PT1874513E

PT1874513E - Processo para a produção de painéis de fibras de densidade média e de peças moldadas de fibras, com redução das emissões e baixo intumescimento em espessura

Info

Publication number: PT1874513E
Application number: PT06742271T
Authority: PT
Inventors: Edmone Roffael; Brigitte Dix; Thomas Schneider
Original assignee: Fraunhofer Ges Forschung
Priority date: 2005-04-26
Filing date: 2006-04-25
Publication date: 2010-10-25
Also published as: PL1874513T3; DE102005019627B3; ATE477095T1; DE502006007638D1; ES2349873T3; EP1874513B1; EP1874513A1; WO2006114089A1

Description

ΕΡ 1 874 513/ΡΤ

DESCRIÇÃO "Processo para a produção de painéis de fibras de densidade média e de peças moldadas de fibras, com redução das emissões e baixo intumescimento em espessura" 0 invento refere-se a um processo para a produção de painéis de fibra de densidade média (MDF) de acordo com o termo genérico da reivindicação 1, com uma redução da emissão de compostos orgânicos voláteis (VOC) e, simultaneamente, baixo intumescimento em espessura. São considerados compostos orgânicos voláteis as substâncias orgânicas cujo ponto de ebulição se encontra entre 50°C e 260°C. A maior parte dos compostos orgânicos voláteis são provenientes da madeira, mas em parte também do agente aglutinante. Também a interacção entre o agente aglutinante e a madeira tem influência na composição dos componentes voláteis, sendo outros factores influentes as condições de fabricação das painéis de fibras de densidade média. Os materiais feitos de madeira emitem também formaldeido. No entanto, de acordo com a definição o formaldeido não é considerado um composto orgânico volátil.

Para a produção de painéis de fibras de densidade média as fibras com base em lenhoceluloses são sujeitas a uma encolagem com um agente aglutinante, espalhadas em forma de esteiras de fibras e, em seguida, prensadas a quente, eventualmente após uma pré-prensagem. As lenhoceluloses podem ser madeiras e plantas anuais.

A obtenção das fibras a partir das lenhoceluloses é geralmente realizada de acordo com um processo termo-mecânico (processo TMP), conhecendo-se de EP 0639434 também a produção de fibras de acordo com o processo quimico-termo-mecânico (processo CTMP). Para a produção de fibras a partir de madeira de acordo com o processo TMP. Lavam-se primeiro produtos de trituração de madeira, como por exemplo aparas de madeira, para remover partículas de areia eventualmente existentes. A seguir à lavagem, as aparas são geralmente pré-tratadas com vapor a temperaturas entre 60°C e 80°C e passam, em seguida, transportadas por um parafuso sem-fim, para o assim chamado "ebulidor", onde são usualmente digeridas termo-hidroliticamente a temperaturas de 170°C a 180°C. A 2 ΕΡ 1 874 513/ΡΤ seguir à digestão, as aparas digeridas passam para um refinador a pressão, onde são desfibradas sob pressão, igualmente a temperaturas de 170°C a 180°C. A desfibração no refinador a pressão pode ser seguida por uma etapa de refinação sem pressão. As condição de digestão podem ser variadas conforme a matéria-prima, sendo possível aplicar, em plantas anuais, temperaturas mais baixas, de 140°C a 160°C, para a digestão. A seguir à etapa de refinação, as fibras são transportadas pela acção da pressão existente no refinador, para uma "conduta de sopro", onde são providas com um agente aglutinante. Na produção de fibras de acordo com o processo CTMP, adiciona-se aos produtos de trituração de madeira, antes ou durante a digestão, produtos químicos como, por exemplo, sulfito de sódio e hidróxido de sódio ou combinações de sulfito de sódio e hidróxido de sódio. É também possível adicionar outros produtos químicos.

Como aglutinantes para a produção de painéis de fibras de densidade média utilizam-se principalmente resinas aminoplásticas, como por exemplo resinas de ureia-formaldeído (resinas UF), tendo no entanto outros aglutinantes sintéticos, como por exemplo resinas de fenol-formaldeído (resinas PF) , que endurecem com agentes alcalinos, e colas com base em polímeros de diisocianato (PMDI) têm uma relativamente pouca importância para este fim. Para a aglutinação de fibras podem também utilizar-se agentes aglutinantes termoplásticos, como por exemplo resinas reactivas de metacrilato. 0 aglutinante utilizado para a produção de MDF é frequentemente injectado na "conduta de sopro" através de um bocal, podendo no entanto também ser aplicado a seguir à secagem das fibras, num misturador. São também possíveis combinações dos dois processos, podendo ser injectada na "conduta de sopro" só uma parte do agente aglutinante, aplicando-se o resto só a seguir à secagem, no misturador. Na "conduta de sopro" pode também ser introduzido um agente aglutinante de uma determinada composição, utilizando-se após a secagem um outro aglutinante de composição diferente.

Além dos aglutinantes sintéticos podem ser utilizados agentes aglutinantes com base em matérias naturais como, por exemplo, resinas de tanino-formaldeído (resinas TF) para a 3 ΕΡ 1 874 513/ΡΤ produção de MDF. As resinas TF são obtidas através de reacção entre taninos e formaldeido. Os taninos, em especial os taninos condensados, são obtidas são obtidas extracção de determinadas cascas e madeiras. Particularmente adequadas para este efeito são a madeira de quebracho (Quebracho colorado), assim como cascas como, por exemplo, casca de acácia (Acacia meamsil), casca de abeto (Picea abies) etc.. A extracção de taninos a partir de madeiras e cascas é geralmente realizada a temperaturas entre 70°C e 130°C, em água, aplicando um processo em cascata de acordo com o principio de contracorrente. Durante a extracção podem também ser adicionados produtos químicos como, por exemplo, sulfito de sódio e/ou hidróxido de sódio, principalmente para aumentar a solubilidade do tanino na água. A sulfitação do tanino pode também ser realizada a seguir à extracção. Para a produção de resinas TF, os taninos extraídos são feitos reagir com formaldeido. Um outro agente aglutinante natural que pode ser utilizado, é amido em diversas formas (amido nativo, amido oxidado, amido modificado). Também se conhecem combinações de tanino e amido.

Durante o tratamento termo-hidrolítico no "ebulidor" e no refinador dá-se, por um lado, uma decomposição química parcial da madeira. São originados compostos voláteis, como por exemplo formaldeido, furfural, hidroximetilfurfural, ácido fórmico e ácido acético. As semi-celuloses da madeira são também parcialmente degradadas a hidratos de carbono solúveis. 0 ácido fórmico e o ácido acético libertados da madeira exercem na madeira um certo efeito de digestão. No entanto, além da degradação dos hidratos de carbono pode também ser atacada um pouco a lenhina, podendo desta maneira ser originados produtos de degradação de lenhina, como por exemplo metanol e formaldeido. A composição química dos compostos orgânicos voláteis provenientes do material de madeira ou das fibras daí produzidas, depende das espécies de madeira. No caso da madeira de pinheiro podem ser originados grandes quantidades de aldeídos como, por exemplo, pentanal, hexanal e heptanal. Também o tipo e as condições de digestão influem na composição dos componentes voláteis.

Os componentes de degradação voláteis da madeira podem, vindos do refinador, em parte ser emitidos para o meio 4

ΕΡ 1 874 513/PT ambiente durante a secagem da fibra, uma vez que podem ser arrastados pelo vapor de água. Além disso, os ácidos voláteis podem funcionar como agentes endurecedores, pré-condensando parcialmente, na "conduta de sopro" e, eventualmente, durante a secagem, o agente aglutinante injectado. Isto provoca uma diminuição de efeito de colagem do aglutinante durante a prensagem. Os hidratos de carbono degradados não voláteis que são originados durante a digestão, permanecem nos painéis de fibras produzidos, diminuindo possivelmente a sua resistência biológica.

Em DE 10124638 AI descreve-se um processo para produção de painéis de lenhocelulose com aglutinante com base em tanino, a partir de painéis de contraplacado e de fibra usados, no qual produtos de trituração dos painéis usados são digeridos com soluções de tanino com uma concentração entre 1% e 30% num intervalo de temperaturas entre 70°C e 200°C, sendo a seguir secos, espalhados em forma de esteiras e prensados a quente. O objectivo do processo é o de produzir painéis de fibras de densidade média tendo como aglutinante resina de tanino-formaldeido, sem fazer reagir previamente o tanino com o formaldeido para produzir resinas de tanino-formaldeido. Através da digestão de painéis de contraplacado de madeira e de fibras de madeira usados é libertado formaldeido e reage com a solução de tanino aquosa formando resina de tanino-formaldeido. O problema a resolver pelo invento é, por um lado, o de reduzir amplamente a quantidade de componentes voláteis provenientes de painéis de fibras de densidade média e impedir amplamente a sua formação e, por outro lado, de melhorar as propriedades fisico-tecnológicas dos painéis produzidos. Em especial deverá ser diminuído o intumescimento em espessura dos painéis. A solução para o problema a resolver pelo presente invento é definida de acordo com a parte caracterizante da reivindicação 1.

Este processo distingue-se da divulgação de EP 1266730 Al, cujo objecto é a adição de taninos condensados às aparas ou fibras antes da adição de aglutinante às aparas ou fibras. De 5

ΕΡ 1 874 513/PT acordo com a divulgação de EP 1266730 Al, os taninos não estão presentes durante a digestão e também as fibras não necessitam de ser obtidas de acordo com o processo CTMP. No presente invento, a digestão de acordo com o processo CTMP é tão obrigatória como a adição de quantidades optimizadas de taninos condensados. É evidente que os taninos condensados polifenólicos podem ser colocados no refinador juntamente com outros aditivos, como por exemplo agentes hidrofobizantes e/ou com outras matérias polifenólicas como, por exemplo, óleos de cajú.

Inesperadamente, verificou-se além disso que o efeito do tanino de diminuir a emissão de formaldeido pelos painéis produzidos se mantém também após a sua produção. A libertação de formaldeido pelos painéis produzidos com a utilização de tanino, no refinador, diminui muito mais rapidamente do que a daquelas que foram produzidos sem utilização de tanino.

Este processo que combina a aplicação do CTMP e a presença de taninos é adequado para todas as lenhoceluloses. A adição de produtos químico no sentido do processo CTMP pode ser realizada de maneira habitual antes da digestão ou durante a digestão. Como produtos químico podem ser utilizados sulfito de sódio, bissulfito de sódio e hidróxido de sódio, ou misturas optimizadas dos mesmos. Uma vez que o sulfito de sódio o bissulfito de sódio podem sulfitar o tanino e aumentam a sua solubilidade em água, é possível combinar com este procedimento, de maneira conveniente, a digestão e a desfibração de aparas de madeira com a sulfitação do tanino condensado, no refinador. O exemplo que se segue descreve o invento, sem o limitar ao mesmo.

No primeiro ensaio foram digeridas aparas de madeira de pinheiro termo-hidroliticamente a uma temperatura de 170°C e, a seguir, desfibradas sob pressão a uma temperatura de 170°C no refinador (processo TMP). A seguir à desfibração, as fibras foram secas e sujeitas a uma encolagem com resina UF numa quantidade de 12% (resina sólida em relação às fibras absolutamente secas) e, a seguir, transformadas em esteiras e prensadas a quente a uma temperatura de 200°C, obtendo-se 6

ΕΡ 1 874 513/PT painéis de densidade média com uma massa volúmica teórica de 750 kg/m3 e uma espessura de 16 mm. O factor de tempo de prensagem era de 15 s/mm. A seguir, os painéis desta maneira produzidos foram armazenados num clima de 20°C e 65% de humidade atmosférica relativa, antes de serem testados em relação às suas propriedades fisico-tecnológicas e emissões. A titulo de comparação foram digeridas aparas de madeira de pinheiro a uma temperatura de 170°C, adicionando-se às aparas na etapa de desfibração no refinador, sob pressão, antes da digestão, taninos condensados numa quantidade de 2% (material sólido em relação ao material de madeira absolutamente seco) (ensaio 2). A seguir à desfibração, as fibras secas foram sujeitas, de maneira usual, à encolagem com a resina UF numa quantidade de 12% (resina sólida em relação às fibras secas), transformadas em esteiras e prensadas a quente, obtendo-se painéis de densidade média (compare-se o ensaio 1). A seguir, os painéis desta maneira produzidos foram armazenados num clima de 20°C e 65% de humidade atmosférica relativa, antes de serem testados em relação às suas propriedades fisico-tecnológicas e emissões.

Num terceiro ensaio foram produzidos painéis de fibras de densidade média a partir de fibras que tinham sido produzidas de acordo com o processo MP, sob adição de 1% de Na2SC>3 e 0,5% de NaOH (material sólido em relação ao material de madeira absolutamente seco). A temperatura de digestão era de 170°C. A produção dos MDF foi realizada sob as mesmas condições que no caso das fibras TMP (compare-se o ensaio 1).

Num quarto ensaio, adicionou-se às aparas de madeira de pinheiro não só 1% de Na2SC>3 e 0,5% de NaOH (material sólido em relação ao material de madeira absolutamente seco) como também tanino de madeira de quebracho em quantidades de 2% (material sólido em relação ao material de madeira absolutamente seco). A temperatura de digestão era também de 170°C. A seguir à desfibração, as fibras secas foram transformadas em MDF. A produção dos MDF foi realizada sob as mesmas condições que no caso das fibras TMP (compare-se o ensaio 1).

Os resultados são resumidos nas tabelas 1 a 3. 7 ΕΡ 1 874 513/ΡΤ

Na tabela 1 vê-se que a resistência à tracção transversal dos painéis produzidos com base nas fibras obtidas de acordo com o processo CTMP e com utilização de tanino, no refinador (ensaio 4) é substancialmente superior à dos painéis produzidos de outra maneira (ensaios 1 a 3). Além disso vê-se que a aplicação combinada de CTMP e tanino (ensaio 4) reduz visivelmente o intumescimento em espessura (24 h) dos painéis produzidos. Também a resistência à flexão dos painéis produzidos é aumentada substancialmente através da aplicação combinada de CTMP e tanino (ensaio 4). Com este processo são melhoradas substancialmente não só as caracteristicas de resistência (resistência à tracção transversal, resistência à flexão) dos painéis, como também o seu intumescimento em espessura.

Tabela 1: Propriedades fisico-tecnológicas de painéis de fibras de densidade média produzidos de acordo com os processos TMP e CTMP, produzidos sem e com a adição de taninos condensados

Ensaio n° 1 2 3 4 Propriedades fisico-tecnológicas Painéis produzidos com fibras de TMP e sem adição de tanino Painéis produzidos com fibras de TMP e com adição de tanino Painéis produzidos com fibras de CTMP e sem adição de tanino Painéis produzidos com fibras de CTMP e com adição de tanino Intumescimento em espessura 2 h (%) 2,9 3,0 2,6 2,4 Intumescimento em espessura 24 h (%) 25, 8 20,3 22,7 17,4 Resistência à tracção transversal (N / mm2) 1,14 1, 18 1,30 1,67 Resistência à flexão (N/mm2) 30,9 34, 1 36,5 39,2

Como se vê na tabela 2, pela aplicação combinada de CTMP e tanino (ensaio 4) são nitidamente reduzidas as emissões de compostos orgânicos voláteis (VOC) como hexanal e pentanal, pelos painéis. 8 ΕΡ 1 874 513/ΡΤ

Tabela 2: Emissões de VOC (hexanal, pentanal) pelos painéis de fibras de densidade média (MDF) produzidos de acordo com os processos TMP e CTMP, produzidos sem e com a adição de taninos condensados

As emissões de VOC foram determinadas ao caso de um armazenamento de 5 h dos painéis na câmara de ensaio

Ensaio n° 1 2 3 4 Emissões de VOC Painéis produzidos com fibras de TMP e sem adição de tanino Painéis produzidos com fibras de TMP e com adição de tanino Painéis produzidos com fibras de CTMP e sem adição de tanino Painéis produzidos com fibras de CTMP e com adição de tanino Hexanal (pg/m3) 404 604 43 16 Pentanal (pg/m3) 162 113 não detectável não detectável A adição de tanino na produção de fibras de acordo com o processo CTMP (ensaio 4) conduz a uma nítida diminuição adicional da libertação de formaldeído (24 h) do material de fibras (compare-se a tabela 3).

Tabela 3: Libertação de formaldeído (24 h) (mg/1000 g de fibras absolutamente secas) de fibras produzidas de acordo com os processos TMP e CTMP, produzidas sem e com a adição de taninos condensados

Ensaio n° 1 2 3 4 Propriedades fisico-tecnológicas Painéis produzidos com fibras de TMP e sem adição de tanino Painéis produzidos com fibras de TMP e com adição de tanino Painéis produzidos com fibras de CTMP e sem adição de tanino Painéis produzidos com fibras de CTMP e com adição de tanino Libertação de formaldeído (24 h) (método da garrafa) mg/1000 g de fibras absolutamente secas 14,1 10,5 to 00 6,3

Como agentes aglutinantes para a produção de painéis de fibras de densidade média podem ser utilizados no sentido do invento não só aqueles que proporcionam uma ligação resistente à humidade entre as fibras, como também os que 9 ΕΡ 1 874 513/ΡΤ proporcionam uma ligação menos resistente à humidade entre as fibras. Agentes aglutinantes típicos para a produção de encolagem resistentes à humidade, são resinas de fenol-formaldeído (resinas PF), que endurecem com agentes alcalinos, resinas de tanino-formaldeído (resinas TF) , resinas de melamina-ureia-fenol-formaldeído (resinas MUPF) e colas com base em PMDI (difenilmetanodiisocianatos polímeros). Às agentes aglutinantes que proporcionam uma ligação menos resistente à humidade entre as fibras, pertencem as resinas de ureia-formaldeído (resinas UF).

Lisboa, 2010-10-16

Claims

ΕΡ 1 874 513/ΡΤ 1/2 REIVINDICAÇÕES 1. Processo para a produção de painéis de fibras, em especial painéis de fibra de densidade média, com base em lenhoceluloses, em que as lenhoceluloses são digeridas quimico-termo-hidroliticamente e, em seguida, desfibradas num refinador, providas com um agente aglutinante, espalhadas em forma de esteiras de fibra e prensadas para originarem painéis de fibra, caracterizado por a desfibração das lenhoceluloses ser realizada em presença de taninos condensados adicionados no refinador, e a adição de agentes aglutinantes às fibras ser realizada por um processo "blow-line" e/ou num misturador.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por se utilizar como agente aglutinante uma resina aminoplástica, uma resina de fenol-formaldeido, uma resina de tanino-formaldeido e/ou uma cola com base em diisocianatos.
3. Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por se adicionar ao agente aglutinante amido como diluente.
4. Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por se utilizar como agente aglutinante uma combinação de tanino formaldeido e amido.
5. Processo de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por se utilizar como agentes aglutinantes resinas reactivas de metacrilato.
6. Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por os painéis de fibras produzidos serem transformados em peças moldadas.
7. Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por se adicionar às lenhoceluloses, antes da digestão, sulfito de sódio, bissulfito de sódio e/ou hidróxido de sódio. ΕΡ 1 874 513/ΡΤ 2/2
8. Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por as quantidades adicionadas de sulfito de sódio, bissulfito de sódio e/ou hidróxido de sódio se encontrarem entre 0,1% e 2% de matéria sólida em relação às lenhoceluloses absolutamente secas.
9. Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por o tanino adicionado ser um tanino sulfitado ou não sulfitado.
10. Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por os painéis produzidos serem armazenados ou armazenados a temperatura elevada.
11. Processo de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por os painéis produzidos possuírem uma massa volúmica de pelo menos 1000 kg/m3. Lisboa, 2010-10-16