ES2439579T5 - Procedimiento para fabricar compuestos de madera con una reducida emisión de compuestos orgánicos volátiles, compuestos de madera que así se obtienen, así como la utilización de determinados aditivos para reducir la liberación de compuestos orgánicos volátiles procedentes de compuestos de madera y productos de la trituración de la madera de lignocelulosas - Google Patents

Procedimiento para fabricar compuestos de madera con una reducida emisión de compuestos orgánicos volátiles, compuestos de madera que así se obtienen, así como la utilización de determinados aditivos para reducir la liberación de compuestos orgánicos volátiles procedentes de compuestos de madera y productos de la trituración de la madera de lignocelulosas Download PDF

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Description

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PROCEDIMIENTO_ PARA FABRICAR COMPUESTOS DE MADERA CON UNA REDUCIDA EMISION DE COMPUESTOS ORGANICOS VOLATILES, COMPUESTOS DE MADERA QUE ASI SE OBTIENEN, ASI COMO LA UTILIZACION DE DETERMINADOS ADITIVOS PARA REDUCIR LA LIBERACION DE COMPUESTOS ORGANICOS VOLATILES PROCEDENTES DE COMPUESTOS DE MADERA Y PRODUCTOS DE LA TRITURACION DE LA MADERA DE LIGNOCELULOSAS
La invencion se define en las reivindicaciones y se describira mas en detalle a continuacion.
Las lignocelulosas o materiales que contienen lignocelulosas, como madera y productos de la trituracion de la madera, asf como compuestos de madera fabricados a partir de los mismos, contienen entre otros compuestos organicos volatiles (VOC) y compuestos organicos muy volatiles. Como compuestos organicos volatiles (VOC) se incluyen todas las substancias organicas volatiles cuyo tiempo de retencion en el cromatograma de gas se encuentra entre el C6 (hexano) y el C16 (hexadecano). A los compuestos organicos muy volatiles pertenecen, entre otros, el acido formico y el formaldehndo.
Los compuestos organicos volatiles y los compuestos organicos muy volatiles se generan en funcion del tipo y del estado de las lignocelulosas, como la clase de madera, la duracion del almacenamiento, las condiciones de almacenamiento de la madera o bien de los productos de la trituracion de las lignocelulosas, en distintos compuestos qmmicos y cantidades. Los VOC procedfan entonces esencialmente de los extractos de las lignocelulosas, por ejemplo de la madera o de sus productos de transformacion. Representantes destacados de los mismos son substancias como alfa-pineno, beta-pineno, delta-3-careno. Al respecto se encuentran estos componentes sobre todo en la madera de las comferas. Productos de la transformacion que se presentan en las lignocelulosas, como en la madera y en los productos de trituracion de las lignocelulosas durante el almacenamiento y el tratamiento, son por ejemplo pentanal y hexanal. Sobre todo las maderas de comferas a partir de las que se fabrican predominantemente paneles de fibras de densidad media (MDF) o paneles OSB (de fibras orientadas), contienen grandes cantidades de resina y de grasas, que originan la formacion de compuestos organicos volatiles del terpeno y aldehndos. En parte resultan estas substancias tambien mediante la descomposicion de los componentes principales de la madera, como lignina, celulosa y hemicelulosa. Los VOC pueden tambien generarse cuando se utilizan determinados adhesivos para fabricar los compuestos de madera.
Los adhesivos usuales, tales como los que se utilizan en la fabricacion de compuestos de madera, como paneles OSB, paneles de fibras de densidad media, etc., incluyen resinas aminoplasticas, como resina de urea-formaldehido (resina UF), resina de melamina- urea- fenol-formaldehido (resina MUPF) o resina de melamina-urea-formaldehido (resina MUF). Otros adhesivos, tal como los que se utilizan usualmente, incluyen adhesivos a base de diisocianatos (PMDI), como adhesivos a base de poliuretano, resina de fenol- formaldehHdo (resina PF) y/o resina de tanino- formaldehido (resina TF) o mezclas de las mismas. En el sector de los paneles de fibra se utilizan por ejemplo principalmente resinas aminoplasticas. Los VOCs se liberan a partir de los compuestos de madera o bien de los productos de la trituracion de lignocelulosas tanto durante la fabricacion de los compuestos de madera como tambien despues de su fabricacion o cuando se utilizan. Sobre la composicion de los componentes volatiles influye, ademas del propio tipo de madera, tambien la clase de disgregacion y las condiciones de disgregacion, pero tambien los adhesivos utilizados y otros aditivos.
Ademas de las posibles repercusiones sobre la salud, pueden contribuir los VOCs mediante la reaccion con oxfgeno (O2) u otros medios oxidantes, en particular durante el almacenamiento y durante su utilizacion, a un olor penetrante, que en determinados compuestos de madera de comferas, como paneles OSB o paneles de fibras de densidad media, puede ser desagradable y persistente.
En la fabricacion de paneles de fibras puede llegarse por ejemplo en el tratamiento termohidrolttico de los materiales que contienen lignocelulosa a una descomposicion qmmica parcial de la madera. Los compuestos facilmente volatiles, como aldehndos y acidos, que entonces se forman emiten a continuacion durante el posterior proceso de fabricacion o durante la posterior utilizacion de los compuestos de madera fabricados. Ademas pueden tener los mismos una influencia negativa sobre el efecto adhesivo de la sustancia adhesiva y con ello influir negativamente sobre las caractensticas de los compuestos de madera fabricados.
El documento RU 2 213 753 C2 da a conocer una composicion de adhesivo para fabricar una placa de compuesto de madera con un contenido reducido en formaldehndo libre.
Por las razones antes citadas era la tarea de la presente invencion lograr una posibilidad de reducir la proporcion de compuestos organicos volatiles (VOC) en los productos de la trituracion de las lignocelulosas y los compuestos de madera fabricados a partir de las mismas.
La tarea se resuelve mezclando los productos de la trituracion de las lignocelulosas, como productos de trituracion de la madera, con aditivos adecuados, que en el curso del proceso de fabricacion se transforman con los VOCs mediante un tratamiento termico en la etapa del prensado en caliente de los productos de trituracion. Entonces
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resultan compuestos que son de una molecularidad tan elevada que ya no son volatiles y con ello ya no contribuyen a las emisiones de VOC.
Con mas exactitud se observo que mediante la transformacion de los VOCs con compuestos del componente A, como fenol o fenoles homologos o resorcina, precondensados de fenol- formaldehndo (de adhesivos de fenol- formaldehndo) o adhesivos de resorcina- formaldehido en presencia de un componente B, que es una mezcla de un acido fuerte y un catalizador de Friedel-Crafts, mediante adicion del componente A a los VOCs, se transforman estos VOCs en compuestos de mas elevada molecularidad, que ya no son volatiles. Se prefiere el acido fuerte, un acido inorganico fuerte, como acido sulfurico, acido mtrico o cloruro sodico. El catalizador Friedel-Crafts, como posibilidad para el componente B, es preferiblemente tricloruro de aluminio o trifluoruro de boro. Se supone que los terpenos de la matriz de la madera reaccionan con el componente A en presencia del catalizador Friedel-Crafts y forman entonces por ejemplo eter fenolico de terpeno o fenoles de terpeno.
En el marco de la invencion se realiza una mezcla de los componentes A y B antes del prensado en caliente de los materiales que contienen lignosa para constituir el compuesto de madera. La transformacion (reaccion) de las substancias organicas volatiles con el componente A catalizada por el componente B tiene lugar a las elevadas temperaturas necesarias para ello por ejemplo directamente en la prensa en caliente. Cuando el componente A se utiliza tambien como adhesivo, es suficiente anadir por mezcla al menos un compuesto del componente B como aditivo.
En el marco de la invencion pueden tambien utilizarse varios compuestos del componente A con al menos un compuesto del componente B. La presente invencion incluye por lo tanto tambien aplicaciones en las que se utilizan al menos uno, dos o mas compuestos del componente A con al menos uno, dos o mas compuestos del componente B.
En otra forma de ejecucion correspondiente a la invencion se utilizan las lignocelulosas con un componente C de acuerdo con la invencion para un compuesto de madera. El componente C es entonces un compuesto elegido a partir de un grupo que contiene anhndrido malemico, acido fumarico, acido acnlico u homologos del acido acnlico, es decir, acido metacnlico. Estos compuestos pueden utilizarse individualmente o como mezclas de al menos dos de estos compuestos como componente C.
Tambien estos compuestos del componente C son capaces de reaccionar por ejemplo con terpenos. Si se tienen terpenos (por ejemplo dipenteno, terpinoleno) con compuestos dobles conjugados, entonces es posible una reaccion clasica Diels-Alder (dieno/dienofilo) con acido malemico o acido fumarico. En los terpenos mas importantes procedentes de compuestos de madera (pineno, limoneno, careno) se encuentran solo compuestos dobles aislados. Se supone que se produce entonces una smtesis anormal del dieno segun Diels-Alder, por ejemplo en el antndrido malemico o acido fumarico o una heteropolimerizacion de adicion en el caso de los acrilatos.
El componente C se anade entonces a las lignocelulosas tal que la reaccion entre los compuestos organicos volatiles y el componente C se realiza a las elevadas temperaturas necesarias para ello, por ejemplo durante el prensado en caliente. Los compuestos que entonces resultan son de elevada molecularidad y por lo tanto no pueden ya contribuir a las emisiones de VOC.
Los aditivos pueden entonces anadirse al proceso tanto lfquidos, por ejemplo como dispersion acuosa, como tambien en estado solido, por ejemplo como partmulas.
En una forma de ejecucion se aplican los componentes A y B conjuntamente con al menos un componente C.
En el marco de la invencion se anaden los aditivos entonces en una proporcion de 0,01% y 1% de substancia solida referido a atro (secado absoluto). Naturalmente pueden anadirse tambien a las lignocelulosas otras substancias usuales. Por ejemplo se anaden adhesivos convencionales en una gama del 3% al 12% de substancia solida referido a madera atro.
El componente A o bien el componente C funcionan entonces como una especie de molecula captora para los compuestos organicos volatiles y forman, tras la transformacion con los compuestos organicos volatiles, compuestos con un peso molecular mayor, que ya no salen, o solo lo hacen en muy pequena proporcion, de las lignocelulosas como los compuestos de madera. Estos compuestos formados mediante transformacion de los VOC con el componente A o bien C, quedan ademas limitados por sus efectos toxicologicos sobre los seres vivos.
La mezcla con el aditivo, que preferiblemente se realiza junto con la mezcla con el adhesivo, puede realizarse antes o despues del almacenamiento de las lignocelulosas o de los productos de trituracion de las mismas.
Las lignocelulosas, como la madera, o los correspondientes productos de la trituracion, pueden ser entonces tanto maderas de comferas como tambien de arboles de fronda. Tambien son posibles mezclas de estos dos tipos de maderas. Preferiblemente procedfan las virutas de madera, hebras o fibras de madera de maderas de comferas.
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Los compuestos de madera que pueden fabricarse mediante el procedimiento de fabricacion pueden fabricarse segun procedimientos conocidos.
Adicionalmente pueden utilizarse tambien otros procedimientos conocidos al especialista para reducir la emision de compuestos organicos volatiles o de compuestos organicos muy volatiles
Durante el procedimiento de fabricacion, por ejemplo en el curso del tratamiento termofftico de fibras en el refinador, resultan, debido a la descomposicion parcial de las lignocelulosas, en particular de la hemicelulosa de la madera, compuestos volatiles. En otra forma de ejecucion ventajosa, se refiere la presente invencion por lo tanto a una utilizacion en la que el componente C y/o los componentes A y B se mezclan con las fibras tras el refinador. Esto puede suceder por ejemplo a la vez que se insufla el adhesivo. La adicion de los componentes A/B y/o C puede tambien realizarse antes de la etapa del refinador.
Se encontro entonces sorprendentemente que la adicion de los componentes A/B y/o C reduce la emision de compuestos organicos volatiles procedentes de los materiales que contienen lignocelulosas, incluso tras la fabricacion del compuesto de madera. Esta reduccion de la emision de compuestos organicos volatiles se mantiene tras la fabricacion de los compuestos de madera y mientras se utilizan los compuestos de madera.
Los compuestos de madera pueden ser preferentemente paneles de aglomerado de virutas de madera, hebras OSB de hebras de madera y paneles de fibras de madera, en particular paneles MDF (de fibras de densidad media), de fibras de madera.
Bajo lignocelulosas se entienden materiales que contienen lignocelulosas, como la madera. Los productos de la trituracion asf obtenidos de lignocelulosas incluyen en particular hebras de madera, virutas de madera o fibras de madera.
Los componentes A/B y/o C pueden entonces aplicarse segun procedimientos conocidos a las lignocelulosas o los productos de su trituracion. Es especialmente adecuada la aplicacion de los componentes como solucion ffquida y/o dispersion. Esta puede realizarse por ejemplo mediante mezcladores convencionales por medio de toberas y/o pulverizadores centfffugos, que se utilizan analogamente a la aplicacion del adhesivo. Para la fabricacion de MDF es adecuada la aplicacion mediante toberas en el tubo de soplado (blowline) o mezclador seco.
Tras la aplicacion tiene que realizarse un tratamiento, en el que se aporta al sistema suficiente energfa, por ejemplo mediante calor, tal que se realiza la transformacion de los vOc con los aditivos de los componentes A o C, dado el caso en presencia del componente B. Este tratamiento puede ser por ejemplo el prensado en caliente de los productos de la trituracion.
Breve descripcion de la figuras
La figura 1 muestra un cromatograma de la determinacion mediante cromatografo de gas de compuestos organicos en el control del ejemplo 1. Se representan los resultados para los tres terpenos mas frecuentes, que son alfa-pineno, beta-pineno y delta-3-careno.
La figura 2 muestra un cromatograma de la determinacion mediante cromatografo de gas de compuestos organicos de la muestra tratada con anhidrico malemico del ejemplo 1. Al igual que en la figura 1, se representan los resultados para los tres terpenos mas frecuentes, que son alfa-pineno, beta-pineno y delta-3-careno.
Los siguientes ejemplos describiran mas en detalle la invencion sin limitar la misma.
Ejemplo 1
En un primer ensayo se peso 1g de material de fibras OSB (del corazon de la madera, rica en terpeno, desecada, no encolada) en un Headspace-Vial (vial con espacio de cabecera). Se fabrico igualmente una muestra de referencia. La muestra se trato con 1% de anhffdrido malemico (MSA) (1% MSA sobre madera atro), que se aplico como solucion acuosa. A continuacion se seco la muestra durante 3 dfas bajo condiciones normales (20°C, 65% de humedad relativa). La muestra de referencia se dejo igualmente abierta. Ambas muestras se cerraron a continuacion y se calentaron durante 15 minutos a 100°C, para permitir una transformacion del MSA con los compuestos organicos volatiles y en particular los terpenos.
A continuacion se analizaron las muestras mediante cromatograffa de gas con ayuda del headspace estatico segun la directriz VD 2100 hoja 4: Medicion de compuestos gaseosos en la determinacion mediante cromatograffa de gas al exterior y en interior - procedimiento de calibracion como medida para el aseguramiento de la calidad.
En la figura 1 se representa un cromatograma de la muestra sin tratamiento con antffdrido malemico. En la figura 2 se observa la muestra tratada con un 1% de antffdrido malemico, aplicada como solucion acuosa. El ensayo se concentro al respecto en los tres terpenos mas frecuentes en el material que contema lignocelulosas, es decir, sobre
alfa-pineno, beta-pineno y delta-3-careno. Tal como resulta claramente de las superficies, que son proporcionales a la concentracion, se logra en alfa-pineno una reduccion de la emision del 73% y en delta-3-careno del 85%. La concentracion de beta-pineno permanece invariable.
5 Tal como puede observarse en las figuras 1 y 2, pudo lograrse una clara reduccion de la emision de los terpenos alfa-pineno y delta-3-careno mediante el tratamiento con 1% de anfndrido malemico.
Ejemplo 2 (no correspondiente a la invencion)
10 Analogamente a en el procedimiento del ejemplo 1, se peso 1g de material de fibras OSB (corazon de la madera rico en terpeno, desecada, no encolada) en un Headspace-Vial (vial con espacio de cabecera). La muestra se mezclo con 1% de adhesivo de fenol-formaldehido y 1% de acido sulfurico (referido a madera atro) y a continuacion se cerro y se calento durante 15 minutos a 100°C, para permitir una transformacion del adhesivo PF con los compuestos organicos volatiles. En paralelo a ello se trato una muestra de control de la misma manera, solo que sin 15 anadir acido sulfurico.
El analisis de las muestras se realizo tal como se ha descrito en el ejemplo 1. Tambien aqrn puede observarse una reduccion de la emision de terpenos.
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Claims (5)

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    REIVINDICACIONES
    1. Utilizacion de un aditivo para reducir la emision de compuestos organicos volatiles procedentes de compuestos de la madera,
    estando formados los compuestos de la madera por productos de la trituracion de lignocelulosas y mezclandose los productos de la trituracion de lignocelulosas con adhesivo y prensandose a continuacion en caliente la mezcla formada por productos de la trituracion de lignocelulosas y adhesivo para formar compuestos de madera, anadiendose el aditivo a los productos de la trituracion antes de prensar en caliente, siendo el aditivo entonces al menos un aditivo formado al menos por una combinacion de los componentes A y B y/o de al menos un componente C, siendo el componente A fenol o fenoles homologos, resorcina, precondensados de fenol- formaldehido o mezclas de resorcina- formaldetudo o mezclas de estos compuestos y siendo el componente B un acido fuerte, en particular acido sulfurico, acido mtrico o cloruro sodico y un catalizador Friedel-Crafts, preferiblemente tricloruro de aluminio o trifluoruro de boro, siendo el componente C antudrido malemico, acido fumarico, acido acnlico, homologos del acido acnlico o mezclas de los mismos y siendo la cantidad de aditivo de entre 0,01% y 1% de substancia solida referido a lignocelulosa atro.
  2. 2. Utilizacion segun la reivindicacion 1,
    caracterizada porque los compuestos de madera son paneles de aglomerado de virutas de madera, paneles OSB de hebras de madera o paneles de fibras de madera, en particular paneles de fibras de densidad media formados por fibras de madera.
  3. 3. Utilizacion segun una de las reivindicaciones 1 o 2,
    caracterizada porque el aditivo se mezcla junto con el adhesivo a los productos de trituracion de las lignocelulosas.
  4. 4. Utilizacion segun una de las reivindicaciones 1 a 3,
    caracterizada porque las lignocelulosas, en particular los productos de trituracion de las lignocelulosas, se almacenan antes del tratamiento.
  5. 5. Utilizacion segun una de las reivindicaciones 1 a 4,
    caracterizada porque el adhesivo utilizado es una resina de fenol- formaldetudo (resina PF), un adhesivo a base de isocianatos (PMDI), una resina de urea-formaldehido (resina UF), una resina de melamina-urea-formaldehido (resina MUF), una resina de melamina- urea- fenol-formaldehido (resina MUPF) y/o una resina de tanino- formaldehfdo (resina TF).
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