ES2302798T3 - Sustrato impregnado de resina, metodo de fabricacion. - Google Patents
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Abstract
Un método para aumentar la tenacidad y la resistencia al agua de un sustrato de un material lignocelulósico, que comprende las etapas de: impregnar un sustrato (20) de un material lignocelulósico con un material resina basado en isocianatos; separar el exceso de material resina basado en isocianatos del sustrato impregnado (20) haciendo chocar aire a alto caudal (32) sobre el sustrato impregnado; polimerizar la resina (40) aplicando agua al sustrato impregnado, estando el agua a una temperatura suficiente para la polimerización; y separar el agua del sustrato impregnado con la resina polimerizada.
Description
Sustrato impregnado de resina, método de
fabricación.
La invención descrita se refiere a sustratos
lignocelulósicos impregnados con poliisocianatos y a un método y a
un aparato para producirlos. Más particularmente, la invención es un
método para impregnar con una resina basada en isocianatos cartón de
fibra vulcanizada de media y alta densidad y a continuación
polimerizar la resina por medio de la aplicación de calor y/o de un
catalizador líquido, tal que el cartón polimerizado sea capaz de
soportar la humedad y exhiba resistencia a los hongos y a los
insectos. El cartón polimerizado puede usarse para puertas, partes
de puertas y utensilios similares.
Las puertas de núcleo hueco se usan
principalmente en aplicaciones de interiores. Una puerta de núcleo
hueco puede ser una puerta nivelada, esto es plana o planar, con o
sin superficies moldeadas, en ambas superficies principales. Los
revestimientos usados para las puertas niveladas son relativamente
baratos, pero no proporcionan los rasgos estéticos y las propiedades
físicas algunas veces requeridas por los consumidores. Las puertas
de núcleo hueco fabricadas de revestimientos de cartón de fibra
vulcanizada de media y alta densidad no se usan típicamente en
aplicaciones para exteriores debido a los problemas que surgen a
cuenta de la absorción de humedad y el hinchamiento resultante de
las fibras celulósicas.
Muchas puertas de núcleo hueco se fabrican de
revestimientos para puertas, travesaños y montantes verticales de
madera y/o de materiales compuestos basados en la madera. Estos
materiales compuestos de madera pueden incluir planchas constituidas
por partículas, planchas constituidas por escamas, planchas duras y
cartón de fibra vulcanizada de media densidad ("MDF"). Los
materiales compuestos basados en la madera utilizan un aglomerante
basado en resinas, el cual es frecuentemente una resina
termoendurecible, con el fin de mantener en estado sólido a las
fibras de madera que forman el material compuesto. Los materiales
compuestos basados en la madera no son impermeables a la humedad,
por tanto las puertas que utilizan tales materiales compuestos
pueden no ser adecuadas para aplicaciones en el exterior. Si el
material compuesto absorbe la humedad, ya esté en forma líquida o
gaseosa, entonces los componentes de las puertas pueden hincharse y
la puerta llegar a distorsionarse. Las puertas de fibra de vidrio y
de acero no tienen la misma tendencia a absorber la humedad, y por
lo tanto se usan más frecuentemente para aplicaciones en el
exterior.
El uso de resinas
urea-formaldehído o
fenol-formaldehído como material aglomerante en
materiales compuestos de madera es conocido en la técnica. Después
de la polimerización de tal material compuesto de madera impregnado,
estas resinas tienden a reforzar a los materiales compuestos de las
puertas formando una estructura reticulada tridimensional en y
alrededor de las fibras de madera. Sin embargo, no forman enlaces
químicos con las moléculas de celulosa de las fibras
lignocelulósicas sino que, en su lugar, simplemente encapsulan las
fibras de madera en una red física de resina reticulada. Hablando en
general, los enlaces físicos, tales como que se acaban de describir,
son mucho más débiles que los enlaces químicos. Un agente
aglomerante tipo fenol-formaldehído es
adicionalmente insatisfactorio porque su reacción de reticulación
transcurre a una velocidad relativamente lenta y requiere una
temperatura superior a 176,6ºC.
Los sustratos impregnados con resinas han sido
descritos en el pasado pero no fabricación no ha sido deseable
porque requieren el uso de un sistema de recuperación de disolventes
o de vapor, largos tiempos de curado y costes de fabricación
relativamente altos debido al curado en horno. Los esfuerzos que
suponen en curado vía seca o el curado que se produce por aplicación
de un líquido calentado, también han dado lugar a un aspecto de la
superficie que también es demasiado lustrosa, resquebrajada, con
arañazos superficiales y/o de cualquier otra manera estéticamente
desagradable. En primer lugar, sobre la superficie se forman
burbujas tanto finas como gruesas, rotas o sin romper, debido al
CO_{2} que se escapa a través de la película de resina formada
sobre la superficie del sustrato, dando lugar a un aspecto áspero,
picado y en general con arañazos superficiales. En segundo lugar,
la película superficial de la resina curada se cura hasta dar un
acabado de alto brillo. En tercer lugar, la película de resina
tiende a juntarse y a moverse antes de que el curado esté completo,
dando lugar a rayas, carreras y formación de gotas sobre la
superficie del sustrato.
Se han realizado intentos sin éxito para
eliminar la película superficial de alto brillo, áspera, picada y
con arañazos superficiales del sustrato impregnado con
poliisocianatos debido a que tales esfuerzos dejan una superficie
áspera, mate, altamente texturizada que tiene un aspecto estético
completamente inadecuado. Adicionalmente, si los sustratos se
moldean, o se configuran de cualquier otra manera, en un patrón
tridimensional antes de la impregnación, como se hace con los
revestimientos moldeados para puertas, el diseño o patrón
tridimensional sobre el sustrato curado e impregnado se estropea si
la película superficial curada en horno se separa. Esto es debido a
que los detalles finos, las líneas, curvas, bordes y otros patrones
tridimensionales se raspan, lijan, descalcan, o de cualquier otra
manera se desgastan y se arañan superficialmente cuando la película
superficial se elimina.
Los expertos en la técnica reconocerán que
existe una necesidad de un sustrato lignocelulósico impregnado con
poliisocianatos que exhiba una tenacidad y resistencia al agua
adecuadas de modo que pueda usarse para aplicaciones en el exterior.
Incluso, una necesidad adicional en la técnica es un método para
fabricar tales sustratos lignocelulósicos impregnados con
poliisocianatos pero sin requerir un costoso curado en horno o un
procesado adicional de la superficie. Incluso, hay una necesidad en
la técnica de un aparato para producir tales sustratos
lignocelulósicos impregnados con poliisocianatos. La invención
descrita cumple estas y otras necesidades de la técnica.
El documento
EP-A-107155 describe un material
lignocelulósico impregnado con un material basado en
poliisocianatos.
La invención se dirige a un nuevo método para
producir sustratos lignocelulósicos impregnados con poliisocianatos.
Este método es más simple, más barato, más rápido y más seguro
medioambientalmente que los métodos de la técnica anterior usados
para producir sustratos lignocelulósicos impregnados con
poliisocianatos. Este método logra estas ventajas porque no requiere
el uso de un sistema de recuperación de disolventes, vehículos o
vapores, o un horno para curar. El nuevo método también permite
curados más rápidos sin requerir agentes o aceleradores de
curado.
Según la presente invención, se proporciona un
método para aumentar la tenacidad y la resistencia al agua de un
sustrato de un material lignocelulósico, que comprende las etapas
de: impregnar un sustrato de material lignocelulósico con un
material basado en resinas de poliisocianatos; separar el exceso de
material basado en resinas de poliisocianatos del sustrato
impregnado haciendo chocar aire a alto caudal sobre el sustrato
impregnado; polimerizar la resina aplicando agua al sustrato
impregnado, estando el agua a una temperatura suficiente para la
polimerización; y separar el agua del sustrato impregnado con la
resina polimerizada.
La invención proporciona además un aparato para
conformar un sustrato impregnado con una resina polimerizada,
comprendiendo dicho sistema: una estación de impregnación para
impregnar un sustrato de un material lignocelulósico con un material
resina basado en isocianatos, comprendiendo dicha estación de
impregnación un medio para calentar el material resina basado en
isocianatos y un medio para aplicar el material resina calentado
basado en isocianatos al sustrato lignocelulósico, dicho medio para
aplicar el material resina calentado basado en isocianatos es uno de
un primer depósito de remojo y múltiples toberas; caracterizado por
una estación de separación del material resina para separar la
cantidad en exceso de material resina basado en isocianatos del
sustrato impregnado con isocianatos antes de la polimerización del
material resina basado en isocianatos, comprendiendo dicha estación
de separación del material resina una estación de corte; una
estación de polimerización para polimerizar el material resina
basado en isocianatos impregnado en el sustrato de material
lignocelulósico, comprendiendo dicha estación de polimerización un
medio para calentar agua y un medio para aplicar el agua calentada
al sustrato impregnado, dicho medio para aplicar el agua calentada
es uno de un segundo depósito de remojo y múltiples toberas.
Cuando se usa en la presente memoria, el término
"polimerización", se usa como sinónimo del término
"curado", como se entiende en la técnica, e incluye la
formación de un polímero a partir de monómeros, dímeros o
trímeros.
La fig. 1 es una vista esquemática del sistema
de la presente invención.
La fig. 2 es una vista en perspectiva de la
puerta de la presente invención con un revestimiento de puerta
separado.
La fig. 3 es una fotografía de un sustrato
impregnado con isocianatos que ha sido curado en un baño líquido
pasando el sustrato impregnado a través de una serie de cuchillas de
aire antes del curado.
La fig. 4 es una fotografía de un sustrato
impregnado con isocianatos que ha sido curado en un baño líquido,
después que se haya separado el exceso de resina del sustrato
impregnado pasándolo a través de una serie de cuchillas de aire.
La fig. 5 es una fotografía de un sustrato
impregnado con isocianatos que ha sido curado en un horno.
Los inventores han encontrado que polimerizando
un sustrato lignocelulósico impregnado con una resina basada en
isocianatos aplicándole un líquido calentado, el producto obtenido
no sólo tiene una resistencia, resistencia al agua, resistencia a
los hongos de la podredumbre y resistencia a las termitas
acrecentadas en comparación con la técnica anterior, sino que
también tiene un acabado liso, relativamente no brillante, semejante
al acabado satinado. Los inventores han encontrado además que
pasando el sustrato lignocelulósico impregnado con una resina basada
en isocianatos a través del sistema de corte, la resina puede
impregnarse más profunda y uniformemente en el sustrato
lignocelulósico mientras que al mismo tiempo se separa la resina en
exceso de la superficie del sustrato.
El sustrato lignocelulósico usado para producir
el artículo de la invención se fabrica de un material
lignocelulósico, es decir, un material que contenga tanto celulosa
como lignina. Con frecuencia, tal material lignocelulósico está en
forma fibrosa. Los materiales lignocelulósicos adecuados incluyen
partículas de madera, fibras de madera, paja, cáñamo, sisal, tallo
de algodón, trigo, bambú, yute, juncos de agua salada, hojas de
palma, lino, cáscaras de nuez, maderas duras o maderas blandas, así
como cartones de fibra vulcanizada tales como cartón de fibra
vulcanizada de alta densidad, cartón de fibra vulcanizada de media
densidad (MDF), planchas de hebras orientadas y planchas de
partículas. Aunque la paja de trigo y otros componentes
estructurales de plantas anuales contienen algo de lignina algunas
veces no se les denomina como materiales lignocelulósicos. Sin
embargo, para los fines de la presente invención estas plantas
anuales están incluidas dentro de la expresión "material
lignocelulósico". El sustrato lignocelulósico es preferiblemente
cartón de fibra vulcanizada de media o alta densidad.
El material lignocelulósico puede moldearse o
no, y puede estar en forma de una tira, panel, bloque, lámina, hoja
contrachapada o semejante. El material lignocelulósico es
preferiblemente adecuado para usar como una puerta o componente de
puertas, incluyendo revestimientos, núcleos, montantes verticales,
moldeos y semejantes.
Como se muestra mejor en la fig. 1, el sustrato
lignocelulósico 1 se seca en una estación de deshidratación 10.
Ordinariamente, los materiales lignocelulósicos madre tienen un
contenido de humedad de aproximadamente 3-8% en
peso, pero incluso un menor contenido de humedad es importante para
conseguir la tenacidad y penetración máximas del material resina
basado en isocianatos. Cuando se usa metileno difenil diisocianato
(MDI) como material resina basado en isocianatos, el agua del
material lignocelulósico tiende a reaccionar con el MDI para formar
un enlace urea. Este enlace urea es más débil que el enlace uretano
entre las moléculas de celulosa y el poliisocianato obtenido después
de polimerizar el material resina basado en isocianatos, y por tanto
reduce la resistencia total potencial del producto final en
comparación con un sustrato 1 más seco tratado según el método. En
el sustrato lignocelulósico 1 impregnado con poliisocianatos, cada
gramo de agua separado del sustrato lignocelulósico 1 será
reemplazado por aproximadamente un gramo de resina basada en
isocianatos. Preferiblemente, la etapa de deshidratación da lugar a
un sustrato lignocelulósico 1 con un contenido de humedad menor que
7% en peso, y más preferiblemente, aproximadamente
0,1-2,5% en peso.
Con el fin de conseguir el valor deseado del
contenido de humedad en el sustrato lignocelulósico 1, el sustrato 1
es transportado por un sistema transportador 2 hasta una estación de
deshidratación 10. El sustrato 1 se seca mediante aire calentado
desde una primera soplante 11 y un primer calentador 12 programado
entre 93,3ºC y 149ºC. El aire calentado que sale de la estación de
deshidratación 10 se desvía a una segunda soplante 51 para un secado
post-impregnación en la estación 50. Aunque en esta
realización se prefiere la combinación de soplante y calentador, el
sustrato 1 puede secarse alternativamente mediante un calentador
catalítico de infrarrojos diseñado para conseguir una temperatura
superficial de hasta 176,6ºC en el sustrato lignocelulósico 1.
A continuación, el sustrato lignocelulósico 1
secado se impregna con un material resina basado en isocianatos en
una estación de impregnación 20. En la estación de impregnación 20,
el material resina basado en isocianatos se calienta mediante el
calentador 21 y es transportado mediante una bomba 22 desde un
primer reservorio 23 hasta una serie de toberas 24 de aplicación, en
las que el material resina se aplica a, e impregna a, el sustrato 1
secado. El material resina en exceso se recoge en el primer
reservorio 23 por debajo de las toberas 24 de aplicación y
subsiguientemente se reutiliza. El reservorio y el sistema de bombeo
permiten que el material resina basado en isocianatos se vuelva a
aplicar continuamente al sustrato 1, acortando así el tiempo de
impregnación e impidiendo la pérdida del material resina basado en
isocianatos. Se permite que el material resina basado en isocianatos
entre en contacto con las superficies del sustrato 1 durante
preferiblemente 4-10 minutos, y más preferiblemente
durante 4 minutos.
En lugar de emplear las toberas 24 de
aplicación, el sustrato 1 puede alternativamente impregnarse
remojándolo en un depósito de remojo relleno con el material resina
calentado. Si para llevar a cabo la etapa de impregnación se
selecciona el remojo, los sustratos lignocelulósicos 1 se mantienen
sumergidos dentro del depósito de remojo preferiblemente durante
4-10 minutos para asegurar la penetración completa
de la resina basada en isocianatos, pero el tiempo de remojo real
dependerá del espesor y de la densidad del sustrato 1.
Preferiblemente, el depósito se mantiene a presión atmosférica, pero
con el fin de acortan el tiempo de remojo de los sustratos 1 más
gruesos o más densos puede usarse un depósito de remojo
presurizado. Cuando el depósito no está en uso, en el espacio de
cabeza se aplica un gas seco inerte a presión atmosférica y a
temperatura ambiente para extender el tiempo de uso de la resina
antes del curado.
Ya se escoja una aplicación mediante una serie
de toberas o por remojo, se cree que el grado de impregnación del
material resina basado en isocianatos en el sustrato lignocelulósico
1 está al menos parcialmente gobernado por la viscosidad y la
temperatura del material resina basado en isocianatos, y la duración
del tiempo y de la presión a la que se aplica el material resina al
sustrato 1. Por ejemplo, un material resina basado en isocianatos
que tenga menor viscosidad o uno que se mantenga a una mayor
temperatura impregnará al sustrato 1 más rápidamente que uno que
tenga mayor viscosidad o uno que se mantenga a una menor
temperatura. Similarmente, una mayor presión o un tiempo de
aplicación más largo darán lugar a una mayor impregnación que una
presión menor o un tiempo de aplicación más corto. Si para el
material resina basado en isocianatos se selecciona MDI, en la tabla
I pueden encontrarse las viscosidades de los productos MDI (en
centipoises) a varias temperaturas.
Durante la etapa de impregnación, el material
resina basado en isocianatos reacciona con la celulosa de la madera.
Se cree que el isocianato forma un enlace químico entre los grupos
hidroxilo de la celulosa de la madera, formando así un enlace
uretano. Se cree además que este enlace químico contribuye a la
resistencia mejorada del producto final. Se cree además que las
moléculas del material resina basado en isocianatos, ya estén
enlazadas o no a las moléculas de celulosa, no polimerizan en
ninguna extensión significativa durante la etapa de
impregnación.
El material resina basado en isocianatos es
preferiblemente un material de MDI. La estructura del MDI se
representa más adelante por la fórmula I. Más preferiblemente, el
material resina basado en isocianatos contiene
4,4'-metileno difenil diisocianato, en el que Ph es
un grupo fenilo.
O=C=N-Ph-CH_{2}-Ph-N=C=O
Fórmula
I
Hablando de forma general, las preparaciones
comerciales del material resina basado en isocianatos no sólo
contienen 4,4'-metileno difenil diisocianato, sino
también poli(metileno difenil diisocianato), por lo demás
conocido como MDI polímero (o PMDI), isómeros mixtos de metileno
difenil diisocianato, y 2,4'-metileno difenil
diisocianato. Si para el material resina basado en isocianatos se
escoge metileno difenil diisocianato, preferiblemente tiene un
contenido de aproximadamente 33% a aproximadamente 49% de
4,4'-metileno difenil diisocianato, menos que
aproximadamente 70% de poli(metileno difenil diisocianato),
menos que aproximadamente 10% de isómeros mixtos de metileno difenil
diisocianato y menos que aproximadamente 8% de
2,4'-metileno difenil diisocianato. Mucho más
preferiblemente, el MDI empleado en la invención tendrá
aproximadamente 45% de metileno difenil diisocianato, siendo el
resto hasta 100% poli(metileno difenil diisocianato).
El material basado en MDI debe tener un alto
contenido de -N=C=O, preferiblemente un contenido de -N=C=O mayor
que 33% (en peso), más preferiblemente 1-33% (en
peso), incluso más preferiblemente 10-33% (en peso),
y mucho más preferiblemente 23-32% (en peso). El
material basado en MDI tendrá preferiblemente una alta funcionalidad
-N=C=O, más preferiblemente de 2 a 3, mucho más preferiblemente más
próxima a 3 que a 2. El material basado en MDI tendrá
preferiblemente una viscosidad de 50-300 centipoises
(a 25ºC), más preferiblemente más próxima a 50 que a 300. Si se
desea, el material basado en MDI puede usarse en combinación con un
disolvente no polar en una proporción de 10-100%
(en peso) de MDI y 0-90% (en peso) de disolvente no
polar.
El material resina basado en isocianatos también
puede incluir un agente conservante, tal como un agente bactericida,
fungicida o insecticida o agentes conservantes semejantes,
preferiblemente en una cantidad de 0,25% a 10% en peso del material
resina. Ejemplos de tales agentes biocidas son complejos de boro,
atrazinas, tiazoles y carbamatos. El material resina basado en
isocianatos también puede incluir otros aditivos tales como
productos químicos ignífugos o retardantes de la llama, que
incluyen, pero no se limitan a, fosfatos de
tris(1,3-dicloroisopropilo) o metafosfenato
de dimetilo. Estos productos químicos ignífugos o retardantes de la
llama pueden comprender desde 0,25% a 5,00% en peso del material
resina.
A continuación, en la estación 30 para separar
la resina, la resina en exceso se separa de la superficie del
sustrato 1 impregnado y la reacción química entre el isocianato y
las moléculas de celulosa se acelera mediante una temperatura
elevada. Además de la separación de la resina en la estación 30, la
resina impregnada también se calienta a la temperatura elevada de
115-149ºC y se fuerza hacia la mitad del sustrato 1.
La reacción química entre el material resina basado en isocianatos y
las moléculas de celulosa comienza a temperaturas tan bajas como
100ºC. En la estación 30 para la separación de la resina, el
sustrato 1 impregnado se hace pasar por una primera serie de
cuchillas 32 de aire. En la primera serie de cuchillas 32 de aire,
el aire calentado del calentador 31 se dirige hacia las superficies
del sustrato 1 mediante una soplante 33. La serie de cuchillas 32 de
aire en sí misma es un par de largos tubos que tiene cada uno una
larga rendija para la salida a elevada presión del aire calentado
sobre la superficie del sustrato 1 impregnado. Aunque el caudal, la
velocidad y la temperatura del aire a través de la serie de
cuchillas 32 de aire pueden variarse, el caudal, la velocidad y la
temperatura del aire se mantienen preferiblemente a aproximadamente
0,378 m^{3}/s, aproximadamente 76 m/s y aproximadamente
115-149ºC, respectivamente. Cuando el aire calentado
choca sobre la superficie del sustrato 1 impregnado desde las
cuchillas de aire, parte del exceso de resina que no impregna
completamente al sustrato 1 se fuerza otra vez sobre el sustrato 1,
mientras que el resto se separa por soplado, impidiendo de este modo
que se forme una película o revestimiento de material resina sobre
la superficie del sustrato 1.
A continuación, el material resina impregnado
basado en isocianatos se polimeriza en una estación de
polimerización 40 aplicando un líquido al sustrato 1 impregnado a
una temperatura suficiente para polimerizar el material basado en
isocianatos. El contenido está contenido en un segundo reservorio
41, en el que se calienta mediante un calentador 42, se bombea
mediante una bomba 43, y se aplica al sustrato 1 impregnado mediante
las toberas 44 de aplicación. Las superficies del sustrato 1
impregnado curarán hasta un aspecto oscuro si no se cubren con el
líquido calentado, por lo que es preferible asegurar una cobertura
completa de todas las superficies con el líquido calentado. El flujo
de líquido a través de las toberas 44 se mantiene preferiblemente a
aproximadamente 5-10 gpm a una presión de
34470-41364 Pa. Después de fluir sobre las
superficies del sustrato 1 impregnado, el líquido calentado se
recoge en el segundo reservorio 41, en el que puede usarse.
Los líquidos adecuados incluyen aquellos
materiales que existen en forma líquida (a presión atmosférica) a la
temperatura de polimerización del material resina basado en
isocianatos y los que tampoco inhiban sustancialmente la reacción de
polimerización. Preferiblemente, el líquido es reactivo con el
material resina basado en isocianatos, formando así productos de
reacción en la superficie del sustrato 1. El líquido se selecciona
de modo que los productos de reacción entre él y l resina puedan
separarse más fácilmente desde la superficie del sustrato 1 que los
comparados con la resina basada en isocianatos polimerizada en la
superficie del sustrato 1. Por ejemplo, si como líquido y resina
basada en isocianatos se seleccionan agua y MDI, reaccionan para
formar materiales solubles en agua que contienen uniones urea.
Debido a que los productos de reacción formados en las superficies
del sustrato 1 son solubles en el líquido, el aspecto resultante de
la superficie tratada del sustrato 1 es el de una plancha lisa,
semejante a una satinada y relativamente no brillante. Un líquido
preferido es agua. El líquido puede mantenerse a una temperatura
igual a o mayor que 82ºC, preferiblemente entre 82ºC y 100ºC y mucho
más preferiblemente a aproximadamente 82ºC. El líquido puede
aplicarse al sustrato 1 impregnado durante un período de
8-10 minutos, pero pueden seleccionarse tiempos más
cortos o más largos dependiendo del espesor del sustrato
lignocelulósico 1.
Los productos de reacción pueden proceder de una
reacción entre el líquido calentado y el material resina basado en
isocianatos, y gradualmente se acumularán en el segundo reservorio
41 junto con fibras del sustrato lignocelulósico 1. Cuando el
producto de reacción se acumula, puede separarse filtrando el
líquido en el segundo reservorio 41. Una fuente 45 de líquido
caliente de reposición suministra nuevo líquido al segundo
reservorio 41 para reemplazar el líquido perdido por evaporación y
filtración.
Alternativamente, la resina en el sustrato 1
impregnado puede polimerizarse remojando el sustrato 1 impregnado en
el líquido calentado dentro del depósito de remojo equipado con una
bomba de circulación y un calentador.
A continuación, el exceso de líquido se separa
del sustrato 1 impregnado con el poliisocianato en una estación 50
de separación de líquidos. Esto se consigue mediante el uso de una
segunda serie de cuchillas de aire 52 (que también incluye un
calentador 51 y una soplante 53) mantenida al mismo caudal y
temperatura del aire que la primera serie de cuchillas de aire 32.
Cuando el aire caliente choca sobre la superficie del sustrato 1
desde las cuchillas de aire, el exceso de líquido y cualquier
producto de reacción resina-líquido formado en la
superficie del sustrato 1 se separan por soplado del sustrato 1.
Alternativamente, la etapa de separación del
líquido puede realizarse simplemente separando el sustrato 1
impregnado con el poliisocianato del líquido y permitiendo que el
líquido drene.
Alternativamente, el sustrato 1 impregnado con
el poliisocianato puede secarse durante aproximadamente 10 minutos
en un horno programado a 93ºC-149ºC.
En cualquier caso, se prefiere un contenido de
humedad de menos que 10%.
Como se muestra en la fig. 2, la puerta de la
invención tiene un travesaño superior 31, un travesaño inferior 32 y
dos montantes verticales 33 que forman un marco de puerta, así como
dos revestimientos 34 de puerta dispuestos en los lados opuestos del
marco de la puerta (se ha separado un revestimiento de puerta para
clarificar la estructura de la puerta). Se entiende que los
revestimientos de puerta no tienen que ser planares, sino que pueden
conformarse según cualquier forma moldeada tridimensional.
La fig. 3 muestra un MDF impregnado con MDI que
ha sido polimerizado en un baño líquido sin separar antes la resina
en exceso con una serie de cuchillas de aire como se describió
anteriormente. Este MDF impregnado con PMDI exhibe una resistencia,
resistencia al agua, resistencia a los hongos de la podredumbre y
resistencia a las termitas acrecentadas así como un acabado
superficial liso, de bajo brillo, semejante aun acabado satinado. El
sustrato acabado tiene una resistencia a la extracción de tornillos
que excede con mucho a la de los sustratos lignocelulósicos no
tratados, tanto si el sustrato acabado se ha pretaladrado como si
no.
La fig. 4 muestra un MDF impregnado con MDI que
ha sido polimerizado en un baño líquido después de separar la resina
en exceso con una serie de cuchillas de aire como se describió
anteriormente. Este MDF impregnado con PMDI exhibe una resistencia,
resistencia al agua, resistencia a los hongos de la podredumbre y
resistencia a las termitas acrecentadas. Sin embargo, este MDF
impregnado con PMDI exhibe incluso menos brillo que el MDF
impregnado con PMDI representado en la fig. 3. El sustrato acabado
tiene una resistencia a la extracción de tornillos que excede con
mucho a la de los sustratos lignocelulósicos no tratados, tanto si
el sustrato acabado se ha pretaladrado como si no.
Por otra parte, la fig. 5 muestra los sustratos
lignocelulósicos impregnados con isocianatos y polimerizados en un
horno que tienen una película superficial de poliisocianato con un
alto brillo, alta aspereza, con ampollas, picada y en general con
arañazos superficiales.
Se cree que la resistencia acrecentada del
artículo de la invención es debida a algunos de o todos los
siguientes factores: a) uniones uretano entre grupos -OH de las
moléculas de celulosa de las fibras de lignocelulosa y grupos -N=C=O
de la resina basada en isocianatos, b) uniones urea formadas por la
reacción del agua enlazada en las fibras lignocelulósicas y los
grupos -N=C=O de la resina basada en isocianatos en exceso, c) una
cadena de poliuretano formada por polimerización de la resina basada
en isocianatos, d) una cadena de poliurea formada por polimerización
del producto de reacción del agua enlazada y de la resina basada en
isocianatos en exceso, e) encapsulación de las fibras
lignocelulósicas por las cadenas de poliurea como se describió
anteriormente, f) encapsulación de las fibras lignocelulósicas por
la cadena de poliuretano formada por polimerización de la resina
basada en isocianatos, g) reticulación de las cadenas de
poliuretano.
El sustrato de la presente invención impregnado
con poliisocianatos contendrá ordinariamente
0,5-20%, preferiblemente 2,0-15%,
más preferiblemente 5,0-10%, y mucho más
preferiblemente 7,0-8,0% en peso de
poliisocianato.
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Se comparó el comportamiento de seis fórmulas
diferentes de PMDI tratando con PMDI un material revestimiento de
puertas y un material para travesaños/montantes verticales de
puertas. Las fórmulas de PMDI están disponibles con los siguientes
nombres comerciales: 1) Lupranate M20S (BASF); 2) Elastocast 7034U
(BASF); 3) WUC 3092 T (BASF); 4) Desmodur VKS-18
(Bayer); 5) E-743 (Bayer); y 6) X0672 (Bayer).
Cada una de las fórmulas es una mezcla de los
siguientes ingredientes: 33-49% de
4,4'-difenilmetano diisocianato, < 70% de MDI
polímero, < 10% de isómeros mixtos de MDI y < 8% de
2,4'-difenilmetano diisocianato. Las fórmulas tienen
propiedades en los siguientes intervalos: una densidad de
1,08-1,24 (g/cm^{3} a 25ºC), una viscosidad de
200-3300 (centipoises a 25ºC), un contenido de
grupos NCO de 23-31,5% (en peso), y una
funcionalidad de 2,7.
Los materiales para revestimiento de puertas y
para travesaños/montantes verticales de puertas se trataron como
sigue.
El material para travesaños/montantes verticales
de puertas fue un cartón de fibra vulcanizada de densidad media de
2,54 cm de espesor y 19,98 kg fabricado por Temple. Se cortaron
muestras de ensayo etiquetadas como "B" en trozos de 15,24 cm
de longitud por 3,81 cm de anchura. Las muestras de ensayo
etiquetadas como "A" se maquinaron en una forma adecuada para
aplicaciones de puertas metálicas y a continuación se cortaron en
trozos de 15,24 cm de longitud. La sección transversal de las
muestras "A" fue de 2,22 cm por 4,13 cm. A través de cada pieza
del material para travesaños/montantes verticales de puertas se
taladró un agujero guía que tenía un diámetro de 0,30 cm. No se
esperó una impregnación del 100% del material para
travesaños/montantes verticales de puertas. El agujero guía
pretaladrado proporciona un medio para extender el tratamiento con
PMDI en el área que retiene el tornillo del montante vertical de
puertas. El beneficio del agujero guía pretaladrado puede verse en
la tabla II.
El material revestimiento para puertas fue un
cartón de fibra vulcanizada de alta densidad fabricado por Fibramold
en Chile. El material revestimiento para puertas se etiquetó como
muestras "C" y "D". El material revestimiento para puertas
fue de 0,318 cm de espesor y se cortó en muestras de 9,5 cm por 14,6
cm.
Cada una de las fórmulas de PMDI se usó para
impregnar un par de las piezas de revestimiento para puertas y un
para e piezas de travesaño/montante vertical para puertas. Las
piezas se sumergieron durante 10 minutos mientras que las fórmulas
de PMDI se mantuvieron a una temperatura de 65ºC. Después de la
impregnación, las piezas se calentaron 10 minutos en un horno a 93ºC
y el exceso de PMDI se separó pasando un trapo adsorbente. A
continuación, las piezas se almacenaron a temperatura ambiente
durante 18 horas. Después del almacenamiento, las piezas se pesaron
otra vez y se curaron sumergiéndolas en agua a 82ºC durante 10
minutos. Después de secar las piezas durante 10 minutos en un horno
a 93ºC (para reducir el contenido de humedad a menos que 10% en
peso) se volvieron a pesar.
El índice de absorción de MDI (en g/g) se obtuvo
dividiendo el peso de MDI impregnado en el ejemplo de ensayo entre
el peso del ejemplo de ensayo sin tratar, y multiplicando por 100%.
Los resultados se tabulan en la tabla II.
La capacidad del artículo de la invención para
retener tornillos de madera se ensayó a continuación frente al
ejemplo comparativo CE1. El ejemplo comparativo CE1 es un cartón de
fibra vulcanizada de media densidad disponible con el nombre
comercial Medite FR (fabricado por Medex). Medite FR es un cartón de
fibra vulcanizada especificado como ignífugo anunciado por Medex
como el "MDF exento de formaldehído de calidad para exteriores
mejor del mundo".
A continuación, se atornillaron un par de
tornillos de madera de 1,91 cm del nº 8 en los ejemplos de ensayo
del material para travesaños/montantes verticales de puertas (1A,
1B, 2A, 2B, etc.). Uno de los tornillos de madera se atornilló en el
agujero guía mientras que el otro tornillo se atornilló en un área
diferente del agujero guía. En el ejemplo comparativo CE1 se insertó
un único tornillo de madera de 1,91 cm del nº 8.
También se ensayó la expansión dimensional
debida a la absorción de agua para el ejemplo de ensayo 1B (material
para travesaños/montantes verticales de puertas impregnado con
Lupranate M20S) y el ejemplo comparativo CE1. Como tales, se
registraron las dimensiones iniciales (anchura, longitud y espesor)
del ejemplo de ensayo 1B y del ejemplo comparativo CE1 así como el
peso de CE1.
A continuación, el ejemplo comparativo CE1 y
todos los ejemplos de ensayo del material para travesaños/montantes
verticales de puertas (1A, 1B, 2A, 2B, etc.) se colocaron en agua
hirviendo durante una hora y se registraron sus pesos.
El % de ganancia de agua (en gramos) de cada
ejemplos de ensayo y del ejemplo comparativo CE1 se calculó
dividiendo el peso de agua ganado por los ejemplos debido a la
ebullición entre el peso del ejemplo antes de la ebullición, y
multiplicando por 100%. Los resultados se tabulan en la tabla
II.
Todos los ejemplos de ensayo y el ejemplo
comparativo CE1 se secaron a continuación en un horno a 93ºC durante
18 horas. Se registraron de nuevo las dimensiones del ejemplo de
ensayo 1B y del ejemplo comparativo CE1. Se separó cada uno de los
tornillos de madera y se registró la fuerza (en atm) que se requirió
para separarlos. Los resultados se tabulan en la tabla II.
El % de expansión de cada una de las
dimensiones, longitud, anchura y espesor se calculó dividiendo el
cambio de la dimensión particular (ya sea el cambio después de
hervir o tanto después tanto de hervir como de secar) entre la
dimensión inicial y multiplicando por 100%. Los resultados se
tabulan en las tablas III y IV.
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Las propiedades de absorción adicionales se
evaluaron para la invención (ejemplos de ensayo 7) y dos ejemplos
comparativos CE2 y CE3.
El ejemplo de ensayo 7 utilizó cartón de fibra
vulcanizada de media densidad como material sustrato. Para el
ejemplo comparativo CE2 se empleó cartón de fibra vulcanizada
Masonite mientras que para el ejemplo comparativo CE3 se usó cartón
de fibra Medex Medite FR.
El ejemplo de ensayo 7 se impregnó con PMDI, se
secó, se almacenó y se secó de nuevo como se describió anteriormente
para los ejemplos 1A a 6D. Se registraron el peso, la longitud y el
espesor del ejemplo de ensayo 7 y de los ejemplos comparativos CE2 y
CE3. A continuación, el ejemplo de ensayo 7 y los ejemplos
comparativos CE2 y CE3 se sumergieron en agua durante 24 horas. De
nuevo, se registraron el peso, la longitud y el espesor después de
sumergir.
El % de absorción de agua se calculó dividiendo
el cambio de peso debido al remojo durante 24 horas entre el peso
inicial. Similarmente, el % de hinchamiento del espesor se calculó
dividiendo el cambio de espesor debido al remojo durante 24 horas
entre el espesor inicial, y el % de expansión lineal se calculó
dividiendo el cambio de longitud debido al remojo durante 24 horas
entre la longitud inicial. Los resultados del % de absorción de
agua, % de hinchamiento del espesor y % de expansión lineal se
tabulan en la tabla V.
También se realizó un ensayo de descomposición
térmica. Como en el ensayo de absorción de agua, el ejemplo 8
utilizó cartón de fibra vulcanizada de media densidad, el ejemplo
comparativo CE4 fue un cartón de fibra vulcanizada Masonite y el
ejemplo comparativo CE5 fue un cartón de fibra Medex Medite FR. El
ejemplo de ensayo 7B y los ejemplos comparativos CE4 y CE5 se
expusieron a una temperatura de 510ºC y se hicieron observaciones a
3,5 minutos, 15 minutos y 30 minutos. Los resultados se tabulan en
la tabla VI.
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La invención se ensayó adicionalmente respecto a
la resistencia tanto a los insectos como a los hongos. Porciones de
cartón de fibra vulcanizada de media densidad se trataron con PMDI
según la invención para dar los ejemplos de ensayo 9 y 10. El
ejemplo de ensayo 9, junto con los ejemplos comparativos CE6 de pino
blanco y CE7 de MDF sin tratar se expusieron a termitas subterráneas
y a escarabajos de la madera. El ejemplo de ensayo 10 y los ejemplos
comparativos CE8 de pino blanco y CE9 de MDF sin tratar se
expusieron al deterioro por el hongo de la podredumbre marrón y el
de la podredumbre blanca. En todos los casos, los ejemplos 9 y 10 se
comportaron tan bien, o mejor que, tanto el pino blanco como el MDF
sin tratar.
Aunque se ha descrito esta invención como si
tuviera un diseño preferido, se entiende que es capaz de
modificaciones, usos y/o adaptaciones adicionales que en general
siguen el principio de la invención e incluyen tales salidas de la
presente descripción como que están dentro de la práctica conocida o
usual de la técnica con la cual se relaciona la invención, y que
pueden aplicarse a las características esenciales puestas de
manifiesto en la presente memoria, y caen dentro del alcance de la
invención limitado por la reivindicaciones adjuntas.
Claims (17)
1. Un método para aumentar la tenacidad y la
resistencia al agua de un sustrato de un material lignocelulósico,
que comprende las etapas de: impregnar un sustrato (20) de un
material lignocelulósico con un material resina basado en
isocianatos; separar el exceso de material resina basado en
isocianatos del sustrato impregnado (20) haciendo chocar aire a alto
caudal (32) sobre el sustrato impregnado; polimerizar la resina (40)
aplicando agua al sustrato impregnado, estando el agua a una
temperatura suficiente para la polimerización; y separar el agua del
sustrato impregnado con la resina polimerizada.
2. Un método según la reivindicación 1,
caracterizado por la etapa de seleccionar un sistema (32) de
corte con aire para proporcionar el alto caudal de aire de choque
sobre el sustrato impregnado.
3. Un método según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado por la etapa de seleccionar el sustrato de
fibras lignocelulósicas y un agente aglomerante.
4. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por la etapa de
seleccionar el agente aglomerante de una resina
urea-formaldehído o de una resina
fenol-formaldehído.
5. Un método según cualquier reivindicación
precedente, caracterizado por la etapa de mantener el agua a
una temperatura igual o mayor que 82ºC o a una temperatura en el
intervalo de 82ºC a 100ºC.
6. Un método según cualquier reivindicación
precedente, caracterizado por la etapa de deshidratar el
sustrato en un horno antes de la impregnación hasta que se consigue
un contenido de humedad de menos que aproximadamente 7% en peso.
7. Un método según cualquier reivindicación
precedente, caracterizado porque dicha aplicación se consigue
aplicando múltiples corrientes de agua al sustrato de un material
lignocelulósico.
8. Un método según cualquier reivindicación
precedente, caracterizado por la etapa de mantener la presión
del material resina basado en isocianatos impregnado a
aproximadamente 1 atmósfera.
9. Un método según cualquier reivindicación
precedente, caracterizado por la etapa de mantener el
material resina basado en isocianatos a una temperatura de
65,5ºC.
10. Un método según cualquier reivindicación
precedente, caracterizado por la etapa de seleccionar el
material resina basado en isocianatos de un material resina basado
en metileno difenil diisocianato.
11. Un método según la reivindicación 1,
caracterizado por la etapa de seleccionar el material resina
basado en isocianatos de un material resina basado en metileno
difenil diisocianato, teniendo dicho material resina basado en
metileno difenil diisocianato un contenido de 33% a 49% de
4,4'-metileno difenil diisocianato, menos que 70% de
poli(metileno difenil diisocianato), menos que 10% de
isómeros mixtos de metileno difenil diisocianato y menos que 8% de
2,4'-metileno difenil diisocianato.
12. Un método según la reivindicación 1,
caracterizado por la etapa de de seleccionar el material
resina basado en isocianatos de los que tienen un contenido de
-N=C=O en el intervalo de 1% a 33% en peso del material resina
basado en isocianatos, o en el intervalo de 10% a 33% en peso del
material resina basado en isocianatos o en el intervalo de 23% a 32%
en peso del material resina basado en isocianatos.
13. Un método según la reivindicación 1,
caracterizado por la etapa de seleccionar el material resina
basado en isocianatos de los que tienen una funcionalidad -N=C=O de
aproximadamente 2 a aproximadamente 3 y/o de los que tienen una
viscosidad a 25ºC de aproximadamente 50 a aproximadamente 300
centipoises.
14. Un método según cualquier reivindicación
precedente, caracterizado por la etapa de seleccionar el
material lignocelulósico de cartón de fibra vulcanizada de alta
densidad, cartón de fibra vulcanizada de media densidad, plancha de
hebras orientadas, plancha de partículas, cáñamo, sisal, tallo de
algodón, trigo, paja, bambú, yute, juncos de agua salada, hojas de
palma, lino, cáscaras de nuez, maderas duras o maderas blandas.
15. Un aparato para conformar un sustrato
impregnado con una resina polimerizada, comprendiendo dicho aparato:
una estación de impregnación (20) para impregnar un sustrato de un
material lignocelulósico con un material resina basado en
isocianatos, comprendiendo dicha estación de impregnación un medio
(21) para calentar el material resina basado en isocianatos y un
medio (24) para aplicar el material resina calentado basado
isocianatos al sustrato lignocelulósico, dicho medio para aplicar el
material resina calentado basado en isocianatos es uno de un primer
depósito de remojo y múltiples toberas (24); caracterizado
por una estación (30) de separación del material resina para
separar la cantidad en exceso de material resina basado en
isocianatos del sustrato impregnado con isocianatos antes de la
polimerización del material resina basado en isocianatos,
comprendiendo dicha estación de separación del material resina una
estación (32) de corte con aire; una estación (40) de polimerización
para polimerizar el material resina basado en isocianatos impregnado
en el sustrato de material lignocelulósico, comprendiendo dicha
estación de polimerización un medio para calentar agua y un medio
para aplicar el agua calentada al sustrato impregnado, dicho medio
para aplicar el agua calentada es uno de un segundo depósito de
remojo y múltiples toberas.
16. Un aparato según la reivindicación 15,
caracterizado por una estación (10) de deshidratación para
separar el exceso de humedad del sustrato lignocelulósico,
comprendiendo dicha estación de deshidratación un calentador (12) y
una soplante (11).
17. Un aparato según la reivindicación 15 ó 16,
caracterizado por una estación (50) de separación de líquidos
para separar la cantidad en exceso del líquido del sustrato
impregnado con la resina polimerizada, comprendiendo dicha estación
de separación de líquidos una estación de corte con aire.
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