APLICACIÓN DE METILENDIFENILDIISOCIANATO PARA PRODUCIR TABLERO AGLOMERADO DE YESO/FIBRAS DE MADERA La presente invención se refiere a un material compuesto mejorado; más particularmente a un material compuesto de yeso/fibras de celulosa que tiene mejoradas propiedades físicas, que son especialmente útiles para producir productos de construcción. Específicamente, la presente invención se refiere a un tablero de construcción de yeso/fibras de madera impregnado con metilen difenil diisocianato (MDI) que tiene mejoradas propiedades físicas, a través de la adición de una emulsión MDI al yeso y fibras de madera durante el proceso de la producción del tablero aglomerado . ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Ciertas propiedades del yeso (sulfato de calcio dihidratado) lo hacen muy popular para utilizar en la fabricación de productos industriales y de construcción; especialmente muro seco de yeso, es una materia prima abundante y generalmente económica, que a través de un proceso de deshidratación y rehidratación puede vaciarse, moldearse o de otra forma formarse en estructuras útiles. También no es combustible y estable dimensionalmente en forma relativa cuando se expone a la humedad. Sin embargo, debido a que es un material frágil, cristalino, que tiene muy baja resistencia a la tracción, y flexural, sus usos se
limitan típicamente a aplicaciones no estructurales, sin soporte de carga y absorbentes sin impacto. El muro seco de yeso; es decir también conocido como tablero enlucido o muro seco, consiste de un núcleo de yeso, rehidratado, emparedado entre hojas de cubierta de papel de múltiples capas y substancialmente es para aplicaciones de paredes interiores y de techos. Debido a la fragilidad y propiedades de baja retención de clavos y tornillos de su núcleo de yeso, el muro seco convencional por sí mismo no puede soportar fuertes cargas agregadas o absorber impacto significante. De acuerdo con esto, medios para mejorar la resistencia a la tracción, flexural, de retención de clavos y tornillos y resistencia al impacto de muro seco de yeso y productos de construcción, se han buscado por mucho tiempo y aún intensamente. Otro producto fácilmente disponible y al alcance, que también se emplea ampliamente en productos de construcción es material lignocelulósico, particularmente en la forma de fibras de madera y papel. Por ejemplo, además de madera, aglomerado de partículas, aglomerado de fibras, aglomerado de obleas o placas, madera terciada y aglomerado Ahard®, aglomerado de fibras de alta densidad, son algunas de las formas de productos de materiales lignocelulósicos procesados empleados en la industria de construcción. Estos materiales tienen mejor resistencia a
la tracción y flexural que el muro seco de yeso. Sin embargo, en general son de costo superior, tienen deficiente resistencia al fuego y no son capaces de proporcionar resistencia adecuada en productos de menor densidad. Por lo tanto, medios alcanzables para retirar estas propiedades de uso limitado de productos de construcción elaborados a partir de materiales celulósicos, también se desean. Intentos previos por combinar las propiedades favorables de yeso y fibras celulósicas, particularmente fibras de madera, se describen en detalle en las patentes de los E.U.A. Nos. 5,817,262 y 5,320,677, ambas aquí incorporadas por referencia y otorgadas a la United States Gypsum Company. Es un objetivo de la presente invención el mejorar sobre las enseñanzas de las patentes "262 y "677 y proporcionar un producto aglomerado de fibras de madera/yeso (GWF) , que tiene mejorada resistencia, resistencia al impacto, resistencia a desprendimiento de tornillos y clavos y estabilidad dimensional. En general y como se ilustra por las patentes
"262 y "677, el proceso para producir un material compuesto GWF empieza con mezclado entre aproximadamente 0.5% hasta aproximadamente 30% y de preferencia entre 3% a 20% en peso de fibras de madera, con el complemente respectivo de yeso molido, no calcinado. La mezcla seca se combina con
suficiente líquido, de preferencia agua, para formar un fango diluido que tiene aproximadamente 70% a 95% en peso de agua. El fango se procesa en un recipiente a presión, tal como una autoclave, a una temperatura aproximada de 140.5 a 151.7°C (285 a 305°F) que es suficiente para convertir el yeso en cristales de sulfato de calcio hemihidrato aciculares. Es conveniente el agitar continuamente el fango con ligera agitación o mezclado para romper cualesquiera grumos de fibra y mantener a todas las partículas con suspensión. Después de que se ha formado el hemihidrato y se ha precipitado de la solución como cristales hemihidrato, la presión en el fango del producto se alivia cuando el fango se descarga de la autoclave. En este punto es que cualesquiera otros aditivos deseados se agregan al fango. Mientras que aún está caliente, el fango se agrega a una caja de cabeza que distribuye el fango sobre un transportador de filtrado poroso. Mientras que está en el transportador, el fango se deshidrata por la acción de bombas de vacío que extraen el agua a través del transportador afieltrado, provocando que se forme una torta filtro en la superficie de los transportadores. Tanto como 90% del agua no combinada puede retirarse de la torta filtro por bombas de vacío. La temperatura del fango calentado se mantiene sobre aproximadamente 71.1°C (160°F) , hasta que se haya deshidratado substancialmente y prensa en
húmedo en un aglomerado. Como consecuencia de la remoción del agua, la torta filtro se enfría a una temperatura en cuyo punto puede empezar la rehidratación. Sin embargo, aún puede ser necesario el proporcionar enfriamiento externo para llevar la temperatura suficientemente baja para lograr la rehidratación dentro de un tiempo aceptable. Antes de que se lleve a cabo una rehidratación extensa, la torta filtro de preferencia se prensa en húmedo en un aglomerado con espesor y/o densidad deseados. Si al tablero se le va a dar un textura superficial especial o un acabado superficial laminado, de preferencia ocurriría durante o siguiendo esta etapa del proceso. Durante el prensado en húmedo, que de preferencia se lleva a cabo con presión gradualmente incrementada para conservar la integridad del producto, suceden dos cosas: (1) se retira agua adicional, por ejemplo aproximadamente 50 a 60% del agua restante; y (2) como consecuencia de la remoción de agua adicional, la torta filtro se enfría adicionalmente a una temperatura en la cual ocurre rápida rehidratación. El sulfato de calcio hemihidratado se hidrata en yeso, de manera tal que los cristales de calcio hemihidrato aciculares se convierten en cristales de yeso in situ en y alrededor de las fibras de madera. Después de que la rehidratación se completa, los aglomerados pueden cortarse y recortarse, si se desea y luego enviarse a través de un
horno para secado. De preferencia, la temperatura de secado deberá mantenerse suficientemente baja, para evitar recalcinado de cualquier yeso en la superficie. El producto GWF históricamente se ha basado en yeso como el único aglutinante interno. Mientras que el uso de yeso como el único aglutinante núcleo ha trabajado bien para productos GWF de superior densidad tales como forro exterior de 881.1 kg/m3 (55 pcf (libras por pie cúbico)) y productos de capa subyacente de 1041.3 kg/m3 (65 pcf) no han sido capaces de proporcionar resistencia adecuada para productos de menor densidad. En particular, el producto GWF de solo yeso ha demostrado poseer inadecuada resistencia flexural y rigidez para productos de baja densidad clave, tales como componentes de mueble y otras aplicaciones basadas en madera. De esta manera, se ha buscado forma de mejorar las propiedades físicas del producto GWF. Al empezar la década de 1980, dispersiones acuosas de isocianato estaban comercialmente disponibles, una de estas dispersiones, con base en el uso de un isocianato particular, MDI , ha logrado aceptación como un aglutinante para aglomerado de partículas y aglomerado de hebras orientadas (OSB = Oriented Strandboard) en lugar de resinas fenol-formaldehído convencionales. Al considerar la aplicación de MDI al producto GWF, el sistema de
emulsión MDI aquí descrito tiene una cantidad de ventajas frente al yeso como un aglutinante. MDI es una resina termofija capaz de formar enlaces químicos con ambos grupos hidroxilo en las fibras celulósicas así como entrelazamiento con sí misma por reacción de grupo isocianato con agua. A través de uso juicioso de catalizadores, se puede catalizar en forma preferencial cualquiera de estas reacciones, si se desea. MDI también es resistente a la humedad y de ser empleado adecuadamente en el panel GWF, proporciona propiedades físicas mejoradas tales como resistencia flexural y a la tracción, resistencia a desprendimiento de clavos y tornillos y resistencia al impacto. Cualquier aglutinante tal como MDI, agregado al fango GWF debe satisfacer dos condiciones: (1) debe ser estable en las condiciones de temperatura y químicas presentes en la caja de cabeza, y (2) el aglutinante debe retenerse en la estera base. Estos requerimientos han disuadido previos intentos por incorporar MDI en el producto GWF. Intentos previos sin éxito se han realizado por utilizar MDI neto como un aditivo núcleo en un producto GWF a un bajo nivel, aproximadamente 2% en peso con base en el total de sólidos en el fango. En los intentos previos, el MDI neto reacciona inmediatamente con agua en el caja de
cabeza y polimeriza en un material polimérico café que resulta en que el MDI se retenga en la estera base GWF en la forma de un sólido de poliurea localizado. Esta inmediata reacción y localización experimentada en los intentos previos es indeseable ya que el MDI no actúa como un aglutinante si no está contenido dentro del núcleo del producto como un relleno o carga inerte. En esta condición, el MDI no logra un incremento en resistencia al producto GWF. Pruebas también ha demostrado que el utilizar una pre-mezcla de MDI y agua conduce a resultados decepcionantes semejantes, debido a su estabilidad muy limitada. El uso exitoso de MDI en el proceso GWF se basa en el que el MDI sea estable en la caja de cabeza de manera tal que polimerice algún tiempo después en el proceso de formación de aglomerado, y se apoya en el MDI retenido en la torta filtro o estera base. Específicamente, cualquier aditivo MDI debe ser estable a temperaturas que se encuentran en la caja de cabeza, aproximadamente 82.2 a 96.1°C (180 a 205°F) y también debe ser estable el ambiente iónico presentado en el fango. El yeso y diversos aditivos en el fango producen una variedad de cationes multi-valentes . Iones Ca+2 están presentes en la concentración de aproximadamente 1800 ppm como resultado de la solubilidad en yeso. Iones Al+3 o K+ pueden estar
presentes dependiendo de los diversos aditivos empleados. Los iones Al+3 típicamente presentes en una concentración de 900 ppm, puede ser tan elevada como 9000 ppm. Los iones Al+3 generalmente se derivan del alumbre acelerador, A12(S03)4. Los iones K+ típicamente están en una concentración de 4500 ppm y se derivan del acelerador sulfato de potasio, K2S04. De esta manera, es conveniente el estabilizar el MDI con un emulsificante o surfactante. El uso de un surfactante estabilizante se requiere adicionalmente, debido a que MDI no es soluble en agua. En una emulsión típica, agua, MDI y un surfactante conveniente se mezclan con alta cizalla de manera tal que el MDI se dispersa en el agua como pequeñas gotitas. La energía impartida al sistema por el mezclado controla substancialmente el tamaño de partículas de la emulsión resultante. En la ausencia de un surfactante conveniente, como en el caso de la premezcla de MDI, la dispersión de partículas MDI en agua eventualmente se separa en dos fases distintas. El surfactante actúa para evitar esta separación de fase al estabilizar las partículas MDI individuales. En un nivel microscópico, el surfactante migra a la interfase MDl/agua, en donde forma una capa con su porción hidrofílica orientada hacia afuera en la solución acuosa y su porción hidrofóbica orientada adyacente a la superficie de gotitas de MDI . Bajo este
escenario, el surfactante puede exhibir unión de hidrógeno con las partículas huésped, y de esta manera permanece en la estera base conforme se extrae el agua, en vez de ser succionado por sifón con ella. Además de unión de hidrógeno, el atrapamiento mecánico del MDI con el yeso y partículas huésped también promueven alta retención del MDI en la estera base. En general se categorizan surfactantes en tres clases, no iónicos, catiónicos y aniónicos. Cada una de estas clases de surfactantes tienen ciertas ventajas y desventajas en términos de que materiales pueden estabilizar, como reaccionan a alta temperatura y como reaccionan a la presencia de electrolitos tales como iones Ca+2, Al+3 o K+, que están presentes en los materiales de GWF. Las siguientes son reglas muy generales respecto a la conveniencia de los tres tipos de surfactantes, como reconocerá una persona con destreza en la especialidad. En general, surfactantes no iónicos son menos convenientes para un ambiente de alta temperatura tal como se encuentra en la caja de cabeza. Las cadenas etilen óxido (EO) de los surfactantes tienden a embobinarse sobre sí mismas en este ambiente. Bajo estas condiciones, pierden su efectividad como estabilizantes en emulsión. A fin de incrementar la estabilidad térmica, es necesario aumentar el valor del equilibrio hidrofóbico/lipofóbico
(HLB) de los surfactantes. Surfactantes no iónicos en general no se afectan por la presencia de electrólitos, tal como se puede encontrar en la materia prima de GWF. En general, no se afectan los surfactantes 5 aniónicos por alta temperatura y en esta proporción son convenientes para las temperaturas encontradas en caja de cabeza. Sin embargo, ciertos surfactantes aniónicos se afectan adversamente por cationes multivalentes que tienden a ligarse con el sitio aniónico. klO En general, los surfactantes catiónicos no se afectan ya sea por alta temperatura o la presencia de electrolitos, y de esta manera parecen ser convenientes para el proceso GWF. Sin embargo, muchos surfactantes catiónicos pueden contener pequeñas cantidades de aminas
primarias y secundarias sin reaccionar que pueden catalizar la reacción de MDI con agua. Esta reacción secundaria no es conveniente ya que conducirá a grumos localizados de polímeros de urea que no contribuyen a la resistencia del producto final. Estas aminas primarias y secundarias sin
reaccionar pueden depurarse al incluir un aditivo tal como un ácido de Lewis. Surfactantes también se describen en términos de como actúan. Un surfactante externo no reacciona con cualquier fase del MDI y solución de agua, sino que
simplemente reside la interfase entre las dos fases. Su
presencia en la interfase es un proceso dinámico con moléculas de surfactante que salen constantemente de la interfase para el volumen de la solución y llegan en la interfase del volumen de la solución. Si se utiliza un' emulsificante externo, la supervivencia del MDI demanda que la emulsión MDI utilice un emulsificante no iónico de alto HLB. Se conoce que la temperatura de inversión de fase (PIT = phase inversión temperature) varía directamente con el HLB del surfactante. De acuerdo con esto, un emulsificador de HLB superior proporciona más estabilidad térmica a la emulsión estabilizada externamente resultante y de esta manera el valor HLB proporciona una buena primer indicación de la conveniencia general del surfactante. De manera adicional, se ha mostrado que los emulsificantes catiónicos pueden utilizarse en combinación con surfactantes no iónicos de alto HLB, para lograr conveniente estabilidad térmica y electrolito sin los efectos indeseables de utilizar un emulsificante catiónico solo. Un surfactante interno contiene grupos funcionales tal que reacciona químicamente de hecho con la fase dispersa. En una emulsión estabilizada internamente, las cadenas de óxido de etileno se conectan químicamente sobre la estructura principal MDI . Al variar el peso molecular de las cadenas óxido de etileno (es decir variar
el número de grupos EO en la cadena) es posible ajustar el Aeffective® HLB de las moléculas. Si se utiliza un emulsificador interno, la supervivencia de nuevo demanda que la emulsión de MDI utilice un emulsificante no iónico de alto HLB. Como se discutió anteriormente, el HLB puede ajustarse al variar el peso molecular de las cadenas óxido de etileno. Ya que la temperatura de inversión de fase (PIT) varía directamente con el HLB del surfactante, un superior HLB, logrado al utilizar más grupos EO, proporciona más estabilidad al calor a la emulsión estabilizada internamente resultante. De esta manera, debido a las diferentes características de cada tipo de surfactante, se debe encontrar un solo surfactante o una combinación de surfactantes, para lograr una emulsión estabilizada que proporciona la estabilidad de electrolito y térmica' necesaria. COMPENDIO DE LA INVENCIÓN Un objetivo principal de la presente invención es proporcionar un aglomerado para construcción de yeso y fibras que tenga propiedades físicas mejoradas, que se forma al combinar yeso con otra substancia que tiene superior resistencia tal como fibras de madera, con un aglutinante MDI dispersado a través del aglomerado, para proporcionar productos de construcción más resistentes.
La presente invención promueve el uso de un producto químico diisocianato, MDI , que tiene el peso molecular más alto, y consecuentemente, la más baja presión de vapor de un diisocianato fácilmente disponible en el comercio. Como resultado, el MDI es ambientalmente más amigable y más seguro, cuando se utiliza en un ambiente de producción. El uso particular de este isocianato también se prefiere frente a otros productos químicos de diisocianato tales como toluen diisocianato (TDI) ya que forma el polímero más duro comparado con otros isocianatos comercialmente disponibles. Un aglutinante duro es ventajoso debido a que imparte resistencia flexural en el producto generando un producto duro y rígido . Un objetivo relacionado es proporcionar un proceso para producir este aglomerado de construcción compuesto de yeso en donde MDI se agrega a un fango calentado de sulfato de calcio hemihidratado y otra substancia que tiene superior resistencia tal como fibras de madera, en donde el fango que contiene MDI calentado se pasa sobre una superficie de formación plana, porosa tal como un transportador afieltrado, para constituir una torta filtro conformada que además se procesa para proporcionar el producto de aglomerado de yeso. Un objetivo más específico de la invención es proporcionar un tablero de pared sin papel, que tiene una
resistencia uniformemente buena, incluyendo resistencia a desprendimiento de clavos y tornillos, a través de su expansión, y que es dimensionalmente más estable, resistente al fuego y puede producirse a un costo práctico. Los objetivos principales se logran más preferiblemente, de acuerdo con la invención, al agregar una emulsión de MDI a un fango diluido caliente de un material sulfato de calcio hemihidratado que se ha calcinado bajo condiciones que producen cristales alfa-hemihidrato aciculares que viajan en y alrededor de los huecos de un partícula huésped de un material más resistente y pasar el fango a una superficie de formación plana porosa para constituir una torta filtro que se deshidrata con pérdida mínima de MDI . La torta filtro se prensa para formar un aglomerado antes de que se rehidrate completamente el hemihidrato en yeso, después de lo cual el aglomerado se seca, después de esto la emulsión se rompe, permitiendo que el MDI reaccione con el agua restante y fibras celulósicas y se polimerice consigo mismo. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA MODALIDAD PREFERIDA El término "yeso" como aquí se emplea, significa substrato de calcio en el estado dihidrato estable; es decir CaS04.2H20 e incluye el mineral de origen natural, los equivalentes derivados en forma sintética y el material dihidrato formado por la hidratación del sulfato de calcio
hemihidrato (estuco) o anhidrito. El término "material sulfato de calcio" como se emplea aquí, significa sulfato de calcio en cualquier de sus formas, es decir sulfato de calcio anhidrito, sulfato de calcio hemihidrato, sulfato de calcio dihidrato y sus mezclas. El término "partícula huésped" se pretende que cubra cualquier partícula macroscópica tal como una fibra, una lasca o una hojuela de una substancia diferente al yeso. La partícula, que generalmente es insoluble en el líquido del fango, deberá también tener huecos accesibles; ya sea picaduras, fisuras, núcleos huecos u otras imperfecciones superficiales, que son penetrables por el menstruo del fango y dentro del cual pueden formarse cristales de sulfato de calcio dihidratado. Es mejor si los huecos se localizan sobre una porción apreciable de la partícula. Un mayor número de huecos y una mayor distribución de los huecos a través de las partículas llevarán a unión física mejorada así como una unión más geométricamente estable entre el MBI, yeso y partículas huésped. Las partículas huésped deberán poseer propiedades físicas que faltan en el yeso, tales como mejor resistencia a la tracción y flexural. Un ejemplo de una fibra bien adecuada para el proceso y material aquí descritos es una fibra celulósica, particularmente fibra lignocelulósica tal como fibras de madera. Por lo tanto, sin pretender limitar
el material y/o partículas que califican como "partículas huésped", la o las fibras de madera a menudo se emplean a continuación por conveniencia en lugar del término más amplio. El término "emulsión MDI" como se emplea aquí, significa una emulsión acuosa de MDI, que es estable en un fango GWF bajo las condiciones que mantienen ahí los cristales de sulfato de calcio hemihidratado. El proceso básico empieza al mezclar yeso sin calcinar y partículas huésped (por ejemplo fibras de madera o papel) con agua, para formar un fango acuoso diluido. La fuente del yeso puede ser de mena en bruto o el subproducto de un proceso de ácido fosfórico o de desulfurización de gas de combustión. El yeso deberá ser de una pureza relativamente elevada, es decir de preferencia al menos aproximadamente 92 a 96% y estar finamente molido. Más grandes partículas son aceptables, pero pueden prolongar el tiempo de conversión. El yeso puede introducirse ya sea como un polvo seco o por un fango acuoso. La partícula huésped de preferencia es una fibra celulósica que puede provenir de papel de desperdicio, pulpa de madera, lascas de madera, y/u otra fuente de fibras de planta. Se prefiere que se utilice 100% de fibra de papel, pero mezclas de diversas fibras pueden emplearse,
tal como una mezcla de 25% de fibras de papel y 75% de fibras de abeto, en peso. Es preferible que la fibra de planta sea aquella que sea porosa, hueca, dividida o tenga una superficie rugosa tal que su geometría física proporcione huecos o intersticios accesibles que permiten la penetración del sulfato de calcio disuelto. Dependiendo de la fuente de la fibra, por ejemplo pulpa de madera, la fibra también puede requerir procesamiento previo para romper grumos, separar material sobredimensionado y sub-dimensionado y en algunos casos, pre-extraer materiales que retardan la resistencia y/o contaminantes tales como hemicelulosas o ácido acético, por ejemplo que puedan afectar adversamente la calcinación del yeso. El yeso molido y fibras de madera se mezclan con suficiente agua para hacer un fango que contiene aproximadamente 5 a 30% en peso de sólidos, aunque se prefieren fangos que contienen aproximadamente 10 a 20% en peso. Los sólidos en el fango deberán comprender de aproximadamente .5 a 30% en peso de fibras de madera y de preferencia aproximadamente 10% de fibras de madera, siendo el resto primordialmente yeso. Conversión a Hemihidrato El fango se alimenta en un recipiente a presión tal como un autoclave, equipa con un dispositivo de mezclado o agitación continúa. Modificadores de cristales
tales como ácidos orgánicos, pueden agregarse al fango en este punto, si se desea, para estimular o retardar la cristalización o para reducir la temperatura de calcinación. Se inyecta vapor en el recipiente para llevar la temperatura interior del recipiente hasta entre 100°C (212°F) aproximadamente y 177°C (350°F) aproximadamente, a una presión autógena. La menor temperatura es aproximadamente el mínimo práctico en el cual el sulfato de calcio dihidratado se calcinará al estado hemihidrato dentro de un tiempo razonable para operar una línea de producción. La temperatura superior es aproximadamente la temperatura máxima para calcinar el hemihidrato sin un riesgo indebido de provocar que algo del sulfato de calcio hemihidratado se convierta en anhidrito. La temperatura de autoclave de preferencia aproximadamente 140°C (265°F) a 152°C (305°F) . Cuando el fango se procesa bajo estas condiciones por un periodo de tiempo suficiente, de preferencia 15 minutos, se desplaza suficiente agua afuera de los cristales del sulfato de calcio dihidratado para convertirlo en los cristales hemihidrato aciculares. La solución, auxiliada por la agitación continúa para mantener las partículas en suspensión, humecta y penetra los huecos abiertos en las fibras huésped. Conforme se alcanza la saturación de la solución, el hemihidrato se nuclea y
empieza a formar cristales en, sobre y alrededor de los huecos y a lo largo de las paredes de las fibras huésped. Se considera que durante la operación de autoclave, el sulfato de calcio disuelto penetra en los huecos en las fibras de madera y subsecuentemente precipita como cristales hemihidrato aciculares dentro de, sobre y alrededor de los huecos y superficies de las fibras de madera. Cuando se completa la conversión, la presión en el autoclave se reduce, aditivos convencionales deseados incluyendo aceleradores, retardantes, conservadores, piroretardantes y agentes que mejoran la resistencia, y la emulsión MDI se introducen, típicamente en o justo antes de la caja de cabeza, y el fango se descarga de la caja de cabeza sobre un transportador de deshidratación. El MDI La emulsión MDI de preferencia se agrega a el fango después de que se ha liberado del autoclave, de preferencia inmediatamente antes de la caja de cabeza, a fin de proporcionar suficiente tiempo para que el MDI se mezcle completamente con el fango antes de la formación de la torta filtro y la etapa de deshidratación del proceso. La temperatura del fango al tiempo en que se agrega la emulsión MDI es crítica para la emulsión particular selecta. Esto es, la emulsión MDI debe formularse de manera tal que sea estable a la temperatura particular del
fango al tiempo en que la emulsión MDI se mezcla con el fango de fibras de madera-yeso. La emulsión MDI debe permanecer estable en la presencia de aditivos tales como aceleradores que están presentes en el fango. La emulsión MDI no solo debe tener estabilidad cuando se agrega al fango, sino que debe permanecer estable a través de las etapas de formación en el tablero de aglomerado y deshidratación por igual. De manera más importante, una proporción suficiente del MDI deberá retenerse en la torta filtro durante el proceso de deshidratación. Con suficiente retención, un incremento notable en propiedades físicas, usualmente se impartirá cuando la cantidad de la emulsión MDI agregada al fango es suficiente para proporcionar al menos aproximadamente 3% en peso del MDI con base en el peso del total de sólidos en el fango. Se prefiere el utilizar de aproximadamente 2% a aproximadamente 14% en peso del MDI , para lograr un alto nivel de mejora. El MDI preferido es Mondur 1441 fabricado por Bayer. El Emulsificante Los siguientes ejemplos describen la preparación de diversas emulsiones de MDI que pueden emplearse de acuerdo con el método descrito en la presente invención, para impartir propiedades físicas mejoradas en tableros aglomerados GWF, pero se entiende que estos son ejemplos y
que muchos otros productos de fibras de madera-yeso que tienen propiedades físicas mejoradas, pueden elaborarse utilizando variaciones convenientes. El emulsificante no iónico preferido es un poliol en bloque que tiene un número HLB que excede 20, para permitir una estabilidad térmica conveniente. Particularmente, Macol 27, un poliol de bloque tiene un número HLB de 22 y fabricado por PPG Industries es el emulsificante externo no iónico preferido. Emulsión Externa Preferida La emulsión MDI estabilizada externamente preferida es una preparación de una emulsión Mondur 1441 estabilizada con Macol 27 (20.0% activa). Esta emulsión contiene: Agua 7960.8 g Mondur 14.41 MDI 1990.2g Macol 27 (100% activo) 79.6 g Esta preparación constituye un nivel de surfactante de 4.0 % de surfactante activo con base en el peso del MDI . La emulsión estable se prepara al agregar agua desionizada y Macol 27, que se proporciona como un polvo blanco. La mezcla se agita por aproximadamente 10 minutos permitiendo que se disuelva el Macol 27. Con agitación mecánica vigorosa, el MDI se agrega lentamente a la mezcla para formar la emulsión estable.
Como una preparación alterna, el emulsificante catiónico tal como una amina cuaternaria de ácido graso vendido por ICI Americas, Inc, de Wilmington, Delaware, bajo la designación G-265, puede agregarse al Macol 27 en una proporción de una parte de G-265 a 14 partes de Macol 27. Emulsión Interna Preferida La emulsión MDI estabilizada internamente preferida es una preparación de Union Carbide Carbowax 5000 en mezcla con Mondur 1441 MDI a 60°C (140°F) . El producto Carbowax 5,000 es un metoxi polietilen glicol con un peso molecular promedio de 5,000 (n = 113). La emulsión contiene lo siguiente: Mondur 1441 MDI 2000.00 g Carbowax 5,000 (100% activo) 120.00 g Esta preparación constituye un nivel de polietilen glicol PEG (de 6.0%, con base en el peso del MDI . La emulsión estable se prepara al agregar Mondur 1441 y Carbowax 5,000 como un sólido en hojuelas a un recipiente de mezclado apropiado. El Carbowax 5000 y MDI se agitan continuamente por medios mecánicos tales como una varilla de agitación y calientan a 60°C (140°F) por 180 minutos, para disolver completamente Carbowax 5000. La solución se deja que enfríe a tempertaura ambiente para reducir la reacción del MDI y agua. Bajo rápida agitación mecánica,
1990.2 gr de la mezcla de Carbowax 5000 y MDI se agregan a 7,960 gr de agua desionizada en un recipiente conveniente para formar la emulsión acuosa estabilizada. Agregar Emulsión al Fango Una vez preparada, la emulsión MDI estable se agrega al fango justo antes de la caja de cabeza, típicamente en la tubería que transporta el fango desde el autoclave a la caja de cabeza. Un dispositivo de agitación mecánica, conocido por aquellos con destreza en la (10 especialidad puede incluirse en la tubería para ayudar en la mezcla de la emulsión en el fango. Deshidratación El fango que contiene MDI caliente se pasa a través de la caja de cabeza que distribuye el fango en una
superficie de formación porosa plana para producir una torta filtro. La torta filtro se deshidrata por la evaporación de agua, cuando el fango se libera del autoclave y por el agua en el fango que pasa a través de la superficie de formación porosa por gravedad y de
preferencia ayudada por vacío. Aunque la deshidratación provoca enfriamiento de la torta filtro, la mayor parte posible del agua se retira, mientras que la temperatura del fango producto aún es relativamente elevada y antes de que se convierta el hemihidrato en yeso. Tanto como 90% del
agua del fango se retira en el dispositivo de
deshidratación, dejando una torta filtro de aproximadamente 35% de agua en peso. En esta etapa, la torta filtro consiste de fibras de madera enclavadas con cristales de sulfato de calcio hemihidrato rehidratables y aún pueden romperse en nodulos o fibras compuestas individuales conformarse, vaciarse, o compactarse a una densidad superior. La formación de la torta filtro y la deshidratación de la torta filtro, de preferencia se llevan a cabo utilizando equipo de producción de papel del tipo descrito en la Patente de los E.U.A. No. 5,320,677 que se hace parte de esta descripción. Prensado y Rehidratación La torta filtro deshidratada se prensa en húmedo por unos cuantos minutos para reducir adicionalmente el contenido de agua y compactar la torta filtro en la forma, espesor y/o densidad deseados. Aunque la extracción del volumen del agua en la etapa de deshidratación contribuye significativamente a reducir la temperatura de la torta filtro, puede requerirse enfriamiento externo adicional para alcanzar el nivel deseado dentro de un tiempo razonable. La temperatura de la torta filtro de preferencia se reduce por debajo de aproximadamente 49°C
(120°F) , de manera tal que puede llevarse a cabo rápida, rehidratación relativamente. La rehidratación recristaliza
los cristales alfa hemihidrato en cristales de yeso aciculares en sitio, enclavando físicamente con las fibras de madera . Dependiendo de los aceleradores, retardantes, modificadores de cristal u otros aditivos que se proporcionan en el fango, la hidratación puede tomar de solo unos cuantos minutos a una hora o más . Debido al enclavamiento de los cristales aciculares hemihidrato con las fibras de madera, y la remoción de la mayoría del líquido portador de la torta filtro, se evita la migración del sulfato de calcio, dejando un compuesto homogéneo. La rehidratación efectúa una recristalización de los cristales hemihidrato, para dihidratar cristales in situ, es decir dentro y alrededor de los huecos de las fibras de madera, de esta manera conservando la homogeneidad del compuesto. El crecimiento distal también conecta los cristales del sulfato de calcio en fibras adyacentes, para formar una masa cristalina total, mejorada en resistencia por el refuerzo de las fibras de madera. Cuando se completa la hidratación, es conveniente el secar rápidamente la masa compuesta para retirar el agua libre restante. De otra forma, las fibras de madera higrocóspicas tienden a retener, o incluso absorber, agua no combinada que posteriormente se evaporará. Si el revestimiento de sulfato de calcio se fragua completamente
antes de que se desplace el agua extra, las fibras pueden encogerse y desprenderse del yeso, cuando el agua no combinada se evapora. Por lo tanto, para resultados óptimos, es preferible retirar lo más del exceso de agua libre de la masa compuesta, antes de que la temperatura caiga por debajo del nivel en el cual empieza la hidratación. Secado El tablero aglomerado prensado, que típicamente contiene 30% en peso aproximadamente de agua libre, luego se seca rápidamente a una temperatura relativamente elevada a fin de reducir el contenido de agua libre a aproximadamente 0.5% o menos en el producto final. Condiciones de secado sobre 93°C (200°F) que tienden a calcinar en yeso, habrán de evitarse. El tablero aglomerado, fraguado y seco puede cortarse y de otra forma terminarse a la especificación deseada. Cuando finalmente se fragua, el material compuesto único exhibe las propiedades deseadas contribuidas por todos sus componentes. Las fibras de madera incrementan la resistencia, particularmente resistencia flexural, de la matriz de yeso, mientras que el yeso actúa como un revestimiento y aglutinante para proporcionar las fibras de madera impartir resistencia al fuego y disminuir expansión debido a la humedad. El MDI
imparte mejorada resistencia a la tracción y flexural al material así como que proporciona resistencia al impacto mejorada y resistencia a despendimiento de clavos y tornillos. 5 Resultados La siguiente tabla resume el incremento en resistencia logrado en tablero de pared de GWF al utilizar las emulsiones internas y externas descritas en los Ejemplos 1 y 2 anteriores. "MD" indica que la muestra se ilO cortó y analizó con su dirección más larga en la dirección de la máquina. "ACMD" indica que la muestra se cortó con su dirección más larga a través de la dirección de la máquina. Como se indica, MDI se agrega ya sea a un nivel de 3% o 6%, con base en el peso del total de sólidos en el 15 fango. Al nivel de adición del 3%, se observaron mejoras de resistencia específica de 51% (emulsificante interno) y
31% (emulsificante externo) . Al nivel adicional de 6%, se observaron mejoras de resistencia específica de 57%
(emulsificante interno) y 10% (emulsificante externo) .
% de MDI Densidad, MOR, kg/cm2 Resistencia kg/m3 (pcf) (psi) específica, kg/cm2 (psi) Control (0% 665.8 30.5 (434) 45.8 (652) de MDI) MD (41.56)
% de MDI Densidad, MOR, kg/cm2 Resistencia kg/m3 (pcf) (psi) específica,
CMD 586.3 (36.6) 29.1 (415) 49,8 (708) 3.00% 695.3 (43.4) 50.5 (718) 72.5 (1031)
(Interno) MD CMD 620 (38.7) 46.9 (667) 72.4 (1029) 6.00% 727.3 (45.4) 50.5 (718) 69.4 (987)
(Interno) .MD CMD 658.4 (41.1) 53.4 (760) 81.1 (1154) 3.00% 696.9 (43.5) 50.5 (718) 59.8 (851)
(externo) MD CMD 620 (38.7) 46.9 (667) 65.7 (934)
6.00% 663.2 (41.4) 31.5 (446) 47.3 (673)
(Externo) MD CMD 637.6 (39.8) 37.5 (533) 58.7 (835)
Las formas de la invención ilustradas y descritas, habrán de considerarse como ilustrativas. Será aparente para aquellos con destreza en la especialidad que diversas modificaciones pueden realizarse sin apartarse del espíritu de la invención y el alcance de las reivindicaciones anexas.