MXPA03008913A - Formulaciones que contienen alcohol polivinilico y policondensado de melamina sulfonado para utilizarse en suspensiones de yeso. - Google Patents

Abstract

Se utilizan formulaciones acuosas para mejorar las propiedades de fluidez y endurecimiento de suspensiones de yeso, que comprenden cera, alcohol plolivinilico y un policondensado de melamina sulfonado, para impartir repelencia al agua a tablarrocas de yeso.

Description

FORMULACIONES QUE CONTIENEN ALCOHOL POLIVINILICO Y UN POLICONDENSADO DE MELAMINA SULFONADO PARA UTILIZARSE EN SUSPENSIONES DE YESO · ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se relaciona con formulaciones para impartir propiedades físicas deseadas a suspensiones de yeso, y particularmente para suspensiones de yeso utilizadas en la fabricación de tablarroca de yeso.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA ANTERIOR La producción de materiales basados en yeso, involucra primero, la preparación de una suspensión de semihidrato de sulfato de calcio con agua. Se deja que la mezcla se hidrate, o se endurezca al dihidrato de sulfato de calcio más duro, y el exceso de agua se remueve secando por medio de métodos convencionales . Los productos de yeso, tales como los paneles de tablarroca, comprenden un núcleo de yeso endurecido intercalado entre revestimientos de papel, los cuales forman las superficies externas de la tablarroca. Uno de los problemas asociados con los paneles de tablarroca, se . relaciona con la absorción de agua o humedad por el núcleo de yeso higroscópico. Tal absorción de humedad conduce al debilitamiento de la tablarroca.

Para tratar este problema de absorción de humedad, la técnica anterior muestra la adición de compuestos de cera o asfalto a la suspensión de yeso, para impartir cualidades hidrofóbicas al núcleo de yeso del tablero. Sin embargo, los compuestos de cera no se dispersan fácilmente dentro de la suspensión acuosa de yeso. Para tratar este punto, la técnica anterior, tal como la Patente de los Estados Unidos, 5,437,722, muestra la inclusión de aditivos para que actúen como emulsificantes en la suspensión. Uno de los aditivos conocidos es el alcohol polivinílico (PVA, por sus siglas en inglés) . El alcohol polivinílico se agrega a la suspensión de yeso con el fin de incrementar la resistencia mecánica de la tablarroca. El alcohol polivinílico recubre los cristales/partículas de yeso, de manera que, durante el endurecimiento de la tablarroca, se evita que las partículas recubiertas de yeso regresen al estado de hemihidrato, a partir del dihidrato. Sin embargo, los mismos efectos del PVA en la suspensión de yeso, también tienen el efecto secundario no deseado de incrementar la viscosidad (es decir, disminuye la fluidez) de la suspensión. Como puede entenderse, la adición del alcohol polivinílico causa un espesamiento de la suspensión de yeso. En tal caso, la suspensión se vuelve demasiado espesa y no es capaz de dispersarse fácilmente. Como se entenderá, en la fabricación de las tablarrocas o de los paneles, esta fluidez disminuida de la suspensión de yeso conduce a varios problemas. Primero, la dificultad para dispersar la suspensión en la superficie de la cara de papel, afecta severamente el tiempo de producción requerido en el proceso de fabricación. Además, el espesamiento de la suspensión conduce a la formación de burbujas en la tablarroca durante el proceso de fabricación, como se explica a continuación de forma adicional. Un defecto no deseado adicional en la tablarroca, es la separación del revestimiento de papel del núcleo de yeso endurecido del tablero. Esto surge de la incapacidad de la suspensión para dispersarse y secarse durante un periodo de tiempo suficiente para permitir la formación de una unión entre la suspensión y el papel . Una unión deficiente puede causar que el revestimiento de papel se levante y separe del núcleo, conduciendo a retrasos en la producción y a ingresos perdidos . Se han hecho intentos para solucionar los problemas mencionados anteriormente, evitando el uso de PVA o agregando agua o dispersantes a la suspensión de yeso para incrementar las características de flujo de la suspensión. Sin embargo, cada una de estas alternativas está asociada con ciertos problemas. Primero, la remoción del componente de PVA reduce las propiedades de resistencia del producto final. La adición de cantidades incrementadas de agua, aunque proporciona mejores propiedades de flujo, incrementa el tiempo de secado (como con secadores conocidos . convencionalmente) requerido para que la suspensión de yeso que forma el núcleo de la tablarroca se endurezca. Esto, por supuesto, conduce a un incremento en los cotos de producción. También se ha encontrado que los tiempos de secado más largos conducen a un producto con resistencia mecánica reducida. Esto se debe al hallazgo de que el tiempo de secado más largo impide la formación del dihidrato de sulfato de calcio, más resistente. Un tiempo de secado más rápido permite la formación de este compuesto más resistente, y por lo tanto, conduce a una tablarroca más resistente. Como una alternativa, se han propuesto varios dispersantes para la adición a la suspensión- de yeso que contiene PVA. Dos de los dispersantes utilizados más comúnmente, son el lignosulfonato, con frecuencia obtenido como un subproducto de la industria de la pulpa y el papel, y el condensado sulfonado de naftalenformaldehído . Sin embargo, existen algunos problemas asociados con la adición de estos dispersantes. Primero, los compuestos de naftaleno exhiben generalmente una reacción de reticulación en la presencia del alcohol polivinílico, produciendo asi el espesamiento de la suspensión y disminuyendo la fluidez. Con una suspensión más espesa, hay una tendencia a la formación de huecos dentro del producto endurecido. Los huecos atrapan agua de la suspensión y, con el calentamiento (para el secado de la suspensión) , el agua dentro de estos huecos se convierte en vapor. Estas bolsas de vapor conducen a burbujas en la superficie del tablero. Además, los huecos discutidos anteriormente, también pueden atrapar aire en forma de burbujas de aire. Tales burbujas reducen la resistencia mecánica de la tablarroca. La adición de lignosulfonato, aunque mejora la fluidez de la mezcla de la suspensión, con frecuencia resulta en un incremento en el tiempo requerido para que la suspensión se endurezca. Este tiempo incrementado, aumenta en gran medida los costos de fabricación. La presente invención busca superar las deficiencias en la técnica anterior, descritas anteriormente .

SUMARIO DE LA INVENCIÓN En una modalidad, la presente invención proporciona una formulación acuosa para mejorar las propiedades de fluidez y endurecimiento de una suspensión de yeso que comprende un policondensado de melamina sulfonado, o una sal del mismo, y alcohol polivinílico .

En otra modalidad, la presente invención proporciona una formulación de emulsión de cera para mejorar las propiedades de fluidez y endurecimiento de una suspensión de yeso, y para impartir características repelentes al agua, que comprende: a) un policondensado de melamina sulfonado o una sal del mismo; b) un alcohol polivinílico; y c) una cera de hidrocarburo. En otra modalidad, la presente invención proporciona una formulación de una emulsión basada en agua para impartir características repelentes al agua a las tablarrocas de yeso, que comprende: a) un policondensado de melamina sulfonado o una sal del mismo; b) un alcohol polivinílico; y c) una cera de hidrocarburo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una fórmula de un policondensado de melamina sulfonado preferido, de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS En un aspecto amplio, la presente invención proporciona una suspensión de yeso, que contiene una formulación de alcohol polivinílico, un policondensado de melamina sulfonado (SMP, por sus siglas en inglés) , y una cera de hidrocarburo para impartir las propiedades deseadas de fluidez y endurecimiento a la suspensión. Se ha encontrado que la adición del SMP imparte características de fluidez a la suspensión de yeso, en la presencia de PVA. Se cree que esta característica deseada es un resultado de la reticulación entre los grupos funcionales aldehido del SMP con los grupos hidroxilo del alcohol polivinílico. El alcohol polivinílico incluye cualquier grado de un acetato de polivinilo parcial y/o completamente hidrolizado. En la modalidad preferida, el alcohol polivinílico comprende .al menos 80% de acetato de polivinilo hidrolizado, al momento de la adición al sistema de la emulsión. La hidrólisis del acetato puede continuar después de mezclar la composición de alcohol en la formulación. El alcohol polivinílico proporciona estabilidad a la emulsión, así como una estabilidad incrementada en la suspensión de yeso, mientras que proporciona una repelencia al agua superior, en el producto de yeso final . La combinación de alcohol polivinílico con la mezcla de cera y SMP proporciona propiedades repelentes al agua y otras ventajas, como se discutió anteriormente, las cuales son significativamente mejores que cualquier componente cuando se utiliza solo.

Los policondensados sulfonados de melamina (SMP) de la presente invención, son dispersantes poliméricos aniónicos producidos por una reacción química de polieondensación. La -formula general de un SMP preferido, de .acuerdo con la presente invención, se muestra en la Figura 1. Se contempla que pueda utilizarse una amplia variedad de policondensados de melamina sulfonados en la presente formulación. Los ejemplos de los policondensados de melamina sulfonados adecuados, incluyen los productos ® ® bajo el nombre comercial Melment FIO , Melment F15 , Melment F15GS, Melment ?17TT, Melment F2455", todos producidos por SKW Chemicals Inc, USA; y Meladyne™ de Handy Chemicals, Canadá; aunque otros están disponibles. El componente de SMP puede obtenerse, ya sea en forma de polvo, el cual necesita mezclarse con agua para formar una solución, o como una forma premezclada. Como se sabe en la técnica, los productos de SMP pueden comprender sales tales como Meladyne™, o sulfonato de melamina, el cual es una sal de sodio del ácido polimelaminsulfónico . El componente de cera de hidrocarburo puede comprender cualquier cera de hidrocarburo emulsificada conocida, incluyendo el asfalto, la cera de parafina, la ozoquerita, la cera de carnauba, la cera de polietileno, ceras de éster sintéticas, ceras ácidas e hidrocarburos maleados y combinaciones de los mismos. Se prefieren los productos disponibles comercialmente, tales como Norwax 408X fabricado por Norjohn Emulsions Ltd. Generalmente, el componente de cera puede consistir de una cera de hidrocarburo que tiene un punto de fusión en el intervalo de 40 - 110°C. Por debajo . de esta temperatura, la repelencia al agua del tablero puede sufrir cuando se exponga a condiciones tibias o calientes; por encima de esta temperatura, la cera se vuelve difícil de emulsificar bajo presión atmosférica. De manera más especifica, la cera de hidrocarburo es generalmente una cera de una fracción del petróleo, ya sea parafina o microcristalina, y puede estar en la forma de cera parafínica o cera de abeja en escamas, o ceras refinadas de grados variables. También pueden utilizarse ceras sintéticas, tales como del tipo de los polímeros o hidrocarburos etilénicos, vía la síntesis de Fischer-Tropsch. Como se indicó anteriormente, una modalidad de la presente invención consiste de una formulación que incluye PVA y SMP, la cual puede agregarse a una suspensión de yeso para impartir las características deseadas de resistencia y viscosidad. Como se discutió anteriormente, el componente de PVA proporciona las propiedades de resistencia deseadas al producto de yeso. El aditivo de SMP mejora las propiedades de flujo de la suspensión de yeso, y evita la necesidad de la adición de agua adicional (y los pasos y costos asociados con la remoción del agua en exceso) . En una modalidad preferida, también se agrega una cera de hidrocarburo a la formulación, en donde se desea también repelencia al agua en el producto de yeso, tal como en tablarroca de yeso. Será, evidente para las personas con experiencia en la técnica, que varios- otros componentes conocidos, tales como dispersantes y estabilizantes, pueden agregarse a la formulación de la presente invención.

Pruebas comparativas La presente invención se explicará e ilustrará adicionalmente mediante los siguientes ejemplos comparativos y los resultados de la prueba. Estos ejemplos pretenden describir las propiedades ventajosas de esta invención y no limitan la invención de ninguna manera. Se prepararon varios ejemplos comparativos utilizando yeso calcinado mezclado con agua para formar una suspensión, en combinación con una solución al 14% de PVA Y: · sulfonato de naftaleno • lignosulfonato • policondensado sulfonado de melamina (SMP) • ácido bórico. En los ejemplos, no se agregó cera, para observar más claramente la interacción entre los aditivos listados anteriormente y el componente de PVA. Estos ejemplos se compararon utilizando los procedimientos de prueba resumidos posteriormente para la fluidez y tiempo de endurecimiento de la suspensión. Las soluciones de prueba son como sigue : A - 42% de sulfonato de naftaleno peso/peso en H20 (proporcionado por Handy Chemicals) B - 36% de lignosulfonato peso/peso en H20 (proporcionado por Georgia Pacific) C - 31% de policondensado de melamina sulfonado peso/peso en H20 (SMP proporcionado en forma de polvo por S W Chemicals) D - 0.4 g de ácido bórico agregados directamente al yeso calcinado antes del mezclado.

Preparación de la muestra Pruebas realizadas 1. Fluidez de la suspensión de yeso Con el fin de demostrar el efecto del alcohol polivinílico con los aditivos A, B, C y D sobre la fluidez de la suspensión de yeso, se empleó el siguiente procedimiento. se mezclaron 100 g de yeso calcinado con agua para formar una suspensión. Se preparó un primer conjunto de cuatro muestras sin la adición del alcohol polivinílico. Un gramo de cada una de las soluciones de prueba se mezcló con la suspensión. Después de un periodo de mezclado de un minuto, la suspensión se vertió en un tubo para la prueba de fluidez, el tubo para la prueba de fluidez se elevó entonces encima de una placa de vidrio de 12" x 12" (30.48 cm x 30.48 cm) , y se permitió que la suspensión se dispersará sobre la superficie de la placa. A continuación, se midió el diámetro del trozo de yeso resultante. Un trozo de diámetro mayor es indicativo de un flujo y consistencia mejorados de la suspensión de yeso. Se preparó un segundo conjunto de cuatro muestras utilizando nuevamente 100 g de yeso calcinado, mezclados con agua para formar una suspensión. 4 g de una solución al 14% de alcohol polivinílico peso/peso en H20, se agregaron a cada una de las muestras , además de un gramo de cada una de las soluciones de prueba. Las muestras se mezclaron de acuerdo con el proceso de prueba mencionado anteriormente. Los resultados de esta prueba se proporcionan posteriormente. 2. Tiempo de Endurecimiento de la Suspensión de Yeso Se llevó a cabo una segunda prueba en cada una de las muestras mencionadas anteriormente, para determinar el tiempo de endurecimiento de cada uno de .los trozos. El tiempo de endurecimiento se determinó colocando una aguja lastrada sobre la superficie del trozo. El trozo se endureció a lo que se consideró una dureza suficiente, cuando se evitó que la aguja penetre en la superficie a la profundidad de un mm. El tiempo de endurecimiento se registró en este punto. Los resultados de estas pruebas se proporcionan posteriormente.

Resultados de las Pruebas 1 y 2 Sin alcohol polivinílico Con alcohol polivinílico Solución Diámetro del Tiempo de Prueba de Tiempo de de Prueba Tubo para la Endurecimiento Fluidez Endurecimiento Prueba de (minutos) (pulgadas (minutos) Fluidez (centímetros) ) (pulgadas (centímetros) ) A 7-1/4 6 4 (10.16) 6.5 (18.41) B 7 (17.78) 9 7-1/2 10.25 (19.05) C 7-1/2 6.5 7-1/2 7 Sin alcohol polivinílico Con alcohol polivinílico Solución Diámetro del Tiempo de Prueba de Tiempo de de Prueba Tubo para la Endurecimiento Fluidez Endurecimiento Prueba de (minutos) (pulgadas (minutos) Fluidez (centímetros) ) (pulgadas (centímetros) ) (19.05) (19.05) D 8 (20.32) 6.5 No pudo N/A verterse Prueba Comparativa - Solución A Estos resultados indican que la presencia del alcohol polivinílico, en combinación con la solución de prueba de naftaleno, resultó en una fluidez reducida de la suspensión de yeso. Esto fue evidente por la disminución sustancial en el diámetro del trozo, cuando se comparó con una suspensión que no tiene presente alcohol polivinílico. Generalmente, el tiempo de endurecimiento del trozo no pareció afectado por la presencia del naftaleno en combinación con el alcohol polivinílico.

Prueba Comparativa - Solución B Estos resultados indican que la presencia del alcohol polivinílico, en combinación con la solución de prueba de lignosulfato, muestra poco cambio en la fluidez de la suspensión de yeso. El tiempo de endurecimien o del trozo, sin embargo, en la presencia de alcohol polivinílico, fue mucho más largo que aquél de la prueba comparativa que involucra la solución A.

Prueba Comparativa - Solución C Estos resultados indican que la presencia del alcohol polivinílico, en combinación con la solución de prueba de policondensado de melamina sulfonado, tuvo poco efecto en la fluidez de la suspensión de yeso o el tiempo de endurecimiento del trozo.

Prueba Comparativa - Solución D Estos resultados indican que la presencia del alcohol polivinílico, en combinación con la solución de prueba de ácido bórico, causa un espesamiento de la suspensión de yeso, de manera que el material no fue capaz de verterse en el tubo para la prueba de fluidez. Se logró una formulación óptima en términos de fluidez de la suspensión en combinación con un tiempo de endurecimiento mínimo, mediante la adición del policondensado de melamina sulfonado, solución de prueba "C" , a una suspensión de yeso que contiene alcohol polivinílico. Esto se ilustra por el resultado resumido en el tablero anterior. La ausencia de cualquier impacto en la fluidez y el tiempo de endurecimiento tras la introducción del alcohol polivinílico, se traduce en la consistencia de las características de desempeño sobre el tiempo, combinadas con costos de fabricación reducidos y facilidad de uso.

Ejemplo de Formulación Lo siguiente es un ejemplo de una formulación de la presente invención: Aunque la invención se ha descrito con referencia a ciertas modalidades específicas, varias modificaciones a la misma serán evidentes para aquellos con experiencia en la técnica, sin apartarse del espíritu y alcance de la invención, como se resume en las reivindicaciones anexas a la presente.

Claims (10)

1. REIVINDICACIONES ! 1. Una formulación acuosa para mejorar las propiedades de fluidez y endurecimiento de una suspensión de yeso que comprende un policondensado de melamina sulfonado, o una sal del mismo, y alcohol polivinílico .
2. 2. La formulación según la reivindicación 1, en donde el policondensado de melamina sulfonado es aniónico.
3. 3. La formulación según la reivindicación 1, en donde el alcohol polivinílico comprende un grado de acetato de polivinilo parcial o completamente hidrolizado.
4. 4. La formulación según la ^reivindicación 3, en donde el alcohol polivinílico comprende al menos 80% de acetato de polivinilo hidrolizado.
5. 5. Una formulación de emulsión de cera para mejorar las propiedades de fluidez y endurecimiento de una suspensión de yeso y para impartir características repelentes al agua a la misma, que comprende: a) un policondensado de melamina sulfonado una sal del mismo; b) un alcohol polivinílico; y c) una cera de hidrocarburo.
6. 6. La formulación según la reivindicación 5, en donde el policondensado de melamina sulfonado es aniónico.
7. 7. La formulación según la reivindicación 6, en donde el alcohol polivinílico comprende un grado de acetato de polivinilo parcial o completamente hidrolxzado.
8. 8. La formulación según la reivindicación 7, en donde el alcohol polivinxlico comprende al menos 80% de acetato de polivinilo hidrolxzado.
9. 9. Una formulación de emulsión basada en agua, para impartir características repelentes al agua a las tablarrocas de yeso, que comprende: a) un policondensado de melamina sulfonado o una sal del mismo, b) un alcohol polivinxlico ; y c) una cera de hidrocarburo.
10. 10. La formulación de emulsión según la reivindicación 9, en donde la cera de hidrocarburo se elige del grupo que .consiste de: a) una cera que tiene un punto de fusión en el intervalo de 40° a 110°C; b) una cera de una fracción de petróleo; y c) una cera de parafina, o mezclas de las mismas.