliisocianato deben poder proporcionar materiales
compuestos con estabilidad dimensional superior a medida que el
producto abandona la operación de prensado y por tanto que sufren
menos contracción / re-equilibración. Las
composiciones de aglutinante de poliisocianato también deben
proporcionar pegajosidad superior de la estera, garantizando así una
mejor estabilidad de la estera antes de la operación de
prensado.
Una dificultad adicional experimentada cuando se
prensan los paneles compuestos usando un diisocianato de
difenilmetano polimérico (pMDI) convencional es que pueden emitirse
homólogos inferiores en el pMDI a partir de la prensa en el vapor
en exceso en la etapa de descompresión durante el tratamiento. En
consecuencia, existe una necesidad adicional de poder funcionar a
presiones inferiores y ciclos de prensado reducidos. La temperatura
y presión inferiores dan como resultado menos emisiones en la etapa
de descompresión debido a la generación de significativamente menos
presión de gas dentro del material compuesto debido a niveles
inferiores de vapor generado durante el prensado a las temperaturas
o ciclos de presión reducidos. La reducción de los ciclos de
prensado garantiza que puedan aumentarse las capacidades de
producción de plantas existentes sin los extensos requisitos de
capital de una nueva instalación.
Los requisitos de presión de prensado reducida a
lo largo del funcionamiento de una instalación de tratamiento de
materiales compuestos a contenidos en humedad de la composición de
fabricación superiores darán como resultado menos requisitos de
energía y, potencialmente para quienes deseen invertir en nuevos
activos, reducción del requisito de presión durante toda la
duración del prensado reduciendo significativamente el gasto de
capital. El requisito reducido de presión hidráulica para lograr el
espesor objetivo permite la producción de materiales compuestos
lignocelulósicos a densidades superiores sin necesidad de
modificación del equipo de prensado actual. Además, las
temperaturas y presión y tiempos de ciclo inferiores dan como
resultado un producto con significativamente menos degradación
superficial o carbonización debido al uso de agentes de desmoldeo
externos y por tanto mejor aspecto requiriendo así menos
tratamiento tras el prensado tal como lijado.
Los prepolímeros de isocianato están entre los
materiales de isocianato que se han usado en composiciones de
aglutinante para solucionar diversos problemas de tratamiento. Por
ejemplo, la patente estadounidense número 4.100.328 da a conocer
prepolímeros terminados en isocianato que mejoran el desmoldeo del
producto a partir de un molde. La patente estadounidense número
4.609.513 también da a conocer un aglutinante que es un prepolímero
terminado en isocianato para mejorar el desmoldeo del producto. La
patente estadounidense número 5.179.143 da a conocer una
composición de aglutinante en la que se usa un tipo particular de
prepolímero de isocianato para mejorar la adhesividad a temperatura
ambiente.
Todos los objetivos y beneficios anteriores se
han cumplido ahora por las composiciones de poliisocianato de la
presente invención. Esta invención se refiere al uso de
composiciones de poliisocianato útiles como aglutinantes para la
preparación de materiales lignocelulósicos compuestos,
particularmente materiales compuestos que contienen hebras
lignocelulósicas tales como tablero de fibras orientadas. Las
composiciones de poliisocianato de la invención comprenden un
prepolímero de poliisocianato específico combinado en un
poliisocianato de base.
Las composiciones de poliisocianato de la
presente invención proporcionan un material que puede ajustarse
para proporcionar los beneficios de propiedades de tratamiento /
material compuesto final requeridos por el consumidor. El
prepolímero de poliisocianato se prepara mediante el uso de sistemas
que contienen hidroxilo para introducir enlaces prepoliméricos que
potencian la utilidad de la composición de poliisocianato final con
respecto al aglutinamiento de un material lignocelulósico. La
composición de la presente invención permite por tanto la
producción de materiales compuestos de madera con ciclos de prensado
significativamente menores que los posibles incluso con
aglutinantes de isocianato catalizados, a presiones y temperaturas
de prensado inferiores y a contenidos en humedad superiores del
material lignocelulósico de entrada de lo que sería posible durante
el tratamiento tradicional de materiales compuestos
lignocelulósicos. También se ha encontrado que las composiciones de
poliisocianato de la presente invención proporcionan un rendimiento
de desmoldeo mejorado con respecto a poliisocianatos convencionales
actualmente usados para aglutinar material lignocelulósico. Este
rendimiento mejorado se caracteriza por el uso de niveles
significativamente inferiores de agentes de desmoldeo externos,
tales como ceras o jabones, para lograr el mismo rendimiento de
desmoldeo que los sistemas de poliisocianato convencionales usados
combinación con cargas muy superiores de los mismos agentes de
desmoldeo externos. Todo lo anterior deja claro que las
composiciones según la presente invención proporcionan varias
ventajas significativas para el productor de materiales compuestos
basados en materiales lignocelulósicos.
El documento FR 2378810 describe emulsiones
acuosas de poliisocianatos. En el ejemplo 1 del mismo, no hay
ningún poliisocianato de polifenil-polimetileno
presente.
El documento US 6022444 describe en el ejemplo
10 un prepolímero basado en un poliéter-poliol que
sólo tiene un 10% en peso de unidades de óxido de etileno.
La composición de aglutinante de poliisocianato
de la presente invención usada para el aglutinamiento de material
lignocelulósico comprende un prepolímero terminado en isocianato
combinado en un poliisocianato de base. La composición de
poliisocianato según la presente invención comprende un prepolímero
de poliisocianato, siendo dicho prepolímero el producto de reacción
de un poliisocianato que comprende una mezcla de isómeros de
diisocianato de difenilmetano y al menos un
poliéter-poliol que tiene desde 2 hasta 8 grupos
hidroxilo en la que el poliéter-poliol comprende
unidades de alquileno polimerizadas que contienen al menos el 50% de
unidades de óxido de etileno.
Preferiblemente, la composición de aglutinante
de poliisocianato tiene un índice de NCO libre del 15 a
aproximadamente el 30% en peso y más preferiblemente de desde el 20
hasta el 30% en peso. Tal como se describe en el presente
documento, está compuesta por un prepolímero terminado en
isocianato. Este prepolímero es el producto de reacción de un
exceso de un poliisocianato orgánico y un
poliéter-poliol.
El poliisocianato orgánico que se usa para
preparar el prepolímero de la presente invención es diisocianato de
difenilmetano (MDI), por ejemplo, 4,4'-MDI,
2,4'-MDI, MDI polimérico, variantes de MDI y mezclas
de los mismos.
El MDI más preferido para preparar el
prepolímero es 4,4'-MDI o una mezcla de
4,4'-MDI y 2,4'-MDI, en la que la
mezcla comprende al menos el 50% de 4,4'-MDI,
preferiblemente en una cantidad superior a aproximadamente el 75%
en peso y más preferiblemente superior a aproximadamente el 90% en
peso y lo más preferiblemente superior a aproximadamente el 95% en
peso. Además, puede añadirse "MDI polimérico". Por "MDI
polimérico", se hace referencia a poliisocianatos de
polimetileno-polifenileno que están comprendidos en
las composiciones de poliisocianato y que tienen una funcionalidad
de al menos 2,5. Los MDI poliméricos están comercialmente
disponibles y se fabrican mediante la fosgenación de mezclas de
poliamina obtenidas a partir de la condensación de anilina y
formaldehído en proporciones apropiadas. Para el fin de esta
invención, los MDI poliméricos que tienen funcionalidad en el
intervalo de 2,5-3,5 y preferiblemente de
2,5-3,1 son particularmente adecuados.
El poliol usado es
poliéter-poliol.
El término
"poliéter-poliol" puede a su vez representar
mezclas de diferentes productos de alcoxilación de este tipo. Los
polioles preferidos incluyen aquellos en los que hay unidades de
óxido de propileno polimerizadas y/o unidades de óxido de etileno
polimerizadas presentes. Estas unidades pueden disponerse en
distribución estadística, en forma de bloques de poli(óxido de
etileno) dentro de las cadenas y/o en los extremos terminales.
Los poliéter-polioles útiles
para preparar el prepolímero terminado en isocianato de la presente
invención contienen al menos el 50% en peso de grupos de óxido de
etileno, y más preferiblemente entre el 50% y el 100% en peso de
grupos de óxido de etileno. Los poliéter-polioles
tienen una funcionalidad nominal promedio de 2-6, y
preferiblemente de 2-4, lo más preferido una
funcionalidad de 2. Tienen un peso equivalente promedio en número
de aproximadamente 700 a aproximadamente 5.000, y un peso
equivalente preferido que oscila desde aproximadamente 1000 hasta
aproximadamente 4.000, y más preferiblemente que oscila desde
aproximadamente 1200 hasta aproximadamente 3500 y lo más
preferiblemente que oscila desde aproximadamente 1500 hasta
aproximadamente 3000.
Los poliéter-polioles que van a
usarse para preparar el prepolímero terminado en isocianato incluyen
los productos obtenidos mediante la polimerización de óxido de
etileno con otro óxido cíclico, por ejemplo, óxido de propileno en
presencia de iniciadores polifuncionales; sin embargo, el producto
debe conservar los requisitos descritos anteriormente en el
presente documento. Los compuestos iniciadores adecuados contienen
una pluralidad de átomos de hidrógeno activo e incluyen agua y
polioles de bajo peso molecular, por ejemplo, etilenglicol,
propilenglicol, dietilenglicol, dipropilenglicol,
ciclohexanodimetanol, resorcinol, bisfenol A, glicerol,
trimetilolpropano, 1,2,6-hexanotriol,
pentaeritritol y similares. Pueden usarse mezclas de iniciadores y/u
óxido cíclico.
Los poliéter-polioles
especialmente útiles incluyen
poli(oxietileno-oxipropileno)-dioles
y/o trioles obtenidos mediante adición secuencial de óxidos de
propileno y de etileno a iniciadores di o trifuncionales, tal como
se describe extensamente en la técnica anterior. Las mezclas de
dichos dioles y trioles también son útiles. Se prefieren sumamente
los dioles.
El prepolímero terminado en isocianato se
prepara mediante la reacción de una cantidad en exceso del
poliisocianato con el poliéter-poliol. Las
cantidades de poliisocianato y poliéter-poliol
utilizadas son las que se sabe que son eficaces para obtener un
prepolímero que tiene el índice de NCO indicado utilizando técnicas
conocidas en la técnica. Por ejemplo, puede prepararse el
prepolímero haciendo reaccionar el poliisocianato orgánico con el
poliéter-poliol seguido por la dilución con
poliisocianato modificado, tal como se define en el presente
documento, si está presente. Alternativamente, puede mezclarse
poliisocianato modificado con el poliisocianato sin modificar antes
de la reacción con el poliol. Se deja que tal reacción tenga lugar a
temperaturas eficaces para formar el prepolímero, tal como desde
aproximadamente 40ºC hasta aproximadamente 100ºC, y en general, el
uso de un catalizador es opcional. Las cantidades relativas de
poliisocianato orgánico y poliol dependen del índice de NCO deseado
del prepolímero, el índice de NCO del poliisocianato y el índice de
OH del poliol y pueden calcularse fácilmente por los expertos en la
técnica.
Al menos el 90% de los grupos obtenidos de la
reacción del poliisocianato y el poliéter-poliol en
la preparación del prepolímero son grupos uretano. A los
prepolímeros así preparados, se les añaden pequeñas cantidades
(hasta el 30% en peso) de poliisocianato siempre que el índice de
NCO permanezca en el intervalo indicado descrito anteriormente en
el presente documento. Generalmente, la cantidad añadida es
preferiblemente inferior a aproximadamente el 20% en peso basándose
en el peso total de la composición de poliisocianato.
El poliisocianato para su uso como el
poliisocianato de base es una mezcla de poliisocianatos de
polifenilo con puentes de metileno que contiene diisocianatos,
triisocianatos y poliisocianatos de funcionalidad superior. Los
poliisocianatos de polifenilo con puentes de metileno se conocen
bien en la técnica. Se preparan mediante fosgenación de mezclas
correspondientes de poliaminas obtenidas mediante condensación de
anilina y formaldehído. Por comodidad, a las mezclas poliméricas de
poliisocianatos de polifenilo con puentes de metileno que contienen
diisocianato, triisocianato y poliisocianatos de funcionalidad
superior se les denomina a continuación en el presente documento
MDI polimérico. Los poliisocianatos adecuados incluyen
SUPRASEC^{TM} DNR, SUPRASEC^{TM} 2185, RUBINATE^{TM} M y
RUBINATE^{TM} 1840, todos disponibles de Huntsman Polyurethanes.
Preferiblemente, el poliisocianato es líquido a temperatura
ambiente. La mezcla de poliisocianato puede producirse según
cualquier técnica conocida en la técnica. El contenido en isómeros
del diisocianato de difenilmetano puede llevarse dentro de los
intervalos requeridos, si es necesario, mediante técnicas bien
conocidas en la técnica. Una técnica para cambiar el contenido en
isómeros es añadir MDI monomérico a una mezcla de MD que contiene
una cantidad de MDI polimérico que es superior a la deseada.
Los prepolímeros de la invención se caracterizan
por una viscosidad inferior a 1000 cps a 50ºC, y preferiblemente
una viscosidad inferior a 500 cps a 50ºC. Los prepolímeros de la
invención se caracterizan por un contenido en NCO (es decir, grupo
isocianato) del 6 al 32%, preferiblemente un contenido en NCO de
desde el 6 hasta el 30% y lo más preferiblemente un contenido en
NCO de desde el 7 hasta el 30%.
Un prepolímero específico basado en una mezcla
definida de isómeros según la presente invención se prepara en
primer lugar introduciendo un material que contiene hidroxilo para
introducir enlaces de tipo prepolímero. Esto se realiza con
mezclado eficaz y con o sin la aplicación de calor dependiendo de la
naturaleza de los materiales y habitualmente se realiza en una
atmósfera inerte (nitrógeno o aire seco). Entonces se prepara el
sistema de poliisocianato final para su uso como el aglutinante
lignocelulósico mediante introducción de la cantidad requerida del
prepolímero, según se define por la invención, en otro
poliisocianato según se define por la invención. Esto puede
lograrse con o sin el uso de equipo de mezclado "en línea" o
cualquier otra técnica conocida por alguien experto en la técnica.
Entonces se aplica la composición de poliisocianato final al
material lignocelulósico con o sin la adición de materiales
diluyentes / o la aplicación de calor para reducir la viscosidad
del material antes de la aplicación. Entonces se cura el material
para dar el material compuesto final mediante la aplicación de
presión y temperatura durante un periodo de tiempo definido.
Con el fin de mejorar adicionalmente o bien la
estabilidad en almacenamiento de la composición de poliisocianato
de la presente invención o bien la rentabilidad de la presente
invención, puede añadirse un diluyente a la composición. Los
diluyentes adecuados incluyen plastificantes del tipo mencionado en
"Taschenbuch der Kunststoff-Additive", Ed. por
R Gachter y H. Muller, Carl Hanser Verlag Munchen, tercera edición,
1989. Diluyentes preferidos son ftalatos, carboxilatos alifáticos,
ésteres de ácidos grasos, aceite de linaza, aceite de semilla de
soja y carbonato de propileno. Estos diluyentes se añaden en
cantidades de desde 1 hasta 40 partes en peso por 100 partes en
peso de poliisocianato y preferiblemente en cantidades de desde 1
hasta 15 partes en peso por 100 partes en peso de poliisocianato.
La composición puede comprender además aditivos convencionales tales
como retardantes de la llama, agentes de conservación de material
lignocelulósico, fungicidas, ceras, agentes de apresto, cargas,
tensioactivos, agentes tixotrópicos y otros aglutinantes tales como
resinas adhesivas de condensado de formaldehído y lignina
(opcionalmente en combinación con un disolvente de lignina tal como
se describe en la solicitud de patente PCT número EP96/00924). Un
aditivo particularmente preferido para usar en la composición de
poliisocianato de la presente invención es un agente de acoplamiento
tal como un silano organofuncional. Añadir un agente de
acoplamiento de este tipo a la composición de poliisocianato conduce
a propiedades del tablero mejoradas. Los agentes de acoplamiento de
silano organofuncional se usan en cantidades que oscilan desde el
0,01 hasta el 3%, preferiblemente desde el 0,1 hasta el 2% en peso
basándose en el poliisocianato. La composición de poliisocianato de
la presente invención puede prepararse mezclando sencillamente los
componentes a temperatura ambiente antes de la aplicación del
poliisocianato al material lignocelulósico.
Los materiales lignocelulósicos que pueden
unirse con la composición de poliisocianato de la invención
incluyen: madera, corteza de madera, corcho, paja de bagazo, lino,
bambú, esparto, cáscaras de arroz, fibras de sisal, fibras de coco,
astillas de madera, fibras de madera, virutas de madera, polvo de
madera, harina de madera, kenaf, cáscaras de frutos secos, cáscaras
de granos de cereales tales como arroz y avena. Se prefieren
particularmente madera, pajas y bagazo. Puede usarse cualquier
mezcla de los materiales descritos anteriormente para formar un
material compuesto con un poliisocianato de la invención.
Adicionalmente, con los materiales lignocelulósicos pueden
mezclarse otros materiales particulados o fibrosos tales como
residuo de espumas para suelo (por ejemplo, residuo de espuma de
poliuretano para suelo), cargas minerales, fibra de vidrio, mica,
caucho, residuos textiles tales como tejidos y fibras plásticas.
Estos materiales pueden usarse en forma de granulados, virutas o
astillas, fibras, hebras, esferas o polvo. Estos materiales pueden
tener un contenido en humedad de desde el 2% hasta el 50%,
preferiblemente de desde aproximadamente el 5% hasta el 20% y lo más
preferiblemente de desde el 8% hasta el 20%. Cuando se aplica la
composición de poliisocianato de la invención al material
lignocelulósico, la razón en peso de poliisocianato / material
lignocelulósico variará dependiendo de la densidad aparente del
material lignocelulósico empleado. Por tanto, las composiciones de
poliisocianato pueden aplicarse en cantidades tales que se
proporcione una razón en peso de poliisocianato / material
lignocelulósico en el intervalo de 0,1:99,9 a 20:80 y
preferiblemente en el intervalo de 0,5:99,5 a 10:90 y lo más
preferiblemente en el intervalo de 3:97 a 8:92. Si se desea, pueden
usarse otros agentes aglutinantes convencionales, tales como resinas
adhesivas de condensado de formaldehído, junto con la composición
de poliisocianato de la invención.
La composición de la presente invención puede
comprender además aditivos convencionales tales como agentes de
desmoldeo tales como ceras, catalizadores, retardantes de la llama,
agentes de conservación de material lignocelulósico, cargas,
tensioactivos.
En el procedimiento de la presente invención, en
primer lugar se seca el material lignocelulósico preparado hasta el
contenido en humedad requerido. Ya que el contenido en humedad
requerido usando un poliisocianato aromático de la invención es
significativamente superior, se requiere un tiempo de residencia
significativamente menor en cualquier aparato de secado,
conduciendo así a aumentos significativos de la capacidad de la
instalación de secado en una instalación de fabricación de material
compuesto. Además, el contenido superior en humedad tolerado por
los poliisocianatos de la invención significa que se reduce
significativamente la emisión de VOC de las secadoras de una
instalación de fabricación típica.
En el procedimiento de la presente invención, se
añade la composición de aglutinante de poliisocianato al material
lignocelulósico que va a unirse en una cantidad de desde
aproximadamente el 1 hasta aproximadamente el 20% en peso,
basándose en el peso total de aglutinante más material
lignocelulósico, preferiblemente de desde aproximadamente el 2
hasta aproximadamente el 10% en peso.
Entonces puede conformarse la mezcla resultante
de material lignocelulósico y poliisocianato para dar
"pre-esteras" para la fabricación de paneles o
cualquier otra forma requerida. El uso de un poliisocianato de la
invención aumenta la cantidad de "pegajosidad" permitiendo así
una producción más eficaz de los artículos finales debido a la
mejora en la consistencia de la integridad de la estera / forma
antes del prensado. Por tanto, esto da como resultado menos
residuos debidos a una mala distribución del material
lignocelulósico.
Entonces puede comprimirse la
pre-estera / preforma para formar paneles o
artículos tridimensionales, conformados, moldeados con calor y
presión. Las temperaturas adecuadas para el procedimiento de
compresión están generalmente en el intervalo de desde
aproximadamente 70 hasta aproximadamente 250ºC, preferiblemente de
desde aproximadamente 130 a aproximadamente 205ºC, y lo más
preferiblemente de desde 140 a 180ºC. Las presiones usadas en
procedimientos de compresión para lograr las dimensiones de
producto requeridas oscilan desde aproximadamente 50 hasta
aproximadamente 300 bar, significativamente inferior a lo requerido
para la fabricación de material compuesto normal. Por supuesto, los
tiempos de compresión dependerán del espesor del producto que está
produciéndose. Como resultado de usar una composición de
poliisocianato de la invención, se encuentra que no hay requisitos
para el uso de un procedimiento de inyección de vapor, incluso para
artículos con espesores de 25 mm o más. Pueden producirse partes
moldeadas o paneles de múltiple capas de manera análoga a partir de
chapas, papel o materiales textiles tejidos tratando las capas con
el aglutinante tal como se describió anteriormente y posteriormente
prensándolas, generalmente a presión y temperatura elevadas.
Generalmente, se prefieren temperaturas experimentadas directamente
por la superficie del material compuesto de desde 100 hasta
aproximadamente 220ºC en tales procedimientos, siendo lo más
preferido temperaturas de desde aproximadamente 140 hasta 220ºC.
Temperaturas experimentadas por el núcleo del material compuesto
para garantizar la producción de materiales compuestos con
estabilidad dimensional y rendimiento físico deseados cuando se usa
una composición de poliisocianato de la invención pueden ser de
desde 70 hasta aproximadamente 140ºC, prefiriéndose temperaturas de
80 a 130ºC y siendo lo más preferido temperaturas de 85 a 120ºC. La
presión de compresión inicial está preferiblemente en el intervalo
de desde aproximadamente 50 hasta 300 bar, estando lo más
preferiblemente la presión de compresión inicial en el intervalo de
desde 50 hasta 200 bar. Además, las composiciones de poliisocianato
de la presente invención son extremadamente eficaces para minimizar
la adhesión no deseada a chapas de prensado, placas de prensado y
otras superficies con las que puede entrar en contacto el material
lignocelulósico tratado cuando se usa en combinación con sistemas
de desmoldeo externos.
Los productos de madera compuestos producidos
con el aglutinante de la presente invención se caracterizan por un
aspecto excelente debido a la temperatura de prensado
significativamente inferior junto con tiempos de ciclo reducidos,
lo que da como resultado una reducción significativa de la
degradación superficial o carbonización de agentes de desmoldeo
externos. Además, se obtienen excelentes propiedades de unión
interna, buena estabilidad dimensional y excelente durabilidad
exterior de los materiales resultantes y por tanto pueden usarse en
cualquiera de las situaciones en las que tales artículos se usan
habitualmente.
En la técnica anterior hay disponibles
descripciones más detalladas de métodos de fabricación de productos
basados en material lignocelulósico. Las técnicas y equipo
convencionalmente usados pueden adaptarse al uso con las
composiciones de poliisocianato de la presente invención.
La invención se ilustra pero no se limita por
los siguientes ejemplos:
Se preparó un prepolímero haciendo reaccionar
83,7 pbw de Suprasec DNR (MDI polimérico convencional) con 16,3 pbw
de Volpo G26, un poliéter-poliol iniciado por
glicerol, se prepolimerizó con un 100% de óxido de etileno (EO)
hasta que se alcanzó un PM de 1200 (índice de OH = 140 mg de KOH/g).
El tiempo de reacción fue de 1,5 h en un horno a 85ºC con
circulación de aire. El producto resultante tenía un contenido en
NCO medido del 24%. Entonces se pulverizó el prepolímero en una
mezcladora de tambor giratorio sobre copos de madera de pino que
contenían un 25% de H_{2}O (en peso seco). La concentración del
aglutinante fue del 6% sobre madera seca. Tras la formación de la
estera, se prensó un panel de tipo OSB con dimensiones de 400 mm x
400 mm x 14 mm y hasta una densidad de 650 kg/m^{3}. La
temperatura de las platinas de prensado fue de 150ºC y el factor de
prensado fue de 11 s/mm, con una etapa de compresión y de
desgasificación de 20 s. El panel tenía una fuerza de unión interna
en seco (V20-IB) de 673 kPa y un hinchamiento tras
24 h del 9,1%.
Se usó el mismo aglutinante que el descrito en
el ejemplo 1 en condiciones similares, pero a una temperatura de
platina de prensado de 100ºC y un factor de prensado superior de 17
s/mm. La fuerza de unión interna en seco fue de 412 kPa, el
hinchamiento tras 24 h fue del 10%.
Se preparó un prepolímero, usando el mismo
procedimiento que en el ejemplo 1 y MDI polimérico convencional y
PEG 600, un poliéter-poliol iniciado por diol, se
prepolimerizó con un 100% de óxido de etileno (EO) hasta que se
alcanzó un PM de 600 (índice de OH = 140 mg de KOH/g). El tiempo de
reacción fue de 1,5 h en un horno a 85ºC con circulación de aire.
El producto resultante tenía un contenido en NCO medido del 28%.
Pudieron tratarse esteras de copos de madera de tipo OSB,
recubiertas con este producto como en el ejemplo 1, a una
temperatura de prensado de 130ºC, un factor de prensado de 17 s/mm y
a niveles de humedad tanto del 12 como del 25% de H_{2}O.
Se preparó un prepolímero, usando el mismo
procedimiento que en el ejemplo 1 y MDI polimérico convencional y
PEG 600, un poliéter-poliol iniciado por diol, se
prepolimerizó con un 100% de óxido de etileno (EO) hasta que se
alcanzó un PM de 600 (índice de OH = 140 mg de KOH/g). El tiempo de
reacción fue de 1,5 h en un horno a 85ºC con circulación de aire.
El producto resultante tenía un contenido en NCO medido del 22%.
Pudieron tratarse esteras de copos de madera de tipo OSB,
recubiertas con este producto como en el ejemplo 1, a una
temperatura de prensado de 130ºC, un factor de prensado de 17 s/mm y
a niveles de humedad tanto del 12 como del 25% de H_{2}O.
Se preparó un prepolímero del 8% de NCO con el
isómero 4,4' de MDI monomérico y el poliéter-poliol
Arcol 2580. Este último es un glicerol de EO/PO con un 75% de EO
distribuido al azar, que tiene un PM de 4007. Entonces volvió a
combinarse este prepolímero con Suprasec DNR para obtener un
material con un nivel de NCO del 25%. Se pulverizó este producto
sobre copos de madera y se trató de la misma manera que en el
ejemplo 4, excepto por un contenido en humedad ligeramente inferior
del 18%. Se logró el mismo factor de prensado mínimo al igual que
en el ejemplo anterior: 5,3 s/mm.
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\vskip1.000000\baselineskip
Se realizó una comparación entre el prepolímero
descrito en el ejemplo 5 (=PP1) y un MDI polimérico convencional
fuera del alcance de la invención pero usado normalmente en la
producción de paneles compuestos (=PP2). Se pulverizaron los
respectivos aglutinantes en una concentración del 6% sobre madera y
se produjeron paneles de 400 mm x 400 mm x 14 mm, con una densidad
de 650 kg/m^{3}. Se registraron factores de prensado mínimos
alcanzables antes de la deslaminación, a una temperatura de 100ºC
para el sistema de prepolímero (PP1) y una temperatura de prensado
de 190ºC para el MDI convencional fuera del alcance de la invención
(PP2). Usando el prepolímero de la invención basado en un 75% de EO
(PP1), fue posible preparar materiales compuestos a factores de
prensado similares pero a temperaturas que eran 90ºC inferiores a
las requeridas por el sistema de MDI convencional fuera del alcance
de la invención.
También se prepararon registros de la presión
hidráulica máxima generada por la prensa de laboratorio Siempelkamp
para prensar las esteras (400 mm x 400 mm x \pm 150 mm) hasta el
espesor objetivo de 14 mm cuando se usa aglutinante PP1. A los
contenidos en humedad superiores de la estera (25%), se reduce la
energía de prensado requerida en un \pm 100% en comparación con
los contenidos en humedad inferiores de la estera (15%). La
temperatura de prensado tenía un pequeño efecto sobre los
valores.
\vskip1.000000\baselineskip
Los resultados muestran el efecto significativo
de poder tratar paneles con un contenido en humedad superior sobre
el requisito para la presión hidráulica para alcanzar un espesor de
estera final. También se registró la temperatura máxima de núcleo
alcanzada en el panel al final de los ciclos de prensado durante la
preparación de paneles con la composición de la invención. Se
realizaron los registros con una sonda de temperatura conectada al
programa ATR de la prensa Siempelkamp. Los paneles preparados con
las platinas de prensado a 100ºC alcanzan un máximo de 90ºC en el
núcleo justo antes de la descompresión.
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Los resultados muestran que la composición de la
invención permite la preparación de materiales compuestos en los
que la temperatura interna no alcanza 100ºC. Esto es sorprendente
para cualquier experto en la técnica de la preparación de material
compuesto en la que se supone que es necesaria una temperatura
máxima de núcleo antes de la descompresión superior a 100ºC para
garantizar la producción de materiales compuestos con rendimiento
adecuado.
Se preparó un prepolímero y se trató según las
condiciones del ejemplo 5. Se aplicó una disolución acuosa al 15%
de oleato de potasio sobre las platinas de acero de prensado en una
concentración de 4 g/m^{2}. Se clasificó la calidad del
rendimiento de desmoldeo tras el prensado en una escala desde 0
hasta 5, representando este último la ausencia de adhesión a las
platinas. Se prepararon siete paneles consecutivos con una
clasificación de 5, tras lo cual se detuvo el experimento.
\vskip1.000000\baselineskip
Se asigna un valor a la clasificación de
desmoldeo desde 1 hasta 5 que tiene el siguiente significado:
1 adhesión completa, el panel no
puede retirarse sin la destrucción del panel
2 adhesión con rotura de la madera
superior al 50%
3 adhesión con rotura de la madera
inferior al 25% pero superior al 5%
4 adhesión con rotura de la madera
inferior al 5%. Se necesita poca fuerza para retirar el panel
4,5 adhesión sin rotura de la
madera, el panel queda colgando. No se necesita ningún esfuerzo para
retirar el panel
5 desmoldeo perfecto, el panel se
extrae del molde espontáneamente.
\vskip1.000000\baselineskip
Se prepararon dos prepolímeros mezclando MDI
polimérico convencional (Suprasec 5025) con un
poliéter-poliol que tenía una funcionalidad de 2,
un peso equivalente de 200 y un contenido en óxido de etileno del
100% (=PEG 400). Se llevaron los prepolímeros a un contenido en NCO
objetivo del 27 y el 22% respectivamente. Tras la aplicación sobre
los copos, se prepararon esteras y se trataron paneles de tipo OSB
de 16 mm de espesor a dos niveles diferentes de los siguientes
parámetros: contenido en humedad de la madera
(8-13%) y temperatura de prensado (190ºC). Las
condiciones y factores de prensado respectivos se muestran en la
siguiente tabla:
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\newpage
Se prepararon dos prepolímeros mezclando MDI
polimérico convencional (Suprasec 5025) con un
poliéter-poliol que tenía una funcionalidad de 2,
un peso equivalente de 200 y un contenido en óxido de etileno del 0%
(=PPG 400). Se llevaron los prepolímeros a un contenido en NCO
objetivo del 27 y el 22% respectivamente. Tras la aplicación sobre
los copos, se prepararon esteras y se trataron paneles de tipo OSB
de 16 mm de espesor a dos niveles diferentes de los siguientes
parámetros: contenido en humedad de la madera
(8-13%) y temperatura de prensado (190ºC). Las
condiciones y factores de prensado respectivos se muestran en la
siguiente tabla:
Se preparó un prepolímero concentrado mezclando
MI 10 y un poliol con una funcionalidad de 3, un peso equivalente
de 2000, y un contenido en óxido de etileno del 15% (previsto). El
contenido en NCO objetivo fue del 6,8%. Se combinó este prepolímero
con MDI polimérico hasta un contenido en NCO del 27%.
Se pulverizó el prepolímero sobre copos de
madera que tenían un contenido en humedad del 15% y se trataron
paneles de tipo OSB de 650 kg/m^{3} a una temperatura de prensado
de 190ºC a un factor de prensado de 7 s/mm.
Claims (11)
1. Composición de poliisocianato usada para unir
materiales lignocelulósicos que comprende un poliisocianato de
polifenil-polimetileno y un prepolímero de
poliisocianato, siendo dicho prepolímero el producto de reacción de
un poliisocianato que comprende una mezcla de isómeros de
diisocianato de difenilmetano y al menos un
poliéter-poliol que tiene desde 2 hasta 8 grupos
hidroxilo en la que el poliéter-poliol comprende
unidades de alquileno polimerizadas que contienen al menos el 50%
de unidades de óxido de etileno.
2. Composición de poliisocianato según la
reivindicación 1, en la que la mezcla de isómeros comprende al
menos el 50% en peso de diisocianato de
4,4'-difenilmetano.
3. Composición de poliisocianato según la
reivindicación 2, en la que la mezcla de isómeros comprende al menos
el 75% de diisocianato de 4,4'-difenilmetano.
4. Composición de poliisocianato según las
reivindicaciones 1-3, en la que dicho
poliisocianato comprende además un poliisocianato de
polifenil-polimetileno.
5. Composición de poliisocianato según las
reivindicaciones 1-4, en la que la composición total
de poliisocianato tiene un contenido en NCO de desde el 20 hasta
aproximadamente el 30%.
6. Procedimiento para unir material
lignocelulósico que comprende las etapas de
- a)
- poner el material lignocelulósico en contacto con una composición de poliisocianato según las reivindicaciones 1-5
- b)
- aplicar un agente de desmoldeo a base de cera o una disolución jabonosa metálica a las superficies del material compuesto lignocelulósico o a las placas metálicas del equipo de prensado
- c)
- posteriormente dejar que dicho material se una.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, en
el que se pone en contacto la composición de poliisocianato según
la reivindicación 1-5 con el material
lignocelulósico y se prensa en caliente la combinación así formada
entre placas metálicas a una temperatura en el intervalo de 100ºC a
250ºC y una presión específica en el intervalo de 1 a 8 Mpa para
proporcionar un material compuesto con una densidad de entre 500
kg/m^{3} y 900 kg/m^{3}.
8. Procedimiento según la reivindicación 7, en
el que se pone en contacto la composición de poliisocianato según
la reivindicación 1-5 con el material
lignocelulósico y se prensa en caliente la combinación así formada
entre placas metálicas a una temperatura en el intervalo de 150ºC a
200ºC y una presión específica en el intervalo de 2 a 6 Mpa para
proporcionar un material compuesto con una densidad de entre 590
kg/m^{3} y 750 kg/m^{3}.
9. Procedimiento según la reivindicación 6, en
el que se pone en contacto la composición de poliisocianato según
la reivindicación 1-5 con el material
lignocelulósico y se prensa en caliente la combinación así formada
entre placas metálicas a una temperatura en el intervalo de 100ºC a
250ºC y una presión específica en el intervalo de 1 a 8 Mpa en el
que la temperatura de núcleo medida del material compuesto durante
el prensado es de desde 80 hasta 130ºC.
10. Procedimiento según la reivindicación 6, en
el que se pone en contacto la composición de poliisocianato según
la reivindicación 1-5 con el material
lignocelulósico y se prensa en caliente la combinación así formada
entre placas metálicas a una temperatura en el intervalo de 100ºC a
250ºC y una presión específica en el intervalo de 1 a 8 Mpa en el
que la temperatura de núcleo medida del material compuesto durante
el prensado es de desde 85 hasta 120ºC.
11. Procedimiento según la reivindicación
6-8, en el que la composición de poliisocianato se
aplica en una cantidad tal que se proporciona una razón en peso de
composición de poliisocianato con respecto a material
lignocelulósico en el intervalo de 0,1:99,9 a 20:80.
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