ES2827323T3 - Composición de lignina activada, método de fabricación de la misma y uso de la misma - Google Patents

Composición de lignina activada, método de fabricación de la misma y uso de la misma Download PDF

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Abstract

Método para preparar una composición de lignina activada que comprende las etapas siguientes: i) proporcionar una lignina, ii) añadir uno o más dispersantes acuosos o solubles en agua, iii) añadir un catalizador ácido o basado en metal alcalino, iv) mezclar dichos componentes y simultáneamente reducir el tamaño de partícula de la lignina, mediante la utilización de un tratamiento de mezcla a alta cizalla, en el que dichos componentes se someten a alta cizalla y flujo, proporcionando de esta manera dicha composición, en el que el tratamiento de alta cizalla utiliza un mezclador con un conjunto de rotor-estator en configuración por lotes o en línea en el que el conjunto de rotor-estator comprende un elemento giratorio que gira a altas velocidades con un elemento estacionario, o dicho conjunto consiste en un elemento giratorio de tipo discoidal con dientes de sierra y/o un elemento giratorio en forma de estrella que gira a altas velocidades sin un elemento estacionario, generando de esta manera alta cizalla y turbulencia, y en el que el tratamiento de alta cizalla implica velocidades de rotación superiores a por lo menos 1.000 rpm.

Description

DESCRIPCIÓN
Composición de lignina activada, método de fabricación de la misma y uso de la misma
Campo de la invención
La presente invención se refiere a una composición de lignina activada, a un método de fabricación de dicha composición y a la utilización de la misma en diferentes áreas de aplicación, tales como en adhesivos para madera, aglutinantes y colas. Se refiere además a un método para la fabricación y utilización de un adhesivo. Adicionalmente, se refiere además a una resina que comprende dicha lignina activada, y a su fabricación y utilización.
Antecedentes
La lignina, un polímero aromático, es un constituyente importante en, p.ej., la madera; es la segunda fuente de carbono más abundante de la Tierra después de la celulosa. En los últimos años, con el desarrollo y comercialización de tecnologías para extraer la lignina en una forma sólida y particulada altamente purificada mediante el procedimiento de elaboración de pasta, ha atraído considerablemente la atención como posible sustituto renovable de los precursores químicos principalmente aromáticos que actualmente se obtienen de la industria petroquímica.
La lignina, que es una red poliaromática, se ha investigado ampliamente como sustituto adecuado para el fenol durante la producción de adhesivos de fenol-formaldehído. Estos se utilizan durante la fabricación de productos estructurales de madera, tales como madera contrachapada, tablero de virutas de madera orientadas y cartón madera. Durante la síntesis de dichos adhesivos, la lignina, parcialmente sustituida por fenol, se hace reaccionar con formaldehído en presencia de un catalizador básico o ácido para formar resinas aromáticas altamente reticuladas denominadas novolacs (al utilizar catalizadores ácidos) o resoles (al utilizar catalizadores básicos). Actualmente solo pueden sustituirse cantidades limitadas del fenol por lignina debido a la menor reactividad de esta última.
"High Shear Homogenization of Lignin to Nanolignin and Thermal Stability of Nanolignin-Polyvinyl Alcohol Blends", Nair Sundeep. S et al., ChemSusChem, 7, 3513-3520, 2014; DOI: 10.1002/cssc.201402314, da a conocer el tratamiento de alta cizalla de la lignina.
El documento n° WO2013144454 da a conocer adicionalmente la activación de la lignina utilizando calor y álcali.
Por lo tanto, todavía existe una necesidad de incrementar la reactividad de la lignina a fin de mejorar su rendimiento como sustituto del fenol en las resinas de fenol-formaldehído. Además, existe una necesidad de habilitar el procesamiento de la lignina para conseguir una composición que pueda manipularse con seguridad con riesgos mínimos de combustión y respiratorios.
Descripción resumida de la invención
La presente invención se expone de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas.
En la presente memoria se da a conocer una composición de lignina activada, tal como en forma de una dispersión, que comprende uno o más dispersantes y catalizadores acuosos o solubles en agua, y lignina, tal como una lignina alcalina, en la que dicha lignina presenta un tamaño de partícula medio de entre aproximadamente 0.1 nm y aproximadamente 10.000 nm, y preferentemente comprendido en un intervalo de entre aproximadamente 100 y aproximadamente 1.000 nm.
En la presente memoria se da a conocer, además, la utilización de dicha composición de lignina activada en la síntesis de adhesivos de madera, tales como resinas de lignina-fenol-formaldehído.
La presente invención proporciona, según un primer aspecto, un método para la preparación de una composición de lignina activada, que comprende las etapas siguientes:
i) proporcionar una lignina, tal como una lignina activada,
ii) añadir uno o más dispersantes acuosos o solubles en agua, tales como agua,
iii) añadir un catalizador ácido o basado en metal alcalino, tal como NaOH,
iv) opcionalmente, añadir uno o más compuestos de hidroxibenceno sustituidos y/o no sustituidos, tales como fenol, y
v) mezclar dichos componentes y simultáneamente reducir el tamaño de partícula de la lignina, mediante la utilización del tratamiento de alta cizalla, en el que dichos componentes se someten a alta cizalla y flujo, proporcionando de esta manera dicha composición, en la que el tratamiento de alta cizalla implica la utilización de un mezclador con un conjunto de rotor-estator en configuración por lotes o en línea, en el que el conjunto de rotorestator comprende un elemento giratorio que gira a altas velocidades con un elemento estacionario o dicho conjunto consiste en un elemento giratorio de tipo discoidal que comprende dientes de sierra y/o un elemento giratorio en forma de estrella que gira a altas velocidades sin un elemento estacionario, generando de esta manera alta cizalla y turbulencia, y en el que el tratamiento de alta cizalla implica velocidades de rotación superiores a por lo menos 1.000 rpm.
La presente invención proporciona, además, según un segundo aspecto, una composición en forma de una dispersión obtenible mediante el método según el primer aspecto.
La presente invención proporciona, además, según un tercer aspecto, la utilización de la composición según el segundo aspecto en resina de lignina-fenol-formaldehído, que puede utilizarse como adhesivo para madera.
La presente invención proporciona, además, según un cuarto aspecto, un método para la fabricación de una resina de lignina-fenol-formaldehído, que comprende las etapas siguientes:
a) proporcionar una composición de lignina activada según el segundo aspecto,
b) añadir un agente reticulante basado en aldehído, tal como formaldehído, a dicha composición,
c) opcionalmente, añadir adicionalmente uno o más compuestos de hidroxibenceno sustituidos y/o no sustituidos, tales como fenol, a dicha composición hasta obtener una proporción de lignina/fenol previamente especificada, d) opcionalmente, añadir catalizador adicional ácido o basado en metal alcalino, y
e) calentar dicha composición para obtener una resina de lignina-fenol-formaldehído. Dicha resina puede presentar una viscosidad previamente determinada. Dicha resina puede utilizarse como aglutinante o como adhesivo (o como parte de un adhesivo).
La presente invención proporciona, además, según un quinto aspecto, una composición de resina en la forma de una resina de lignina-fenol-formaldehído obtenible mediante el método según el cuarto aspecto.
En la presente memoria se da a conocer, además, un método para la fabricación de una resina de lignina-fenolformaldehído, que comprende las etapas siguientes:
A1) proporcionar una lignina, tal como una lignina alcalina,
A2) añadir uno o más dispersantes acuosos o solubles en agua, tales como agua,
A3) añadir, antes o después de la etapa A5), un catalizador ácido o basado en metal alcalino, tal como NaOH, A4) mezclar dichos componentes y simultáneamente reducir el tamaño de partícula de la lignina, preferentemente mediante la utilización de un tratamiento de mezcla a alta cizalla, en el que dichos componentes se someten a alta cizalla y flujo,
A5) añadir uno o más compuestos de hidroxibenceno sustituidos y/o no sustituidos, tales como fenol,
A6) añadir antes o después de la etapa A5) un agente reticulante basado en aldehído, tal como formaldehído, a dicha composición, y
A7) calentar y opcionalmente mantener la mezcla de alta cizalla de dicha composición, proporcionando de esta manera una resina de lignina-fenol-formaldehído.
La presente invención proporciona, además, según un sexto aspecto, la utilización de una composición de resina según un quinto aspecto, en productos transformados de madera, incluyendo, aunque sin limitarse a ellos, madera contrachapada, tablero de partículas, tablero de madera aglomerada, vigas de madera laminada encolada, madera compuesta estructural, tablero de virutas de madera orientadas (OSB, por sus siglas en inglés), madera de fibras orientadas (OSL) y otras aplicaciones, incluyendo, aunque sin limitarse a ellas, laminados, compuestos de aislamiento y moldeo. La composición de resina puede utilizarse además en la aplicación de impregnación, como recubrimiento, para el refuerzo de plástico, para la producción de un moldeo comprimido, un laminado o una laca, o tal como se ha indicado, para el encolado de un producto de madera. Para el área de aplicación de tableros de fibras orientadas (OSB), resultan preferentes las resinas producidas según el tercer y octavo aspecto que implican la utilización de urea, en los que dicho uso se menciona adicionalmente en realizaciones preferentes del primer aspecto, posteriormente.
Descripción detallada de la invención
Se pretende a lo largo de toda la presente descripción que el término “lignina” comprenda cualquier lignina que pueda utilizarse para producir dispersiones. Preferentemente, la lignina es una lignina alcalina generada en, p.ej., el procedimiento de Kraft. La lignina puede obtenerse preferentemente mediante la utilización del procedimiento dado a conocer en el documento n° WO2006031175.
Se pretende a lo largo de toda la presente descripción que la expresión “compuestos de hidroxibenceno sustituidos y/o no sustituidos” comprenda cualquiera de dichos compuestos que resulte útil en el contexto de la presente invención. Son ejemplos de los mismos, fenol, cresol, resorcinol y combinaciones de los mismos, en los que resulta preferente el fenol.
Se pretende a lo largo de toda la presente descripción que la expresión “agente reticulante basado en aldehído” comprenda cualquiera de dichos compuestos que resulte útil en el contexto de la presente invención. Un agente reticulante basado en aldehído que resulta preferente es el formaldehído. Dicho formaldehído también puede encontrarse presente en una solución que además contiene metanol.
Se pretende a lo largo de toda la presente descripción que la expresión “catalizador basado en metal alcalino” comprenda cualquiera de dichos catalizadores que resulte útil en el contexto de la presente invención. Son ejemplos de los mismos, hidróxido sódico, hidróxido potásico y cualquier mezcla de los mismos, en los que resulta preferente el hidróxido sódico.
El tratamiento de alta cizalla implica utilizar un mezclador con un conjunto de rotor-estator en configuración por lotes o en línea en el que el conjunto de rotor-estator comprende un elemento giratorio que gira a altas velocidades con un elemento estacionario, o dicho conjunto consiste en un elemento giratorio de tipo discoidal con dientes de sierra y/o un elemento giratorio en forma de estrella que gira a altas velocidades sin un elemento estacionario, generando de esta manera alta cizalla y turbulencia. Dicha mezcla de alta cizalla puede implicar velocidades de rotación superiores a por lo menos aproximadamente 100 rpm, preferentemente superiores a por lo menos aproximadamente 1.000 rpm, más preferentemente superiores a por lo menos aproximadamente 10.000 rpm. La mezcla de alta cizalla también puede llevarse a cabo durante la síntesis de la resina.
Según una realización preferente de la presente invención, la composición de lignina activada, tal como en la forma de una dispersión, se fabrica de manera esencialmente simultánea a la fabricación de la resina. El método para fabricar la composición de lignina activada puede ser tal como se expone en el primer aspecto de la presente invención. En una variante de dicha realización, las etapas i) a v) en el primer aspecto pueden preceder de esta manera a las etapas b) a e) en el cuarto aspecto.
Según una realización preferente del cuarto aspecto de la presente invención, la adición de catalizador ácido o basado en metal alcalino precede a la adición del agente reticulante basado en aldehído.
Según una realización preferente del cuarto aspecto de la presente invención, dicho método comprende, además, una etapa f) en la que se añade urea. Se da a conocer, además, que la etapa A6), la adición de un agente reticulante basado en aldehído, implica, al añadirse después de A5), mezcla adicional y opcionalmente una adición adicional de catalizador ácido o basado en metal alcalino.
Se da a conocer, además, uno o más compuestos de hidroxibenceno sustituidos y/o no sustituidos, tales como fenol, a dicha composición hasta obtener una proporción de lignina/fenol previamente especificada,
Dicho método comprende además una etapa A8) en la que se añade urea.
La invención se describe adicionalmente en los ejemplos siguientes, junto con las figuras adjuntas, que no limitan el alcance de la invención en modo alguno.
Las características preferentes de cada aspecto de la invención son iguales, mutatis mutandis, para cada uno de los demás aspectos.
Se describen realizaciones de la presente invención tal como se menciona en mayor detalle con ayuda de ejemplos de realizaciones, junto con las figuras adjuntas, el único propósito de las cuales es ilustrar la invención y que en modo alguno pretenden ser limitativas del alcance de la misma.
Figuras
Figura 1 da a conocer el desarrollo de la viscosidad.
Figura 2 da a conocer termogramas.
Figura 3 da a conocer desarrollos de la viscosidad.
Ejemplos
Ejemplo 1
Se sintetizó resina de lignina-fenol-formaldehído con un grado de sustitución del fenol por lignina igual a aproximadamente 50% en peso. En la primera etapa, se preparó una dispersión de lignina mediante la mezcla de 40 g de lignina (lignina al 96%), 53 g de agua y 11,5 g de hidróxido sódico durante 30 minutos utilizando un equipo de dispersión de alta cizalla, en el presente caso un homogeneizador de alta velocidad IKA T25 ULTRA TURRAX dotado de un elemento dispersor S25 N18G en un reactor de vidrio dotado de condensador, agitador de hélice y termómetro. En la segunda etapa, se añadieron 40 g de fenol (fenol al 99%) y 124 g de solución de formaldehído (formaldehído al 37% en metanol) al reactor de vidrio. Se fijó la proporción de formaldehído a fenol en 1,8 para facilitar la detección de niveles suficientes de monómeros libres. Se ajustó el pH de la solución a 11,5 mediante la adición de solución acuosa de hidróxido sódico al 45%. La mezcla de reacción se sometió a cocción a 80°C hasta que la viscosidad de la mezcla de reacción alcanzó una determinada viscosidad. Se midió la viscosidad a 25°C utilizando un viscosímetro Brookfield DV-II+ LV. El desarrollo de la viscosidad se ilustra en la figura 1. Tras alcanzar la mezcla de reacción una determinada viscosidad, se enfrió rápidamente hasta la temperatura ambiente utilizando un baño de agua fría. Se determinó el contenido de monómeros libres mediante derivatización de BSTFA- (N,O-bistrifluoroacetamida) y PFBHA-(hidrocloruro de o-(2,3,4,5,6-pentafluorobencil)hidroxilamina)) para el fenol libre y el formaldehído libre, respectivamente, seguido de análisis y cuantificación mediante CG/EM.
Ejemplo 2. Ejemplo comparativo
Se sintetizó resina de lignina-fenol-formaldehído con un grado de sustitución del fenol por lignina igual a aproximadamente 50% en peso. Se agruparon 40 g de lignina (lignina al 96%), 40 g de fenol (fenol al 99%), 40 g de agua y 124 g de solución de formaldehído (formaldehído al 37% en metanol) en un reactor de vidrio dotado de condensador, agitador de hélice y termómetro. Se fijó la proporción formaldehído/fenol en 1,8 para facilitar la detección de niveles suficientes de monómeros libres. Se ajustó el pH de la solución a 11,5 mediante la adición de solución acuosa de hidróxido sódico al 45%. La mezcla de reacción se sometió a cocción a 80°C hasta que la viscosidad de la mezcla de reacción alcanzó una determinada viscosidad. Se midió la viscosidad a 25°C tal como se indica en el Ejemplo 1. Tras alcanzar la mezcla de reacción una determinada viscosidad, se enfrió rápidamente hasta la temperatura ambiente utilizando un baño de agua fría. Se determinó el contenido de monómeros libres mediante derivatización de BSTFA- (N,O-bistrifluoroacetamida) y PFBHA- (hidrocloruro de o-(2,3,4,5,6-pentafluorobencil)hidroxilamina)) para el fenol libre y el formaldehído libre, respectivamente, seguido de análisis y cuantificación mediante CG/EM.
Se llevó a cabo el análisis de calorimetría diferencial de barrido (DSC, por sus siglas en inglés) de las resinas del Ejemplo 1 y del Ejemplo 2 en un instrumento Mettler Toledo DSC1. Antes del análisis, se eliminó el agua mediante liofilización para evitar las señales de la vaporización del agua, que dificultarían la observación de cualesquiera transiciones de fase originadas en las resinas. Se pesaron aproximadamente 10 mg de muestra en una bandeja de aluminio de 100 pl con una tapa perforada para permitir la salida de gases. Se incrementó gradualmente la temperatura de 25°C a 350°C a una velocidad de 4°C/min. Los termogramas obtenidos (ver la figura 2) se procesaron adicionalmente en el software Mettler Toledo STARe (v. 10.00) mediante normalización respecto al tamaño de la muestra y corrección de línea base utilizando el tipo “ línea base tangencial”. Inesperadamente se ha encontrado que el desarrollo de la viscosidad durante la síntesis de resina del Ejemplo 1 era claramente más avanzado que el de la resina del Ejemplo 2, indicando una reacción mucho más rápida.
Además, la resina preparada en el Ejemplo 1 contenía niveles significativamente más bajos de formaldehído libre, mostrando un consumo incrementado de formaldehído durante la síntesis. Dicha característica particular observada en el Ejemplo 1 es una clara indicación de que la lignina está activada hacia el formaldehído, lo que también implicaría que pueden conseguirse niveles de sustitución de la lignina más altos que los demostrados. Lo anterior también se refleja en la Tabla 1.
Además, se encontró que la resina del Ejemplo 1 rendía un termograma de DSC más uniforme, con sólo dos señales exotérmicas distinguibles (a 118°C y a 175°C), mientras que la resina del Ejemplo comparativo 1 produjo tres picos (111°C, 127°C y 187°C). La presencia de señales adicionales en el primer pico exotérmico es una clara indicación de un comportamiento de curado no uniforme en el que se están produciendo reacciones secundarias interfirientes. Además, la diferencia entre las temperaturas inicial y final, AT, es una medida adicional de la velocidad de curado. A mayor valor de AT, menor velocidad de curado. De esta manera, resulta evidente que la resina del Ejemplo 1 presentaba una velocidad de curado significativamente mayor.
Ejemplo 3 (E.1)
Se sintetizó resina de lignina-fenol-formaldehído con un grado de sustitución del fenol por lignina igual a aproximadamente 50% en peso. Se agruparon 42,6 g de lignina (lignina al 96%), 40 g de fenol (fenol al 99%), 37,4 g de agua y 110 g de solución de formaldehído al 37% en un reactor de vidrio dotado de condensador, agitador de hélice y termómetro. Se fijó la proporción de formaldehído a fenol en 1,6. Se ajustó el pH de la solución a 11,5 mediante la adición de solución acuosa de hidróxido sódico al 45%. La mezcla de reacción se sometió a cocción a 80°C hasta que la viscosidad de la mezcla de reacción alcanzó una determinada viscosidad. T ras alcanzar la mezcla de reacción una determinada viscosidad, se enfrió rápidamente hasta la temperatura ambiente utilizando un baño de agua fría. El desarrollo de la viscosidad se ilustra en la figura 3.
Se investigó la resina final mediante análisis del tiempo de gelificación y dispersión dinámica de la luz. Se determinó el tiempo de gelificación utilizando un temporizador de gelificación Techne GT-6 con un émbolo de 15 mm que se sumergió en la resina y se desplazó en un movimiento vertical. Se transfirieron 25 g de resina a un tubo y se calentaron a 100°C. Se determinó el tiempo de gelificación automáticamente como el tiempo en que gelificaba la resina y el émbolo ya no era capaz de moverse a través de la resina. En la Tabla 2 se informa una media de dos lecturas.
Se llevó a cabo el análisis de dispersión dinámica de la luz y tamaño de partícula promedio z utilizando un instrumento Malvern Zetasizer Nano ZS 15 min después de iniciar la reacción y al final de la reacción, al alcanzar la resina la viscosidad diana. Se disolvieron aproximadamente 50 pl de la resina en 12 ml de NaCl 3 M y se agitaron hasta que ya no había agregados visibles. La muestra se escaneó 8 veces. Los valores de promedio z, desviación estándar y desviación estándar relativa informados se proporcionan en la Tabla 3.
Ejemplo 4 (E.2)
Se sintetizó resina de lignina-fenol-formaldehído con un grado de sustitución del fenol por lignina igual a aproximadamente 50% en peso. En la primera etapa, se preparó una dispersión de lignina mediante la mezcla de 42,6 g de lignina (lignina al 96%), 40 g de fenol, 37,4 g de agua y 23 g de solución de hidróxido sódico al 45% durante 90 minutos utilizando un equipo de dispersión de alta cizalla, en el presente caso un homogeneizador de alta velocidad IKA T25 ULTRA TURRAx dotado de un elemento dispersor S25 N18G en un reactor de vidrio dotado de condensador, agitador de hélice y termómetro. En la segunda etapa, se añadieron 110 g de solución de formaldehído al 37% al reactor de vidrio y se mezclaron con un agitador de hélice en lugar de un homogeneizador de alta velocidad. Se fijó la proporción de formaldehído a fenol en 1,6.
Se ajustó el pH de la solución a 11,5 mediante la adición de solución acuosa de hidróxido sódico al 45%. La mezcla de reacción se sometió a cocción a 80°C hasta que la viscosidad de la mezcla de reacción alcanzó una determinada viscosidad. Se midió la viscosidad a 25°C utilizando un viscosímetro Brookfield DV-II+ LV. Tras alcanzar la mezcla de reacción una determinada viscosidad, se enfrió rápidamente hasta la temperatura ambiente utilizando un baño de agua fría. El desarrollo de la viscosidad se ilustra en la figura 3.
Se investigó la resina final mediante análisis del tiempo de gelificación y dispersión dinámica de la luz tal como se indica en el Ejemplo 2.
Ejemplo 5 (E.3)
Se sintetizó resina de lignina-fenol-formaldehído con un grado de sustitución del fenol por lignina igual a aproximadamente 50% en peso. Se fijó la proporción de formaldehído a fenol en 1,6.
En primer lugar, se añadieron 42,6 g de lignina (lignina al 96%), 40 g de fenol, 37,4 g de agua y 110 g de solución de formaldehído al 37% al reactor de vidrio y se mezclaron con un homogeneizador de alta velocidad IKA T25 ULTRA TURRAX dotado de un elemento dispersor S25 N18G. En segundo lugar, se añadieron lentamente 42 g de solución de hidróxido sódico al 45% a la mezcla de reacción para controlar la reacción exotérmica y se ajustó el pH de la solución a 11,5 con la adición de una solución acuosa de hidróxido sódico al 45%. La mezcla de reacción se mantuvo bajo mezcla de alta intensidad utilizando un homogeneizador de alta velocidad IKA T25 ULTRA TURRAX sometido a cocción a 80°C hasta que la viscosidad de la mezcla de reacción alcanzó una determinada viscosidad. Se midió la viscosidad a 25°C utilizando un viscosímetro Brookfield DV-II+ LV. Tras alcanzar la mezcla de reacción una determinada viscosidad, se enfrió rápidamente hasta la temperatura ambiente utilizando un baño de agua fría. El desarrollo de la viscosidad se ilustra en la figura 3. Se informa el tiempo de gelificación en la Tabla 2.
Ejemplo 6 (E.4)
Se sintetizó resina de lignina-fenol-formaldehído con un grado de sustitución del fenol por lignina igual a aproximadamente 50% en peso. Se fijó la proporción de formaldehído a fenol en 1,6.
En primer lugar, se añadieron 10,6 g de lignina (lignina al 96%), 10 g de fenol, 9,1 g de agua y 27,6 g de solución de formaldehído al 37% a un recipiente de reacción en una estación de trabajo de formulación. En segundo lugar, se añadieron lentamente 10 g de solución de hidróxido sódico al 45% a la mezcla de reacción para controlar la reacción exotérmica y se ajustó el pH de la solución a 11,5 con la adición de una solución acuosa de hidróxido sódico al 45%. La mezcla de reacción se mantuvo bajo mezcla de alta intensidad utilizando un disco de disolución y se sometió a cocción a 80°C hasta que la viscosidad de la mezcla de reacción alcanzó una determinada viscosidad. Se midió la viscosidad a 25°C utilizando un viscosímetro Brookfield DV-II+ LV. Tras alcanzar la mezcla de reacción una determinada viscosidad, se enfrió rápidamente hasta la temperatura ambiente utilizando un baño de agua fría.
Ejemplo 7 (E.5)
La resina de lignina-fenol-formaldehído para la producción de panel de madera contrachapada en un reactor de vidrio de 5 l y se mezcló con un homogeneizador de alta velocidad IKA T50 ULTRA TURRAX dotado de un elemento dispersor S50N-G45F. Tras alcanzar la mezcla de reacción una determinada viscosidad, se enfrió rápidamente hasta la temperatura ambiente utilizando un baño de agua fría. Los componentes incluidos en la composición del presente ejemplo se incrementaron en cinco veces respecto a los del Ejemplo 5, anteriormente, para obtener una resina de lignina-fenol-formaldehído con un grado de sustitución del fenol por lignina igual a aproximadamente 50% en peso y una proporción de formaldehído a fenol de 1,6.
Ejemplo 8 (E.6)
Se sintetizó resina de lignina-fenol-formaldehído que contiene urea para un panel de OSB se sometió a cocción en un reactor de vidrio de 5 l con un grado de sustitución del fenol por lignina igual a aproximadamente 40% en peso.
En primer lugar, se añadieron 337 g de lignina (lignina al 95%), 484 g de fenol, 396 g de agua y 1276 g de solución de formaldehído al 37% al reactor de vidrio y se mezclaron con un homogeneizador de alta velocidad IKA T50 ULTRA TURRAX.
En segundo lugar, se añadieron lentamente 231 g de solución de NaOH (al 45%) para evitar el desarrollo de calor excesivo y proporcionar un pH de entre 10,2 y 10,5. La temperatura se mantuvo constante a 60°C durante 30 minutos y seguidamente se incrementó a 80°C. Se midió la viscosidad a 25°C utilizando un viscosímetro Hoppler. Se mantuvo la temperatura de la mezcla de reacción a 80°C hasta que la viscosidad alcanzó 400 a 450 cP.
En este estadio, se añadieron 165 g adicionales de solución de hidróxido sódico a la mezcla, proporcionando un pH de entre 11,3 y 11,5 y la temperatura de reacción se bajó a 75°C.
Tras alcanzar la viscosidad deseada (400 a 450 cP), la reacción se enfrió hasta la temperatura ambiente (30°C) y se añadieron 110 g de urea a la mezcla de reacción. La reacción se detuvo tras mezclarse por completo la urea.
Ejemplo 9 (E.7)
Resina de lignina-fenol-formaldehído que contenía urea para un panel de OSB se sometió a cocción en un reactor de vidrio de 5 l con un agitador de paleta inclinada con grado de sustitución del fenol por lignina igual a aproximadamente 40% en peso.
En primer lugar, se añadieron 337 g de lignina (lignina al 95%), 484 g de fenol, 396 g de agua y 1276 g de solución de formaldehído al 37% al reactor de vidrio y se mezclaron.
En segundo lugar, se añadieron lentamente 231 g de solución de NaOH (al 45%) para evitar el desarrollo de calor excesivo y proporcionar un pH de entre 10,2 y 10,5. La temperatura se mantuvo constante a 60°C durante 30 minutos y seguidamente se incrementó a 80°C. Se midió la viscosidad a 25°C utilizando un viscosímetro Hoppler. Se mantuvo la temperatura de la mezcla de reacción a 80°C hasta que la viscosidad alcanzó 400 a 450 cP.
En este estadio, se añadieron 165 g adicionales de solución de hidróxido sódico a la mezcla, proporcionando un pH de entre 11,3 y 11,5 y la temperatura de reacción se bajó a 75°C.
Tras alcanzar la viscosidad deseada (400 a 450 cP), la reacción se enfrió hasta la temperatura ambiente (30°C) y se añadieron 110 g de urea a la mezcla de reacción. La reacción se detuvo tras mezclarse por completo la urea.
Ejemplo 10
Se aserraron chapas de dimensiones 550 x 550 mm2 y se acondicionaron en 20°C, 65% de HR antes de la fabricación. La resina del Ejemplo 7 se mezcló según la Tabla 4.
El contenido diana de resina era de 180 g de resina/m2 extendidos sobre una cara. Se llevó a cabo el prensado en caliente a 140°C con una presión de 1 MPa, con liberación repetida de vapor durante los primeros 4 minutos. El tiempo total de prensado fue de 10 minutos. Tras el prensado en caliente, se enfriaron los tableros entre dos placas de aluminio a temperatura ambiente.
Antes de la evaluación, todas las muestras fueron acondicionadas según el método de ensayo EN 636 clase 3. Se evaluó la resistencia a la cizalladura según el método de ensayo EN 314. Los datos de medias de 3 tableros se presentan en la Tabla 5.
Ejemplo 11
Se cortaron tableros de madera de abeto en listones de 190 mm de longitud y se generaron virutas en una astilladora de disco y se tamizaron. La impregnación de las virutas de madera se llevó a cabo en un lote en tambor giratorio utilizando la resina del Ejemplo 8 o 9 que se diluyó con agua hasta alcanzar una viscosidad específica. Las fibras de OSB impregnadas se extendieron y prensaron en caliente a 160°C durante un tiempo total de prensado de 10 min para conseguir tableros que medían 540 x 540 mm2.
Tras el prensado en caliente, se enfriaron los tableros entre dos placas de aluminio a temperatura ambiente. Antes de la evaluación, todas las muestras fueron acondicionadas a 20°C y 65°C de HR. Se evaluó la unión interna antes y después de condiciones de ensayo cíclico especificadas en la norma V313. Los datos de medias de 3 tableros se presentan en la Tabla 6.
Tabla 1: contenido de monómeros libres de resinas preparadas en los Ejemplos 1 y 2
Figure imgf000007_0001
Tabla 2: tiempo de gelificación
Figure imgf000008_0003
Tabla 3: datos de dispersión dinámica de luz
Figure imgf000008_0004
Figure imgf000008_0005
Tabla 4: composición de tablero de madera contrachapado
Figure imgf000008_0006
Tabla 5: resistencia a la cizalladura de tablero de madera contrachapada según la norma EN 314
Figure imgf000008_0002
Tabla 6: densidades de tablero de OSB, unión interna y resistencia residual tras el acondicionado y envejecimiento según la norma V313
Figure imgf000008_0001
Se han descrito anteriormente diversas realizaciones de la presente invención, aunque el experto en la materia es consciente de alteraciones menores adicionales que se encontrarían comprendidas dentro del alcance de la presente invención. La amplitud y alcance de la presente invención no debería considerarse limitada por cualquiera de las realizaciones ejemplares anteriormente descritas, sino que debería definirse únicamente según las reivindicaciones siguientes y sus equivalentes. Por ejemplo, pueden combinarse cualquiera de las composiciones o métodos anteriormente indicados con otros métodos conocidos. Otros aspectos, ventajas y modificaciones comprendidas dentro del alcance de la invención resultarán evidentes para el experto en la materia a la que se refiere la invención.

Claims (6)

REIVINDICACIONES
1. Método para preparar una composición de lignina activada que comprende las etapas siguientes:
i) proporcionar una lignina,
ii) añadir uno o más dispersantes acuosos o solubles en agua,
iii) añadir un catalizador ácido o basado en metal alcalino,
iv) mezclar dichos componentes y simultáneamente reducir el tamaño de partícula de la lignina, mediante la utilización de un tratamiento de mezcla a alta cizalla, en el que dichos componentes se someten a alta cizalla y flujo, proporcionando de esta manera dicha composición,
en el que el tratamiento de alta cizalla utiliza un mezclador con un conjunto de rotor-estator en configuración por lotes o en línea en el que el conjunto de rotor-estator comprende un elemento giratorio que gira a altas velocidades con un elemento estacionario, o dicho conjunto consiste en un elemento giratorio de tipo discoidal con dientes de sierra y/o un elemento giratorio en forma de estrella que gira a altas velocidades sin un elemento estacionario, generando de esta manera alta cizalla y turbulencia, y en el que el tratamiento de alta cizalla implica velocidades de rotación superiores a por lo menos 1.000 rpm.
2. Composición en forma de una dispersión obtenible mediante el método según la reivindicación 1.
3. Utilización de composición según la reivindicación 2 en una resina de lignina-fenol-formaldehído, adecuada para la utilización como un adhesivo para madera.
4. Método para la fabricación de una resina de lignina-fenol-formaldehído que comprende las etapas siguientes:
a) proporcionar una composición de lignina activada según la reivindicación 2,
b) añadir un agente reticulante basado en aldehído, tal como formaldehído, a dicha composición, c) añadir catalizador adicional ácido o basado en metal alcalino, y
d) calentar dicha composición para obtener una resina de lignina-fenol-formaldehído.
5. Composición de resina, en forma de una resina de lignina-fenol-formaldehído, obtenible mediante el método según la reivindicación 4 o 5.
6. Utilización de una composición de resina según la reivindicación 5 en productos transformados de madera, incluyendo madera contrachapada, tablero de partículas, tablero de madera aglomerada, vigas de madera laminada encolada, madera compuesta estructural, tablero de virutas de madera orientadas, madera de fibras orientadas y otras aplicaciones, incluyendo, aunque sin limitarse a ellas, laminados, compuestos de aislamiento y moldeo, en un recubrimiento, para el refuerzo de plástico, para producir un moldeo comprimido, un laminado o una laca, o para el encolado de un producto de madera.
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