ES2952206T3 - Método para la producción de lana mineral - Google Patents
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Abstract
La presente invención se refiere a un método para la producción de productos aislantes a base de lana mineral, que comprende: la aplicación de una composición de apresto a fibras de lana mineral, conteniendo dicha composición de apresto (a) al menos un carbohidrato seleccionado entre azúcares reductores, no reductores azúcares, azúcares hidrogenados y una mezcla de los mismos, y (b) al menos un agente reticulante de carbohidratos; la evaporación de la fase disolvente de la composición de apresto; y el endurecimiento térmico de la fracción no volátil de la composición. El método se caracteriza porque se añade a la composición de apresto, preferiblemente inmediatamente antes de su aplicación a las fibras de lana mineral, una emulsión de aceite en agua libre de polisacáridos que comprende agua, un aceite mineral y entre 0,5 y 5,0 partes en peso. por 100 partes en peso de aceite mineral de al menos un tensioactivo, preferentemente no iónico, siendo el diámetro medio de las gotitas de aceite de la emulsión de aceite en agua, determinado mediante análisis granulométrico por difracción láser, superior a 5 μm. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Método para la producción de lana mineral
La presente solicitud se refiere a un proceso para fabricar productos de aislamiento térmico a base de lana mineral utilizando agentes antipolvo de tipo emulsión aceite en agua.
La fabricación de productos de aislamiento a base de lana mineral generalmente comprende una etapa de fabricación de fibras de vidrio o fibras de roca a través de un proceso de centrifugación. En su trayecto entre el dispositivo de centrifugación y la cinta de recogida de fibras, se pulveriza una composición acuosa de apresto, también denominada aglutinante, sobre las fibras cuando aún están calientes, y después la composición experimenta una reacción de termoendurecimiento a temperaturas de aproximadamente 200 °C.
Las resinas fenólicas que se han utilizado durante varias décadas como aglutinantes se están sustituyendo cada vez más por productos derivados de fuentes renovables y que emiten muy poco o nada de formaldehído, que es un compuesto considerado potencialmente pernicioso para la salud humana.
Por lo tanto, es una práctica conocida, por ejemplo a partir de los documentos US-8197587 y US-2011/0223364, unir fibras minerales con composiciones acuosas de apresto sin formaldehído que contienen, como reactivos reticulables térmicamente, carbohidratos y ácidos policarboxílicos.
Además, se sabe que es posible incorporar, en una composición acuosa de apresto para fibras minerales, un agente para reducir el polvo. El agente antipolvo más usado comúnmente es un aceite mineral. Para garantizar un mezclado homogéneo del aceite mineral con la composición acuosa de apresto y una cantidad de agente antipolvo aplicado que sea estable a lo largo del tiempo, se ha propuesto envasar el aceite mineral en forma de emulsión aceite en agua estabilizada con tensioactivos y/o espesantes de la fase acuosa.
Generalmente, se buscan emulsiones lo más finas y estables posible. La presente invención se basa en el descubrimiento de que la gran estabilidad y finura de las emulsiones aceite en agua utilizadas hasta la fecha podían limitar la eficacia de los agentes antipolvo.
Específicamente, se asume generalmente que la fracción de aceite mineral eficaz para retener el polvo es la fracción extendida en la superficie de la capa aglutinante (es decir, en la interfaz aglutinante/aire) curada al final de la etapa de curado. Por lo tanto, el aceite mineral debe separarse, durante la etapa de aplicación sobre las fibras o inmediatamente después, de los demás ingredientes de la composición de apresto para formar una capa superficial que recubra la capa aglutinante. Específicamente, las gotículas de aceite mineral atrapadas en el aglutinante curado serían ineficaces para retener las partículas de polvo.
El problema técnico que subyace a la presente invención deriva, por lo tanto, de una doble limitación, especialmente - de la necesidad de proporcionar una emulsión aceite en agua de agente antipolvo que sea estable hasta el momento de la aplicación de la composición de apresto, y
- de la necesidad, cuando se pulveriza la composición de apresto, de desestabilizar rápidamente la emulsión para formar una capa de aceite en la superficie de la capa aglutinante.
El solicitante, en el contexto de sus estudios de investigación dirigidos a optimizar las emulsiones antipolvo para lana mineral unida con aglutinantes de base biológica, ha descubierto que un parámetro importante que debía tenerse en cuenta era el tamaño de las gotículas de aceite. Las emulsiones que contienen gotículas relativamente grandes, que tienen un tamaño del orden de varios micrómetros a varias decenas de micrómetros, o incluso más de aproximadamente cien micrómetros, fueron más eficaces que las emulsiones más finas con gotículas del orden de un micrómetro o gotículas submicrométricas.
Sin desear quedar ligados a ninguna teoría, los inventores creen que este efecto se debe a una desestabilización acelerada de la emulsión. En el proceso de fabricación de lana mineral, los aspectos cinéticos son específicamente importantes: la emulsión antipolvo se inyecta en la línea que alimenta el anillo aglutinante con la composición aglutinante acuosa. Varios segundos después, la mezcla de composición de apresto/emulsión antipolvo se dispersa en el aire mediante boquillas de pulverización y entra en contacto con las fibras minerales que aún están calientes. La viscosidad de la composición de apresto aplicada aumenta muy rápidamente después de la evaporación de la fase acuosa y el aglutinante se cura permanentemente por calentamiento en el horno de secado varias decenas de segundos después. Por lo tanto, es en los primeros segundos después de la aplicación sobre las fibras cuando las gotículas de aceite mineral antipolvo deben coalescer y formar una película en la superficie de la capa aglutinante. Si las gotículas de aceite son demasiado pequeñas, la desestabilización de la emulsión es demasiado lenta y una fracción demasiado grande de aceite corre el riesgo de quedar atrapada en forma de gotículas finas en el grueso del aglutinante curado.
Las emulsiones aceite en agua utilizadas en la presente invención son, por lo tanto, más eficaces que las de la técnica anterior porque contienen gotículas de aceite más grandes que coalescen más fácilmente y migran más rápidamente a la interfaz aglutinante/aire. La ruptura facilitada de la emulsión acelera la migración del aceite a la interfaz aglutinante/aire y reduce, o incluso elimina, la cantidad de aceite atrapado en el grueso del aglutinante curado. El resultado de esto es un aumento de la eficacia antipolvo.
El Solicitante había presentado una primera solicitud de patente francesa (número de solicitud 1658166), aún no publicada en la fecha de presentación de la presente solicitud, cuyo objeto es el uso de una emulsión aceite en agua que contiene al menos un carbohidrato y al menos un agente de reticulación, para reducir el polvo de una manta de lana mineral. La emulsión antipolvo descrita y reivindicada en dicha solicitud tiene un tamaño de gotícula superior a 5 μm y está estabilizada por la combinación de al menos un tensioactivo no iónico y un polisacárido soluble en agua (espesante).
Al continuar su investigación en este campo con el fin de mejorar adicionalmente la eficacia antipolvo y/o de reducir el coste de las emulsiones antipolvo, el Solicitante observó que la presencia del espesante (polisacárido), que los inventores creían inicialmente esencial, no es en realidad necesaria. Se ha demostrado que es posible obtener una buena eficiencia antipolvo con emulsiones aceite en agua sin polisacáridos. El tamaño de las gotículas de aceite en estas emulsiones aceite en agua sin polisacáridos es incluso mayor que el de las emulsiones equivalentes que contienen polisacáridos. Determinadas emulsiones sin polisacáridos tienen una estabilidad de almacenamiento satisfactoria que permite almacenarlas y utilizarlas sin agitarlas en primer lugar, otras requieren una agitación de ligera a moderada, antes de la inyección en la línea que alimenta el anillo aglutinante con la composición aglutinante acuosa.
Por lo tanto, la presente invención se refiere a un proceso para fabricar productos aislantes a base de lana mineral, que comprende
- la aplicación, sobre fibras de lana mineral, de una composición aglutinante acuosa que contiene
(a) al menos un carbohidrato seleccionado de azúcares reductores, azúcares no reductores, azúcares hidrogenados y mezclas de los mismos, y
(b) al menos un agente de reticulación para reticular el(los) carbohidrato(s),
- la evaporación de la fase disolvente de la composición aglutinante y
- el curado térmico de la fracción no volátil de la composición, caracterizándose dicho proceso por que a la composición aglutinante se le añade una emulsión aceite en agua sin polisacáridos que comprende agua, un aceite mineral y al menos un tensioactivo preferiblemente no iónico, preferiblemente inmediatamente antes de la aplicación de la misma sobre las fibras de lana mineral, siendo el diámetro medio, determinado mediante análisis de tamaño de partícula por difracción láser, de las gotículas de aceite de la emulsión aceite en agua de 5 μm a 400 μm.
La expresión “agente de reticulación para reticular carbohidratos” se entiende en la presente solicitud como un compuesto capaz de reaccionar, opcionalmente en presencia de un catalizador, con los carbohidratos y de formar con estos últimos una red tridimensional al menos parcialmente insoluble.
Por lo tanto, el proceso según la invención comprende las siguientes cuatro etapas:
(1) mezclar la composición de apresto con la emulsión aceite en agua, denominada de aquí en adelante emulsión antipolvo,
(2) aplicar la mezcla obtenida a las fibras de lana mineral, preferiblemente por pulverización (dispersión de la composición de apresto en el aire),
(3) evaporar la fase volátil (principalmente agua) de la mezcla de la composición aglutinante y de la emulsión antipolvo, y
(4) curar térmicamente la fracción no volátil a alta temperatura, generalmente al menos igual a 200 0C.
La emulsión aceite en agua utilizada en la presente invención es preferiblemente una emulsión estable. Esto significa que puede almacenarse, en ausencia de agitación, durante varios días a una temperatura de entre 20 0C y 50 0C sin que el diámetro medio de las gotículas de aceite que contiene aumente significativamente.
El contenido de aceite de las emulsiones antipolvo de la presente invención es de entre el 30 % y el 70 % en peso, preferiblemente entre el 40 % y el 65 % en peso y, en particular, entre el 45 % y el 60 % en peso.
Las emulsiones antipolvo utilizadas en la presente invención contienen, como agente antipolvo, aceite mineral también denominado parafina líquida. De forma ventajosa, tiene una viscosidad cinemática a 20 0C de entre 100 y 6000 mm2/s.
El solicitante ha obtenido resultados particularmente ventajosos con un aceite mineral de “alta viscosidad” que tiene una viscosidad cinemática a 20 °C (norma ISO 3104) de entre 1000 y 5000 mm2/s. Por consiguiente, se prefiere especialmente este intervalo de viscosidad cinemática del aceite mineral.
En el mercado están disponibles aceites minerales, por ejemplo, con los nombres Novadex C304 o Catenex S579 (aceite de alta viscosidad) o Novadex B110 (aceite de baja viscosidad).
La emulsión antipolvo de aceite en agua se estabiliza por un tensioactivo no iónico o una mezcla de tensioactivos. Es preferiblemente un tensioactivo no iónico.
En principio, puede hacerse uso de cualquier tensioactivo no iónico conocido por sus propiedades emulsionantes. Generalmente tiene un HLB (Balance hidrófilo-lipófilo) superior a 10.
Como ejemplos de tensioactivos no iónicos que pueden utilizarse para la presente invención se pueden mencionar: - ésteres de ácidos grasos, en particular derivados polialcoxilados de ácidos grasos,
- éteres de alcoholes grasos, en particular derivados polialcoxilados de alcoholes grasos,
- derivados polialcoxilados de polioles, tales como derivados polialcoxilados de glicerol o de trimetilolpropano, - copolímeros de bloques de poli(óxido de etileno) y de poli(óxido de propileno), en particular poloxámeros que son copolímeros tribloque que comprenden un bloque central de poli(óxido de propileno) y dos bloques de poli(óxido de etileno).
La cantidad total de uno o más tensioactivos es de forma ventajosa de entre 0,5 y 5 partes en peso, preferiblemente entre 1,2 y 3 partes en peso y, en particular, entre 1,5 y 2,8 partes en peso por 100 partes en peso de aceite mineral. La emulsión aceite en agua de la presente invención puede comprender un polímero espesante, es decir, un polímero orgánico que es soluble en agua a temperatura ambiente, distinto de un polisacárido.
La cantidad de uno o más polímeros espesantes es preferiblemente de entre 0,1 y 2 partes en peso, preferiblemente entre 0,5 y 1 parte en peso por 100 partes en peso de aceite mineral.
En una realización preferida, la emulsión de la presente invención está exenta de polímero espesante, es decir, exenta de cualquier polímero orgánico que sea soluble en agua a temperatura ambiente.
Para preparar la emulsión aceite en agua de la presente invención, de forma ventajosa se prepara en primer lugar una solución acuosa del tensioactivo, o de los tensioactivos, y, si procede, del polímero espesante no polisacarídico. La disolución de este componente hidrosoluble o de estos componentes solubles en agua puede requerir un calentamiento moderado de la fase acuosa, por ejemplo a una temperatura de entre 30 y 80 0C, y un tiempo de agitación relativamente largo, de entre aproximadamente 1 hora y 20 horas. Después de volver a la temperatura ambiente, todos los componentes siguen siendo solubles en el agua.
El aceite mineral se añade junto a la fase acuosa que contiene el tensioactivo y, en su caso, el polímero espesante no polisacarídico en estado disuelto, después, la mezcla se somete a esfuerzos de cizalla o a ondas ultrasónicas hasta obtener una emulsión.
El solicitante utilizó, para obtener emulsiones aceite en agua que tengan gotículas de un tamaño medio de entre 10 μm y 400 μm, un dispersor Ultra-Turrax IKA T50 con una herramienta de dispersión S50N - G45G, funcionando el dispersor a la velocidad máxima (10.000 rpm) durante aproximadamente 1 a 5 min.
El tamaño de las gotículas puede ajustarse modificando el esfuerzo de cizalla utilizado (es decir, la velocidad de cizalla del dispersor) o la viscosidad del aceite mineral utilizado:
- para un aceite mineral dado, cuanto mayor sea el esfuerzo de cizalla, más pequeñas serán las gotículas; cuando se desea aumentar su diámetro, es necesario reducir la velocidad de rotación de la herramienta de dispersión,
- para un esfuerzo de cizalla dado, cuanto más viscoso sea el aceite, mayor será el diámetro de las gotículas; por lo tanto, cuando se desea reducir el diámetro, es aconsejable elegir un aceite menos viscoso.
La cantidad de tensioactivos y/o de agente espesante tiene una influencia menor en el diámetro de las gotículas, pero tiene influencia en la estabilidad de las emulsiones obtenidas.
Después, el diámetro medio en volumen de las gotículas de aceite de la emulsión obtenida se determina mediante un análisis de tamaño de partícula por láser utilizando un analizador de tamaño de partícula por difracción láser (Metasizer 2000 o Metasizer 3000) a una temperatura de 20 °C. Para ello, la emulsión debe diluirse en un gran volumen de agua (dilución de aproximadamente 1/1000 a 1/100.000). Sin embargo, el valor del diámetro medio es independiente de la dilución realizada. Por diámetro medio en volumen se entiende el diámetro en volumen D50, especialmente el diámetro de manera que la mitad del volumen de la población de gotículas consiste en gotículas que tienen un diámetro inferior o igual a este diámetro y la otra mitad del volumen consiste en gotículas que tienen un diámetro superior a este diámetro.
Como ya se ha explicado en la introducción, el solicitante observó que, para una cantidad dada de aceite aplicado, las emulsiones aceite en agua de la presente invención que tienen una distribución del tamaño de partícula con un diámetro de gotícula medio superior a 5 μm tenían una mejor eficacia antipolvo que las emulsiones de la técnica anterior que contienen gotículas de menor tamaño.
Este diámetro medio de las gotículas de aceite mineral es de forma ventajosa de entre 10 μm y 400 μm, en particular entre 20 μm y 300 μm y más preferiblemente entre 40 μm y 200 μm.
Se conoce la composición de apresto basada en carbohidratos y agente de reticulación, preferiblemente ácidos policarboxílicos, utilizados en la presente invención y se describe, por ejemplo, en los documentos US-8197587, WO2010/029266, WO2013/014399, WO2015/181458, WO2012/168619, WO2012/168621, WO2012/072938. Se describen otros ejemplos en los documentos WO2015/132518 y WO2012/118939.
En la presente solicitud, el término “carbohidratos” tiene un significado más amplio que el habitual, puesto que abarca no sólo carbohidratos en el sentido estricto, es decir, azúcares reductores o carbohidratos de fórmula Cn(H2O)p, que tienen al menos un grupo aldehído o cetona (grupo reductor), sino también los productos de hidrogenación de estos carbohidratos donde el grupo aldehído o cetona se ha reducido a un alcohol. Esta expresión también abarca los azúcares no reductores que consisten en varias unidades de carbohidratos, cuyos carbonos que llevan el hidroxilo hemiacetal están implicados en los enlaces glucosídicos que conectan las unidades entre sí.
El componente de carbohidrato (componente (a)) de la composición de apresto según la invención puede consistir únicamente en azúcares hidrogenados y estar exenta de azúcares reductores o no reductores. Esta realización es beneficiosa ya que conduce a productos aislantes que son particularmente relativamente incoloros.
Los productos aislantes a base de lana mineral obtenidos con una composición de apresto que tiene un determinado contenido de azúcares reductores son relativamente más coloreados, pero pueden tener una ventaja económica real vinculada al bajo coste de los azúcares reductores o de las mezclas de azúcares incompletamente hidrogenados.
En la presente invención, la expresión “azúcar hidrogenado” significa todos los productos resultantes de la reducción de un sacárido elegido de monosacáridos, disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos y mezclas de estos productos.
El azúcar hidrogenado es preferiblemente un producto de hidrogenación de un hidrolizado de almidón.
Los hidrolizados de almidón son productos obtenidos por hidrólisis enzimática y/o ácida de almidón. El grado de hidrólisis se caracteriza, generalmente, por el equivalente de dextrosa (DE, del inglés dextroseequivalent), definido por la siguiente relación:
Los hidrolizados de almidón preferidos tienen, antes de la etapa de hidrogenación, un DE comprendido entre 5 y 99 y, de forma ventajosa, entre 10 y 80.
La hidrogenación del sacárido puede realizarse por métodos conocidos, trabajando en condiciones de alta presión de hidrógeno y alta temperatura, en presencia de un catalizador elegido de los elementos de los grupos IB, IIB, IVB, VI, VII y VIII de la tabla periódica de los elementos, preferiblemente del grupo que comprende níquel, platino, paladio, cobalto, molibdeno y mezclas de los mismos. El catalizador preferido es níquel Raney. La hidrogenación convierte el azúcar o la mezcla de azúcares (hidrolizado de almidón) en polioles o alcoholes de azúcar.
Los ejemplos de azúcares hidrogenados que pueden mencionarse incluyen eritritol, arabitol, xilitol, sorbitol, manitol, iditol, maltitol, isomaltitol, lactitol, celobitol, palatinitol, maltotritol y los productos de hidrogenación de hidrolizados de almidón.
Se utilizarán preferiblemente los productos de hidrogenación de hidrolizados de almidón.
Preferiblemente, el azúcar hidrogenado o la mezcla de azúcares hidrogenados consiste predominantemente, es decir, en más del 50 % en peso, en maltitol (producto de hidrogenación de maltosa, un dímero de glucosa resultante de la hidrólisis enzimática de almidón).
El componente de carbohidrato (componente (a)) puede consistir únicamente en azúcares reductores. Sin embargo, por las razones indicadas anteriormente, contiene preferiblemente una fracción significativa de azúcares hidrogenados. La proporción de azúcares hidrogenados en el carbohidrato es de forma ventajosa de entre el 25 % y el 100 % en peso, y el componente (a) contiene entonces hasta el 75 % en peso de uno o más azúcares reductores o no reductores, además del azúcar o azúcares hidrogenados.
El contenido de azúcares hidrogenados en el carbohidrato (componente (a)) es preferiblemente al menos igual al 30 % en peso, en particular al menos igual al 50 % en peso e idealmente al menos igual al 70 % en peso.
Los azúcares reductores incluyen osas (monosacáridos) y ósidos (disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos). Los ejemplos de monosacáridos que pueden mencionarse incluyen aquellos que comprenden de 3 a 8 átomos de carbono, preferiblemente aldosas y de forma ventajosa aldosas que contienen de 5 a 7 átomos de carbono. Las aldosas que se prefieren particularmente son aldosas naturales (pertenecientes a la serie D), en particular hexosas tales como glucosa, manosa y galactosa.
Los ejemplos de disacáridos que pueden utilizarse como azúcares reductores son lactosa o maltosa.
Los polisacáridos que pueden utilizarse para la presente invención tienen preferiblemente un peso molecular promedio en peso de menos de 100.000, preferiblemente menos de 50.000, de forma ventajosa menos de 10.000. Preferiblemente, el polisacárido contiene al menos una unidad seleccionada de las aldosas anteriormente mencionadas, de forma ventajosa glucosa. Especialmente preferidos son los polisacáridos reductores que consisten predominantemente (más del 50 % en peso) en unidades de glucosa.
El azúcar reductor puede ser, en particular, una mezcla de monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos, en particular una dextrina.
Las dextrinas son compuestos correspondientes a la fórmula general (C6H1üO5)n. Se obtienen mediante la hidrólisis parcial del almidón. Su equivalente de dextrosa (DE) está de forma ventajosa entre 5 y 99, preferiblemente entre 10 y 80.
El azúcar no reductor es preferiblemente un oligosacárido no reductor que contiene como máximo diez unidades de carbohidrato.
Los ejemplos de tales azúcares no reductores son disacáridos tales como trehalosa, isotrehalosas, sacarosa e isosacarosas, trisacáridos tales como melezitosa, gentianosa, rafinosa, erlosa y umbeliferosa, tetrasacáridos tales como estaquiosa, y pentasacáridos tales como verbascosa.
Se prefieren sacarosa y trehalosa, y la sacarosa es aún mejor.
El componente (a), es decir, el carbohidrato que consiste en azúcares hidrogenados y/o azúcares reductores y/o no reductores, representa de forma ventajosa del 30 % al 70 % en peso y preferiblemente del 40 % al 60 % en peso de sólidos de la composición de apresto. Estos valores se entienden antes de la adición de la emulsión antipolvo. El agente de reticulación utilizado en la presente invención se selecciona preferiblemente de ácidos policarboxílicos, sales y anhídridos de ácidos policarboxílicos, sales metálicas de ácidos minerales y las sales de amina y amonio de ácidos minerales.
Los ácidos minerales y sus sales que pueden usarse como agente de reticulación en la presente invención se describen, por ejemplo, en las solicitudes WO2012/168619, WO2012/168621 y WO2012/072938.
En una realización preferida, el agente de reticulación comprende un ácido policarboxílico o es un ácido policarboxílico. El ácido policarboxílico puede ser un ácido polimérico (es decir, obtenido por polimerización de monómeros carboxilados) o un ácido monomérico.
Para limitar la viscosidad de la composición de apresto, este ácido policarboxílico tiene de forma ventajosa una masa molecular promedio en número inferior que o igual a 50.000, preferiblemente inferior que o igual a 10.000 y de forma ventajosa inferior que o igual a 5000.
Puede hacerse mención, como ejemplos de ácidos policarboxílicos poliméricos, de los homopolímeros y copolímeros obtenidos a partir de monómeros que llevan al menos un grupo ácido carboxílico tal como ácido (met)acrílico, ácido crotónico, ácido isocrotónico, ácido maleico, ácido cinámico, ácido 2-metilmaleico, ácido fumárico, ácido itacónico, ácido 2-metilitacónico, ácido a,p-metilenglutárico y monoésteres insaturados de ácido dicarboxílico, tales como maleatos y fumaratos de alquilo C1-C10. Los copolímeros pueden contener además uno o más monómeros vinílicos o acrílicos, tales como acetato de vinilo, estireno, que está sin sustituir o sustituido con grupos alquilo, hidroxilo o sulfonilo o con un átomo de halógeno, (met)acrilonitrilo, (met)acrilamida, (met)acrilatos de alquilo C1-C10, en particular (met)acrilato de metilo, (met)acrilato de etilo, (met)acrilato de n-butilo y (met)acrilato de isobutilo.
En una realización especialmente preferida, el componente (b) es o comprende un ácido policarboxílico monomérico. Ácido policarboxílico monomérico significa un ácido policarboxílico que no resulta de la polimerización de monómeros carboxilados. Por lo tanto, un ácido policarboxílico monomérico no contiene una cadena de unidades recurrentes.
Puede ser un ácido dicarboxílico, tricarboxílico o tetracarboxílico.
Los ácidos dicarboxílicos abarcan, por ejemplo, ácido oxálico, ácido malónico, ácido succínico, ácido glutárico, ácido adípico, ácido pimélico, ácido subérico, ácido azelaico, ácido sebácico, ácido málico, ácido tartárico, ácido tartrónico, ácido aspártico, ácido glutámico, ácido fumárico, ácido itacónico, ácido maleico, ácido traumático, ácido canfórico, ácido ftálico y derivados de los mismos, que contienen en particular al menos un átomo de boro o cloro, ácido tetrahidroftálico y derivados del mismo, que contienen en particular al menos un átomo de cloro tal como ácido cloréndico, ácido isoftálico, ácido tereftálico, ácido mesacónico y ácido citracónico.
Los ácidos tricarboxílicos abarcan, por ejemplo, ácido cítrico, ácido tricarbalílico, ácido 1,2,4-butanotricarboxílico, ácido aconítico, ácido hemimelítico, ácido trimelítico y ácido trimésico.
Como ácido tetracarboxílico, se puede citar, por ejemplo, el ácido 1,2,3,4-butanotetracarboxílico y el ácido piromelítico.
Se utilizará preferiblemente ácido cítrico.
De forma ventajosa, el componente (b) representa del 30 % al 70 % en peso, preferiblemente del 40 % al 60 % en peso de sólidos de la composición de apresto de la presente invención. Estos valores se entienden antes de la adición de la emulsión antipolvo.
La relación de peso del componente (a) con respecto al componente (b) es preferiblemente entre 70:30 y 30:70, en particular entre 60:40 y 40:60.
La composición de apresto comprende preferiblemente además un catalizador de esterificación que puede seleccionarse, por ejemplo, de ácidos y bases de Lewis, tales como arcillas, sílice coloidal o no coloidal, óxidos metálicos, sulfatos de urea, cloruros de urea y catalizadores a base de silicato.
El catalizador puede ser también un compuesto que contenga fósforo, por ejemplo, un hipofosfito de metal alcalino, un fosfito de metal alcalino, un polifosfato de metal alcalino, un hidrogenofosfato de metal alcalino, un ácido fosfórico o un ácido alquilfosfónico. Preferiblemente, el metal alcalino es sodio o potasio.
El catalizador puede ser, además, un compuesto que contiene flúor y boro, por ejemplo, ácido tetrafluoroborónico o una sal de este ácido, notablemente un tetrafluoroborato de un metal alcalino tal como sodio o potasio, un tetrafluoroborato de un metal alcalinotérreo tal como calcio o magnesio, un tetrafluoroborato de cinc o un tetrafluoroborato de amonio.
Preferiblemente, el catalizador es hipofosfito de sodio, fosfito de sodio o una mezcla de estos compuestos.
La cantidad de catalizador introducido en la composición de apresto generalmente representa, como máximo el 20 % en peso, de forma ventajosa del 1 % al 10 % en peso, con respecto al peso total de los componentes (a) y (b). La composición de apresto según la invención puede comprender además los siguientes aditivos convencionales en las siguientes proporciones calculadas sobre la base de 100 partes en peso de componentes (a) (b):
de 0 a 2 partes de silano, en particular un aminosilano,
de 0,1 a 3 partes en peso de poliorganosiloxano, preferiblemente polidimetilsiloxano (PDMS),
de 0 a 20 partes de un poliol diferente de los azúcares hidrogenados,
de 0 a 30 partes, preferiblemente de 0 a 20 partes, de urea,
de 0 a 30 partes de un material de carga de extensión (extensor) seleccionado de derivados de lignina tales como lignosulfonato de amonio (ALS) o lignosulfonato de sodio, y proteínas animales o vegetales.
El papel de estos aditivos es conocido y se recuerda brevemente:
El silano es un agente de acoplamiento capaz de reaccionar tanto con la superficie de las fibras como con los componentes del aglutinante.
El poliorganosiloxano es preferiblemente un polidiorganosiloxano que lleva funciones capaces de reaccionar con los constituyentes (a) o (b) de la composición de apresto y/o con los grupos silanol de la superficie del vidrio. Estas funciones son, por ejemplo, funciones silanol, carboxilo, anhídrido, amina, epoxi o vinilo, en particular funciones silanol y carboxilo.
La función de este poliorganosiloxano es reducir el carácter hidrófilo del aglutinante curado y del producto final obtenido.
La silicona reactiva es preferiblemente líquida a temperatura ambiente. Su masa molar media es generalmente menor o igual a 50000, preferiblemente menor o igual a 10000.
Preferiblemente, la silicona reactiva comprende una función reactiva, de forma ventajosa una función silanol, en cada uno de sus extremos de cadena.
La función reactiva de la silicona reactiva puede bloquearse con un grupo protector que libera dicha función reactiva bajo el efecto del calor. La proporción de silicona reactiva en la composición de apresto generalmente varía de 0,1 a 3 partes, preferiblemente de 0,3 a 2,5 partes, de forma ventajosa de 0,5 a 2,0 partes y aún mejor de 0,7 a 1,8 partes en peso, por 100 partes en peso de la suma de los componentes (a) y (b).
La preparación de la composición de apresto se realiza simplemente mezclando con agua los constituyentes mencionados anteriormente.
En el proceso de la presente invención, el aditivo antipolvo, es decir, la emulsión aceite en agua, se añade a la composición de apresto preferiblemente inmediatamente antes de la aplicación de la misma sobre las fibras de lana mineral. La aplicación de la composición de apresto sobre las fibras minerales se realiza preferiblemente por medio de un anillo de pulverización que comprende una pluralidad de boquillas.
En una realización, la emulsión aceite en agua se añade al depósito de la composición de apresto y la mezcla obtenida puede mezclarse mediante un sistema de mezclado convencional hasta que haya una distribución uniforme de las gotículas de aceite en la composición que se ha de pulverizar.
En otra realización, la emulsión aceite en agua se introduce en la composición aglutinante inyectando un flujo de emulsión aceite en agua en el flujo de composición aglutinante que alimenta el anillo de pulverización. La mezcla de las dos composiciones líquidas se realiza después por medio del flujo turbulento de la mezcla en las líneas del equipo.
En esta segunda realización, la introducción de la emulsión aceite en agua en la composición de apresto se realizará como máximo varias decenas de segundos antes de la pulverización de la mezcla a través de las boquillas del anillo de pulverización.
La dilución que experimenta la emulsión antipolvo cuando se introduce en la composición de apresto es de entre aproximadamente 1/10 y 1/500, en particular entre 1/20 y 1/200.
La composición de apresto que contiene la emulsión antipolvo se aplica preferiblemente sobre las fibras minerales en una cantidad de manera que el contenido final de aglutinante orgánico, después de la evaporación de la fase disolvente y el curado en el horno de secado, sea de entre aproximadamente el 3 % y el 7 %, en particular entre el 3,5 % y el 6,5 % y, particularmente preferiblemente entre el 4 % y el 6 % en peso, con respecto al peso de las fibras minerales.
La cantidad de aceite mineral aplicada sobre las fibras de lana mineral y presente en el producto final es de entre el 0,1 % y el 2,0 %, preferiblemente entre el 0,2 % y el 1,0 %, en particular entre el 0,3 % y el 0,8 %, con respecto al peso de las fibras minerales.
Ejemplos
1) Preparación de la composición de apresto (aglutinante base)
Se preparan composiciones de apresto que comprenden 48 partes en peso de Maltilite® 5575 (jarabe de maltitol), 52 partes en peso de ácido cítrico y 5 partes en peso de hipofosfito de sodio. La composición de apresto se prepara introduciendo, en un recipiente, agua (aproximadamente el 80 % de la composición final), azúcar hidrogenado (jarabe de maltitol), ácido cítrico e hipofosfito de sodio (catalizador).
2) Preparación de una emulsión aceite en agua antipolvo según la invención
Se disuelven 150 g de Pluronic F-127 (copolímero tribloque de óxido de propileno y óxido de etileno) en 10 litros de agua calentando a una temperatura de aproximadamente 50 0C y agitando durante aproximadamente 20 horas hasta que el tensioactivo se disuelve totalmente. A continuación, a 4,8 kg de esta solución acuosa se le añaden 5,5 litros de un aceite mineral que tiene una viscosidad cinemática a 20 °C de 2300 mm2/s (norma ISO 3104), una viscosidad cinemática a 40 °C de 500 mm2/s (norma ISO 3104) y un punto de inflamación de 300 °C (norma ISO 2592). A continuación, se introduce en la mezcla el dispersor Ultra-Turrax® T50 equipado con una herramienta de dispersión S50N-G45G, después el Ultra-Turrax se hace funcionar a una velocidad de 10.000 rpm durante 2 min. El diámetro medio de las gotículas de aceite de la emulsión obtenida es de 100 μm.
3) Emulsión aceite en agua comparativa
La emulsión HydroWax® 88 comercializada por SASOL se utiliza como emulsión antipolvo comparativa. Esta emulsión contiene aproximadamente el 52-53 % en peso de un aceite mineral de alta viscosidad que tiene una viscosidad cinemática a 40 °C de 500 mm2/s y un punto de inflamación superior a 280 °C. Según la información proporcionada por el fabricante, esta emulsión se estabiliza mediante tensioactivos aniónicos. El diámetro medio de las gotículas de aceite, determinado mediante análisis de tamaño de partícula por difracción láser en un dispositivo Metasizer 2000, es de 1,8 μm.
4) Fabricación de la manta de lana mineral
Se fabrica lana de vidrio mediante la técnica de centrifugación interna en la que la composición de vidrio fundida se convierte en fibras por medio de una herramienta conocida como “disco de centrifugación” , que comprende una cesta que forma una cámara para recibir la composición fundida y una banda periférica perforada por una multitud de agujeros: se hace girar el disco alrededor de su eje vertical de simetría, se expulsa la composición a través de los agujeros bajo el efecto de la fuerza centrífuga y se estira el material que escapa de los agujeros para proporcionar fibras con la ayuda de un flujo de gas atenuante.
De forma convencional, se coloca un anillo de pulverización por tamaño bajo el disco de formación de fibras para distribuir de forma uniforme la composición de apresto sobre la lana de vidrio que se ha formado recientemente. La composición de apresto se mezcla con cada una de las emulsiones antipolvo de aceite en agua (según la invención y comparativa) por medio de un mezclador estático. Se añade una emulsión comercial de aceite de silicona reactivo (SILRES® BS 5137, comercializado por Wacker) utilizando un mezclador estático a una concentración del 0,05 %.
La lana mineral, así dimensionada, se recoge en una cinta transportadora equipada con cajas de extracción internas que mantienen la lana mineral en forma de una trama o un fieltro en la superficie del transportador mecánico. El transportador después se desplaza al interior de un horno mantenido a 270 °C, donde los constituyentes de la composición de apresto se polimerizan para formar un aglutinante. El producto aislante obtenido tiene una densidad nominal igual a 17,5 kg/m3, un espesor nominal de aproximadamente 75 mm y una pérdida por calcinación del orden del 5 %.
Después, las muestras se almacenan durante 3 meses en estado comprimido, sin envolver herméticamente, a temperatura ambiente (20-25 °C).
5) Evaluación de la eficacia antipolvo
La eficacia antipolvo de las emulsiones aceite en agua según la invención se evalúa con ayuda de un dispositivo interno. Una muestra de 20 cm x 30 cm de lana de vidrio se sujeta en un marco de manera que al menos una de sus caras principales quede libre. Una placa perforada que tiene dimensiones ligeramente inferiores a las de la muestra, sujeta a un brazo articulado, golpea la cara libre de la muestra. Un dispositivo óptico cuenta el número de partículas liberadas.
6) Resultados
Tabla 1 - Número de partículas de polvo detectadas
La Tabla 1 anterior muestra el número de partículas de polvo detectadas para muestras de lana de vidrio unidas con la misma composición aglutinante a base de maltitol y de ácido cítrico y conteniendo cada una de ellas el 0,05 % de aceite de silicona reactivo (SILRES® BS 5137) y el 0,4 % de aceite mineral de alta viscosidad.
Estos resultados muestran que, para la misma cantidad de aceite, igual al 0,4 % en peso con respecto al peso de las fibras minerales, la emulsión según la invención que contiene gotículas que tienen un diámetro medio de 100 μm reduce más eficazmente el número de partículas que una composición según la técnica anterior (HydroWax® 88) que contiene partículas que tienen un diámetro medio de 1,8 μm.
Claims (15)
1. Un proceso para fabricar productos aislantes a base de lana mineral, que comprende
- la aplicación, sobre fibras de lana mineral, de una composición aglutinante que contiene
(a) al menos un carbohidrato seleccionado de azúcares reductores, azúcares no reductores, azúcares hidrogenados y una mezcla de los mismos,
(b) al menos un agente de reticulación para reticular el(los) carbohidrato(s),
- la evaporación de la fase disolvente de la composición aglutinante y
- el curado térmico de la fracción no volátil de la composición,
estando dicho proceso caracterizado por que se añade a la composición aglutinante una emulsión aceite en agua exenta de polisacáridos que comprende agua, un aceite mineral y de 0,5 a 5,0 partes en peso por 100 partes en peso de aceite mineral de al menos un tensioactivo preferiblemente no iónico, preferiblemente inmediatamente antes de la aplicación de la misma sobre las fibras de lana mineral, estando comprendido el diámetro medio, determinado mediante análisis de tamaño de partícula por difracción láser, de las gotículas de aceite de la emulsión aceite en agua entre más de 5 μm y 400 μm, estando comprendida la proporción de aceite en la emulsión aceite en agua entre el 30 y el 70 % en peso, y estando comprendida la cantidad de aceite mineral aplicada a las fibras de lana mineral entre el 0,1 y el 2,0 % con respecto a las fibras minerales.
2. El proceso según la reivindicación 1, caracterizado por que el agente de reticulación se selecciona de ácidos policarboxílicos, sales y anhídridos de ácidos policarboxílicos, sales metálicas de ácidos minerales y las sales de amina y amonio de ácidos minerales.
3. El proceso según la reivindicación 2, caracterizado por que el agente de reticulación se selecciona de ácidos policarboxílicos, preferiblemente de ácidos policarboxílicos monoméricos.
4. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la proporción de azúcares hidrogenados en el carbohidrato es de entre el 25 % y el 100 % en peso.
5. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la composición aglutinante comprende además de 0,1 a 3 partes en peso de poliorganosiloxano, preferiblemente de polidimetilsiloxano (PDMS), con respecto a 100 partes en peso de los constituyentes (a) (b).
6. El proceso según la reivindicación 5, caracterizado por que el poliorganosiloxano lleva funciones capaces de reaccionar con los constituyentes (a) o (b) de la composición aglutinante.
7. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el aceite mineral tiene una viscosidad cinemática a 200C de entre 100 y 6000 mm2/s, preferiblemente de entre 1000 y 5000 mm2/s.
8. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el diámetro medio de las gotículas de aceite mineral de la emulsión aceite en agua es de entre 10 μm y 400 μm, preferiblemente entre 20 μm y 300 μm y más preferiblemente entre 40 μm y 200 μm.
9. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la emulsión aceite en agua está exenta de polímero orgánico que es soluble en agua a temperatura ambiente.
10. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la emulsión aceite en agua comprende de 1,2 a 3 partes en peso de tensioactivo no iónico por 100 partes en peso de aceite mineral.
11. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la aplicación de la composición aglutinante a las fibras minerales se realiza por medio de un anillo de pulverización que comprende una pluralidad de boquillas, y por que la emulsión aceite en agua se introduce en la composición aglutinante inyectando un flujo de emulsión aceite en agua en el flujo de composición aglutinante que alimenta el anillo de pulverización.
12. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que la emulsión aceite en agua se añade a un depósito que contiene la composición aglutinante y la mezcla obtenida se mezcla hasta que haya una distribución uniforme de las gotículas de aceite.
13. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la cantidad de aceite mineral aplicada sobre las fibras de lana mineral es de entre el 0,2 y el 1,0 %, en particular entre el 0,3 y el 0,8 %, con respecto al peso de las fibras minerales.
14. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el azúcar hidrogenado se selecciona de los productos de hidrogenación de monosacáridos, disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos y mezclas de los mismos.
15. El proceso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el azúcar hidrogenado es un producto de hidrogenación de un hidrolizado de almidón.
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