ES2313567T5 - Composición aglutinante para materiales derivados de la madera - Google Patents

Composición aglutinante para materiales derivados de la madera Download PDF

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Description

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DESCRIPCION
Composicion aglutinante para materiales derivados de la madera
La invencion se refiere a una composicion aglutinante para el encolado de fibras de madera y/o partfculas de madera para obtener un material derivado de la madera asf como a materiales derivados de la madera que se hayan fabricado con la composicion aglutinante. Se describe ademas un procedimiento para la fabricacion de materiales derivados de la madera usando la composicion aglutinante y al uso de la composicion aglutinante en este procedimiento.
La fabricacion de materiales derivados de la madera como tableros de virutas, tableros de fibras (MDF, HDF, etc.) y tableros OSB se realiza por “pegado” de partfculas de madera (virutas, fibras, hebras) usando procesos de endurecimiento termico de resinas reactivas. Los mas distintos requisitos en lo relativo a calidad y procesamiento exigen ademas la utilizacion de agentes de hidrofugacion especiales. Un criterio de calidad importante lo representa el llamado hinchamiento, es decir, el aumento de grosor de los tableros acabados debido a la influencia de la humedad. Para mantener este lo mas pequeno posible se trata de conseguir una cierta hidrofobia del producto final.
El estado actual de la tecnica en la hidrofugacion de materiales derivados de la madera se basa en la adicion de alcanos de cadena larga al bano de encolado. Estos se utilizan en forma de una emulsion acuosa de parafinas industriales que se obtienen como subproductos del refino del petroleo.
Las emulsiones de parafina utilizadas convencionalmente en la hidrofugacion no son capaces, debido a las propiedades qmmicas de los alcanos en las condiciones dadas en la fabricacion del material derivado de la madera, de establecer una union qrnmica con las partfculas de madera o fibras de madera a hidrofugar.
Es un inconveniente de las emulsiones de parafina conocidas que no tenga lugar una fijacion de las parafinas a la matriz a hidrofugar.
El documento SU 737238 B describe un tablero de fibras de madera que contiene una resina de alquilfenolamina como aglutinante y cera. La mezcla resina/cera se mezcla con 5 % de acido graso sintetico. El documento SU 933849 B describe una composicion acuosa para encolar materiales fibrosos, como por ejemplo tableros de fibras de madera, que contiene una resina de alquilfenolamina y un jabon de acido graso. El documento JP 2003025314 A describe la fabricacion de tableros de fibras de madera y el uso de amida de acido graso N-substituida como agente de hidrofugacion y metilenpolifenolpoliisocianato polfmero como aglutinante. El documento WO 03/076146 A1 describe un procedimiento para fabricar un tablero de fibras de densidad media usando una composicion de sellado que puede contener un acido graso como antiadherente. El aglutinante se mezcla con las fibras de madera antes de la solidificacion. Son aglutinantes adecuados por ejemplo melamina, melamina-urea-formaldel'ndo, urea- formaldehndo, aglutinantes fenolicos que contienen isocianato o acnlicos. El documento EP 1 072 645 A1 describe un material compuesto con poli(butirato de vinilo) como aglutinante que contiene una proporcion de al menos 5 % en peso de un acido graso.
Es por tanto objetivo de la invencion proporcionar un agente de hidrofugacion para un aglutinante que en la fabricacion de materiales derivados de la madera por encolado de fibras de madera y/o partfculas de madera conduzca a propiedades hidrofobas mejoradas del material derivado de la madera. En especial, las propiedades de hinchamiento del material derivado de la madera deben mejorarse.
Este objetivo se consigue de acuerdo con la invencion mediante el objeto de las reivindicaciones 1 a 5.
Para la resolucion del objetivo que se plantea la invencion se propone un encolado de fibras y/o partfculas de madera para obtener un material derivado de la madera, conteniendo la composicion aglutinante un producto de reaccion de al menos un aglutinante de base aminoplastica y al menos un agente de hidrofugacion seleccionado del grupo constituido por acidos grasos insaturados.
El objetivo se consigue ademas con un material derivado de la madera que se obtiene por encolado de fibras de madera y/o partfculas de madera con una composicion aglutinante que contiene un producto de reaccion de al menos un aglutinante de base aminoplastica y al menos un agente de hidrofugacion seleccionado del grupo constituido por acidos grasos insaturados.
Se describe tambien un procedimiento para la fabricacion de materiales derivados de la madera en el que fibras de madera y/o partfculas de madera se proveen de un aglutinante de base aminoplastica, las fibras de madera y/o las partfculas de madera asf provistas se conforman en esteras de virutas o fibras y las esteras de virutas o fibras se prensan a temperatura elevada formando tableros, anadiendose a las fibras de madera y/o partfculas de madera antes, despues o junto con la adicion del aglutinante, un acido graso insaturado como agente de hidrofugacion.
La ensenanza reivindicada de acuerdo con la invencion se basa en la idea de anclar el componente hidrofobo qmmicamente a las partfculas de madera, fibras de madera o al componente aglutinante. Este anclaje conduce a una fijacion del componente hidrofobo a la matriz a hidrofugar, asf como a una distribucion que teoricamente deja que se forme una capa monomolecular sobre esta y por consiguiente aprovecha la cantidad total del agente
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hidrofugante.
Como base funcional de un anclaje qmmico del agente hidrofugante pueden servir grupos reactivos que sean capaces de establecer un anclaje qmmico con componentes del tablero de material derivado de la madera. El componente hidrofobo puede estar compuesto por los restos de hidrocarburo largos de acidos grasos.
Ademas de la mayor eficiencia de los acidos grasos modificados qmmicamente por los dos puntos anteriormente mencionados, este sistema presenta tambien ventajas ecologicas debido a la substitucion de las parafinas por materias primas renovables (acidos grasos).
Por acidos grasos en el sentido de la invencion se entiende representantes insaturados (acidos oleicos) de acidos alcanocarboxflicos. Preferiblemente se utilizan acidos grasos con 5 a 30 atomos de carbono y con especial preferencia aquellos con 7 a 15 atomos de carbono (acidos grasos medios).
Son acidos grasos especialmente adecuados de acuerdo con la invencion el acido graso de aceite de soja y el acido graso de la fabricacion de la resina de tall.
Los acidos grasos pueden adquirirse en el comercio. Sin embargo la preparacion de acidos grasos es basicamente conocida por el experto en la materia. Los acidos grasos pueden tanto aislarse a partir de productos naturales como tambien prepararse sinteticamente. Los acidos grasos inferiores se obtienen preferiblemente por procedimientos de preparacion oxidativos, como por ejemplo smtesis de Reppe, smtesis de Koch-Haaf, reacciones de carbonilacion o por saponificacion de nitrilos. Los homologos superiores son accesibles de la forma mas sencilla por saponificacion de grasas naturales.
Los agentes de hidrofugacion anteriormente mencionados pueden utilizarse tanto solos como tambien en mezcla.
Se consiguen resultados especialmente buenos si el agente de hidrofugacion esta contenido en una cantidad de 0,01 a 30 % en peso, en especial de 0,1 a 5 % en peso, referida a la composicion aglutinante.
Son aglutinantes especialmente adecuados de acuerdo con la invencion resinas de urea-formaldetndo (UF), melamina-urea-formaldetndo (MUF) y melamina-urea-fenol-formaldetHdo (MUPF).
Los aglutinantes anteriormente mencionados pueden obtenerse comercialmente.
La cantidad del aglutinante utilizado depende del tipo de aglutinante utilizado y de la accion adhesiva deseada. Normalmente, la cantidad del aglutinante utilizado asciende a aproximadamente 5 a 20 % en peso, preferiblemente a aproximadamente 10 a 15 % en peso, referida a la masa total seca del material derivado de la madera.
En el uso de resinas de urea-formaldetndo (UF), melamina-urea-formaldetndo (MUF) y melamina-urea-fenol- formaldetndo (MUPF) la cantidad del aglutinante utilizado asciende preferiblemente a aproximadamente 6 a 16 % en peso, con especial preferencia a aproximadamente 8 a 14 % en peso, referida al peso seco del material derivado de la madera.
El endurecimiento del aglutinante utilizado se realiza convenientemente usando un endurecedor, dado el caso con calentamiento. Son endurecedores adecuados por ejemplo compuestos acidos o compuestos que liberan acido al mezclarlo con la resina. Son endurecedores especialmente adecuados sales de amonio de acidos fuertes como por ejemplo cloruro amonico o sulfato amonico.
Por fibras de madera y/o partmulas de madera se entiende de acuerdo con la invencion todos los cuerpos que contienen lignocelulosa que son adecuados para la fabricacion de materiales derivados de la madera.
Es recomendable que las fibras de madera y/o las partmulas de madera de acuerdo con la invencion se obtengan a partir de tipos de madera blanda como por ejemplo maderas de abeto rojo, pino, abeto, alerce, abedul, aliso, castano de Indias, pino silvestre, alamo temblon, sauce, chopo y tilo. Pero tambien pueden utilizarse tipos de madera dura como por ejemplo haya, espino, endrino, fresno, arce, nogal, manzano, peral, tejo o roble. Tambien pueden utilizarse mezclas discrecionales de tipos de madera blanda con tipos de madera dura.
Ademas es posible utilizar como fibras de madera y/o partmulas de madera fibras vegetales, por ejemplo de algodon, yute, lino, canamo, rafia, sisal, coco, yuca o manila o tambien fibras qmmicamente modificadas como las fibras de viscosa rayon y viscosilla, fibras de cuoxam, fibras de acetato e hilos de papel y celulosa.
Es recomendable que las fibras de madera y/o partmulas de madera utilizadas de acuerdo con la invencion sean materiales de madera de tipo viruta, fibroso, partmula o polvo. Por ejemplo como partmulas de madera pueden utilizarse virutas cortadas.
Preferiblemente se utilizan las fibras de madera y/o partmulas de madera de acuerdo con la invencion con tamanos de partmula de como maximo 5 mm de grosor, 50 mm de ancho y 150 mm de longitud. Es preferido un intervalo de grosores de 0,5 a 3 mm, un intervalo de anchuras de 1 a 15 mm y un intervalo de longitudes de 3 a 40 mm.
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Ademas de esto existe la posibilidad de que el material derivado de la madera de acuerdo con la invencion contenga aditivos adecuados para la mejora de propiedades. Por ejemplo aditivos que confieren resistencia a los materiales derivados de la madera frente a danos biologicos.
As^ a las fibras de madera y/o las partfculas de madera se les puede anadir un agente fungicida. Si se va a fabricar un tablero de fibras de madera o un tablero de virutas, se dispone el agente fungicida ventajosamente en el prensado en las zonas de la capa de cubierta. Un agente fungicida especialmente adecuado es el acido borico.
Es de destacar en este contexto tambien la adicion de productos qmmicos que reduzcan la resistencia al fuego y/o el contenido de formaldetndo de los tableros de fibras de madera. Lo ultimo por ejemplo anadiendo urea o carbonato amonico.
Es de destacar tambien la adicion de agua como coadyuvante tecnologico a las fibras de madera y/o las partfculas de madera encoladas o no encolada. El agua anadida se evapora hacia el interior al prensar, se condensa ah y de este modo se produce un transporte termico acelerado y reforzado hacia el centro del tablero, lo que conduce a un incremento del rendimiento especffico de fabricacion de tales materiales derivados de la madera.
Naturalmente pueden anadirse simultaneamente varios de los aditivos tecnicos anteriormente citados en combinacion discrecional.
Las cantidades de los aditivos a utilizar dependen del tipo de los aditivos respectivamente utilizados y son basicamente conocidos por el experto en la materia. Habitualmente se utilizan de aproximadamente el 0,05 a aproximadamente el 5 % en peso de aditivo referido al peso seco del material derivado de la madera.
A los agentes de tratamiento de superficies adecuados pertenecen por ejemplo pigmentos, revestimientos de resina y laminas u hojas para laminados.
El agente de hidrofugacion anadido confiere al material derivado de la madera propiedades hidrofobas.
Gracias a la ensenanza de acuerdo con la invencion pueden fabricarse los mas distintos tipos de materiales derivados de la madera. La ensenanza de acuerdo con la invencion es especialmente adecuada para la fabricacion de tableros, como por ejemplo tableros de virutas, tableros de fibras, en especial tableros MDF y HDF asf como tableros OSB.
Por tableros MDF se entiende de acuerdo con la invencion tableros de fibras con densidades aparentes de aproximadamente 800 kg/m3. Los tableros MDF se subdividen en tableros con densidades aparentes de aproximadamente 650 kg/m3 a aproximadamente 800 kg/m3, MDF ligeros (MDF-L) con densidades aparentes < 650 kg/m3 y MDF ultraligeros (MDF-Ul) con densidades aparentes < 550 kg/m3 [DIN EN 316].
Por HDF se entiende de acuerdo con la invencion tableros de fibras de elevada densidad con densidades aparentes superiores a 800 kg/m3.
Por tableros OSB (Oriented Strand Board) se entiende de acuerdo con la invencion tableros de virutas orientados estructurados formados por varias capas ensambladas.
De acuerdo con la invencion son materiales derivados de la madera especialmente preferidos los tableros de virutas y los tableros de fibras.
La estructuracion y la fabricacion de los tableros de virutas y los tableros de fibras es basicamente conocida por el experto en la materia y los tableros pueden fabricarse en el marco de la invencion p.ej. como sigue. Por tableros de virutas se entiende tableros de virutas producidas mecanicamente de madera o piezas lignificadas que se fabrican por encolado con un aglutinante y fuerza de prensado. Antes del encolado las virutas preferiblemente se secan de modo que presenten un contenido de humedad inferior al 5 %. A continuacion de esto puede realizarse un encolado continuo o separado de fracciones de capa de cubierta y central. Mediante maquinas dispersoras especiales puede entonces conformarse en continuo una napa de virutas que puede estar estructurada de forma homogenea o constar de varias capas, p.ej. de dos capas de cubierta y una capa central. Antes del prensado en caliente puede efectuarse una precompactacion continua de la napa de virutas y el canteado de la zona de bordes.
La fabricacion de los tableros propiamente dicha puede realizarse en instalaciones de prensado, en las que por medio de un control definido del tiempo de prensado, presion de prensado y temperatura de prensado se realiza el endurecimiento de la resina de encolado y el prensado al grosor final. Las temperaturas en el prensado pueden alcanzar en la cara superior y en la inferior del tablero hasta aprox. 260 °C, la presion hasta 10 MPa. Tras el prensado en caliente los tableros por regla general se sierran a medida, se enfnan en inversores refrigerantes especiales y se lijan al grosor nominal. A continuacion de esto puede realizarse un almacenamiento, que conduce a un acondicionamiento de los tableros. En caso de que se desee, los tableros pueden tambien recubrirse a continuacion de esto.
Mediante el tamano, la forma y la disposicion de las virutas y la cantidad de la proporcion de aglutinante (preferiblemente aproximadamente 5-15 %) pueden variarse las propiedades de los tableros de virutas de madera.
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Por ejemplo, pueden obtenerse valiosos tableros realizando su fabricacion con varias capas y con virutas de cubierta especialmente finas.
Los tableros de fibras de madera pueden fabricarse a partir de fibras de madera o de otro material que contenga lignocelulosa adecuado. Por accion del calor, humedad y fuerza de prensado mecanica en instalaciones de desfibrado se consigue descomponer la materia prima que contiene lignina, celulosa y hemicelulosa en sus elementos anatomicos basicos fibrosos en la forma de fibras individuales y haces de fibras. A este respecto, en el transcurso del proceso de fabricacion se conforma, se compacta y se prensa el material fibroso. De este modo se aprovecha primariamente el afieltrado de las fibras y las fuerzas de union naturales.
A continuacion del desfibrado se realiza entonces, habitualmente en una llamada conduccion de soplado (blow-line), la adicion del aglutinante dispersado en agua y el transporte hasta el secador. Tambien es posible opcionalmente anadir una parte o la totalidad del aglutinante preciso en un proceso post-conectado al secado, por ejemplo durante el llamado encolado en seco. Las fibras encoladas se secan hasta un contenido objetivo de humedad inferior a aproximadamente el 20 %. A continuacion, tras una clasificacion mediante maquinas dispersoras especiales, puede entonces realizarse la conformacion de la napa de fibras, que en correspondencia al caracter homogeneo pretendido se conforma preferiblemente en una capa. El resto de la tecnologfa corresponde aproximadamente a la de la fabricacion de tableros de virutas anteriormente descrita.
Mediante la disgregacion de las fibras, la eleccion del aglutinante, el regimen de temperatura, presion y tiempo en el proceso de prensado, pueden ajustarse las propiedades de los tableros al perfil de aplicacion. Por regla general los tableros tienen una zona de cubierta muy compactada de aproximadamente 1 mm de grosor, mientras que en el centro estan empaquetados mas sueltos. Por motivos decorativos y para la proteccion frente a solicitaciones mecanicas y qmmicas los materiales derivados de la madera pueden haberse recubierto. Preferiblemente se efectua un recubrimiento con revestimientos organicos.
El procedimiento descrito para la fabricacion de materiales derivados de la madera esta caracterizado porque se utiliza un acido graso insaturado como agente de hidrofugacion.
Que fibras de madera y/o partfculas de madera, aglutinantes, agentes de hidrofugacion y dado el caso aditivos son adecuados de acuerdo con la invencion ya se discutio anteriormente.
La aplicacion de aglutinantes y agentes de hidrofugacion sobre las fibras de madera y/o las partfculas de madera puede efectuarse de cualquier modo adecuado. Preferiblemente se utilizan toberas.
De acuerdo con una forma de realizacion preferida el aglutinante se anade a las fibras de madera y/o las partfculas de madera en forma de una emulsion o dispersion junto con el agente de hidrofugacion.
Preferiblemente, los pasos de mezcla y reaccion anteriormente mencionados se llevan a cabo para la fabricacion de los cuerpos de moldeo a temperaturas de 10 a 30 °C, en especial a temperatura ambiente (18-25 °C).
Si como material de partida de madera se utilizan virutas, entonces las virutas encoladas se conforman convenientemente en forma de tableros de virutas y a continuacion se prensan.
Si se utilizan fibras, entonces las fibras encoladas se conforman preferiblemente en forma de esteras de fibras y a continuacion se acaban por prensado en caliente y a presion como tableros de fibras.
Las temperaturas de prensado adecuadas en la fabricacion de tableros de fibras y virutas se encuentran entre aproximadamente 150 y 230 °C. Las fuerzas de prensado adecuadas se encuentran entre aproximadamente 2 y 10 MPa.
En el procedimiento descrito el tiempo de reaccion en el molde, y con ello la formacion del cuerpo de moldeo, asciende preferiblemente a aproximadamente 5 a 16 segundos por mm de grosor del tablero, con especial preferencia a aproximadamente 8 a 12 segundos.
Durante el proceso de prensado el aglutinante introducido pasa habitualmente por endurecimiento a un estado insoluble en agua.
Los tableros prensados pueden utilizarse tal como se obtienen por el prensado o tras el proceso de prensado se lijan para la eliminacion de la pelfcula de prensado y para generar una superficie susceptible de recubrirse o barnizarse.
Entre el dispositivo de prensado y el cuerpo de moldeo puede proveerse un antiadherente para facilitar un desprendimiento del material derivado de la madera de la cinta de acero.
Si los materiales derivados de la madera van a utilizarse en la construccion de muebles, estos pueden recubrirse con fines de decoracion o tambien de proteccion adicionalmente con pelfculas decorativas, pelfculas de imprimacion y chapeados.
El material derivado de la madera de acuerdo con la invencion puede contener ademas, p.ej. para la estabilizacion,
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tejidos, napas, generos de punto, alambres, cables, telas metalicas, varillas o similares.
Ejemplo 1 (no de acuerdo con la invencion)
En este ejemplo se describe la preparacion y el uso de una amida de acido graso.
Se mezclan 200 g de un acido graso de calidad tecnica con 41 g de urea y 1 g de acido borico como catalizador y se calienta durante 2 horas a 140 °C. A continuacion la reaccion a amida del acido se continua a 180 °C hasta que se alcanza un mdice de acido menor que 40.
El producto asf obtenido se emulsiona al 15 % en formaldel'ndo a aproximadamente 60 °C. El acido graso residual no emulsionable puede eliminarse todavfa en caso necesario por separacion de la fase superior.
El producto asf obtenido se mezcla con una cola de urea-formaldel'ndo tfpica y se prensa con fibras MDF para obtener un tablero MDF.
El producto obtenido presenta las mismas propiedades mecanicas que un tablero convencional con “hidrofugacion clasica” (emulsion de parafina), las propiedades de hinchamiento estan sin embargo claramente mejoradas.
Las amidas de acido graso que se forman pueden utilizarse puras o como emulsion. La accion autoemulsionante puede mejorarse aun por metilolacion mediante formaldel'ndo.
Sin vincularse a un determinado mecanismo de accion, el anclaje del componente hidrofobo a la estructura de la resina de encolado puede representarse a modo de ejemplo por medio del producto intermedio metilolado mediante formaldel'ndo:
imagen1
Con un aglutinante (aqrn, por ejemplo, un aglutinante a base de urea-formaldel'ndo) pueden formarse a este respecto estructuras del siguiente tipo:
imagen2
R1 = Resto hidrofobo del acido graso
R2 = Resto de la amina utilizada (puede ser tambien H)
Rl = Resto de resina de encolado
Ejemplo 2 (no de acuerdo con la invencion)
Los acidos grasos insaturados pueden epoxidarse en los dobles enlaces por adicion de oxfgeno molecular o unido qmmicamente. El grupo epoxido es capaz, entre otras cosas, de reaccionar con los grupos NH2 del aglutinante y unir el sistema hidrofobo a la resina.

Claims (5)

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    REIVINDICACIONES
    1. Composicion aglutinante para el encolado de fibras de madera y/o partfculas de madera para obtener un material derivado de la madera, caracterizado porque la composicion aglutinante contiene un producto de reaccion de
    - al menos un aglutinante de base aminoplastica y
    - al menos un acido graso insaturado como agente de hidrofugacion.
  2. 2. Composicion aglutinante de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado porque el agente de hidrofugacion esta contenido en una cantidad del 0,01 al 30 % en peso, en especial del 0,1 al 5 % en peso, referida a la composicion de cola.
  3. 3. Material derivado de la madera que puede obtenerse por encolado de fibras de madera y/o partfculas de madera con una composicion aglutinante de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2.
  4. 4. Material derivado de la madera de acuerdo con la reivindicacion 3, caracterizado porque el material derivado de la madera es un tablero de virutas, un tablero de fibras, en especial un tablero MDF o uno HDF, y/o un tablero OSB.
  5. 5. Material derivado de la madera de acuerdo con las reivindicaciones 3 o 4, caracterizado porque el material derivado de la madera posee propiedades hidrofobas.
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