ES2638895T3 - Sistema aglutinante a base de hidratos de carbono y procedimiento de su producción - Google Patents

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Abstract

Una composición aglutinante acuosa que comprende un componente de hidratos de carbono (a) y un componente de amina (b), en la que el componente de hidratos de carbono (a) comprende una o más pentosa(s) en una cantidad total del 3 al 70 % en masa y una o más hexosa(s) en una cantidad total del 97 al 30 % en masa, basado en la masa del componente de hidratos de carbono totales (a).

Description

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DESCRIPCION
Sistema aglutinante a base de hidratos de carbono y procedimiento de su produccion
La presente invention se refiere a una composition aglutinante acuosa a base de hidratos de carbono, que comprende un componente de hidratos de carbono y un componente de amina, en la que el componente de hidratos de carbono comprende uno o mas azucares de tipo pentosa, as! como a un metodo de su produccion.
Los aglutinantes son generalmente utiles en la fabrication de artlculos que se basan en materia no ensamblada o ensamblada ligeramente. Por ejemplo, los aglutinantes se utilizan ampliamente en la produccion de productos que comprenden fibras consolidadas, por ejemplo, en forma de composiciones aglutinantes termoendurecibles que se curan tras el tratamiento termico. Entre los ejemplos de tales composiciones aglutinantes termoendurecibles se incluyen diversos fenol-aldehldo, urea-aldehldo, melamina-aldehldo y otros materiales de condensacion- polimerizacion como resinas de furano y de poliuretano. Las composiciones aglutinantes basadas en fenol-aldehldo, resorcinol-aldehldo, fenol/aldehldo/urea, fenol/melamina/urea etc., se utilizan con frecuencia para fibras de union, materiales textiles, plasticos, cauchos y muchos otros materiales.
Ejemplos de compuestos celulosicos que comprenden material celulosico y un aglutinante se divulgan en el documento US 2011/0046271.
Las industrias de lana mineral y de tableros de fibra han utilizado historicamente un aglutinante de fenol formaldehldo en sus productos. Los aglutinantes de fenol-formaldehldo proporcionan propiedades adecuadas a los productos finales, estan facilmente disponibles y son faciles de procesar. Sin embargo, las consideraciones ambientales han conducido al desarrollo de sistemas de agentes aglutinantes alternativos, tales como aglutinantes a base de hidratos de carbono, que se obtienen, por ejemplo, haciendo reaccionar un hidrato de carbono con un acido multiprotico (vease el documento WO 2009/019235), o como productos de esterification obtenidos mediante reaction de un acido policarboxllico con un poliol (vease el documento US 2005/0202224). Debido a que estos aglutinantes alternativos no estan basadas en formaldehldo como reactivo, se han denominado colectivamente “aglutinantes libres de formaldehldo”.
Recientemente, los aglutinantes que se obtienen como productos de reaccion de un componente de amina y un componente azucar reductor (o carbonilo distinto de hidrato de carbono) se han identificado como una clase prometedora de tales aglutinantes libres de formaldehldo (documento WO 2007/014236). Tales aglutinantes pueden hacerse a traves de una reaccion de Maillard que forma melanoidinas polimericas que proporcionan suficiente fuerza de union.
Sin embargo, ademas de evitar sistemas aglutinantes que contienen reactivos o productos de reaccion menos deseables, tales como formaldehldo, constantemente se desea un aumento en la tasa de curado del aglutinante, de modo que se reduzca el tiempo de produccion y se haga que el aglutinante sea potencialmente utiles a intervalos de temperatura menores.
En vista de lo anterior, existe la necesidad de una composicion de aglutinante ambientalmente aceptable que ofrezca ademas tasas de curado mejoradas, en comparacion con los aglutinantes convencionales, y, preferentemente, que se pueda producir usando materiales naturales renovables.
En consecuencia, el problema tecnico subyacente a la presente invencion es, por lo tanto, proporcionar una composicion aglutinante que se basa principalmente en recursos renovables y proporciona tasas de curado mejoradas, as! como un metodo para producir la misma.
De acuerdo con la presente invencion, el problema tecnico anteriormente descrito se resuelve proporcionando una composicion aglutinante acuosa de acuerdo con la revindication 1.
De acuerdo con la presente invencion, la expresion “composicion aglutinante acuosa” no esta restringida especlficamente e incluye cualquier mezcla de al menos los componentes aglutinantes (a) y (b) mencionados anteriormente en agua o un disolvente que contiene agua. Tal mezcla puede ser una solucion (parcial) de uno o mas de dichos componentes del aglutinante o puede estar presente en forma de una dispersion, tal como una emulsion o una suspension. De acuerdo con la presente invencion, el termino “acuoso” no esta limitado solo a agua como disolvente, sino que tambien incluye disolventes que son mezclas que contienen agua como un componente. De acuerdo con una realization preferente de la presente invencion, la composicion aglutinante acuosa es una solution o una suspension.
El contenido de solidos de la composicion aglutinante acuosa anterior puede, por ejemplo, variar de 5 a 95 % en masa, de 8 a 90 % en masa o de 10 a 85 % en masa, basado en la masa de la composicion aglutinante acuosa total. En particular, el contenido de solidos de la composicion aglutinante acuosa se puede ajustar para adaptarse a cada aplicacion individual.
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Particularmente, cuando se utiliza como un aglutinante para aislamiento de lana mineral, el contenido de solidos de la composicion aglutinante acuosa puede estar en el intervalo de 5 a 25 % en masa, preferentemente en el intervalo de 10 a 20 % o mas, preferentemente en el intervalo de 12 a 18 % en masa, basado en la masa de la composicion aglutinante acuosa total. Particularmente cuando se utiliza como un aglutinante para tableros de madera, el contenido de solidos de la composicion aglutinante acuosa puede estar en el intervalo de 50 a 90 % en masa, preferentemente en el intervalo de 55 a 85 % en masa o mas, preferentemente en el intervalo de 60 a 80 % en masa, basado en la masa de la composicion aglutinante acuosa total.
En el presente documento, la expresion “componente de hidrato de carbono” no esta especlficamente limitada y generalmente incluye uno o mas polihidroxialdehldos y/o polihidroxicetonas y especlficamente incluye sacaridos, tales como monosacaridos, disacaridos, oligosacaridos y polisacaridos, o tambien azucares reductores. El componente de hidratos de carbono de la presente invencion puede comprender uno o mas compuestos de la formula general Cm(H2O)n, en la que m y n pueden ser iguales o diferentes entre si, pero tambien incluye derivados de los mismos, en los que, por ejemplo, se anaden grupos amino (por ejemplo, para producir glicosaminas) o se eliminan atomos de oxlgeno (por ejemplo, para producir desoxicarbohidratos). En el presente documento, la expresion “componente de hidratos de carbono” mencionada anteriormente incluye, ademas, derivados de hidratos de carbono de origen natural, y tales derivados, que se pueden formar durante la preparacion del componente de hidratos de carbono (por ejemplo, durante la celulolisis).
Ademas, en el presente documento, la expresion “componente amina” no esta especlficamente limitada y generalmente incluye cualquiera de los compuestos que actuan como fuente de nitrogeno que pueden sufrir una reaccion de polimerizacion con el componente de hidratos de carbono de la presente invencion.
De acuerdo con una realizacion preferente de la presente invencion, el componente amina se selecciona entre el grupo que consiste en protelnas, peptidos, aminoacidos, aminas organicas, poliaminas, amoniaco, sales de amonio de un acido policarboxllico monomerico, sales de amonio de un acido policarboxllico polimerico, y sales de amonio de un acido inorganico, o cualquier combinacion de los mismos.
El componente amina puede comprender uno o mas de: citrato triamonico, sulfato amonico, fosfato amonico, incluyendo fosfato monoamonico y diamonico, dietilentriamina, aminas alifaticas, incluyendo 1,4-butanodiamina, 1,5- pentanodiamina, hexametilendiamina, 1,7-heptanodiamina, 1,8-octanodiamina, 1,9-nonanodiamina, 1,10- decanodiamina, 1,11-undecanodiamina, 1,12-dodecanodiamina, 1,5-diamino-2-metilpentano, una Jeffamina, una poliamina, una poliamina que comprende dos o mas grupos de amina primaria, separados por un grupo alquilo, particularmente un grupo alquilo que comprende al menos 4 atomos de carbono, un grupo heteroalquilo, un grupo cicloalquilo, un grupo heterocicloalquilo, as! como derivados y combinaciones de los mismos.
En el presente documento, a expresion “amonio” no esta limitada especlficamente y, por ejemplo, incluye compuestos de las formulas generales [+NH4]x, [+NH3R1]x y [+NH2R1R2]x, en las que x es un numero entero de al menos 1, y R1 y R2 se seleccionan cada uno independientemente de alquilo, cicloalquilo, alquenilo, cicloalquenilo, heterociclilo, arilo y heteroarilo. Ademas, de acuerdo con la presente invencion, el termino “pentosa” no esta especlficamente limitado e incluye cualquier hidrato de carbono natural y sintetico que contienen cinco atomos de carbono. De acuerdo con una realizacion de la presente invencion, el termino “pentosa” incluye los monosacaridos xilosa, arabinosa, ribosa, lixosa, ribulosa y xilulosa, incluyendo sus D y L-estereoisomeros, as! como cualquier combinacion de los mismos. Ademas, las pentosas de la presente invencion incluyen tambien dichos derivados, que se forman, por ejemplo, mediante la adicion de un grupo amino (pentosaminas), la eliminacion de un atomo de oxlgeno (desoxipentosas), reacciones de reordenamiento, protonacion o desprotonacion.
De acuerdo con la presente invencion, la una o mas pentosa(s) estan presentes en el componente de hidratos de carbono en una cantidad total de 3 a 70 % en masa, basado en la masa del componente de hidratos de carbono totales (a). Sin embargo, la cantidad de dicha una o mas pentosa(s) se puede ajustar, por ejemplo, para lograr la mejora de las tasas de curado de la composicion aglutinante, y puede, por ejemplo estar en el intervalo de 3 a 65 % en masa, de 3 a 60 % en masa o de 3 a 55 % en masa, basado en la masa del componente de hidratos de carbono totales (a). De acuerdo con un ejemplo adicional de la presente invencion, la cantidad de dichas una o mas pentosa(s) pueden estar en el intervalo de 5 a 70 % en masa o en el intervalo de 10 a 70 % en masa, o en el intervalo de 15 a 70 % en masa, basado en la masa del componente de hidratos de carbono totales (a). Entre los ejemplos especlficos se incluyen contenidos de pentosa de 50 % en masa o menos, 45 % en masa y menos, as! como 40 % en masa y menos.
De acuerdo con la presente invencion, el componente de hidratos de carbono (a) comprende, ademas, una o mas hexosas en una cantidad total de 97 a 30 % en masa, basado en la masa del componente de hidratos de carbono totales (a).
De acuerdo con la presente invencion, la cantidad de dicha una o mas hexosas se puede ajustar, por ejemplo, para lograr la mejora de las tasas de curado de la composicion aglutinante, y puede, por ejemplo estar en el intervalo de 97 a 35 % en masa, de 97 a 40 % en masa o de 97 a 45 % en masa, basado en la masa del componente de hidratos de carbono totales (a). De acuerdo con un ejemplo adicional de la presente invencion, la cantidad de dicha una o
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mas hexosas puede estar en el intervalo de 95 a 30 % en masa, en el intervalo de 90 a 30 % en masa o en el intervalo de 85 a 30 % en masa, basado en la masa del componente de hidratos de carbono totales (a).
De acuerdo con la presente invention, el termino “hexosa” no esta limitado especlficamente e incluye cualquier hidrato de carbono natural y sintetico que contiene seis atomos de carbono. De acuerdo con una realization de la presente invencion, el termino “hexosa” incluye los monosacaridos alosa, altrosa, glucosa, manosa, gulosa, idosa, galactosa, talosa, fructosa, psicosa, sorbosa, tagatosa, incluyendo sus D y L-estereoisomeros, as! como cualquier combination de los mismos. Ademas, las hexosas de la presente invencion incluyen tambien dichos derivados, que se forman, por ejemplo, mediante la adicion de un grupo amino (hexosaminas), la elimination de un atomo de oxlgeno (desoxihexosas), reacciones de reordenamiento, protonacion o desprotonacion. De acuerdo con una realizacion preferente de la presente invencion, la hexosa es o incluye dextrosa.
De acuerdo con la presente invencion, la relation de la una o mas pentosas (s) y la una o mas de hexosa(s) se puede ajustar, por ejemplo, dentro de los intervalos mencionados anteriormente, con el fin de lograr mejores propiedades de curado o un mayor rendimiento de union en el producto final. Sin embargo, dicha relacion de pentosa(s) a hexosa(s) deseada depende del tipo y cantidad de dichas fracciones de hexosa y pentosa dentro del componente de hidratos de carbono del aglutinante definido anteriormente.
Ademas, en vista de las consideraciones ambientales, las fuentes de los hidratos de carbono que constituyen el componente de hidratos de carbono (a) de la composition aglutinante como se ha definido anteriormente son, preferentemente, fuentes renovables, tales como fuentes (de energla) basadas en la celulosa presente en las plantas, productos vegetales, madera (virutas), papel usado, residuos fabricas de papel, residuos de cervecerla, corteza de madera, etc.
En una realizacion adicional, la presente invencion se refiere a una composicion aglutinante como se ha definido anteriormente, en la que dicha composicion aglutinante comprende ademas un componente de aminoacidos (c).
En el presente documento, la expresion “componente de aminoacidos” no esta limitado especlficamente e incluye todos los aminoacidos naturales y sinteticos, as! como oligomeros de los mismos, tales como peptidos, y pollmeros de los mismos, tales como protelnas. De acuerdo con la presente invencion, el componente de aminoacidos (c) comprende uno o mas aminoacidos en una cantidad de 1 a 25 % en masa, de 2 a 20 % en masa o de 3 a 15 % en masa, segun la masa total del contenido de solidos de la composicion aglutinante, como se ha definido anteriormente.
Dicho componente de aminoacidos (c) es adecuado para mejorar adicionalmente las propiedades de la composicion aglutinante, por ejemplo, con respecto a la facilidad de aplicacion a un producto y/o mayor rigidez y/o estabilidad del color.
Preferentemente, en vista de las consideraciones ambientales, tambien los aminoacidos que constituyen el componente de aminoacidos (c) de la composicion aglutinante definido anteriormente se obtienen a partir de fuentes renovables, tales como fuentes (de energla) basadas en la celulosa presente en las plantas, productos vegetales, madera, papel usado, residuos fabricas de papel, etc.
La composicion aglutinante definida anteriormente se puede curar mediante diversas tecnologlas conocidas en la materia, tales como aplicacion de calor, irradiation, adicion de iniciadores del curado, etc. De acuerdo con una realizacion adicional, la presente invencion se refiere a un aglutinante que se puede obtener mediante calentamiento de la composicion aglutinante como se ha definido anteriormente.
De acuerdo con un aspecto adicional, la presente invencion se refiere a un metodo para producir una composicion aglutinante acuosa, que comprende un componente de hidratos de carbono (a) y un componente de amina (b), en la que el componente de hidratos de carbono (a) comprende una o mas pentosa(s) en una cantidad total de 3 a 70 % en masa y una o mas hexosa(s) en una cantidad total de 97 a 30 % en masa, basada en la masa del componente de hidratos de carbono totales (a), en el que el metodo comprende las etapas de: (i) hidrolizar una o mas fuentes de hidratos de carbono a base de celulosa, (ii) aislar los hidratos de carbono de la una o mas fuentes de hidratos de carbono a base de celulosa, (iii) usar los hidratos de carbono aislados de la una o mas fuentes de hidratos de carbono a base de celulosa para formar un componente de hidratos de carbono (a), que comprende una o mas pentosa(s) en una cantidad total de 3 a 70 % en masa, segun la masa del componente de hidratos de carbono totales (a) y (iv) anadir un componente amina (b).
De acuerdo con el metodo de la presente invencion, las expresiones "componente de hidratos de carbono", "componente amina", "componente de aminoacidos", "pentosa(s)" y "hexosa(s)" son como se han definido anteriormente.
Ademas, la expresion “hidrolizante” usada en el presente documento no esta limitada especlficamente y generalmente se refiere a todas las reacciones qulmicas y fisicoqulmica que producen compuestos de hidratos de carbono a partir de una fuente de hidratos de carbono a base de celulosa. Por ejemplo, la expresion “hidrolizante”
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incluye el tratamiento con calor/presion, tratamiento acido y/o basico, tratamiento enzimatico o tratamiento con catalizadores sinteticos, as! como hidrolisis con cloruro metalico, por ejemplo usando cloruro de cinc o cloruro de calcio, as! como cualquier combination de los mismos. El proceso de “hidrolizar”, la fuente de hidratos de carbono a base de celulosa puede llevarse a cabo en un unico proceso o puede contener una secuencia de procesos. Por ejemplo, una fuente de hidratos de carbono a base de celulosa se puede hidrolizar mediante un tratamiento acido, o puede hidrolizarse mediante una combinacion de un tratamiento enzimatico y un tratamiento acido posterior.
De acuerdo con una realization, la presente invention se refiere a un metodo como se ha definido anteriormente, en el que la etapa (i) de hidrolizar una o mas fuentes de hidratos de carbono a base de celulosa comprende el tratamiento independiente con calor/presion, tratamiento enzimatico y/o acido y/o hidrolisis con cloruros metalicos de cada una o mas de dichas fuentes de hidratos de carbono a base de celulosa.
En el presente documento, la expresion “fuente de hidratos de carbono a base de celulosa” no esta limitado especlficamente e incluye cualquier material, o mezcla de materiales, natural o sintetico, que contiene celulosa o derivados de celulosa. En este contexto, el termino “celulosa” no esta limitado especlficamente y no solo se refiere a la celulosa como tal, sino que tambien incluye cualquier otro oligomero y pollmero de hidratos de carbono que se producen en la biomasa vegetal, tales como hemicelulosa o derivados de la misma. El termino “celulosa” incluye ademas cualquier producto de degradation resultante de la celulolisis natural y sintetica, tales como celodextrinas, as! como polisacaridos y oligosacaridos de peso molecular mas bajo. Normalmente, una fuente de hidratos de carbono a base de celulosa contendra diversos pollmeros de hidratos de carbono diferentes. Por ejemplo, la mayor parte de la biomasa vegetal contiene lignocelulosa que comprende una mezcla de celulosa y hemicelulosa.
De acuerdo con la presente invencion, la etapa de aislar los hidratos de carbono de las una o mas fuentes de hidratos de carbono basadas en celulosa hidrolizada no esta limitada especlficamente e incluye cualquier tratamiento qulmico o flsico para obtener una composition que contiene uno o mas hidratos de carbono. Por ejemplo, el termino “aislar” puede incluir una simple etapa de separation de solidos, tales como fibras vegetales, de la mezcla de reaction de hidrolisis para obtener una solution de hidratos de carbono que comprende uno o mas hidratos de carbono. Por otra parte, la etapa de "aislamiento" puede incluir una combinacion de diversas tecnicas, tales como filtration, centrifugation, cristalizacion, precipitation, elimination del disolvente por evaporation, etc., con el fin de obtener una composicion que contiene hidratos de carbono que tenga la pureza o la constitution deseadas.
De acuerdo con la presente invencion, las etapas de hidrolisis y aislamiento del metodo como se ha definido anteriormente puede ajustarse, preferentemente, teniendo en cuenta el tipo y la cantidad de hidratos de carbono a base de celulosa para su hidrolisis, con el fin de obtener una fraction de hidratos de carbono, que comprende una o mas de pentosas(s) en la cantidad requerida para preparar facilmente la composicion aglutinante de la presente invencion. Por ejemplo, dependiendo de la(s) fuente(s) de hidratos de carbono a base de celulosa, las etapas de hidrolizar dichas fuentes y aislar los hidratos de carbono obtenidos de este modo se pueden ajustar para obtener facilmente una solucion acuosa de dicho componente de hidratos de carbono (a) que comprende de 3 a 70 % en masa de una o mas pentosas(s), basado en la masa del componente de hidratos de carbono total presente en dicha solucion acuosa. De acuerdo con un ejemplo adicional de la presente invencion, se puede obtener una solucion acuosa de un componente hidratos de carbono (a) que comprende de 3 a 65 % en masa, de 3 a 60 % en masa o de 3 a 55 % en masa de la una o mas pentosas(s), basada en la masa del componente de hidratos de carbono totales (a), tras las etapas de hidrolisis y aislamiento del metodo definido anteriormente. De acuerdo con un ejemplo adicional de la presente invencion, la cantidad de dichas una o mas pentosas de dicho componente de hidratos de carbono (a) presente en la solucion acuosa obtenida tras las etapas de hidrolisis y aislamiento mencionadas anteriormente puede estar en el intervalo de 5 a 70 % en masa, en el intervalo de 10 a 70 % en masa o en el intervalo de 15 a 70 % en masa, basado en la masa del componente de hidratos de carbono total (a) presente en dicha solucion acuosa. Otros ejemplos del contenido de pentosa en dicha solucion acuosa de dicho componente de hidratos de carbono (a) obtenido a partir de las etapas mencionadas anteriormente de hidrolisis y aislamiento incluyen 50 % en masa o menos, 45 % en masa o menos y 40 % en masa o menos.
En el metodo de la presente invencion, la etapa de utilizar los hidratos de carbono aislados a partir de la una o mas fuentes de hidratos de carbono a base de celulosa para formar un componente de hidratos de carbono no esta limitada especlficamente e incluye cualquiera de las tecnicas adecuadas para llegar a una composicion de hidratos de carbono deseada que constituye el componente de hidratos de carbono (a) como se ha definido anteriormente. Por ejemplo, el componente de hidratos de carbono se puede formar mediante el uso de mezclas de hidratos de carbono, por ejemplo, como una mezcla solida o en forma de una solucion o dispersion, obtenido despues de la etapa de aislamiento como tal, o se puede formar mediante combinacion de dos o mas mezclas de hidratos de carbono obtenidas a partir de la hidrolisis de celulosa. De acuerdo con la presente invencion, la etapa de utilizacion de los hidratos de carbono aislados a partir de la una o mas fuentes de hidratos de carbono a base de celulosa para formar un componente de hidratos de carbono tambien incluye el caso en el que uno o mas hidratos de carbono se anaden a la mezcla de hidratos de carbono obtenida despues de la hidrolisis de celulosa y el aislamiento de hidratos de carbono. Por ejemplo, una mezcla de hidratos de carbono obtenida a partir de la hidrolisis de una fuente especlfica de hidratos de carbono a base de celulosa, que contiene principalmente xilosa como pentosa, puede completarse con otras pentosas o una o mas hexosas, tales como dextrosa. De acuerdo con un ejemplo adicional de la presente invencion, se puede obtener una solucion acuosa de un componente de hidratos de carbono (a) que
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comprende de 97 a 35 % en masa, de 97 a 40 % en masa o de 97 a 45 % en masa de la una o mas hexosas, basados en la masa del componente de hidratos de carbono totales (a), despues de las etapas de hidrolisis y aislamiento del metodo definido anteriormente. De acuerdo con un ejemplo adicional de la presente invencion, la cantidad de dichas una o mas hexosas de dicho componente de hidratos de carbono (a) presente en la solucion acuosa obtenida tras las etapas de hidrolisis y aislamiento mencionadas anteriormente puede estar en el intervalo de 95 a 30 % en masa, en el intervalo de 90 a 30 % en masa o en el intervalo de 85 a 30 % en masa, basado en la masa del componente de hidratos de carbono total (a) presente en dicha solucion acuosa.
En tal caso, las etapas de hidrolizar la una o mas fuentes de hidratos de carbono a base de celulosa y de aislar los hidratos de carbono resultantes pueden ajustarse, preferentemente, para producir facilmente una solucion acuosa de un componente de hidrato de carbono que comprende de 3 a 70 % en masa, de 3 a 65 % en masa, de 3 a 60 % en masa, de 3 a 55 % en masa, de 5 a 70 % en masa, de 10 a 70 % en masa o de 15 a 70 % en masa de una o mas pentosas y de 97 a 30 % en masa, de 97 a 35 % en masa, de 97 a 40 % en masa, de 97 a 45 % en masa, de 95 a 30 % en masa, de 90 a 30 % en masa o de 85 a 30 % en masa de una o mas hexosas, basado en la masa del componente de hidratos de carbono totales presentes en dicha solucion.
De acuerdo con una realizacion adicional del metodo como se ha definido anteriormente, la al menos una pentosa se selecciona del grupo que consiste en xilosa, arabinosa, ribosa, lixosa, ribulosa y xilulosa, o cualquier combinacion de las mismas.
De acuerdo con la presente invencion, se prefiere utilizar una fuente de hidratos de carbono a base de celulosa que produce, tras la hidrolisis, una cantidad significativa de una o mas pentosas facilmente utilizables en la preparacion de la composition aglutinante como se ha definido anteriormente. De acuerdo con una realizacion adicional de la presente invencion, dicha(s) fuente(s) de hidratos de carbono a base de celulosa se seleccionan del grupo que consiste en residuos agricolas, tales como rastrojo de malz y bagazo de cana de azucar; cultivos energeticos, tales como remolacha azucarera, pasto varilla, Miscanthus, canamo, sauce y malz; residuos de madera, tales como astillas de madera, corteza de madera, descartes de aserraderos y descartes de fabricas de papel; desperdicio de papel municipal, tales como papel usado y residuos de papel de bajo grado; as! como fuentes de celulosa industriales, tales como residuos de cervecerla y productos lacteos.
Por ejemplo, en vista de las consideraciones ambientales, las fuentes de celulosa anteriores incluyen todo tipo de residuos que contiene celulosa, tales como residuos de papel procedentes de, por ejemplo, procesos industriales de production de papel (por ejemplo, descartes de pulpa de papel), residuos de papel de baja calidad no reciclable, residuos que contienen celulosa contaminada o materiales compuestos que contienen celulosa, etc.
Adicionalmente, otra realizacion se refiere al metodo definido anteriormente de la presente invencion, en el que la etapa (iii) de formation del componente de hidratos de carbono (a) incluye la combinacion de hidratos de carbono y/o mezclas de hidratos de carbono obtenidas a partir de al menos dos fuentes diferentes de hidratos de carbono a base de celulosa.
De acuerdo con la presente invencion, con el fin de obtener un componente de hidratos de carbono deseado que tiene una composicion de hidratos de carbono que es eficaz en una composicion aglutinante, se pueden combinar uno o mas hidratos de carbono o mezclas de hidratos de carbono obtenidos de diferentes fuentes de hidratos de carbono a base de celulosa. En tal caso, la composicion qulmica de tales mezclas de hidratos de carbonos resultantes de la hidrolisis de cada una de las diferentes fuentes de hidratos de carbono a base de celulosa se puede identificar por metodos de analisis adecuados conocidos en la tecnica y, posteriormente, combinarse segun se desee.
Una realizacion adicional de la presente invencion se refiere a un metodo como se ha definido anteriormente, en la que dicha composicion aglutinante comprende ademas un componente de aminoacidos (c).
Tal como se ha mencionado anteriormente, la presencia de un componente de aminoacidos puede ser util con el fin de obtener una composicion aglutinante mejorada, por ejemplo, con respecto al aumento de las tasas de curado.
En otra realizacion, la presente invencion se refiere a un metodo definido anteriormente, en el que dicho componente de aminoacidos (c) se forma mediante el uso de aminoacidos obtenidos de la etapa (i) de hidrolisis de una o mas fuentes de hidratos de carbono a base de celulosa (s).
De acuerdo con la presente invencion, una unica fuente de hidratos de carbono a base de celulosa tambien se puede hidrolizar mas de una vez, por ejemplo mediante el uso de diferentes metodos o condiciones de hidrolisis con el fin de obtener diferentes composiciones de hidratos de carbono (y/o aminoacidos) y maximizar el rendimiento de hidratos de carbono (y/o aminoacidos) a partir de una sola fuente. Por ejemplo, una fuente de hidratos de carbono a base de celulosa, tal como una biomasa vegetal, puede hidrolizarse en una primera etapa para, por ejemplo, degradar principalmente la parte de hemicelulosa de la misma, produciendo de este modo una mezcla de pentosas y hexosas, tales como xilosa y glucosa. La misma fuente de hidratos de carbono a base de celulosa se puede someter despues posteriormente a otra etapa de hidrolisis con el fin de, por ejemplo, degradar con eficacia la parte de
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celulosa contenida en la misma, produciendo de este modo principalmente hexosas, tales como glucosa. Ademas, es posible emplear una o mas etapas de hidrolisis que proporcionen un rendimiento especlfico de aminoacidos que pueden utilizarse en la composicion aglutinante acuosa de la presente invencion.
En vista de lo anterior, el numero total de etapas de hidrolisis empleadas a una unica fuente de hidratos de carbono a base de celulosa no esta limitado en el presente documento e incluye, por ejemplo, tres, cuatro, cinco o seis etapas de hidrolisis posteriores. De acuerdo con la presente invencion, las respectivas fracciones de hidratos de carbono/aminoacidos obtenidas a partir de cada una de dichas etapas de hidrolisis se pueden combinar de una manera para ajustar una composicion deseada con respecto al contenido de pentosa(s), hexosa(s) y de aminoacidos(s).
Sin embargo, de acuerdo con la presente invencion, con el fin de formar el componente de aminoacidos (c) utilizable en la composicion aglutinante definida anteriormente, los aminoacidos obtenidos a partir de las mismas etapas de hidrolisis y aislamiento empleadas para la obtencion del componente de carbohidratos o partes de los mismos. Por ejemplo, la hidrolisis de una fuente de hidratos de carbono a base de celulosa puede, junto a los hidratos de carbono mencionados anteriormente, produce al mismo tiempo uno o mas aminoacidos, que, despues, se pueden usar facilmente en la composicion aglutinante de la presente invencion. Tal proceso serla muy beneficioso en terminos de eficacia del producto y el uso de los recursos.
Las composiciones aglutinantes de acuerdo con la presente invencion y/o producidas mediante un metodo de acuerdo con la presente invencion pueden aplicarse a, por ejemplo, una coleccion de materia suelta y curada o reticulada, por ejemplo por calentamiento; el aglutinante puede contener una coleccion de materia suelta junta. Como alternativa o adicionalmente, el aglutinante puede usarse para impregnar una superficie y/o para proporcionar un recubrimiento de una superficie.
Los aglutinantes y composiciones aglutinantes descritas en el presente documento pueden usarse en relacion con los productos que comprenden un producto seleccionado del grupo que consiste en: aislamiento de lana mineral, aislamiento de lana de vidrio, aislamiento de lana de roca, una coleccion de fibras, una coleccion de partlculas, una coleccion de partlculas o fibras que contienen celulosa, un tablero de madera, un tablero de virutas orientadas, un tablero de partlculas de madera, madera contrachapada, un abrasivo, un producto de fibra no tejido, un producto de fibra tejido, un molde de fundicion, un producto refractario, una briqueta, un material de friccion, un filtro y un laminado impregnado.
Particularmente, cuando se utiliza como un aglutinante para aislamiento de lana mineral, la cantidad de aglutinante curado puede ser > 2 % o > 3 % o > 4 % y/o < 15 % o < 12 % o < 10 % o < 8 % en peso con respecto al peso total de aglutinante y lana mineral. Esto se puede medir mediante la perdida por desecacion.
Particularmente cuando se utiliza como aglutinante para tableros de madera o materiales celulosicos, la cantidad de aglutinante curado (peso de aglutinante seco con respecto al peso de madera seca o al peso de material que contiene celulosa seca) puede ser > 7 % o > 10 % o > 12 % y/o < 25 % o < 20 % o < 18 % o < 15 %.
Las figuras muestran:
La figura 1 muestra un diagrama en el que la tasa de curado de diversas composiciones aglutinantes esta relacionada con la composicion de hidratos de carbono de los mismos con respecto a su contenido de pentosa/hexosa.
La figura 2 muestra un diagrama de diferentes tasas de curado obtenidas de diversas composiciones de aglutinante que contiene xilosa.
La figura 3 muestra las tasas de curado de laboratorio obtenidas con aglutinantes utilizando diferentes proporciones de glucosa y xilosa como el componente de hidratos de carbono de un aglutinante y de sulfato de amonio como el componente de amina.
El sistema aglutinante de la presente invencion esta libre de reactivos/productos ambientalmente problematicos y esta particularmente libre de formaldehldo y, al mismo tiempo, muestra excelentes tasas de curado que permiten la reduccion del tiempo de curado o de la temperatura de curado, proporcionando de este modo una produccion mas eficiente, por ejemplo, de productos a base de fibras, tales como lana de vidrio o lana de roca. De forma adicional, como un activo de gran valor ecologico adicional, el sistema aglutinante de la presente invencion se puede producir mediante un metodo segun el cual las fuentes de hidratos de carbono a base de celulosa, y por tanto renovables, se utilizan para preparar el componente de hidratos de carbono de dicha composicion aglutinante. Dichas fuentes de hidratos de carbono a base de celulosa pueden ser plantas de energla conocidas por contener altas cantidades de celulosa, o residuos que contienen celulosa de todo tipo, tales como residuos de papel (de baja calidad) o residuos incurridos durante la produccion de papel industrial.
Con los ejemplos siguientes se pretende ilustrar, pero sin intencion de limitar, la materia objeto de la presente
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invencion.
Ejemplos:
Ejemplo 1: Tasas de curado de composiciones aglutinantes que contienen xilosa utilizando hexametilendiamina ( “HMDA”)
Se prepararon composiciones aglutinantes acuosas segun las formulaciones proporcionadas en la Tabla 1, a continuaciOn. Las composiciones globales se basan en 80 % en masa de azucares + 20 % en masa hexametilendiamina, 70 % en masa de sOlidos calculados.
Tabla 1
Componentes (g)
Formulaciones (% en masa de pentosa entre parentesis)
Tiempo(s) de gelificaciOn HMDA DMH Xilosa Agua Manosa Arabinosa
DMH
851 10,00 30,80 - 9,20 - -
7/8 DMH+ 1/8 Xilosa (9,68)
528 10,18 27,43 2,94 9,45 - -
3/4 DMH+ 1/4 Xilosa (20,01)
451 10,36 23,94 5,99 9,71 - -
5/8 DMH+ 3/8 Xilosa (31,05)
359 10,56 20,32 9,15 9,97 - -
1/2 DMH+ 1/2 Xilosa (43,23)
305 10,69 16,47 12,54 10,30 - -
3/8 DMH+ 5/8 Xilosa (55,55)
286 10,96 12,66 15,82 10,56 - -
1/4 DMH+ 3/4 Xilosa (69,34)
266 11,14 8,58 19,40 10,87 - -
1/8 DMH+ 7/8 Xilosa (83,99)
251 11,40 4,39 23,03 11,18 - -
Xilosa (100,00)
- 11,49 - 26,95 11,49 - -
1/3 DMH+ 1/3 Xilosa+ 1/3 Manosa (31,95)
380 10,56 10,16 9,15 10,85 9,33
1/2 Arabinosa+ 1/4 DMH+ 1/4 Xilosa (69,23)
286 11,17 8,60 6,45 10,87 12,90
Las relaciones de pentosa frente hexosa se calcularon sobre una base de la molaridad (con el contenido en % en masa de la(s) pentosa(s) proporcionada(s) entre parentesis) y los sOlidos calculados se mantuvieron iguales para permitir la comparaciOn similar de las formulaciones.
Las dos ultimas formulaciones que contienen mezclas de azucares reflejan mezclas de hidratos de carbono tlpicas obtenidas al hidrolizar madera blanda y remolacha azucarera. Como claramente se puede deducir a partir del grafico de la figura 1, la presencia de una pentosa (aqul: xilosa o una mezcla de xilosa/arabinosa) mejora significativamente la tasa de curado conseguida con la composiciOn aglutinante resultante. Sin embargo, sorprendentemente, no existe una relaciOn lineal entre el contenido de pentosas y la mejora de las tasas de curado, y el efecto se atenua cuando se anaden grandes excesos de xilosa. En consecuencia, la cantidad de pentosa en el componente de hidratos de carbono se debe ajustar para optimizar la velocidad de curado.
Al reemplazar la mitad de la DMH hexosa (monohidrato de dextrosa) en una composiciOn de 2/3 de DMH y 1/3 de xilosa con la hexosa manosa, que tiene una estructura similar en comparaciOn con la dextrosa, dicha mezcla da como resultado una cinetica de curado similar en comparaciOn con la composiciOn mencionada anteriormente que comprende 2/3 de DMH y 1/3 de xilosa.
Asimismo, la sustituciOn de partes de la xilosa con otra pentosa (arabinosa) da como resultada una cinetica de curado similar en comparaciOn con la composiciOn que contiene solamente xilosa.
Ejemplo 2: Tasas de curado de composiciones aglutinantes que contienen xilosa utilizando (NH4)2SO4
Se prepararon tres composiciones aglutinantes acuosas (hasta 100 ml) segun las formulaciones proporcionadas en la Tabla 2, a continuaciOn.
Tabla 2
Formulaciones
85,3 % de Glucosa + 0,8 % de Xilosa + 13,9 % de (NH4)2SO4 46,6% de Glucosa + 38,4% de Xilosa + 15,0% de (NH4)2SO4 83,7 % de xilosa + 16,3 % de (NH4)2SO4
Glucosa (g)
16,20 8,20 -
Xilosa (g)
0,15 6,75 13,51
(NH4)2SO4 (g)
2,64 2,64 2,64
Estas formulaciones se depositaron sobre almohadillas de filtro y se calentaron a 140 °C. Se formaron pollmeros marrones sobre las almohadillas de filtro, despues se disolvieron en agua y la absorbancia de las soluciones se 5 midio para construir las tasas de curado de cada formulacion con el tiempo.
Las tasas de curado resultantes se pueden tomar de la figura 2, de la que es evidente que pequenas cantidades (catallticas) de una pentosa no son suficientes para acelerar significativamente la tasa de curado.
10 Ejemplo 3: Tasas de curado de composiciones aglutinantes que contienen glucosa-xilosa utilizando (NH4)2SO4
La tasa de curado de las siguientes formulaciones de aglutinantes se analizo en el laboratorio:
Muestra
A B C D E F
% molar de glucosa
100 85 70 50 30 0
% molar de xilosa
0 15 30 50 70 100
% en peso real de xilosa
0 % 12,82 % 26,32 % 45,45 % 66,04 % 100 %
Glucosa en peso (g)
4,50 3,83 3,15 2,25 1,35 0,00
Xilosa en peso (g)
0,00 0,56 1,13 1,88 2,63 3,75
Peso de DMH requerida (g)
4,95 4,21 3,47 2,48 1,49 0,00
Sulfato amonico (g)
0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50
Peso de solidos totales (g)
5,00 4,89 4,78 4,63 4,48 4,25
Agua (g)
13,05 13,12 13,18 13,27 13,36 13,50
Peso de lotes totales (g)
18,50 18,39 18,28 18,13 17,98 17,75
15 Los resultados se muestran en la figura 3 que traza la absorbancia de luz a 470 nm o de cada muestra que esta curando (eje y) contra el tiempo T en minutos (eje x). Es interesante observar que la muestra D (aproximadamente 45% en peso de xilosa y 55 % en peso de glucosa; aproximadamente 50 % molar de xilosa y 50 % molar de glucosa) dio una tasa de curado similar a 100 % de xilosa; esto indica una sinergia entre xilosa y glucosa y, mas generalmente, entre pentosa(s) y hexosa(s) en los aglutinantes divulgados en el presente documento.
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Claims (15)

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    REIVINDICACIONES
    1. Una composicion aglutinante acuosa que comprende un componente de hidratos de carbono (a) y un componente de amina (b), en la que el componente de hidratos de carbono (a) comprende una o mas pentosa(s) en una cantidad total del 3 al 70 % en masa y una o mas hexosa(s) en una cantidad total del 97 al 30 % en masa, basado en la masa del componente de hidratos de carbono totales (a).
  2. 2. La composicion aglutinante de acuerdo con la reivindicacion 1, en la que la al menos una o mas pentosas se seleccionan del grupo que consiste en xilosa, arabinosa, ribosa, lixosa, ribulosa y xilulosa, o cualquier combinacion de las mismas.
  3. 3. La composicion aglutinante de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en la que el componente de amina (b) se selecciona entre el grupo que consiste en protelnas, peptidos, aminoacidos, aminas organicas, poliaminas, amoniaco, sales de amonio de un acido policarboxllico monomerico, sales de amonio de un acido policarboxllico polimerico y sales de amonio de un acido inorganico, o cualquier combinacion de los mismos.
  4. 4. La composicion aglutinante de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que dicha composicion aglutinante comprende ademas un componente de aminoacidos (c).
  5. 5. Un aglutinante obtenible mediante calentamiento de la composicion aglutinante de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4.
  6. 6. Uso de una composicion aglutinante de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior para fabricar un producto seleccionado del grupo que consiste en: aislamiento de lana mineral, aislamiento de lana de vidrio, aislamiento de lana de roca, una coleccion de fibras, una coleccion de partlculas, una coleccion de partlculas o fibras que contienen celulosa, un tablero de madera, un tablero de virutas orientadas, un tablero de partlculas de madera, madera contrachapada, un abrasivo, un producto de fibra no tejido, un producto de fibra tejido, un molde de fundicion, un producto refractario, una briqueta, un material de friccion, un filtro y un laminado impregnado.
  7. 7. Un metodo de production de una composicion aglutinante acuosa, que comprende un componente de hidratos de carbono (a) y un componente de amina (b), en donde el componente de hidratos de carbono (a) comprende una o mas pentosa(s) en una cantidad total del 3 al 70 % en masa y una o mas hexosa(s) en una cantidad total del 97 al 30 % en masa, basados en la masa del componente de hidratos de carbono totales (a), en donde el metodo comprende las etapas de:
    (i) hidrolizar una o mas fuentes de hidratos de carbono a base de celulosa,
    (ii) aislar los hidratos de carbono de la una o mas fuentes de hidratos de carbono a base de celulosa,
    (iii) usar los hidratos de carbono aislados de la una o mas fuentes de hidratos de carbono a base de celulosa para formar un componente de hidratos de carbono (a), que comprende una o mas pentosa(s) en una cantidad total del 3 al 70 % en masa, basado en la masa del componente de hidratos de carbono totales (a), y
    (iv) anadir un componente de amina (b).
  8. 8. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 7, en el que la etapa (i) de hidrolizar una o mas fuentes de hidratos de carbono a base de celulosa comprende independientemente el tratamiento con calor/presion, tratamiento enzimatico y/o acido y/o hidrolisis con cloruros metalicos de cada una de dichas una o mas fuentes de hidratos de carbono a base de celulosa.
  9. 9. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 8, en el que la al menos una o mas pentosas se seleccionan del grupo que consiste en xilosa, arabinosa, ribosa, lixosa, ribulosa y xilulosa, o cualquier combinacion de las mismas.
  10. 10. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en el que la una o mas fuentes de hidratos de carbono a base de celulosa se seleccionan del grupo que consiste en residuos agricolas, tales como rastrojo de malz y bagazo de cana de azucar; cultivos energeticos, tales como remolacha azucarera, pasto varilla, Miscanthus, canamo, sauce y malz; residuos de madera, tales como astillas de madera, corteza de madera, descartes de aserraderos y descartes de fabricas de papel; desperdicio de papel municipal, tales como papel usado y residuos de papel de bajo grado; as! como fuentes de celulosa industriales, tales como residuos de cervecerla y productos lacteos.
  11. 11. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, en el que el componente de amina (b) se selecciona entre el grupo que consiste en protelnas, peptidos, aminoacidos, aminas organicas, poliaminas, amoniaco, sales de amonio de un acido policarboxllico monomerico, sales de amonio de un acido policarboxllico polimerico y sales de amonio de un acido inorganico, o cualquier combinacion de los mismos.
  12. 12. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, en el que la etapa (iii) de formation del componente de hidratos de carbono (a) incluye la combinacion de hidratos de carbono y/o mezclas de hidratos de
    carbono obtenidas a partir de al menos dos fuentes diferentes de hidratos de carbono a base de celulosa.
  13. 13. El metodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 12, en el que dicha composicion aglutinante comprende ademas un componente de aminoacidos (c).
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  14. 14. El metodo de acuerdo con la reivindicacion 13, en el que dicho componente de aminoacidos (c) se forma usando aminoacidos obtenidos de la etapa (i) de hidrolisis de una o mas fuentes de hidratos de carbono a base de celulosa.
  15. 15. Un metodo de fabrication de un producto seleccionado entre el grupo que consiste en:
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    aislamiento de lana mineral, aislamiento de lana de vidrio, aislamiento de lana de roca, una coleccion de fibras, una coleccion de partlculas, una coleccion de partlculas o fibras que contienen celulosa, un tablero de madera, un tablero de virutas orientadas, un tablero de partlculas de madera, madera contrachapada, un abrasivo, un producto de fibra no tejido, un producto de fibra tejido, un molde de fundicion, un producto refractario, una 15 briqueta, un material de friction, un filtro y un laminado impregnado, que comprende las etapas de:
    - aplicar a una materia no ensamblada o ensamblada ligeramente una composicion aglutinante de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 o una composicion aglutinante fabricada de acuerdo con
    20 cualquiera de las reivindicaciones 7 a 14; y
    - curar el aglutinante.
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