MXPA05006545A

MXPA05006545A - Composiciones de aglutinante con carga, basadas en acido poliacrilico.

Info

Publication number: MXPA05006545A
Application number: MXPA05006545A
Authority: MX
Inventors: Delaviz Yadollah
Original assignee: Owens Corning Fiberglass Corp
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2003-11-12
Publication date: 2005-08-16
Also published as: AU2003291486B2; WO2004061038A1; CA2507645A1; EP1578879B1; EP1578879A1; US7026390B2; NZ540439A; DE60311148D1; US20040122166A1; MX250124B; CA2507645C; AU2003291486A1; DE60311148T2

Abstract

La actual invencion provee una variedad de composiciones aglutinantes con carga basadas en acido poliacrilico que comprenden un acido poliacrilico de bajo peso molecular (tipicamente terminados en hipofosfito o sulfito), un agente de reticulacion (tal como trietanolamina o glicerol) y uno o mas materiales solubles en agua, tales como lignina, un almidon de bajo peso molecular y una proteina de soya. La composicion aglutinante con carga de la actual invencion provee una composicion aglutinante de menor costo sin degradar el desempeno y se puede seleccionar para alterar una o mas caracteristicas de la composicion aglutinante basica tal como humedad del aglutinante, compatibilidad de emulsion, supresion de polvo y propiedades de flujo de agua de lavado.

Description

COMPOSICIONES DE AGLUTINANTE CON CARGA, BASADAS EN ÁCIDO POLIACRÍLICO DESCRIPCION Antecedentes y campo de la invención La actual invención se relaciona con composiciones de aglutinante con carga que reducen el costo de la composición de aglutinante al tiempo que simultáneamente mantienen resistencia y desempeño de aglutinante aceptables y/o mejoran unos o más parámetros del aglutinante . Las composiciones de aglutinante de la actual invención son particularmente útiles en la industria de la fibra de vidrio en una amplia gama de productos, por ejemplo, aislamiento de cocinas, tablilla de conductos, tuberías, tablilla de techos y aislamiento comercial y residencial . El vidrio y otras fibras orgánicas e inorgánicas vienen en varias formas y se pueden utilizar para una variedad de usos. Durante la preparación y el uso de productos de fibra de vidrio, ya sea producidas por soplado o procesos de fabricación de filamentos continuos, las fibras de vidrio incluidas son debilitadas fácilmente por el efecto autoabrasivo provocado por el movimiento relativo de fibras adyacentes en puntos de contacto . Este efecto autoabrasivo produce defectos superficiales en los filamentos de fibra de vidrio que tienden reducir la resistencia mecánica total del producto. Además, los productos de fibra de vidrio, particularmente aquellos productos destinados para uso como aislante de construcción y de atenuación del sonido, se envían a menudo en una forma comprimida para bajar costos de envío. Sin embargo, cuando los productos comprimidos de fibra de vidrio se utilizan en un sitio del trabajo, es imprescindible que el producto de fibra de vidrio recupere una cantidad substancial de su espesor de precompresión para mejorar sus características de atenuación de sonido y de aislamiento. La fabricación de aislamiento térmico de fibra de vidrio utiliza típicamente un proceso continuo en el cual la materia prima por lotes se alimenta a un horno de fusión para producir vidrio fundido. El vidrio fundido entonces se expulsa del horno a través de una variedad de bandejas o boquillas que tienen aberturas pequeñas para formar filamentos de vidrio. Los filamentos de vidrio iniciales entonces se tiran y se adelgazan para producir las dimensiones de fibra finales y se enfrían para formar las fibras de vidrio. Las fibras enfriadas entonces se recolectan en una banda transportadora u otra superficie de recolección en un compartimiento de formación para formar una estera. Las fibras de vidrio se unen típicamente para formar un bloque de material fibroso o una estructura en capas integral aplicando una composición aglutinante a las fibras conforme se recolectan en la banda transportadora. La colección de fibras recubiertas de aglutinante entonces se cura, típicamente en un horno de curado, para evaporar el solvente restante y fijar la composición aglutinante. Las fibras en el resultante producto de fibra siguen estando parcialmente revestidas con una delgada capa del material aglutinante y pueden exhibir mayor acumulación o aglomeración en las uniones formadas donde las fibras adyacentes están en contacto o en donde la separación entre ellas es muy pequeña. Como resultado de la mejor resistencia y elasticidad, los productos de fibra resultante muestran una recuperación y una rigidez más altas que los productos de fibra que no incorporan un aglutinante . El calor residual proveniente de las fibras de vidrio y el flujo de aire a través de la estera fibrosa durante la operación de formación son generalmente suficientes para volatilizar la mayor parte del agua del aglutinante, de modo tal que los componentes restantes del aglutinante quedan en las fibras como un líquido viscoso o semi iscoso o alto en sólidos. La estera fibrosa revestida, que se forma en un estado algo comprimido debido al enorme flujo de aire que pasa típicamente a través de la estera en el compartimiento de formación, entonces se transfiere del compartimiento o cámara de formación a una zona de transferencia. Una vez en la zona de transferencia, la estera tiende a extenderse verticalmente debido a la elasticidad de las fibras de vidrio. Esta extensión vertical es extremadamente importante para la fabricación exitosa de los productos aislantes fibrosos térmicos o acústicos de vidrio comercialmente aceptables. Los productos de aislamiento de fibra de vidrio preparados de este modo se pueden proveer en varias formas incluyendo bloques de material fibroso, tablas (un bloque de material fibroso calentado y comprimido) y medios de moldeado (una forma alternativa de bloque de material fibroso calentado y comprimido) para uso en diversas aplicaciones. La mayoría del aislamiento de bloque de material fibroso de fibra de vidrio tendrá una densidad de menos de 16 kg/m3 (1 lb/ft3) con aproximadamente 4-5% en peso siendo de aglutinante. La tabla de fibra de vidrio tiene típicamente una densidad de entre 16 y 160 kg/m3 (1 y 10 lbs/ft3) con aproximadamente 7-12% en peso de aglutinante mientras que los medios de moldeado de fibra de vidrio tendrán más típicamente una densidad entre 160 y 320kg/m3 (10 y 20lbs/ft3) con por lo menos aproximadamente 12% en peso de aglutinante. Las fibras de vidrio incorporadas en estos productos tienen típicamente diámetros de aproximadamente 2 a aproximadamente 9 micrones y pueden variar en longitud de aproximadamente 0.64 cm (0.25 pulgada) hasta las fibras extremadamente largas utilizadas en la formación de productos de filamento "continuos" . Debido a que el bloque de material fibroso de fibras recubiertas de aglutinante emerge del compartimiento de formación, éste tenderá a extenderse como resultado de la elasticidad de las fibras de vidrio. El bloque de material fibroso expandido entonces se transporta típicamente hacia y a través de un horno de curado en el cual se pasa aire caliente a través del producto aislante para curar el aglutinante. Además del curado del aglutinante, dentro del horno de curado, el producto aislante se puede comprimir con rastras o rodillos para producir las dimensiones y el acabado final deseados del producto objetivo, de bloque de material fibroso o de tabla resultante. En el caso de los medios de moldeado, después de curar parcialmente el aglutinante, el producto de fibra se alimenta en una prensa de moldeado que se utilizará para producir la forma final del producto y para terminar el proceso de curado. Típicamente, para productos de fibra que incorporaban aglutinantes fenólicos los hornos de curado se operaban a una temperatura de alrededor de 200°C (392 °F) hasta alrededor de 325°C (617°F) y preferiblemente de alrededor de 250°C (482°F) a alrededor de 300°C (572°F) con procesos de curado que tomaban entre aproximadamente 30 segundos y 3 minutos. Generalmente, el objetivo es identificar un sistema aglutinante que sea relativamente barato, soluble en agua (o por lo menos dispersible en agua) y que pueda ser aplicado fácilmente y que también sea curado fácilmente . La composición aglutinante debe también ser suficientemente estable para permitir el mezclado y uso a temperaturas encontradas ordinariamente en instalaciones fabriles de productos de fibra. Además, el producto curado de aglutinante debe dar lugar a un enlace fuerte con suficiente elasticidad y recuperación del espesor para permitir deformación y recuperación razonables del producto de fibra resultante. La recuperación del espesor es especialmente importante en aplicaciones de aislamiento para conservar espacio de almacenamiento y proveer el máximo valor aislante después de la instalación. Los aglutinantes de formol-formaldehído son caracterizados generalmente por viscosidad relativamente baja cuando no están curados y la formación de una matriz polimérica termoendurecible con las fibras cuando están curadas. Una viscosidad baja sin curar simplifica la aplicación del aglutinante y permite que el bloque de material fibroso recubierto con aglutinante se expanda más fácilmente cuando se retira la compresión del compartimiento de formación. De forma similar, la matriz rígida formada curando el aglutinante permite que un producto de fibra acabado sea comprimido para empaquetarse y enviarse y después se recupere substancialmente a su dimensión original completa cuando se desempaqueta para su instalación. Los aglutinantes de fenol/formaldehído utilizados en algunas de las aplicaciones del estado de la técnica han sido del tipo resol altamente alcalino (también designado como resol o etapa A) que son relativamente baratos y solubles en agua. Estos aglutinantes se aplican típicamente a las fibras como una solución acuosa, poco después las fibras se forman y después se curan a temperaturas elevadas. Las condiciones de curado se seleccionan tanto para evaporar cualquier solvente remanente como para curar el aglutinante a un estado termoendurecido . Las fibras en el producto resultante tienden a estar cubiertas parcialmente con una capa delgada de la resina termoendurecida y muestran acumulaciones de la composición aglutinante en los puntos donde las fibras tocan o se colocan cercanamente entre ellas. Típicamente, los aglutinantes de resol de formol-formaldehído utilizados en la fabricación de tablas fabricadas y productos de fibra aislante liberan formaldehído durante el proceso de curado. Se han utilizado varias técnicas para reducir la emisión del formaldehído de las resinas de fenol/formaldehído durante el curado incluyendo varios limpiadores de formaldehído que se pueden agregar a la resina durante o después de su preparación. La urea es un limpiador de formaldehído utilizado comúnmente que es eficaz tanto durante como después de la fabricación del producto de fibra. La urea se agrega típicamente directamente a la resina de fenol/formaldehído, para producir una resina de resol fenol/formaldehído con carga de urea (también designada como "premezcla" o "pre-reacción" ) . Además, la urea, siendo menos costosa que los resoles alcalinos de fenol/formaldehído usados comúnmente como aglutinantes, puede proveer ahorros importantes para los fabricantes del producto de fibra al tiempo que reduce las emisiones de formaldehído . Sistemas poliméricos alternativos de aglutinante para productos de fibra de vidrio que tienen bajo peso molecular, aglutinantes de baja viscosidad diseñados para permitir extensión vertical máxima del bloque de material fibroso conforme éste deja la etapa de formación también tienden a formar una matriz plástica flexible cuando se curan, reduciendo así las propiedades verticales de recuperación de altura del producto final después de la compresión. De forma contraria, los aglutinantes de viscosidad más alta que tienden a curar para formar una matriz rígida interfieren con la extensión vertical del bloque de material fibroso de fibra revestido, pero sin curar, conforme sale de la etapa de formación. Estos problemas fueron tratados con una variedad de aglutinantes no de fenol/formaldehído que muestran baja viscosidad sin curar y rigidez estructural cuando se curan. Estos aglutinantes se refieren a menudo como libres de formaldehído, mientras que es exacto que el aglutinante está libre de formaldehído cuando se mezcla, el producto curado de fibra de vidrio incluye cantidades que se pueden medir de formaldehído . Una de tales composiciones de aglutinante fue divulgada en la patente de los Estados Unidos de América No. 5,318,990 y que utilizó un polímero policarboxi, un alcohol monomérico trihídrico y un catalizador que comprendía una sal de metal alcalino de un ácido orgánico que contenía fósforo. Otras composiciones de aglutinante también se han desarrollado para proveer emisiones reducidas durante los procesos de recubrimiento y curado utilizando compuestos tales como ácido poliacrilico según lo divulgado en las patentes de los Estados Unidos de América Nos. 5,670,585 y 5,538,761. Otra composición de aglutinante poliacrílico se divulga en la patente de los Estados Unidos de América No. 5,661,213, que describe una composición acuosa que comprende un poliácido, un poliol y un acelerador que contiene fósforo, en donde la relación del número de equivalentes del poliácido al número de equivalentes del poliol es de aproximadamente 100:1 a aproximadamente 1:3. Según lo divulgado en la patente de los Estados Unidos de América No. 6,399,694, otra alternativa a los aglutinantes de fenol/formaldehído utiliza el glicol poliacrilico (PAG) como aglutinante. Aunque son más costosos, los aglutinantes PAG son relativamente inodoros, cubren más uniformemente cada fibra y tienen un color generalmente blanco o claro. De hecho, los productos de tabla de fibra que utilizan aglutinantes PAG se pueden proveer con superficies decorativas convenientes para exhibición. Aún persiste una necesidad de un método para inhibir y reducir tanto la corrosión como las emisiones orgánicas volátiles de asociadas con estos aglutinantes del estado de la técnica. Una composición de aglutinante anterior formulada para tratar el problema de la corrosión se divulga en la patente de los Estados Unidos de América No. 6,274,661, concedida a Chen et al., la cual describió la adición de inhibidores de la corrosión que incluyen, por ejemplo, oxalato de estaño y tiourea. Los aglutinantes tradicionales de resol de fenol/formaldehído continúan siendo muy atractivos como resultado de su costo definitivamente más bajo. Para hacer los novedosos sistemas de aglutinante más económicamente competitivos, la búsqueda continúa en cargas que provean composiciones menos costosas de aglutinante mientras resalten o por lo menos preserven substancialmente las características deseables de los sistemas fundamentales de aglutinante .

Breve descripción de la invención El sistema de aglutinante fundamental basado en ácido poliacrílico tratado por la actual invención comprende un ácido poliacrílico de bajo peso molecular (típicamente terminado en hipofosfito o sulfito) , un agente de reticulación (tal como trietanolamina o glicerol) y, opcionalmente, un acelerador catalítico de curado. Según lo observado arriba, estas composiciones de aglutinante basado en ácido poliacrílico son más costosas que las composiciones de aglutinante basadas en fenol/formaldehído convencionales . Para reducir el costo de la composición aglutinante, la actual invención incorpora uno o más materiales solubles en agua, tales como lignina, almidón de bajo peso molecular o proteína de soya, en la composición aglutinante. Siendo menos costosos que los componentes básicos del sistema aglutinante, cada uno de los aditivos de carga reducirá el costo total de la composición de ácido poliacrílico . Además de reducir el costo, las cargas se pueden seleccionar para alterar una o más características de la composición básica aglutinante, tales como el comportamiento de humedad del aglutinante, la compatibilidad entre las emulsiones de aceite y la composición aglutinante, la generación de polvo y las propiedades de flujo de agua de lavado.

Breve descripción de los dibujos La fig. 1 es un gráfico que compara el desempeño del curado de una primera modalidad de la actual invención utilizando una carga de lignina con un aglutinante comparativo. La fig. 2 es un gráfico que refleja el desempeño reológico comparativo de las composiciones de aglutinante con carga de lignina y del aglutinante estándar sin carga de la fig. 1. La fig. 3 es un gráfico que compara el desempeño del curado de una primera modalidad de la actual invención utilizando una carga de almidón con un aglutinante comparativo. La fig. 4 es un gráfico que refleja el desempeño reológico comparativo de las composiciones aglutinantes con carga de almidón y el aglutinante estándar sin carga de la Fig. 1.

Descripción detallada de la invención El aglutinante básico de conformidad con la actual invención comprende preferiblemente una solución acuosa de un polímero policarboxi, de un alcohol trihidrico monomérico, de un catalizador y de un ajustador de pH. La viscosidad de la composición aglutinante debe ser relativamente baja, debido en parte al uso del agente de reticulación de alcohol trihidrico monomérico para proveer extensión vertical aceptable de la estera de fibra de vidrio conforme sale del compartimiento de formación. Idealmente, la composición aglutinante debe permitir un grado de extensión vertical generalmente similar al exhibido por los aglutinantes tradicionales de formol-formaldehldo . Aunque el uso de reactivos monoméricos en resinas curables de baja viscosidad se ha asociado con menor resistencia de la estructura termoendurecida curada, la adición de un catalizador de curado permite que la composición básica de aglutinante de la actual invención forme un termoendurecido aceptable rígido. Un ejemplo de tal composición aglutinante se divulga en la patente de los Estados Unidos de América No. 5,318,990. El polímero policarboxi de la actual invención comprende un polímero o un oligómero orgánico que contiene más de un grupo carboxi pendiente. El polímero policarboxi puede ser un homopolímero o un copolímero preparado de ácidos carboxilieos no saturados incluyendo, pero no limitados a, ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido crotónico, ácido isocrotónico, ácido maléico, ácido cinámico, ácido 2-metilmaléico, ácido itacónico ácido 2-metilitacónico, ácido a, ß-metilenglutárico y similares. Alternativamente, el polímero policarboxi se puede preparar de anhídridos no saturados incluyendo, pero no necesariamente limitados a, anhídrido maléico, anhídrido itacónico, anhídrido acrílico, anhídrido metacrílico y similares, así como sus mezclas. La polimerización de estos ácidos y anhídridos se considera estar dentro de las capacidades de una persona con conocimientos medios en la materia .

El polímero policarboxi de la actual invención puede comprender además un copolímero de uno o más de los ácidos carboxílicos o anhídridos no saturados ya mencionados y uno o más compuestos de vinilo incluyendo, pero no necesariamente limitados a, estireno, ct-metilestireno, acrilonitrilo, metacrilonitrilo, metilacrilato, etilacrilato, n-butilacrilato, isobutilacrilato, metilmetacrilato, n-butilmetacrilato, isobutilmetacrilato, glicidilmetacrilato, éter metílico de vinilo, acetato de vinilo y similares. Los métodos para preparar estos copolímeros son conocidos en el medio. Los polímeros policarboxi preferidos comprenden homopolímeros y copolímeros del ácido poliacrílico . El ácido poliacrílico preferido tiene un peso molecular en la gama de aproximadamente 100 a aproximadamente 200,000; de forma más preferida de aproximadamente 1,000 a aproximadamente 10,000, siendo de aproximadamente 2,000 a aproximadamente 6,000 los preferidos. Además, el ácido poliacrílico preferido tiene grupos libres de ácido carboxílico por encima de aproximadamente 90% con más de aproximadamente 95% siendo lo preferido. Los alcoholes trihídricos equivalentes incluidos de conformidad con la actual invención que tienen la misma operabilidad y utilidad incluyen, pero no se limitan necesariamente a, glicerol, trimetilolpropano, trimetiloletano, trietanolamina, 1 , 2 , 4-butantriol y similares, así como sus mezclas. En la práctica, los alcoholes monoméricos trihidricos de la actual invención se pueden mezclar con otros alcoholes polihidricos para uso en la composición aglutinante inventiva. Tales otros alcoholes polihidricos incluyen, pero no se limitan necesariamente a, etileno, glicol, 1 , 3 -propandiol , 1,4-butandiol, 1 , 6-hexandiol , 2-buteno-l, eritritol, pentaeritritol , sorbitol y similares, así como sus mezclas. Los alcoholes monoméricos trihidricos preferidos comprenden glicerol y trimetilolpropano, así como sus mezclas. Ejemplos de alcoholes trihidricos preferidos incluyen trietanolamina y glicerina. El catalizador de conformidad con la actual invención comprende una sal de metal alcalino de un ácido orgánico que contiene fósforo; particularmente sales de metal alcalino de ácido fosforoso, de ácido hipofosforoso, y de ácidos polifosfóricos . Ejemplos de tales catalizadores incluyen, pero no se limitan necesariamente a, sodio, fosfito de sodio, fosfito de potasio, pirofosfato disódico, pirofosfato tetrasódico, tripolifos ato de sodio, hexametafosfato de sodio, fosfato de potasio, polimetafosfato de potasio, polifosfato de potasio, tripolifosfato de potasio, trimetafosfato de sodio y tetrametafosfato de sodio, así como sus mezclas. Los catalizadores preferidos incluyen hipofosfito de sodio y fosfito de sodio, asi como sus mezclas. La composición aglutinante de conformidad con la actual invención puede también incluir un agente inhibidor de la corrosión seleccionado para reducir los efectos corrosivos de la composición aglutinante, particularmente en superficies metálicas. Los inhibidores de la corrosión tales como tiourea y otros compuestos de azufre similares tales como aliltiourea se han encontrado útiles en este sentido. Inhibidores preferidos incluyen compuestos tales como oxalato de estaño, sulfato de estaño, cloruro de estaño y tiourea y, si están presentes, se incluyen en la composición aglutinante en las cantidades que varían de aproximadamente 100 a aproximadamente 100,000 ppm y preferiblemente, de aproximadamente 1,000 a aproximadamente 5, 000 ppm. El polímero policarboxi, el alcohol monomérico trihídrico, así como el catalizador y/o el inhibidor de corrosión opcionales se pueden mezclar con agua en cualquier dispositivo de mezclado convencional capaz de proveer la agitación suficiente. La relación de polímero policarboxi a alcohol monomérico trihídrico puede ser determinado comparando la relación de moles de grupos oxhidrilo contenidos en el alcohol monomérico trihídrico a los moles de los grupos carboxi contenidos en el polímero policarboxi. Aunque esta relación estequiométrica puede variar ampliamente hasta incluir composiciones que tienen relaciones de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 1.5, las composiciones preferidas del aglutinante tendrán una relación de aproximadamente 0.7 a aproximadamente 1.0. Una persona con conocimientos medios en la materia apreciará que la cantidad de catalizador utilizada puede también variar de forma importante dependiendo de las temperaturas así como de la duración del periodo de curado durante el cual el aglutinante se mantiene a las temperaturas elevadas de curado. La cantidad de catalizador es preferiblemente suficiente para producir una composición substancialmente aglutinante curada (es decir, por lo menos aproximadamente 75% de los grupos carboxi y hidroxilo estequiométricamente disponibles han reaccionado) . Basado en el peso combinado del polímero policarboxi, del alcohol trihídrico monomérico y del catalizador, la cantidad de catalizador requerida para alcanzar este nivel deseado de desempeño puede variar en límites muy amplios de aproximadamente 1% a aproximadamente 15% por en peso. Se anticipa, sin embargo, que en la mayoría de los casos una composición que comprende entre aproximadamente 4% a aproximadamente 8% en peso de catalizador proveerá suficiente desempeño.

La composición aglutinante de la actual invención también incorpora una cantidad funcional de una o más cargas para reducir el costo total de la composición aglutinante al tiempo que mantiene un desempeño aceptable del aglutinante termoendurecible . Dependiendo de la carga o de las cargas seleccionadas, también se pueden modificar algunas otras características de la composición aglutinante para ajustar el desempeño del aglutinante para diferentes aplicaciones. Las cargas preferidas incluyen lignina, almidón de bajo peso molecular y proteína de soya. Cargas de polisacárido solubles en agua convenientes para el uso en la actual invención se pueden derivar de una variedad de productos naturales incluyendo fuentes vegetales, animales y microbianas. Ejemplos de tales polisacáridos incluyen almidón, celulosa, gomas, tales como goma de guar y de xantano, alginatos, pectina y gellan. Almidones de polisacárido convenientes pueden incluir de maíz, de maíz ceroso, de maíz alto en amiloza, de papa, de tapioca y de trigo. Además de los almidones naturales, los almidones genéticamente mejorados tales como papa alta en amiloza y amilopectina de papa se pueden también utilizar como carga en la actual invención. Los polisacáridos preferidos son caracterizados por adecuada solubilidad de agua y un peso molecular relativamente bajo, tal como el exhibido por ciertos polisacáridos eterizados, esterificados, hidrolizados por áciddo, dextrinizados, oxidados o modificados por enzima. En particular, se espera que los polisacáridos convenientes para el uso en la actual invención tengan un peso molecular promedio en peso de no más que 10, 000 y preferiblemente menos de 5,000. Las ligninas de sulfonato solubles en agua, ya sea solas o como mezcla, son también útiles como carga en la actual invención. Dos de tales ligninas de sulfonato son lignosulfonato de sodio y lignosulfonato de amonio, con el lignosulfonato de sodio siendo el especialmente preferido. El agua, el principal componente de la composición aglutinante, puede agregarse a la mezcla de polímero policarboxi, alcohol trihídrico monomérico, carga y catalizador en cualquier cantidad que produzca una composición aglutinante acuosa que tenga la viscosidad y el caudal deseados para su uso previsto. La composición aglutinante se puede aplicar a las fibras por cualquier método conveniente, por ejemplo por rociado o por inmersión. Dependiendo de la selección de los otros componentes y de la aplicación prevista, el agua puede comprender hasta aproximadamente 95% en peso de la composición aglutinante.

Los aglutinantes de la actual invención pueden contener opcionalmente aditivos convencionales tales como agentes de acoplamiento, tintes, aceites, rellenadores, estabilizadores térmicos, agentes retardantes de flama, lubricantes, ajustadores del pH y similares, típicamente en cantidades que no excedan el 20% del peso de la composición aglutinante. En detalle, se pueden utilizar ajustadores del pH tales como hidróxido de amonio para incrementar el pH. El pH preferido para la aplicación del aglutinante es de aproximadamente 2.5 a . aproximadamente 5 con aproximadamente 3 a aproximadamente 4 siendo el preferido. Durante una operación de fabricación típica, la composición aglutinante será aplicada a las fibras de vidrio al tiempo que se forman en una estera. La mayor parte del agua de la composición aglutinante se evapora para producir una estera cubierta con una composición aglutinante que tiene un contenido de sólidos relativamente alto. La estera revestida entonces se calienta típicamente para evaporar el solvente restante y para curar la porción restante de la composición aglutinante para producir un bloque de material fibroso de vidrio acabado. Dependiendo de su construcción, el bloque de material fibroso de vidrio unido se puede utilizar como producto aislante térmico o acústico, un refuerzo para un material compuesto producido posteriormente o en la producción de algún otro producto de fibra . La actual invención será ilustrada más a detalle por medio de los siguientes ejemplos: Ejemplo comparativo - Aglutinante de ácido poliacrílico básico-glicerol .

Una resina basada en ácido poliacrílico terminada en hipofosfito, específicamente QRXP 1629S, con glicerol como agente de reticulación de Rohm and Haas Company. La resina se diluyó con agua para obtener una composición acuosa de aglutinante comprendiendo una solución acuosa de 30% en peso de sólidos. Se realizó un análisis dinámico mecánico (WD A") para establecer una curva de curado de referencia.

Ejemplo 1- Aglutinantes con una carga de lignina La composición aglutinante básica del ejemplo comparativo se preparó según lo descrito arriba. El lignosulfonato de sodio, específicamente LIGNOSITE® 260 de Georgia Pacific Corporation, y agua se agregaron a la composición aglutinante básica para obtener composiciones de aglutinante comprendiendo una solución acuosa de 30% en peso de solidos en la cual la relación de lignosulfonato de sodio:ácido poliacrílico se fijó en 1%, 5%, 15%, 30% y 45%. Se realizó entonces un DMA. adicional para examinar el desempeño del curado de las composiciones aglutinantes con carga. Los datos de DMA para la composición aglutinante básica y las composiciones aglutinantes con carga de lignina se ilustran en la fig. 1. La reología de los aglutinantes con carga de lignina preparados en el ejemplo 1 fue examinada más a fondo utilizando muestras de 0.2 mi analizadas en un reómetro Advanced Rheometer 1000 de TA de 30°C(86°F)-220°C(428°F) utilizando una velocidad de incremento de 5°C(41°F) por minuto, una placa de muestra de 4 cm de diámetro, una abertura de 750 µp?, una frecuencia de oscilación de 1 hertzio y una tensión del 5%. Los resultados generados para cada una de las muestras se ilustran en la fig. 2. El gráfico indicó que el agregar lignina hasta 45% en peso basado en el sólido de aglutinante no cambia perceptiblemente la temperatura inicial de curación la cual se extendió de aproximadamente 200°C (392°F) a 220°C (428°F) . No se presenta tampoco cambio significativo en la velocidad de curación (pendiente) observada.

Ejemplo 2 - Aglutinantes con una carga de almidón de bajo peso molecular La composición aglutinante básica del ejemplo comparativo se preparó según lo descrito arriba. La maltodextrina, un almidón de bajo peso molecular y fácilmente soluble, específicamente STAR-DRI (g) 100 de A. E. Staley Mfg. Co., y agua se agregaron a la composición aglutinante básica para obtener composiciones aglutinantes comprendiendo una solución acuosa de 30% de sólidos en la cual la relación de maltodextrina: ácido poliacrílico se fijó en 1%, 5%, 15%, 30% y 45%. Se realizó DMA adicional entonces para examinar el desempeño del curado de las composiciones aglutinantes con carga. Los datos del DMA para la composición aglutinante básica y la composición aglutinante de almidón de bajo peso molecular se ilustran en la fig. 3. La reología de los aglutinantes con carga de almidón preparados en el ejemplo 2 se examinó más a fondo utilizando muestras de 0.2 mi analizadas en un reómetro Advanced Rheometer 1000 de TA de 30°C (86°F) -220°C (428°F) utilizando una velocidad de incremento de 5°C(41°F) por minuto, una placa de muestra de 4 cm de diámetro, una abertura de 750 µp?, una frecuencia de oscilación de 1 hertzio y una tensión de 5%.

Los resultados generados para cada una de las muestras se trazan en la fig. 4 y se observó una tendencia similar lo cual implicó que la adición del almidón soluble en agua no afectaba adversamente el desempeño del curado del aglutinante . Considerando el éxito de los ensayos de laboratorio iniciales, se realizó un ensayo de producción a nivel de planta que examinaba ciertas modalidades de la actual invención utilizando un aglutinante de glicerol de ácido poliacrílico (PAG Plus) con y sin el uso de una carga de lignina. Específicamente, el lignosulfonato de sodio (S-001) de Tembec, 50% de sólidos, se utilizó para sustituir 10% del peso del aglutinante PAG Plus en la composición aglutinante. El aglutinante PAG Plus fue preparado diluyendo una premezcla de glicerol de ácido poliacrílico terminada en fosfito de la resina (específicamente QRXP 1629S de Rohm and Haas) , con agua, un silano hidrolizado y un agente supresor de polvo para hacer un aglutinante con 10% en peso de sólidos. Las composiciones de aglutinante después se aplicaron de manera convencional durante un proceso de fibrización de aislamiento de fibra de vidrio estándar y se curaron para producir un bloque de material fibroso de fibra de vidrio aislante R-19 terminado. Se utilizó un aglutinante fenolico estándar para producir ejemplos comparativos tanto antes como después de que se produjeran ejemplos de ensayo en la misma línea de fabricación para comparación. Cada uno de los ejemplos de ensayo y comparativos de bloques de material fibroso de fibra de vidrio entonces se probaron para comprobar su recuperación en el extremo de la línea ("EOL"), después de una semana bajo condiciones ambientales y en un compartimiento de humedad (bajo condiciones de 32°C (90°F) ) y 90% de humedad relativa y de nuevo, después de seis semanas de mantenerse bajo condiciones ambientales o en el compartimiento de humedad. Los datos de recuperación listados abajo en la tabla 1 demuestran que la composición de aglutinante de glicerol de ácido poliacrílico con carga de lignina puede producir productos acabados que tienen un desempeño de recuperación substancialmente idéntico en comparación con una composición de aglutinante de fenol-formaldehído típica .

Tabla 1 Ensayo de producción para carga PAG Plus Recuperación R-19 PAG PAG R-19 (pulgadas) fenólica Plus Plus/lignina fenólica Extremo de 6.49 6.13 6.10 6.00 línea (BOL) 1 semana @ 5.97 5.93 5.51 6.11 ambiente 1 semana @ 5.90 5.65 5.40 5.83 32°C/90% HR 6 semanas® 6.15 6.10 5.82 6.26 ambiente 6 semanas @ 5.97 6.03 5.70 6.03 32°C/90% HR Promedio 6.10 5.97 5.71 6.05 Se entenderá que la(s) modalidad (es) preferida (s) arriba descrita (s) de la actual invención son susceptibles a varias modificaciones, cambios y adaptaciones y se pretende que estén comprendidas dentro del significado y alcance equivalentes de las reivindicaciones anexas. En particular, se anticipa que otras proteínas y almidones de bajo peso molecular, así como sus mezclas, serían convenientes para utilizarse en la actual invención. Además, aunque un número de componentes equivalentes pudieron haber sido mencionado aquí que se podrían utilizar en lugar de los componentes ilustrados y descritos con referencia a la(s) modalidad (es) preferida (s) , esto no significa que sea un tratamiento exhaustivo de todos los equivalentes posibles, ni se pretende que se limite la invención definida por las reivindicaciones a ningún equivalente o combinación particular de las mismas. Una persona con conocimientos medios en la materia se daría cuenta de que pueden existir otros componentes equivalentes conocidos actualmente, o que se desarrollarán, los cuales se podrían utilizar dentro del alcance y esencia de la invención definida por las reivindicaciones .

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una composición aglutinante acuosa para recubrir fibras de vidrio que comprende: un polímero policarboxi; un polialcohol que tiene por lo menos dos grupos hidroxilo; y una carga, la carga está presente en una cantidad suficiente para establecer un relación en peso de cárgapolímero policarboxi de por lo menos 1:10.

2. La composición aglutinante acuosa de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque además comprende un catalizador de curado.

3. La composición aglutinante acuosa de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque además comprende un ajustador de pH.

4. La composición aglutinante acuosa de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada porque además comprende un inhibidor de corrosión.

5. La composición aglutinante acuosa de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el polímero policarboxi se selecciona de un grupo que consiste de polímeros orgánicos y oligómero conteniendo por lo menos dos grupos carboxi pendientes .

6. La composición aglutinante acuosa de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porque el polímero policarboxi se selecciona de un grupo que consiste de: un homopolímero o copolímero preparado de uno o más ácidos carboxilicos no saturados seleccionados de un grupo que consiste de ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido crotónico, ácido isocrotónico, ácido maléico, ácido cinámico, ácido 2-metilmaléico, ácido itacónico, ácido 2-metilitacónico, ácido a-ß-metilenglutárico y sus mezclas; un homopolímero o copolímero preparado de uno o más anhídridos no saturados seleccionados de un grupo que consiste de anhídrido maléico, anhídrido itacónico, anhídrido acrílico, anhídrido metacrílico y sus mezclas; y un copolímero de uno o más ácidos carboxilicos no saturados o anhídridos no saturados y de uno o más compuestos de vinilo seleccionados de un grupo que consiste de estireno, a-metilestireno, acrilonitrilo, metacrilonitrilo, metilacrilato, etilacrilato, n-butilacrilato, isobutilacrilato, metilmetacrilato, n-butilmetacrilato, isobutilmetacrilato, glicidilmetacrilato, éter de metilvinilo, acetato de vinilo y sus mezclas.

7. Una composición aglutinante acuosa de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porque el polímero policarboxi se selecciona de un grupo que consiste de homopolímeros y de copolímeros de ácido poliacrílico, los homopolímeros y los copolímeros se caracterizan por un peso molecular que se extiende de aproximadamente 100 a aproximadamente 200,000.

8. La composición aglutinante acuosa de conformidad con la reivindicación 7, caracterizada porque los homopolímeros y los copolímeros de ácido poliacrílico se caracterizan por un peso molecular que se extiende de aproximadamente 2,000 a aproximadamente 6,000 y además se caracterizan por al menos 90% de grupos de ácido carboxí1ico 1ibres .

9. La composición aglutinante acuosa de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la carga comprende un almidón soluble en agua de bajo peso molecular.

10. La composición aglutinante acuosa de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la carga comprende una lignina soluble en agua.

11. La composición aglutinante acuosa de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la carga comprende una proteína soluble en agua.

12. La composición aglutinante acuosa de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la carga se selecciona de un grupo que consiste de lignosulfona o de sodio, maltodextrina de bajo peso molecular y de una proteína de soya.

13. La composición aglutinante acuosa de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porgue la carga está presente en una cantidad suficiente para establecer una relación en peso de carga-polímero policarboxi de por lo menos 1:5. 1 . La composición aglutinante acuosa de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la carga está presente en una cantidad suficiente para establecer una relación en peso de carga-polímero policarboxi de por lo menos 3:7.