ES2874450T3 - Aglutinantes - Google Patents
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Abstract
Un método para fabricar un artículo seleccionado del grupo que consiste en tableros de madera, tableros de fibra, tableros de partículas de madera, tableros de virutas, tableros de hebras orientadas, tableros de fibras de densidad media y laminados de alta presión que comprenden fibras celulósicas unidas por un aglutinante polimérico que comprende las etapas de: - aplicar una solución o una dispersión de una composición aglutinante a las fibras celulósicas, y - aplicar calor a las fibras celulósicas que contienen dicha solución o dispersión para curar la composición aglutinante para formar el artículo, caracterizado por que la composición aglutinante comprende un producto polimérico de al menos un azúcar reductor y al menos un componente amina, en donde el al menos un componente amina comprende una triamina primaria sustituida o no sustituida, y en donde al menos dos de los grupos amino primarios de la triamina primaria están separadas por un grupo espaciador que tiene una longitud de 4 a 12 átomos.
Description
DESCRIPCIÓN
Aglutinantes
La presente divulgación se refiere a composiciones aglutinantes con componentes amínicos mejorados y a un método de fabricación de una colección de materia unida por dichas composiciones aglutinantes.
Generalmente, los aglutinantes son útiles en la fabricación de artículos porque son capaces de consolidar materia no ensamblada o suelta. Por ejemplo, los aglutinantes permiten unir dos o más superficies. En particular, se pueden usar aglutinantes para producir productos que comprenden fibras consolidadas. Los aglutinantes termoendurecibles se pueden caracterizar por transformarse en materiales insolubles e infusibles mediante calor o acción catalítica. Los ejemplos de aglutinante termoendurecible incluyen varios de fenol-aldehído, urea-aldehído, melamina-aldehído y otros materiales de polimerización por condensación como resinas de furano y poliuretano. Las composiciones aglutinantes que contienen fenol-aldehído, resorcinol-aldehído, fenol/aldehído/urea, fenol/melamina/aldehído y similares se utilizan ampliamente para la unión de fibras, textiles, plásticos, cauchos y muchos otros materiales. Las industrias de la lana mineral y de los tableros de fibra han utilizado históricamente un aglutinante de fenol formaldehído para unir fibras. Los aglutinantes de tipo fenol formaldehído proporcionan propiedades adecuadas a los productos finales; sin embargo, las consideraciones medioambientales han motivado el desarrollo de aglutinantes alternativos. Uno de estos aglutinantes alternativos es un aglutinante a base de carbohidratos derivado de la reacción de un carbohidrato y un ácido multiprótico, por ejemplo, Solicitud publicada de EE. UU. Núm. 2007/0027283 y publicado Solicitud PCT WO2009/019235. Otro aglutinante alternativo son los productos de esterificación de la reacción de un ácido policarboxílico y un poliol, por ejemplo, Solicitud publicada de EE. UU. N.° 2005/0202224. Debido a que estos aglutinantes no utilizan formaldehído como reactivo, se han denominado colectivamente aglutinantes sin formaldehído.
Un área de desarrollo actual es encontrar un sustituto para los aglutinantes de tipo fenol formaldehído en toda la gama de productos en el sector de la construcción y el automóvil (por ejemplo, aislamiento de fibra de vidrio, tableros de partículas, paneles de oficina y aislamiento acústico). En particular, los aglutinantes sin formaldehído desarrollados previamente pueden no poseer todas las propiedades deseadas para todos los productos de este sector. Por ejemplo, los aglutinantes a base de ácido acrílico y poli(alcohol vinílico) han mostrado características de rendimiento prometedoras. Sin embargo, estos son relativamente más caros que los aglutinantes de fenol formaldehído, se derivan esencialmente de recursos a base de petróleo y tienen una tendencia a exhibir velocidades de reacción más bajas en comparación con las composiciones aglutinantes a base de fenol formaldehído (que requieren tiempos de curado prolongados o mayores temperaturas de curado).
Las composiciones aglutinantes a base de carbohidratos están hechas de precursores relativamente económicos y se derivan principalmente de recursos renovables. Sin embargo, estos aglutinantes también pueden requerir condiciones de reacción para el curado que sean sustancialmente diferentes de aquellas condiciones en las que se cura el sistema aglutinante de fenol formaldehído tradicional.
Específicamente, una alternativa versátil a los aglutinantes de fenol formaldehído antes mencionados es el uso de aglutinantes de poliamina de carbohidrato que son aglutinantes poliméricos obtenidos por reacción de carbohidratos con poliaminas que tienen al menos un grupo amina primaria. Estos aglutinantes de poliaminas de carbohidratos son sustitutos efectivos de los aglutinantes de fenol formaldehído, ya que poseen características de unión similares o superiores y son altamente compatibles con los procesos establecidos.
Normalmente, los aglutinantes de poliaminas de carbohidratos se preparan como una solución, tal como una solución acuosa, y se aplican posteriormente sobre la materia suelta que se va a unir. La materia ensamblada suelta humedecida de este tipo se trata luego, por ejemplo, con calor para curar el aglutinante de poliamina de carbohidrato.
El documento EP0839826A2 desvela el uso de un producto de condensación de una poliamina y al menos dos equivalentes de un oligosacárido o un derivado del mismo como adhesivo. El documento US2011/046271A1 desvela un compuesto celulósico compuesto de material celulósico y un aglutinante. El aglutinante comprende un aldehído o cetona y una sal de amina de un ácido inorgánico. La composición cuando se mezcla con material celulósico y se cura forma un compuesto celulósico. El documento WO2011/138458A1 desvela un aglutinante que comprende productos de azúcar reductor y una poliamina. El documento WO2011/138458A1 también desvela un método para preparar una colección de materia unida con un aglutinante polimérico, el aglutinante que comprende los productos poliméricos de un azúcar reductor y una poliamina.
No obstante, las composiciones aglutinantes actualmente disponibles a veces llevan asociadas inconvenientes tales como velocidades de reacción/curado potencialmente bajas y una fuerza de unión interna insatisfactoria y/o propiedades de hinchamiento de los productos obtenidos mediante el uso de las composiciones aglutinantes anteriores, por lo que todavía hay mucho espacio para mejoras de dichas composiciones aglutinantes.
La invención se define en las reivindicaciones adjuntas. Cualquier divulgación que quede fuera del alcance de dichas reivindicaciones está destinada únicamente a fines ilustrativos y comparativos. Por consiguiente, el problema técnico subyacente a la presente divulgación es proporcionar composiciones aglutinantes que exhiban propiedades mejoradas tales como velocidades de curado excelentes y una fuerza de unión interna mejorada y propiedades de hinchamiento de los productos obtenidos utilizando las composiciones aglutinantes.
Para resolver el problema técnico anterior, como primer aspecto, la presente divulgación proporciona una composición aglutinante que comprende un producto polimérico de al menos un componente carbohidrato y al menos un componente amina, en el que el al menos un componente amina comprende una diamina primaria sustituida o no sustituida y/o una triamina primaria sustituida o no sustituida.
De acuerdo con la presente divulgación, el término "composición aglutinante" no está particularmente restringido y generalmente incluye cualquier producto polimérico de un componente carbohidrato y el componente amina específica de la presente divulgación, que puede usarse como aglutinante, por ejemplo, para unir materia ensamblada suelta, ya sea como tal o mediante modificaciones adicionales.
De acuerdo con la presente invención, el al menos un componente amina comprende una triamina primaria sustituida o no sustituida. El al menos un componente amina es capaz de reaccionar con el componente carbohidrato.
Como se usa en este documento, una "diamina primaria" es un compuesto orgánico que tiene dos grupos amino primarios (-NH2). En este documento, el término "grupo amino primario" también incluye grupos amino en sus formas salinas, por ejemplo, grupos amonio. Dentro del alcance del término diamina primaria se encuentran aquellos compuestos que pueden modificarse in situ o isomerizarse para generar un compuesto que tiene dos grupos amino primarios (-NH2).
De acuerdo con la presente divulgación, la diamina primaria es una molécula que tiene la fórmula genera1H2N-X-NH2 , en la que el grupo espaciador X separa los dos grupos amino primarios en el compuesto de diamina primaria. El grupo espaciador puede ser cualquier grupo adecuado tal como un grupo alquilo, alquenilo, alquinilo, cicloalquilo, cicloalquenilo, heteroalquilo, cicloheteroalquilo, arilo o heteroarilo, cada uno de los cuales puede estar opcionalmente sustituido.
Como se usa en este documento, el término "alquilo" incluye una cadena de átomos de carbono, que opcionalmente puede estar ramificada. Como se usa en este documento, los términos "alquenilo" y "alquinilo" incluyen independientemente una cadena de átomos de carbono, que opcionalmente pueden estar ramificados, e incluyen al menos un doble enlace o triple enlace, respectivamente. Debe entenderse que el alquinilo también puede incluir uno o más dobles enlaces. Debe entenderse además que el alquilo ventajosamente tiene una longitud limitada, que incluye C1-C24, C1-C18 y C1-C12. Debe entenderse además que alquenilo y/o alquinilo pueden ser ventajosamente cada uno de longitud limitada, incluyendo C2-C24, C2-C18 y C2-C12. En particular, los grupos alquilo, alquenilo y/o alquinilo más cortos pueden añadir menos lipofilia al compuesto y, en consecuencia, tendrán diferente reactividad hacia el componente carbohidrato y solubilidad en una solución de aglutinante.
Como se usa en el presente documento, el término "cicloalquilo" incluye una cadena de átomos de carbono, que opcionalmente puede estar ramificada, donde al menos una parte de la cadena es cíclica. Además, de acuerdo con la presente divulgación, debe observarse que "cicloalquilalquilo" se considera un subconjunto de cicloalquilo, y que el término "cicloalquilo" también incluye estructuras policíclicas. Por ejemplo, dichos cicloalquilos incluyen, pero no se limitan a, ciclopropilo, ciclopentilo, ciclohexilo, 2-metilciclopropilo, ciclopentilet-2-ilo, adamantilo y similares. Como se usa en este documento, el término "cicloalquenilo" incluye una cadena de átomos de carbono, que opcionalmente puede estar ramificada, e incluye al menos un doble enlace, donde al menos una porción de la cadena es cíclica. De acuerdo con la presente divulgación, dicho al menos un doble enlace puede estar en la porción cíclica del cicloalquenilo y/o la porción no cíclica del cicloalquenilo. Además, debe entenderse que cicloalquenilalquilo y cicloalquilalquenilo se consideran cada uno como subconjuntos de cicloalquenilo. Además, según la presente divulgación, "cicloalquilo" puede ser policíclico. Los ejemplos de dichos cicloalquenilos incluyen, pero no se limitan a, ciclopentenilo, ciclohexileten-2-ilo, cicloheptenilpropenilo y similares. Además, el cicloalquilo y/o cicloalquenilo que forma la cadena es ventajosamente de longitud limitada, incluyendo C3-C24, C3-C18 y C3-C12. De acuerdo con la presente divulgación, las cadenas de alquilo y/o alquenilo más cortas que forman cicloalquilo y/o cicloalquenilo, respectivamente, pueden añadir menos lipofilia al compuesto y, en consecuencia, tendrán un comportamiento diferente.
Como se usa en este documento, el término "heteroalquilo" incluye una cadena de átomos que incluye tanto carbono como al menos un heteroátomo, y está opcionalmente ramificada. Los ejemplos de dichos heteroátomos incluyen nitrógeno, oxígeno y azufre. En ciertas variaciones, dichos heteroátomos también incluyen fósforo y selenio. En una realización, un heteroalquilo es un poliéter. Como se usa en el presente documento, el término "cicloheteroalquilo" que incluye heterociclilo y heterociclo, incluye una cadena de átomos que incluye tanto carbono como al menos un heteroátomo, como heteroalquilo, y puede estar opcionalmente ramificado, donde al menos una porción de la cadena es cíclica. De manera similar, los ejemplos de cicloheteroalquilo incluyen, pero no se limitan a,
tetrahidrofurilo, pirrolidinilo, tetrahidropiranilo, piperidinilo, morfolinilo, piperazinilo, homopiperazinilo, quinuclidinilo y similares.
Como se usa en este documento, el término "arilo" incluye cualquier residuo aromático, que puede estar opcionalmente sustituido. Los ejemplos de dichos arilos incluyen fenilo, naftilo, bencilo, xilenilo, etc. Uno o más átomos de carbono del arilo también pueden sustituirse por heteroátomos para formar un "heteroarilo". Los ejemplos de dichos heteroátomos incluyen, pero no se limitan a, oxígeno, nitrógeno y azufre. Por consiguiente, los heteroarilos pueden ser, por ejemplo, piridinilo, indolilo, tiofenilo, furanilo, etc.
De acuerdo con una realización de la presente divulgación, en la composición aglutinante, el producto polimérico es un producto del al menos un componente carbohidrato, el al menos un componente amina y al menos un reticulante adicional que es diferente del componente amina. El reticulante adicional no está específicamente limitado e incluye cualquier agente reticulante conocido por los expertos en la materia. Los ejemplos específicos del reticulante adicional incluyen compuestos que contienen nitrógeno tales como aminas, aminoácidos, sales de amonio inorgánicas, etc. Otros ejemplos incluyen compuestos que contienen silicio tales como éteres de silicio, éteres de alquilsililo, silanos, etc. De acuerdo con una realización preferida, el reticulante adicional es hexametilendiamina (HMDA).
La cantidad de dicho reticulante adicional usada en la composición aglutinante de la presente divulgación no está específicamente limitada e incluye intervalos de (basado en la cantidad total de la composición aglutinante) del 1 al 50 % en peso, del 1 al 45 % en peso, del 1 al 40 % en peso, del 1 al 35 % en peso, del 1 al 30 % en peso, del 1 al 25 % en peso, del 1 al 20 % en peso, del 1 al 15 % en peso, del 1 al 10 % en peso y del 1 al 5 % en peso. Otros intervalos específicos incluyen del 5 al 50 % en peso, del 10 al 50 % en peso, del 15 al 50 % en peso, del 20 al 50 % en peso, del 25 al 50 % en peso, del 30 al 50 % en peso, del 35 al 50 % en peso, del 40 al 50 % en peso y del 45 al 50 % en peso. De acuerdo con una realización específica, la cantidad de reticulante adicional usada en la composición aglutinante de la presente divulgación es mayor que la cantidad del al menos un componente amina. La cantidad del componente amina usado en la composición aglutinante de la presente divulgación no está específicamente limitada e incluye intervalos de (basado en la cantidad total de la composición aglutinante) del 1 al 50 % en peso, del 1 al 45 % en peso, del 1 al 40 % en peso, del 1 al 35 % en peso, del 1 al 30 % en peso, del 1 al 25 % en peso, del 1 al 20 % en peso, del 1 al 15 % en peso, del 1 al 10 % en peso y del 1 al 5 % en peso. Otros intervalos específicos incluyen del 5 al 50 % en peso, del 10 al 50 % en peso, del 15 al 50 % en peso, del 20 al 50 % en peso, del 25 al 50 % en peso, del 30 al 50 % en peso, del 35 al 50 % en peso, del 40 al 50 % en peso y del 45 al 50 % en peso.
De acuerdo con una realización preferida de la presente divulgación, la diamina primaria sustituida o no sustituida es un compuesto en el que los grupos amino están separados en la molécula por un grupo espaciador X que tiene una longitud de 4 a 12 átomos, más preferiblemente de 6 a 8 átomos. En caso de que el grupo espaciador X tenga la longitud de átomos preferida definida anteriormente, se pueden conseguir ventajosamente altas velocidades de curado/reacción.
De acuerdo con una realización de la presente divulgación, el componente de diamina primario no es hexametilendiamina (HMDA).
La diamina primaria de la presente divulgación puede estar sustituida o no sustituida. En este documento, el término "sustituido" incluye la sustitución de átomos de hidrógeno con otros grupos funcionales en el radical que está sustituido. Dichos otros grupos funcionales incluyen ilustrativamente, pero no se limitan a, amino, hidroxilo, halo, tiol, alquilo, haloalquilo, heteroalquilo, arilo, arilalquilo, arilheteroalquilo, nitro, ácidos sulfónicos y sus derivados, ácidos carboxílicos y sus derivados, y similares. De manera ilustrativa, cualquiera de amino, hidroxilo, tiol, alquilo, haloalquilo, heteroalquilo, arilo, arilalquilo, arilheteroalquilo y/o ácido sulfónico está opcionalmente sustituido.
De acuerdo con una realización preferida, la diamina primaria contiene al menos un sustituyente dentro del grupo espaciador, ya que, en este caso, se pueden conseguir ventajosamente altas velocidades de curado/reacción. De acuerdo con una realización específica de la presente divulgación, el compuesto de diamina primario es 3-fenilhexanodiamina o 3-fenilheptanodiamina.
Como se usa en este documento, una "triamina primaria" es un compuesto orgánico que tiene tres grupos amino primarios (-NH2). Dentro del alcance del término triamina primaria se encuentran aquellos compuestos que pueden modificarse in situ o isomerizarse para generar un compuesto que tiene tres grupos amino primarios (-NH2).
En la molécula de triamina primaria, los grupos amino primarios están separados en la molécula por uno o más grupos espaciadores. El o los grupos espaciadores pueden ser cualquier grupo adecuado tal como un grupo alquilo, alquenilo, alquinilo, cicloalquilo, cicloalquenilo, heteroalquilo, cicloheteroalquilo, arilo o heteroarilo, cada uno de los cuales puede estar opcionalmente sustituido. Los términos "alquilo", "alquenilo", "alquinilo", "cicloalquilo", "cicloalquenilo", "heteroalquilo", "cicloheteroalquilo", "arilo", "heteroarilo" y "sustituido" son como se han definido anteriormente.
En la presente invención, la triamina primaria sustituida o no sustituida es un compuesto, en el que al menos dos de los grupos amino primarios están separados en la molécula por un grupo espaciador que tiene una longitud de 4 a
12 átomos, más preferiblemente de 6 a 8 átomos. En el caso de que al menos un grupo espaciador tenga la longitud de átomos preferida definida anteriormente, se pueden conseguir ventajosamente altas velocidades de curado/reacción.
De acuerdo con otra realización específica, la triamina primaria es tris(3-aminopropil)amina o tris(2-aminoetil)amina.
De acuerdo con otra realización, la triamina primaria de la presente divulgación es la poliamina poliéter-poliamina primaria. Por ejemplo, la poliéter-poliamina es una amina primaria trifuncional que tiene un peso molecular medio de
440 conocida como Jeffamine T-403 Polyetheramine (Huntsman Corporation).
De acuerdo con la presente divulgación, el término "componente carbohidrato" no está restringido específicamente y generalmente incluye cualquier compuesto de carbohidrato que sea capaz de reaccionar con un componente amina.
La cantidad del componente carbohidrato usado en la composición aglutinante de la presente divulgación no está específicamente limitada e incluye intervalos de (basado en la cantidad total de la composición aglutinante) del 1 al
99 % en peso, del 1 al 90 % en peso, del 1 al 80 % en peso, del 1 al 70 % en peso, del 1 al 60 % en peso, del 1 50 % en peso, del 1 al 40 % en peso, del 1 al 30 % en peso, del 1 al 20 % en peso y del 1 al 10 % en peso. Otros intervalos específicos incluyen del 20 al 90 % en peso, del 30 al 90 % en peso, del 35 al 90 % en peso, del 40 al 90 % en peso, del 45 al 90 % en peso, del 50 al 90 % en peso, y del 60 al 90 % en peso.
De acuerdo con una realización de la composición aglutinante definida anteriormente, el al menos un componente carbohidrato se selecciona del grupo que consiste en monosacáridos, disacáridos, polisacáridos o un producto de reacción de los mismos.
En la presente invención, el componente carbohidrato es un azúcar reductor. Como se usa en el presente documento, el término "azúcar reductor" indica uno o más azúcares que contienen grupos aldehído, o que se pueden isomerizar, es decir, tautomerizar, para contener grupos aldehído, grupos que pueden oxidarse con, por ejemplo, iones Cu para producir ácidos carboxílicos. De acuerdo con la presente divulgación, cualquier componente carbohidrato de este tipo puede estar opcionalmente sustituido, tal como con hidroxi, halo, alquilo, alcoxi y similares.
En cualquiera de dichos componentes carbohidrato, puede haber presentes uno o más centros quirales, y ambos posibles isómeros ópticos de cada centro quiral se incluyen en la divulgación descrita en el presente documento.
Además, también debe entenderse que pueden usarse diversas mezclas, incluidas mezclas racémicas, u otras mezclas diastereoisómeras de los diversos isómeros ópticos de cualquiera de dichos componentes carbohidrato, así como varios isómeros geométricos de los mismos, en una o más realizaciones descritas en el presente documento.
Además, aunque los azúcares no reductores, por ejemplo sacarosa, pueden no ser preferibles, no obstante pueden ser útiles dentro del alcance de la presente divulgación mediante conversión in situ en un azúcar reductor. Además, también se entiende que un monosacárido, un disacárido o un polisacárido se pueden hacer reaccionar parcialmente con un precursor para formar un producto de reacción carbohidrato. En la medida en que el producto de reacción carbohidrato se derive de un monosacárido, un disacárido o un polisacárido, y mantenga una reactividad similar con el componente amina para formar productos de reacción similares a los de un monosacárido, un disacárido o un polisacárido con un componente amina, el producto de reacción carbohidrato está dentro del alcance del término componente carbohidrato.
Preferiblemente, cualquier componente carbohidrato debe ser suficientemente no volátil para maximizar su capacidad de permanecer disponible para la reacción con el componente amina. El componente carbohidrato puede ser un monosacárido en su forma de aldosa o cetosa, incluyendo una triosa, una tetrosa, una pentosa, una hexosa o una heptosa; o un polisacárido; o combinaciones de los mismos. Por ejemplo, cuando una triosa sirve como componente carbohidrato, o se usa en combinación con otros azúcares reductores y/o un polisacárido, se puede utilizar un azúcar de aldotriosa o un azúcar de cetotriosa, como gliceraldehído y dihidroxiacetona, respectivamente.
Cuando una tetrosa sirve como componente carbohidrato, o se usa en combinación con otros azúcares reductores y/o un polisacárido, se pueden utilizar azúcares de aldotetrosa, tales como eritrosa y treosa; y se pueden utilizar azúcares de cetotetrosa, tales como eritrulosa. Cuando una pentosa sirve como componente carbohidrato, o se usa en combinación con otros azúcares reductores y/o un polisacárido, se pueden utilizar azúcares de aldopentosa, tales como ribosa, arabinosa, xilosa y lixosa; y se pueden utilizar azúcares de cetopentosa, tales como ribulosa, arabulosa, xilulosa y lixulosa. Cuando una hexosa sirve como componente carbohidrato, o se usa en combinación con otros azúcares reductores y/o un polisacárido, se pueden utilizar azúcares de aldohexosa, como glucosa (es decir, dextrosa), manosa, galactosa, alosa, altrosa, talosa, gulosa e idosa; y se pueden utilizar azúcares de cetohexosa, tales como fructosa, psicosa, sorbosa y tagatosa. Cuando una heptosa sirve como componente carbohidrato, o se usa en combinación con otros azúcares reductores y/o un polisacárido, se puede utilizar un azúcar cetoheptosa tal como sedoheptulosa. También se contempla que otros estereoisómeros de dichos componentes carbohidratos que no se sabe que se producen de forma natural sean útiles en la preparación de las composiciones de aglutinante como se describe en el presente documento. En una realización, el componente
carbohidrato es jarabe de maíz con alto contenido de fructosa (JMAF).
Como se ha mencionado anteriormente, el componente carbohidrato puede ser un polisacárido. Por ejemplo, el componente carbohidrato puede ser un polisacárido con un bajo grado de polimerización e incluye, por ejemplo, melazas, almidón, hidrolizados de celulosa o sus mezclas. De acuerdo con un ejemplo específico, el componente carbohidrato es un hidrolizado de almidón, una maltodextrina o una de sus mezclas. Aunque los carbohidratos de grados más altos de polimerización pueden no ser preferibles, no obstante pueden ser útiles dentro del alcance de la presente divulgación mediante despolimerización in situ.
Además, de acuerdo con la presente divulgación, el componente carbohidrato se puede usar en combinación con un reactivo polihidroxilado que no es carbohidrato. Ejemplos de reactivos polihidroxilados que no son carbohidratos que pueden usarse en combinación con el componente carbohidrato incluyen, pero no se limitan a, trimetilolpropano, glicerol, pentaeritritol, alcohol polivinílico, acetato de polivinilo parcialmente hidrolizado, acetato de polivinilo completamente hidrolizado y sus mezclas. Por ejemplo, el reactivo polihidroxilado que no es carbohidrato es suficientemente no volátil para maximizar su capacidad de permanecer disponible para la reacción con una poliamina monomérica o polimérica. Además, de acuerdo con la presente divulgación, la hidrofobicidad del reactivo polihidroxilado que no es carbohidrato puede ser un factor para determinar las propiedades físicas de un aglutinante preparado como se describe en el presente documento.
En una realización preferida del aglutinante que ha reaccionado previamente definido anteriormente, el al menos un componente carbohidrato se selecciona del grupo que consiste en ribosa, arabinosa, xilosa, lixosa, glucosa (dextrosa), manosa, galactosa, alosa, altrosa, talosa, gulosa, idosa, fructosa, psicosa, sorbosa, dihidroxiacetona, sacarosa y tagatosa, así como sus mezclas.
De acuerdo con una realización preferida de la presente divulgación, la relación molar entre el al menos un componente carbohidrato y la diamina primaria sustituida o no sustituida es de 6:1 a 0,5:1, más preferiblemente 4:1 a 0,75:1, aún más preferiblemente 2:1 a 1:1, y lo más preferiblemente de aproximadamente 1,5:1. De acuerdo con otra realización preferida de la presente divulgación, la relación molar entre el al menos un componente carbohidrato y la triamina primaria sustituida o no sustituida es de 5:1 a 1:1, más preferiblemente 4:1 a 1,25:1, aún más preferiblemente 3:1 a 1,5:1, y lo más preferiblemente de aproximadamente 2:1.
En un aspecto adicional, la presente divulgación proporciona una composición de aglutinante que comprende un aglutinante soluble en agua que ha reaccionado previamente y al menos un segundo componente amina, en el que el aglutinante que ha reaccionado previamente soluble en agua comprende el producto o productos de reacción de al menos un componente carbohidrato y al menos un primer componente amina, en el que la relación de los grupos reactivos que contienen nitrógeno del al menos un primer componente amina a los grupos carbonilo del al menos un componente carbohidrato es subestequiométrica de modo que no hay conversión completa del al menos un componente carbohidrato, y en el que el al menos un segundo componente amina comprende una diamina primaria sustituida o no sustituida y/o una triamina primaria sustituida o no sustituida.
En este documento, el término "grupo reactivo que contiene nitrógeno" no está particularmente restringido e incluye cualquier grupo que contenga nitrógeno en el primer componente amina que sea capaz de reaccionar con el componente carbohidrato. Específicamente, los ejemplos de dichos grupos reactivos que contienen nitrógeno incluyen grupos amino primarios, secundarios, terciarios y cuaternarios.
Como se usa en este documento, la expresión "que no hay conversión completa del al menos un componente carbohidrato" significa que algunos de los grupos carbonilo iniciales del componente carbohidrato no han reaccionado con el primer componente amina y todavía están presentes, ya que los grupos carbonilo del componente carbohidrato están en exceso con respecto a los grupos reactivos que contienen nitrógeno del primer componente amina. De acuerdo con una realización preferida, el aglutinante que ha reaccionado previamente como se define anteriormente comprende al menos el 10% de los grupos carbonilo iniciales proporcionados por el componente carbohidrato. Otros ejemplos del número de grupos carbonilo sin reaccionar en el aglutinante que ha reaccionado previamente incluyen al menos el 15%, al menos el 20%, al menos el 25%, al menos el 30%, al menos el 35 %, al menos el 40 %, al menos el 50 %, al menos el 60 % o al menos el 75 % de los grupos carbonilo presentes en el componente carbohidrato antes de la reacción con el primer componente amina.
De acuerdo con la presente divulgación, el término "aglutinante que ha reaccionado previamente" no está particularmente restringido y generalmente incluye cualquier composición química obtenida haciendo reaccionar un componente carbohidrato y un componente amina, que se puede usar como aglutinante, por ejemplo, para unir materia suelta ensamblada, ya sea como tal o con modificaciones adicionales. El "al menos un componente carbohidrato" y "el al menos un (segundo) componente amina que comprende una diamina primaria sustituida o no sustituida y/o una triamina primaria sustituida o no sustituida" son iguales a los definidos anteriormente.
Además, en este documento, el "primer componente amina" no está particularmente limitado e incluye cualquier compuesto químico o mezcla de compuestos que contenga al menos un grupo amino y que sea capaz de reaccionar con el al menos un componente carbohidrato. De acuerdo con una realización, en el aglutinante que ha reaccionado
previamente, el al menos un primer componente amina es NH3 , una amina inorgánica o una amina orgánica que comprende al menos un grupo amina primaria, así como sus sales. Por ejemplo, como primer componente amina, el NH3 puede usarse como tal (por ejemplo, en forma de una solución acuosa), así como cualquier tipo de sales de amonio inorgánicas y orgánicas, siempre que estas sales sean capaces de reaccionar con el componente carbohidrato definido anteriormente. Los ejemplos específicos de sales de amonio inorgánicas incluyen sulfato de amonio (A1T1SO4), cloruro de amonio y nitrato de amonio.
De acuerdo con la presente divulgación, el primer componente amina puede ser una poliamina. En este documento, el término "poliamina" incluye cualquier compuesto orgánico que tenga dos o más grupos amino, que pueden estar independientemente sustituidos o no sustituidos.
Por ejemplo, la poliamina puede ser una poliamina primaria. Como se usa en este documento, una "poliamina primaria" es un compuesto orgánico que tiene dos o más grupos amino primarios (-NH2). Además, dentro del alcance del término poliamina primaria se encuentran aquellos compuestos que pueden modificarse in situ o isomerizarse para generar un compuesto que tiene dos o más grupos amino primarios (-NH2).
De acuerdo con una realización de la presente divulgación, la poliamina primaria puede ser una molécula que tiene la fórmula H2N-Q-NH2 , en la que Q es un alquilo, alquenilo, alquinilo, cicloalquilo, heteroalquilo o cicloheteroalquilo, cada uno de los cuales puede estar opcionalmente sustituido. Por ejemplo, Q puede ser un grupo alquilo seleccionado de un grupo que consta de C2-C24, un alquilo seleccionado de un grupo que consta de C2-C9, un alquilo seleccionado de un grupo que consta de C3-C7. De acuerdo con una realización preferida, Q es un alquilo C6. De acuerdo con otra realización, Q puede ser un grupo ciclohexilo, ciclopentilo o ciclobutilo, o bencilo. De acuerdo con la presente divulgación, los términos "alquilo", "alquenilo", "alquinilo", "cicloalquilo", "cicloalquenilo", "heteroalquilo", "cicloheteroalquilo", "arilo", "heteroarilo" y "sustituido" son los definidos anteriormente.
En otra realización, el primer componente amina es la poliamina poliéter-poliamina primaria. Por ejemplo, según la presente divulgación, dicha poliéter-poliamina es una diamina o una triamina. En una realización, la poliéterpoliamina es una amina primaria trifuncional que tiene un peso molecular medio de 440 conocida como Jeffamine T-403 Polyetheramine (Huntsman Corporation).
En una realización adicional, el primer componente amina puede incluir una poliamina polimérica. Por ejemplo, las poliaminas poliméricas dentro del alcance de la presente divulgación incluyen quitosano, polilisina, polietilenimina, poli(N-vinil-N-metilamina), poliaminostireno y polivinilaminas. En un ejemplo específico, el primer componente amina comprende una polivinilamina. Como se usa en este documento, la polivinilamina puede ser un homopolímero o un copolímero.
En una realización específica, el primer y segundo componentes amina pueden ser iguales.
En este documento, el término "soluble en agua" no está específicamente restringido e incluye todos los grados de solubilidad en agua del aglutinante que ha reaccionado previamente como se define anteriormente. En particular, el término "soluble en agua" incluye la solubilidad en agua a 20 °C de 100 g/l o más, 150 g/l o más, 200 g/l o más, o 250 g/l o más. Por ejemplo, el término "soluble en agua" puede incluir una solubilidad en agua del aglutinante que ha reaccionado previamente como se define anteriormente de 300 g/l o más, 400 g/l o más, 500 g/l o más o 600 g/l o más (a 20 °C). También se puede considerar que la solubilidad en agua virtual infinita está dentro del alcance de la presente descripción.
En este contexto, la expresión "insoluble en agua" de acuerdo con la presente divulgación se refiere a casos en los que el aglutinante que ha reaccionado previamente como se define anteriormente es esencialmente no soluble en agua a 20 °C. Por ejemplo, el término insoluble incluye una solubilidad en agua a 20 °C de 50 g/l o menos, 40 g/l o menos, 30 g/l o menos, o 20 g/l o menos. Preferiblemente, el término insoluble en agua incluye casos de solubilidad en agua de 10 g/l o menos, 5 g/l o menos, 1 g/l o menos o 0,1 g/l o menos.
De acuerdo con la presente divulgación, una solución acuosa que contiene el 70 % en peso del aglutinante que ha reaccionado previamente definido anteriormente tiene preferiblemente una viscosidad a 20 °C de 2000 mPa ■ s como máximo, en la que la viscosidad de dicha solución acuosa no aumenta en más de 500 mPa ■ s cuando se deja reposar a 20 °C durante 12 horas.
Por ejemplo, una solución acuosa que contiene el 70 % en peso del aglutinante que ha reaccionado previamente definido anteriormente (es decir, una solución acuosa que contiene el 70 % en peso de sólidos) puede tener una viscosidad inicial después de su preparación de 100 a 1500 mPa ■ s, de 150 a 1200 mPa ■ s, de 200 a 800 mPa ■ s, de 220 a 600 mPa ■ s, o de 250 a 400 mPa ■ s. Desde el punto de vista de la manipulación, una viscosidad preferida está en el intervalo de 280 a 350 mPa ■ s. La viscosidad se puede medir usando un viscosímetro LV-Torque Brookfield, husillo LV-63 a 60 rpm.
Además, la viscosidad de dicha solución acuosa no debería aumentar preferiblemente en más de 500 mPa ■ s cuando se deja reposar a 20 °C durante 24 horas, 48 horas, 72 horas o 96 horas. De acuerdo con otra realización
preferida, la viscosidad de dicha solución acuosa no debería aumentar en más de 500 mPa ■ s en una semana, 10 días, 12 días o dos semanas. Son incluso más preferibles períodos más largos, como tres o cuatro semanas, o incluso dos, tres o más meses, en los que la viscosidad no aumentará en más de 500 mPa ■ s.
De acuerdo con una realización adicional, la cantidad en la que aumenta la viscosidad dentro de las primeras 12 horas cuando se deja una solución acuosa al 70 % en peso del aglutinante que ha reaccionado previamente a 20 °C preferiblemente no debe exceder de 450 mPa ■ s, o 400 mPa ■ s o incluso 350 mPa ■ s. Los aumentos de viscosidad preferidos incluyen aumentos de 300 mPa ■ s o menos, 280 mPa ■ s o menos, 250 mPa ■ s o menos y 200 mPa ■ s o menos.
De acuerdo con la presente divulgación, los períodos de tiempo definidos anteriormente y los aumentos de viscosidad no se limitan a los ejemplos mencionados anteriormente y pueden combinarse libremente. Por ejemplo, preferiblemente, la solución acuosa al 70 % en peso mencionada anteriormente del aglutinante que ha reaccionado previamente no aumenta su viscosidad en más de 300 mPa ■ s dentro de las primeras 48 horas posteriores a su preparación, o más de 400 mPa ■ s dentro de las dos semanas posteriores a su preparación. Generalmente, si la viscosidad de una solución acuosa respectiva se vuelve demasiado alta, por ejemplo debido a la gelificación, el aglutinante que ha reaccionado previamente puede volverse inutilizable.
En una realización, la preparación del aglutinante que ha reaccionado previamente se lleva a cabo en un disolvente, como agua, para producir directamente una solución de aglutinante utilizable para almacenamiento, transporte y a continuación como base para preparar la composición de aglutinante final mediante la adición del segundo componente amina. Por ejemplo, el aglutinante que ha reaccionado previamente se puede preparar en una solución acuosa concentrada del componente carbohidrato y el primer componente amina. La solución de aglutinante concentrada que ha reaccionado previamente así obtenida se puede usar, por ejemplo, en un momento posterior y/o en un lugar diferente, por ejemplo, mediante dilución y adición del segundo componente amina, como un aglutinante eficaz para consolidar la materia suelta ensamblada.
El término "disolvente" utilizado en el presente documento no está particularmente restringido e incluye cualquier disolvente que pueda utilizarse para llevar a cabo una reacción entre el componente carbohidrato y el componente amina. Por ejemplo, el disolvente puede ser agua, un disolvente orgánico o sus mezclas. Los ejemplos de disolventes orgánicos incluyen alcoholes, éteres, ésteres, cetonas, aldehídos, alcanos y cicloalcanos.
De acuerdo con una realización del aglutinante que ha reaccionado previamente definido anteriormente, la relación de grupos carbonilo en el componente carbohidrato a grupos que contienen nitrógeno reactivo en el primer componente amina es de 5:1 a 1:2 o de 5:1 a 1:1. Por ejemplo, la relación de grupos carbonilo a grupos reactivos que contienen nitrógeno puede ser de 5:1 a 1:1,8, de 5:1 a 1:1,5, de 5:1 a 1:1,2, de 5:1 a 1:1, de 5:1 a 1:0,8 y de 5:1 a 1:0,5. Otros ejemplos incluyen proporciones como de 4:1 a 1:2, de 3,5:1 a 1:2, de 3:1 a 1:2, de 2,5:1 a 1:2, de 2:1 a 1:2 y de 1,5:1 a 1:2. De acuerdo con la presente divulgación, los límites superior e inferior de las relaciones mencionadas anteriormente se pueden combinar libremente.
El aglutinante que ha reaccionado previamente como se define anteriormente puede obtenerse haciendo reaccionar en un disolvente el al menos un componente carbohidrato con el al menos un primer componente amina a una temperatura de al menos 10 °C durante un período de al menos 5 minutos.
Sin embargo, la temperatura a la que se prepara el aglutinante que ha reaccionado previamente no está restringida específicamente e incluye temperaturas en el intervalo de 10 a 200 °C, de 15 a 180 °C, de 20 a 150 °C o de 25 a 130 °C. Por ejemplo, la temperatura de reacción puede variar de 20 a 120 °C, de 25 a 110 °C, de 30 a 100 °C o 35 a 90 °C. Los ejemplos específicos del intervalo de temperatura incluyen de 40 a 90 °C, de 45 a 85 °C y de 50 a 75 °C. De acuerdo con la presente divulgación, la temperatura a la que se prepara el aglutinante que ha reaccionado previamente no se limita a los intervalos anteriores, y los valores superior e inferior de dichos intervalos pueden combinarse libremente.
De manera similar, la duración de la reacción para obtener el aglutinante que ha reaccionado previamente no está específicamente restringida e incluye duraciones de 5 a 240 minutos, de 5 a 210 minutos, de 5 a 180 minutos, de 5 a 120 minutos, de 5 a 90 minutos, de 5 a 75 minutos, de 5 a 60 minutos, de 5 a 40 minutos, de 5 a 30 minutos y de 5 a 25 minutos. Otros ejemplos incluyen duraciones de 5 a 240 minutos, de 10 a 240 minutos, de 15 a 240 minutos, de 20 a 240 minutos, de 25 a 240 minutos, de 30 a 240 minutos, de 40 a 240 minutos, de 45 a 240 minutos, de 60 a 240 minutos, de 120 a 240 minutos y de 180 a 240 minutos. Sin embargo, también pueden ser razonables dentro del alcance de la presente divulgación duraciones de hasta uno, dos, tres, cuatro, cinco y seis días, así como duraciones de una, dos o tres semanas. De acuerdo con la presente divulgación, la duración para preparar el aglutinante que ha reaccionado previamente como se define anteriormente no se limita a los ejemplos anteriores y los valores superior e inferior de dichos intervalos pueden combinarse libremente en este documento.
De acuerdo con una realización, el aglutinante que ha reaccionado previamente definido anteriormente reacciona además con el segundo componente amina para producir una o más melanoidinas como una composición insoluble en agua. En la presente divulgación, el aglutinante que ha reaccionado previamente puede funcionar como un
precursor o intermedio que puede hacerse reaccionar adicionalmente con el segundo componente amina para obtener un aglutinante polimérico. Por ejemplo, este aglutinante polimérico contiene melanoidinas de alto peso molecular como productos de reacción de Maillard que son esencialmente insolubles en agua.
De acuerdo con una realización adicional, la relación molar entre el componente carbohidrato y el primer componente amina en el aglutinante que ha reaccionado previamente es de 0,5:1 a 30:1. Ejemplos de relaciones molares adicionales incluyen relaciones de 0,7:1 a 25:1, de 1:1 a 22:1, de 1,5:1 a 20:1, de 2:1 a 15:1, de 2,5:1 a 10:1 o de 3:1 a 8:1. Sin embargo, de acuerdo con la presente divulgación, la relación molar del componente carbohidrato al primer componente amina no se limita a dichos intervalos y los límites superior e inferior anteriores pueden combinarse libremente.
Además, el aglutinante que ha reaccionado previamente puede comprender uno o más de un glicolaldehído, gliceraldehído, 2-oxopropanal, acetol, dihidroxiacetona, acetoína, butanodiona, etanal, glucosona, 1-desoxihexosulosa, 3-desoxihexosulosa, 3-desoxipentosulosa, didesoxihexosulosa, glioxal, metilglioxal y diacetilo, en el que una solución acuosa que contiene el 70 % en peso de dicho aglutinante que ha reaccionado previamente tiene una viscosidad a 20 °C de 2000 mPa ■ s como máximo, y la viscosidad de dicha solución acuosa no aumenta en más de 500 mPa ■ s cuando se deja reposar a 20 °C durante 12 horas.
De acuerdo con la presente divulgación, el contenido total de dichos uno o más compuestos mencionados anteriormente puede ser al menos el 10 % en peso, al menos el 20 % en peso, al menos el 30 % en peso, al menos el 40 % en peso, al menos el 50 % en peso, al menos el 60 % en peso, o al menos el 75 % en peso del aglutinante que ha reaccionado previamente.
De acuerdo con una realización preferida, el aglutinante que ha reaccionado previamente definido anteriormente tiene un peso molecular medio en el intervalo de 200 a 5000 g/mol. De acuerdo con la presente divulgación, el peso molecular medio de la composición aglutinante que ha reaccionado previamente puede oscilar entre 300 y 4500 g/mol, entre 400 y 4000 g/mol, entre 450 y 3500 g/mol, entre 500 y 300 g/mol o entre 600 y 1500 g/mol. Sin embargo, el peso molecular medio del aglutinante que ha reaccionado previamente no se limita a dichos intervalos y sus valores superior e inferior pueden combinarse libremente.
De acuerdo con la presente divulgación, el aglutinante que ha reaccionado previamente puede cambiar con el tiempo su composición química continuando la reacción entre el componente carbohidrato y el primer componente amina. Por ejemplo, incluso a temperaturas relativamente bajas, como temperatura ambiente (20 °C) o menos, las reacciones de tipo Maillard pueden continuar entre el componente carbohidrato y el primer componente amina hacia la formación de melanoidinas. Como consecuencia, el envejecimiento del aglutinante que ha reaccionado previamente puede dar lugar a un proceso de curado final acelerado del aglutinante y/o a una mejora de la fuerza de unión.
Se pueden incorporar varios aditivos en las composiciones aglutinantes de la presente divulgación. Estos aditivos proporcionan a los aglutinantes de la presente divulgación características deseables adicionales. Por ejemplo, el aglutinante puede incluir un agente de acoplamiento que contenga silicio. Muchos agentes de acoplamiento que contienen silicio están disponibles en el mercado en Dow-Corning Corporation, Evonik Industries y Momentive Performance Materials. De manera ilustrativa, el agente de acoplamiento que contiene silicio incluye compuestos tales como éteres de sililo y éteres de alquilsililo, cada uno de los cuales puede estar opcionalmente sustituido, tal como con halógeno, alcoxi, amino y similares. En una variación, el compuesto que contiene silicio es un silano sustituido con amino, como el gamma-aminopropiltrietoxisilano (SILQUEST A-1101; Momentive Performance Materials, Corporate Headquarters: 22 Corporate Woods Boulevard, Albany, NY 12211 EE. UU.). En otra variación, el compuesto que contiene silicio es un silano sustituido con amino, por ejemplo, aminoetilaminopropiltrimetoxisilano (Dow Z-6020; Dow Chemical, Midland, MI; EE. UU.). En otra variación, el compuesto que contiene silicio es gammaglicidoxipropiltrimetoxisilano (SILQUEST A-187; Momentive). En otra variación más, el compuesto que contiene silicio es un siloxano oligomérico aminofuncional (HYDROSIL 2627, Evonik Industries, 379 Interpace Pkwy, Parsippany, NJ 07054).
Los agentes de acoplamiento que contienen silicio habitualmente están presentes en el aglutinante en el intervalo de aproximadamente el 0,1 por ciento a aproximadamente el 1 por ciento en peso basado en los sólidos del aglutinante disueltos (es decir, aproximadamente del 0,05% a aproximadamente el 3% basado en el peso de los sólidos añadidos a la solución acuosa). Estos compuestos que contienen silicona mejoran la capacidad del aglutinante para adherirse a la materia sobre la que está dispuesto el aglutinante, como las fibras de vidrio. Mejorar la capacidad del aglutinante para adherirse a la materia mejora, por ejemplo, su capacidad para producir o promover la cohesión en sustancias no ensambladas o sueltas.
En otra realización ilustrativa, un aglutinante de la presente divulgación puede incluir uno o más inhibidores de la corrosión. Estos inhibidores de la corrosión previenen o inhiben la ingestión o el desgaste de una sustancia, como el metal, provocada por la descomposición química causada por un ácido. Cuando se incluye un inhibidor de la corrosión en un aglutinante de la presente divulgación, la corrosividad del aglutinante disminuye en comparación con la corrosividad del aglutinante sin la presencia del inhibidor. En una realización, estos inhibidores de la corrosión se
pueden utilizar para disminuir la corrosividad de las composiciones que contienen fibras minerales descritas en este documento. De manera ilustrativa, los inhibidores de la corrosión incluyen uno o más de los siguientes, un aceite de desempolvado o un fosfato monoamónico, metasilicato de sodio pentahidratado, melamina, oxalato de estaño (II) y/o emulsión fluida de metilhidrógeno silicona. Cuando se incluyen en un aglutinante de la presente divulgación, los inhibidores de la corrosión habitualmente están presentes en el aglutinante en el intervalo de aproximadamente el 0,5 por ciento a aproximadamente el 2 por ciento en peso basado en los sólidos del aglutinante disueltos.
Un aspecto adicional de la presente divulgación se refiere a un método de fabricación de una colección de materia unida por un aglutinante polimérico que comprende las etapas: (i) proporcionar una colección de materia, (ii) proporcionar la composición de aglutinante definida anteriormente como una solución o dispersión, (iii) aplicar la solución o dispersión de la etapa (ii) a la colección de materia, y (iv) aplicar calor a la colección de materia que contiene dicha solución o dispersión para curar la composición aglutinante.
En este documento, el término "colección de materia" no está particularmente restringido e incluye cualquier colección de materia que comprenda fibras seleccionadas del grupo que consiste en fibras minerales (fibras de lana de escoria, fibras de lana de roca o fibras de vidrio), fibras de aramida, fibras cerámicas, fibras metálicas, fibras de carbono, fibras de poliimida, fibras de poliéster, fibras de rayón y fibras celulósicas. Otros ejemplos de una colección de materia incluyen partículas como carbón, arena o fibras de vidrio, fibras celulósicas, como virutas de madera, serrín, pulpa de madera o madera molida, así como otras fibras naturales como yute, lino, cáñamo y paja; chapas de madera; revestimientos, revestimientos de madera, partículas, materiales tejidos o no tejidos (por ejemplo, que comprenden fibras, en particular del tipo o tipos mencionados anteriormente).
De acuerdo con la presente divulgación, la etapa (iv) de aplicar calor a la colección de materia como se define en el método anterior no está particularmente restringida e incluye, por ejemplo, calentar en un horno a una temperatura de 100 °C a 350 °C, dependiendo del tipo de materia, la cantidad de aglutinante y otras condiciones.
Los aglutinantes de acuerdo con la presente divulgación se pueden usar como aglutinantes en artículos seleccionados del grupo que consiste en: materiales de aislamiento térmico; aislamiento de lana mineral (incluido el aislamiento de lana de vidrio y de lana de roca); tableros de madera; tableros de fibra; tableros de partículas de madera; tableros de partículas; tablero de hebras orientadas; tableros de fibra de densidad media; laminados de alta presión.
Las figuras muestran:
La Figura 1 muestra: Velocidades de curado de diaminas primarias con DMH a 140 °C.
La Figura 2 muestra: Velocidades de curado de diaminas primarias con DMH a 125 °C.
La Figura 3 muestra: Velocidades de curado de triaminas primarias y HMDA con DMH a 125 °C.
La Figura 4 muestra: Velocidades de curado de una triamina primaria y HMDA con un aglutinante que ha reaccionado previamente a 105 °C.
Las composiciones aglutinantes de la presente divulgación superan ventajosamente varios inconvenientes conocidos de los aglutinantes basados en carbohidratos comunes. Particularmente, las composiciones aglutinantes de la presente divulgación dan como resultado tiempos de curado acelerados, resistencia de unión mejorada y propiedades superiores de hinchamiento de los productos resultantes.
La presente divulgación se ilustrará adicionalmente en los siguientes ejemplos, sin limitación a los mismos. Sólo los ejemplos cubiertos por el alcance de las reivindicaciones forman parte de la invención.
Ejemplo 1: Velocidad de curado de diaminas primarias con DMH
Se mezclaron varias diaminas primarias con dextrosa monohidratada (DMH) en agua para obtener una solución/dispersión que contenía 1 equivalente molar de diamina y 2 equivalentes molares de DMH. Las cantidades de componentes utilizados en las composiciones aglutinantes se expresan en las Figuras 1 y 2 como % en peso, y los aglutinantes se prepararon al 20 % en peso total de sólidos.
Una vez que se hubieron preparado las composiciones de aglutinante, se curaron a 125 °C y 140 °C, respectivamente, y se determinó su velocidad de curado a lo largo del tiempo.
Las Figuras 1 y 2 muestran claramente que los compuestos de diamina primaria en los que los grupos amino están separados en la molécula por un grupo espaciador que tiene una longitud de 6 a 8 átomos consiguen una velocidad de curado superior. Además, dichas diaminas primarias que contienen un sustituyente dentro del grupo espaciador (por ejemplo, 3-fenilhexanodiamina y 3-fenilheptanodiamina) también muestran propiedades mejoradas con respecto a la velocidad de curado.
Ejemplo 2: Velocidad de curado de triaminas primarias con DMH
1 equivalente molar de tris(3-aminopropil)amina y tris(2-aminoetil)amina y n equivalentes molares (n = 2 o 3) de dextrosa monohidratada (DMH) como se indica en la Figura 3 se hicieron reaccionar a 125 °C. Como referencia, también se hicieron reaccionar 1 equivalente molar de hexametilendiamina (HMDA) y 2 equivalentes molares de DMH a 125 °C. Los resultados se muestran en la Figura 3.
La Figura 3 muestra que la tris(3-aminopropil)amina y la tris(2-aminoetil)amina tienen una reactividad similar en comparación con la HMDA cuando reaccionan con la misma proporción de grupos carbonilo a grupos amino (es decir, 2 eq. de DMH con 1 eq. de HMDA; 3 eq. de DMH con 1 eq. de tris(3-aminopropil)amina o tris(2-aminoetil)amina). Cuando se usa un exceso de amina primaria con respecto a la DMH (es decir, 2 eq. de DMH con 1 eq. de tris(3-aminopropil)amina o tris(2-aminoetil)amina), las triaminas primarias reaccionan más rápido que la HMDA.
Ejemplo 3: Velocidad de curado de triaminas primarias con un aglutinante que ha reaccionado previamente Una composición de aglutinante que comprende un aglutinante que ha reaccionado previamente (DMH/fructosa HMDA, que ha reaccionado previamente a 60 °C durante 20 min) y tris(3-aminopropil)amina se curó a 105 °C. Como referencia, también se curó a 105 °C un aglutinante que comprendía el aglutinante que había reaccionado previamente y HMDA. Los resultados se muestran en la Figura 4.
Como se puede extraer de la Figura 4, cuando se comparan las dos composiciones aglutinantes que tienen las mismas proporciones de grupos amina a azúcares, la triamina primaria muestra una velocidad de curado superior a la del HMDA.
Ejemplo 4: Prueba de laboratorio del tablero
La composición aglutinante para la prueba comprende un aglutinante que ha reaccionado previamente (68 % de DMH/fructosa 9 % de HMDA, que ha reaccionado previamente a 60 °C durante 20 min) y un 23 % de tris(3-aminopropil)amina. Como referencia, se seleccionó una composición de aglutinante que comprende un aglutinante que ha reaccionado previamente similar y un 30 % de HMDA, que se sabe que presenta buenos resultados de hinchamiento y fuerza de unión interna (IB).
Se prensaron dos tableros (300 x 300 x 10 mm, aglutinante al 10%) (504 N, 195 °C) varias veces usando la composición aglutinante anterior que comprende tris(3-aminopropil)amina. Con respecto a su fuerza de unión interna y propiedades de hinchamiento, los tableros se compararon con otros tableros usando un 20 % del aglutinante de referencia mencionado anteriormente que comprende HMDA. La fuerza de unión interna (IB) se sometió a ensayo de acuerdo con la norma EN 319:1993, mientras que el ensayo de hinchamiento se realizó de acuerdo con la norma EN 317:1993. Mientras que el tiempo de prensado usando la triamina primaria fue tres veces más corto, los tableros que contenían la triamina primaria mostraron un comportamiento de hinchamiento y una fuerza de unión interna excelentes (ver Tabla 1).
T l 1: m r i n l l in n ri min l l in n nv n i n l HMDA
continuación
Cuando se añade un 10,7% de tris(3-aminopropil)amina o un 10% de HMDA al aglutinante que ha reaccionado previamente mencionado anteriormente, se pueden comparar las proporciones equivalentes de grupos amina a azúcares en las respectivas composiciones de aglutinante.
Como puede extraerse de la Tabla 2, el uso de tris(3-aminopropil)amina consigue resultados de hinchamiento superiores a los obtenidos con el aglutinante HMDA, cuando se comparan proporciones equivalentes de grupo amina/azúcar (cf. Tabla 2).
Tabla 2: A lutinante de triamina en com aración con el a lutinante HMDA convencional
Claims (12)
1. Un método para fabricar un artículo seleccionado del grupo que consiste en tableros de madera, tableros de fibra, tableros de partículas de madera, tableros de virutas, tableros de hebras orientadas, tableros de fibras de densidad media y laminados de alta presión que comprenden fibras celulósicas unidas por un aglutinante polimérico que comprende las etapas de:
- aplicar una solución o una dispersión de una composición aglutinante a las fibras celulósicas, y
- aplicar calor a las fibras celulósicas que contienen dicha solución o dispersión para curar la composición aglutinante para formar el artículo,
caracterizado por que la composición aglutinante comprende un producto polimérico de al menos un azúcar reductor y al menos un componente amina, en donde el al menos un componente amina comprende una triamina primaria sustituida o no sustituida, y en donde al menos dos de los grupos amino primarios de la triamina primaria están separadas por un grupo espaciador que tiene una longitud de 4 a 12 átomos.
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las fibras celulósicas comprenden materia seleccionada del grupo que consiste en virutas de madera, serrín, pulpa de madera, madera molida, yute, lino, cáñamo y paja.
3. El método según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que los grupos amino primarios de la triamina primaria están separados en la molécula por uno o más grupos espaciadores seleccionados del grupo que consiste en un grupo alquilo, alquenilo, alquinilo, cicloalquilo, cicloalquenilo, heteroalquilo, cicloheteroalquilo, arilo o heteroarilo, cada uno de los cuales puede estar opcionalmente sustituido.
4. El método de acuerdo con la reivindicación 3, en el que los grupos espaciadores son alquilos.
5. El método de acuerdo con la reivindicación 3, en el que los grupos espaciadores son heteroalquilos.
6. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el producto polimérico es un producto del al menos un azúcar reductor, el al menos un componente amina y al menos un reticulante adicional que es diferente del al menos un componente amina.
7. El método de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el reticulante adicional se selecciona del grupo que consiste en compuestos que contienen nitrógeno, aminoácidos y sales de amonio inorgánicas.
8. El método de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el reticulante adicional es hexametilendiamina (HMDA).
9. El método de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que la triamina primaria sustituida o no sustituida es un compuesto en el que al menos dos de los grupos amino primarios están separados en la molécula por un grupo espaciador que tiene una longitud de 6 a 8 átomos.
10. El método de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que el al menos un azúcar reductor se selecciona del grupo que consiste en un azúcar reductor obtenido por conversión in situ de un azúcar no reductor, monosacáridos, disacáridos, polisacáridos o un producto de reacción del mismo.
11. El método de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el al menos un azúcar reductor se selecciona del grupo que consiste en ribosa, arabinosa, xilosa, lixosa, glucosa (dextrosa), manosa, galactosa, alosa, altrosa, talosa, gulosa, idosa, fructosa, psicosa, sorbosa, dihidroxiacetona, sacarosa y tagatosa, así como sus mezclas.
12. El método de acuerdo con cualquier reivindicación anterior, en el que la relación molar entre el al menos un azúcar reductor y la triamina primaria sustituida o no sustituida es de 5:1 a 1:1.
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