IT9020846A1 - Procedimento per la preparazione di emulsioni acquose di poliisocianati ed emulsioni cosi' ottenute - Google Patents
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Description
Descrizione dell'invenzione industriale
La presente invenzione riguarda un procedimento per la preparazione di emulsioni acquose di poiiisocianati e le emulsioni cosi' ottenute.
Più in particolare la presente invenzione riguarda un procedimento per la preparazione di emulsioni acquose di poliisocianati, le emulsioni così ottenute ed il loro impiego come leganti di materiale cellulosico.
Con il termine poliisocianati, come impiegato nella presente descrizione e nelle rivendicazioni, si intendono i composti organici a basso, medio e/o alto peso molecolare contenenti almeno due gruppi -NCO.
Esempi di poliisocianati a basso peso molecolare sono quelli di formula generale:
(i)
dove R rappresenta un radicale alchilico, cicloalchilico, ari-1ico, alchilarilico avente da 1 a 25 atomi di carbonio, come meta e/o para-fenilendiisocianato, 2,4-toluendiisocianato da solo o in miscela con l'isomero 2,6-toluendiisocianato, 4,4'-difenil-metandiisocianato, esametilendiisocianato, 4-4'-dicicloesil-metan-diisocianato, l-isocianato-3-isocianato-metil3,5,5-trimetil-cicloesano (o isoforondiisocianato), 2,2,4-trimetilesametilendiisocianato in miscela con l'isomero 2,4-4-trimetilesametilendiisocianato ecc.
Esempi di poliisocianati a medio o alto peso molecolare sono quelli a vario grado di condensazione ottenibili dalla fosgenazione di condensati anilina-formaideide. Questi prodotti sono costituiti da miscele di polimetilenpolifenilisocianati aventi formula generale:
(II)
dove n rappresenta un numero intero maggiore o uguale a 1.
Poliisocianati particolarmente preferiti sono le miscele di polimetilenpolifenilisocianati aventi funzionalità media di 2,6-2,8; tali prodotti sono commercializzati con vari nomi quali "Tedimon 31" della Società Montedipe, "PaPi" della Società Upjohn o "Mondur MR" della Società Mobay.
E' noto l'impiego di diisocianati e poliisocianati, sia alitatici che aromatici, particolarmente sotto forma di emulsioni acquose, quali leganti per la preparazione di compositi di legno come descritto, ad esempio, nella domanda di brevetto europeo n. 13.112.
Le emulsioni possono essere spruzzate su trucioli di legno impiegati per formare pannelli ed il materasso così ottenuto è sottoposto poi all'azione di temperatura e pressione per preparare il composito finale.
Per impiegare i poliisocianati sotto forma di emulsioniacquose come leganti nei compositi di legno è molto importante che tali emulsioni non abbiano un tempo di stabilità chimicofisica troppo limitato al fine di poter far fronte ai diversi inconvenienti non sempre prevedibili che si possono riscontrare nel corso delle lavorazioni industriali.
Il termine stabilità chimico-fisica è riferito sia al conservarsi nel tempo delle emulsioni come tali che alla sostanziale stabilità chimica nel tempo dei gruppi isocianici nei confronti della reazione con acqua.
Nella domanda di brevetto europeo pubblica 553.342 si descrivono emulsioni acquose di poliisocianati stabilizzate con particolari eteri della cellulosa a grado di sostituzione maggiore di 0,5 e con viscosità della soluzione al 2% in acqua tra 10 e 45.000 mPa.s.
Queste composizioni, pur avendo un grado di stabilità sia chimica che fisica soddisfacente, possono essere ottenute solo miscelando il sistema costituito da acqua, poliiso cianato ed eteri della cellulosa ad elevata velocità d'agitazione, realizzabile con l'impiego di turboagitatori.
Tuttavia questa tecnica d'agitazione rende piu' onerosa la produzione di emulsioni quando si opera su scala industriale a causa dei maggiori volumi di materie prime in gioco.
La Richiedente ha ora trovato che si possono produrre emulsioni acquose stabili di poliisocianati impiegando blande condizioni di processo aggiungendo all'etere della cellulosa, descritto nella tecnica nota, un tensioattivo derivato da fenilisocianato.
Costituisce pertanto oggetto della presente invenzione un procedimento per la preparazione di emulsioni acquose di poliisocianati comprendente miscelare in acqua, con blanda agitazione
- un etere della cellulosa;
- un tensioattivo derivato da fenilisocianato di formula generale
(III) dove:m rappresenta un numero intero compreso tra 1 e 4;
n rappresenta un numero intero compreso tra 5 e 40;
X rappresenta un gruppo OH, un alcossile C1-C4 oppure un gruppo -CONHY;
Y rappresenta un residuo di fenilisocianato; e - almeno un poliisocianato.
Esempi di tensioattivi di formula generale (III) sono quelli ottenuti dalla reazione di fenilisocianato con poliossietilenglicoli a peso molecolare medio tra 200 e 1500, poliossipropilen-etilenglicoli a peso molecolare medio tra 200 e 1500, butanolo ossietilato a peso molecolare medio tra 400 e 1000, metanolo ossietilato a peso molecolare medio tra 500 e 2000, butanolo ossietilen-ossipropilen alcol a peso molecolare medio tra 500 e 1000, metanolo ossietilen-ossipropi1en alcol a peso molecolare medio tra 500 e 1000, ecc.
L'etere della cellulosa viene disciolto in acqua, a temperatura ambiente, in ragione dello 0,1-10% in peso sul totale (acqua cellulosa), preferibilmente tra 0,5 e 5%, mediante impiego di agitazione meccanica con agitatori a 1.000 - 2.000 giri/minuto .
Eteri della cellulosa particolarmente idonei all'ottenimento delle emulsioni oggetto della presente invenzione sono gli eteri della cellulosa solubili in acqua descritti in Kirk-Othmer, "Encyc1opedia of Chemical Technology" seconda edizione, voi. 4, pag. 616·, esempi di tali prodotti sono le carbossimetilcellulose, le carbossimetilidrossietilcellulose, le idrossietilcellulose, le metilcellulose, le metilidrossipropilcellulose, le etilidrossietilcellulose, le metiletilcellulose, le metilidrossietilcellulose, ecc.
Eteri della cellulosa particolarmente preferiti sono le carbossimetilcellulose e le carbossimetilidrossietilcellulose.
Eteri ancora più preferiti sono le carbossirnetiIcelluiose a grado di sostituzione maggiore di 0,5, generalmente intorno a 0,8, aventi viscosità della soluzione al 2%-in acqua, misurata con viscosimetro Hoeppler a 20°C, compresa tra 10 e 45.000 mPa.s e pH inferiore a 8, generalmente compreso tra 6 e 8.
Il tensioattivo di formula generale (III) può essere aggiunto al poliisocianato prima del suo emulsionamento oppure direttamente nell'acqua contenente già l'etere di cellulosa.
In entrambi i casi il tensioattivo è impiegato in quantità comprese tra 0,5 e 2% in peso sull'emulsione finale.
Alla soluzione acquosa si aggiunge, sotto agitazione e a temperatura ambiente, il poliisocianato e si mantiene poi il sistema a velocità di agitazione non elevata, ad esempio con agitatori a 1.000-2.000 giri/minuto, per tempi brevi, generalmente compresi tra 30 e 60 secondi.
Il poliisocianato può essere aggiunto alla soluzione in quantità superiore al 5% in peso, calcolata sul totale dell'emulsione finale, preferibilmente in quantità comprese tra 5 e 60%.
Le emulsioni così ottenute presentano un elevato grado di stabilità sia chimica che fisica, nei casi più favorevoli fino a oltre le 15 ore, tale da consentirne l'impiego come legante di materiali cellulosici su scala industriale, senza alcun rischio di perdita di prodotto e/o danneggiamento di impianti anche nel caso di fermate dovute ad eventi imprevisti.
Un altro vantaggio dovuto alla presente invenzione è quello di rendere possibile l'ottenimento di emulsioni stabili con quantità molto limitate di stabilizzanti e in assenza di procedimenti costosi e complessi.
La stabilità chimica dell'emulsione è misurata mediante la determinazione dei gruppi -NCO residui, secondo il metodo ASTM D 2572-80, mentre la stabilità fisica è controllata sia da misure di viscosità con coppa FORD (diametro 4 mm, ASTM D 1200-82) che dall'assenza di affioramenti o sedimentazioni evidenti.
Costituiscono inoltre ulteriore oggetto della presente invenzione anche le emulsioni acquose di poiiisocianati comprendenti, in miscela, almeno un derivato della cellulosa disciolto in acqua, almeno un poiiisocianato a basso, medio e/o alto peso molecolare ed almeno un tensioattivo derivato da fenilisocianato di formula generale (III).
Le emulsioni acquose oggetto della presente invenzione possono essere vantaggiosamente impiegate come leganti di materiali cellulosici, preferibilmente ligno-cellulosici, come legno, corteccia, bagassa, paglia, bambù, pula di riso ecc., in forma di granulati, trucioli, fibre o farine, o più generalmente nella fabbricazione di pannelli truciolari o altri compositi come compensati, rnasonite, paniforti, pannelli MDF, ecc. senza alcun problema per l'operatore industriale e per la conservabilità delle emulsioni stesse. Preferibilmente l'emulsione è aggiunta al materiale ligno-cellulosico in quantità tra il 2 ed il 50% in peso del materiale cellulosico, generalmente tra il 5 ed il 20%..
Allo scopo di meglio comprendere la presente invenzione e per mettere in pratica la stessa vengono di seguito riportati alcuni esempi illustrativi, ma non limitativi.
ESEMPIO 1
(Preparazione di tensioattivi uretanici)
3 1a. In un reattore di vetro da 1 dm , munito di termometro, agitatore, refrigerante, ingresso azoto e sistema di termoregolazione, si caricano 380 g di un poliossietilenglicole a peso molecolare 400 ca, 138 g di fenilisocianato e 0,5 g di cloruro di benzoile. Si riscalda a 80° C e si lascia reagire, in corrente di azoto, fino a scomparsa dei gruppi -NCO.
Il tempo di reazione é di 4-5 ore.
Quindi si raffredda a temperatura ambiente e si scarica. 1b. Si opera come nel caso la, salvo impiegare 300 g di un poliossietilenglicole a peso molecolare 400 ca, 180 g di fenilisocianato e 0,5 g di cloruro di benzoile.
Il tempo di reazione é di 4-5 ore.
1c. Si opera come nel caso la, salvo impiegare 300 g di butano-10 ossietilato a peso molecolare 500 circa, 83 g di fenilisocianato e 0,3 g di cloruro di benzoile.
11 tempo di reazione é di 3-4 ore.
1d. Si opera come nel caso la, salvo impiegare 400 g di butano-Io ossietilato a peso molecolare 800 circa, 59,1 g di fenilisocianato e 0,3 g di cloruro di benzoile.
Il tempo di reazione é di 7 ore circa.
1e. Si opera come nel caso la, salvo impiegare 500 g di poliossietilenglicole a peso molecolare 1.000 ca, 92,6 g di fenilìsocianato e 0,5 g di cloruro di benzoilll tempo di reazione é di 3-4 ore.
1f . Si opera come nel caso la, salvo impiegare 250 g di poliossietilenglicole a peso molecolare 300 ca, 200 g di fenilisocianato e 0,4 g di cloruro di benzoile.
Il tempo di reazione é di 8-9 ore.
ESEMPIO 2
(Preparazione di emulsioni poliisocianiche)
2a. In un becher da 2 dm<3 >si caricano 590 g di una soluzione acquosa all'1,6% di carbossimetilcellulosa (CMC) avente grado di sostituzione 0,82, viscocità Hoeppler della soluzione acquosa al 2%, misurata a 20°C, 100 mPa.s e pH 6,4; quindi sotto agitazione (1.800 giri/minuto) si aggiungono 10 g di tensioattivo uretanico dell'esempio la e 400 g di po1imetΐ1enpo 1ifeni1poiiisocianato (Tedimon 31 della Montedipe ).
L'emulsione ottenuto'ha le caratteristiche riportate in tabella 1.
2b. Si opera come nel caso 2a, salvo impiegare il tensioattivo uretanico dell'esempio 1b.
L'emulsione ottenuta ha le caratteristiche riportate in tabella 1.
2c. Si opera come nel caso 2a, salvo impiegare il tensioattivo uretanico dell'esempio le.
L'emulsione ottenuta ha le caratteristiche riportate in tabella 1.
2d. Si opera come nel caso 2a, salvo impiegare il tensioattivo uretanico dell'esempio le.
L'emulsione ottenuta ha le caratteristiche riportate in tabella 1.
2e. Si opera come nel caso 2a, salvo impiegare il tensioattivo uretanico dell'esempio le.
L'emulsione ottenuta ha le caratteristiche riportate in tabella 1.
2f. Si opera come nel caso 2a, salvo aggiungere, a 590 g della soluzione acquosa di CMC all'1,6%, 410 g di una miscela di Tedimon 31 (400 g) e di tensioattivo uretanico dell'esempio 1f (10 g).
Per la preparazione di tale miscela si caricano in un reat-3
tore da 1 dm , 400 g di Tedimon 31, si riscalda a 80°C, si aggiungono 10 g di tensioattivo uretanico e si lascia miscelare a 80°C per 10 minuti in corrente di azoto.
Si raffredda a temperatura ambiente e si scarica.
La miscela ottenuta viene impiegata per la preparazione dell'emulsione poliisocianica.
L'emulsione poliisocianica ha le caratteristiche riportate in tabella 1.
ESEMPIO 3
(Valutazioni applicative mediante stampaggio di pannelli truciolari
3a. Stampaggio di pannelli di tipo V20 (norma DIN 68763):
i) si introducono in una resinatrice 3000 g di trucioli di legno, del tipo impiegato industrialmente per gli strati esterni dei pannelli truciolari e contenenti 5-6% di umidità, e si spruzzano attraverso gli appositi ugelli 400 g della emulsione poliisocianica dell'esempio 2a, diluita al 30% di secco;
ii) si ripete l'operazione con 3000 g di trucioli di legno, del tipo impiegato industrialmente per lo strato interno dei pannelli truciolari e contenenti 5-6% di umidità, spruzzando 200 g di emulsione poliisocianica dell'esempio 2a diluita al 30% di secco.
Su una piastra da 550x550 mm, che opera da supporto, si pone uno strato di 700 g di trucioli resinati di tipo (i), quindi 1400 g di trucioli resinati di tipo (ii) e di nuovo 700 g di trucioli resinati di tipo (i).
Il materasso viene quindi stampato sotto pressione alla temperatura di 175°C per 4 minuti.
Si ottiene un pannello che presenta le caratteristiche riportate in Tabella 2.
3b. Stampaggio di pannelli di tipo V100 (norma DIN 68763):
si opera come per il caso 3a salvo impiegare l'emulsione poliisocianica non diluita e in quantitativi, rispettivamente, di 600 g di emulsione per 3000 g di trucioli per gli strati esterni e di 450 g di emulsione per 3000 g di trucioli per lo strato interno del pannello.
Si ottiene un pannello con le caratteristiche riportate in Tabella 2 .
N.B. La viscositi é misurata a 20’C con la coppa Ford, ugello da 4 mm, secondo ASTM 01200-82
Tabella 2.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1) Procedimento per la preparazione di emulsioni acquose di poliisocianati comprendente miscelare in acqua: - un etere della cellulosa; - un tensioattivo derivato da feni1isocianato di formula generale : (III) dove,: m rappresenta un, numero intero compreso tra 1 e 4; n rappresenta un numero intero compreso tra 5 e 40; X rappresenta un gruppo OH, un alcossile oppure un gruppo -C0NHY; Y rappresenta un residuo di fenilisocianato; e - almeno un poliisocianato.
- 2) Procedimento secondo la rivendicazione 1 in cui i tensioattivi di formula generale (III) sono scelti fra quelli ottenuti dalla reazione di feni1isocianato con poiiossietilenglicoli a peso molecolare medio tra 200 e 1500, poliossipropilen-etilenglicoli a peso molecolare medio tra 200 e 1500, butanolo ossietilato a peso molecolare medio tra 400 e 1000, metanolo ossietilato a peso molecolare medio tra 500 e 2000, butanolo ossietilen-ossipropilen alcol a peso molecolare medio tra 500 e 1000, metanolo ossieti1en-ossipropilen alcol a peso molecolare medio tra 500 e 1000.
- 3) Procedimento secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui l'etere della cellulosa viene disciolto in acqua, a temperatura ambiente, in ragione dello 0,1-10% in peso sul totale (acqua cellulosa), preferibilmente tra 0,5 e 5%.
- 4) Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il tensioattivo di formula generale (III) può essere aggiunto al poliisocianato prima del suo emulsionamento oppure direttamente nell'acqua contenente già l'etere di cellulosa.
- 5) Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti in cui il tensioattivo é impiegato in quantità comprese tra 0,5 e 2% sull'emulsione finale.
- 6) Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il poliisocianato é aggiunto alla soluzione acquosa mantenendo il tutto a velocità di agitazione non elevata, compresa tra 1000 e 2000 giri/minuto.
- 7) Procedimento secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il poiiisocianato é aggiunto alla soluzione in quantità superiore al 5% in peso, calcolata sul totale dell'emulsione finale.
- 8) Emulsioni acquose di poliisocianati comprendenti, in miscela, almeno un derivato della cellulosa disciolto in acqua, almeno un poiiisocianato a basso, medio e/o alto peso molecolare ed almeno un tensioattivo derivato da fenilisocianato di formula generale (III).
- 9) Uso delle emulsioni di cui alla rivendicazione 3, come leganti di materiali cellulosici, preferibilmente ligno-cellulosici, come legno, corteccia, bagassa, paglia, bambù, pula di riso, in forma di granulati, trucioli, fibre o farine, nella fabbricazione di pannelli truciolati o altri compositi come compensati, masonite paniforti, pannelli MDF.
- 10) Uso secondo la rivendicazione 9, in cui l'emulsione é impiegata in quantità tra il 2 e il 50% in peso del materiale cellulosico.
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