PT1917302E - Materiais compósitos contendo celulose ou lenhocelulose baseados em silano como um ligante - Google Patents

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DESCRIÇÃO "MATERIAIS COMPÓSITOS CONTENDO CELULOSE OU LENHOCELULOSE BASEADOS EM SILANO COMO UM LIGANTE" A presente invenção está relacionada com materiais compósitos baseados em materiais contendo celulose ou lenhocelulose, e compostos organosilicados como ligante, um processo para a sua produção e o uso de compostos especiais de organosilicados ou uma solução do mesmo.

Os compostos organosilicados são usados na forma de vários silanos, os seus produtos de reação ou formulações correspondentes na produção de materiais compósitos em particular aqueles baseados em fibras naturais ou quasi-naturais, i.e., materiais contendo celulose e lenhocelulose.

Materiais baseados em madeira compreendem cerca de 20% de ligantes e outros aditivos. 0 ligante mais frequentemente usado no mundo para materiais baseados em madeira é a resina ureica de formaldeido (resina UF).

Contudo, os materiais baseados em madeira ligados com resina de formaldeido têm emissões continuas de formaldeido que apesar de estarem de acordo com as diretrizes (EN120 e DIBt diretriz 100, classe E1=0,1 ppm), parece problemática do ponto de vista da proteção do consumidor uma vez que muitos estudos têm mostrado que o formaldeido não só afeta o sistema nervoso central, mas pode também causar carcinomas. Muito recentemente, têm havido aumentos dos pedidos para uma adicional redução na concentração permissivel de formaldeidos.

Além do mais, materiais baseados em madeira colados com resina UF têm comparativamente uma baixa resistência ao 2 calor e à humidade o que impede o uso para a maior parte das áreas especiais, por exemplo para suporte de carga e propósitos de elevada força, assim como no setor de exteriores.

Em adição às resinas UF, cerca de 10% da resina de fenol-formaldeído (resina PF) é também usada na produção de materiais baseados em madeira.

Os isocianatos orgânicos são usados em baixa proporção na indústria de materiais baseados em madeira para materiais com boas propriedades mecânicas e de resistância à àgua. O difenilmetano diisocianato (PMDI) é principalmente usado. Em contraste com os sistemas descritos anteriormente, os isocianatos formam compostos quimicos com a madeira, comprovadamente com lenhina e celulose.

Contudo, o uso de PMDI como um ligante tem um elevado número de desvantagens. Em respeito à aplicação da tecnologia, a afinidade para o metal é causa de queixa uma vez que partículas coladas com PMDI e fibras aderem aos cintos de prensagem durante a prensagem a quente. Por este motivo é necessário trabalhar com cintos de prensagem caros e especialmente revestidos.

Além disso, medidas de segurança no trabalho mais rigorosas têm de ser providenciadas e cumpridas quando a manusear PMDI.

Ligantes e sistemas de ligantes para materiais naturais ou quasi-naturais baseados em madeira, tal como, por exemplo, polpa de batata (EP 0 613 906 Al, DE 43 06 441 Al, DE 43 40 517 Al, DE 434 518 Al), não garantem um efeito em cumprimento com os padrões para todas as aplicações (neste contexto, cf. também "Enzyme von Weissfàulepilzen ais 3

Grundlage fur die Herstellung von Bindemitteln fur Holzwerkstoffe [Enzimas de fungo branco como base para a preparação de ligantes para materiais baseados em madeira]" por A.R.Kharazipour, vol.121, JD. Sauerlánders Verlag, Frankfurt am Main, ISBM 3-7939-5124-3). DE 100 37 724 AI revela um processo para a produção de materiais compósitos a partir de substâncias orgânicas usando um ligante baseado em siloxanos hidrogénio-, alquilo-, alquenil-, fenil-, glicidiloxialquilo-, acriloiloxialquilo-, e metacriloiloxalquilo-funcional. DE 196 47 369 AI está relacionada com materiais compósitos baseados em fibras de vidro, fibras minerais ou materiais de base de madeira, o ligante usado é um assim chamado nanocompósito que é preparado pelo processo de sol-gel e é baseado, inter alia, em partículas inorgânicas coloidais e um ou mais organosilanos hidrolizáveis. Os silanos usados podem ter grupos cloro, alquoxi, acetoxy, alquilo, alquenil, arilo, glicidiloxialquilo e metacriloiloxialquilo como grupos funcionais.

Ademais, WO 98/22536 revela materiais compósitos baseados em materiais de plantas, onde sobre e acima da recomendação de DE 196 47 369 AI para o polisiloxano do sistema sol-gel, de grupos alquinilo, alcacriloilo e arilalquileno, que opcionalmente podem ter um ou mais substituintes, tais como os grupos halogéneo, alquoxi, hidroxilo, amino ou epóxido, são mencionados como possíveis radicais que não podem ser eliminados hidroliticamente, em adição a grupos alquilo e alquenilo. Ademais, de acordo com W098/22536, metiltrietoxisilano puro, ou a mistura de metiltrietoxisilano e tetraetoxisilano pode ser usado como um ligante para a produção de material compósito. 4

Uma desvantagem substancial do sistema acima mencionado é que alquóxidos hidrolizáveis são também usados. Estes têm uma pressão de vapor que não é negligenciável e além disso eliminam álcool como um produto de hidrólise. Isto conduz na prática a que as máquinas customizadas no processo de trabalho de partículas em placa a um considerável odor e a perigo devido a vapores explosivos. EP 0 716 127 BI e EP 0 716 128 BI descrevem composições que contêm aminoalquilo-/alquilo/hidroxilo- ou alquoxisiloxano de base de água, e que são usadas, inter alia, para conferirem repelência à àgua em texteis, couro, produtos de celulose e produtos de amido. Tais aminoalquiloorganohidroxisiloxanos solúveis em água ou misturas água/alcool são também referidos como sistemas hidroxilo. Os sistemas fluoroalquilo-funcionais são também descritos, por exemplo, em EP 0 846 716 Bl, EP 0 846 717 BI e EP 1 101 787 A2. O pedido de patente Alemã 10 2004 037 045.1 está relacionado com nanocompósitos de silano aquoso, estes sendo usados no revestimento de superfícies de substrato, tais como papel, cartão, madeira, madeira prensada, plástico, revestimentos de laca, pedra, cerâmica, metal ou ligas metálicas. O objeto da presente invenção foi o de providenciar materiais compósitos contendo celulose ou lenhocelulose que são baseados num ligante adicional. O objeto é alcançado, de acordo com a invenção, de acordo com a informação das reivindicações da patente.

Deste modo foi supreendentemente encontrado que novos materiais compósitos com propriedades substancialmente 5 melhoradas, baseadas em (a) pelo menos um material contendo celulose ou lenhocelulose e (b) um compósito como ligante, o compósito (também referido em baixo como nanocompósito ou como ligante em breve) resultante de uma reação de pelo menos de componentes (i) (ii) um glicidiloxipropilalquoxisilano, uma solução de silica aquosa com teor em sólidos (iii) contendo > 20% por peso, um ácido orgânico como um catalizador de (iv) hidrólise e n-propil zirconato, butil titanato ou acetilacetonato de titânio como um agente de ligação cruzadas, são obtidos de uma forma simples e económica por tratamento de material seco ou húmido contendo celulose ou lenhocelulose com - um compósito de acordo com (b) dar forma desejada ao material de celulose ou lenhocelulose tratado desta maneira e de seguida fazer compressão quente no mesmo.

Os presentes resultados mostram que um compósito de acordo com (b) pode agora ser usado como um ligante na produção de materiais compósitos.

Além do mais, materiais compósitos de acordo com a invenção podem vantagosamente conter pelo menos mais um componente (c) , tal como, por exemplo, repelentes de àgua de base de parafina ou cera, agentes à prova de chama, i.e. polifosfatos, e substâncias biocidas e fragâncias - para mencionar uns poucos.

Materiais compósitos de acordo com a invenção são em regra vantajosamente distinguidos por uma força tensil transversa 6 substancialmente melhorada comparada com ouros materiais compósitos comparáveis.

Para mais, em contraste com materiais compósitos colados com UF-, PF- ou MF-, os materiais compósitos de acordo com a invenção não emitem vapores nocivos de formaldeido.

Além do mais, a produção de materiais compósitos colados de acordo com a invenção, em particular materiais à base de madeira é possível com uma substancial diminuição de risco de processamento e redução drástica de riscos relevantes à saúde comparados com produtos baseados em madeira ligada por PMDI, propriedades dos produtos produzidos são idênticos ou melhores. A presente invenção portanto relaciona-se com materiais compósitos baseados em (a) pelo menos um material contendo celulose ou lenhocelulose e (b) um compósito como um ligante, o compósito resultando da reação de pelo menos um dos componentes (i) um glicidiloxipropilalquoxisilano, (ii) uma solução aquosa de sílica com teor em sólidos de >20% por peso, (iii) um ácido orgânico como um catalizador de hidrólise e (iv) n-propil zirconato, butil titanato ou acetilacetonato de titânio como um agente de ligação cruzada.

Materiais compósitos de acordo com a invenção são caraterizados vantajosamente por um teor em sólidos do compósito (b) de 0,04 a 15% em peso, preferencialmente entre 3 a 12% em peso, em particular entre 4 a 9% em peso, baseado em material absolutamente seco de celulose ou lenhocelulose. 7

Materiais compósitos de acordo com a invenção são preferencialmente caraterizados por (a) pelo menos um material contendo celulose ou lenhocelulose natural ou quasi-natural de uma série que consiste em madeira industrial, madeira de industria florestal, madeira reciclada ou usada, partículas de madeira, aparas de madeira, fibras de madeira, lã de madeira, pó de madeira, pó de serragem, aparas de plainar, aparas de corte, lajes, resíduos de lâminas, lascas, materiais de partículas de plantas anuais, i.e., palha de cereais, palha de arroz, aparas de palha ou de algodão, ou uma mistura de pelo menos dois dos materiais acima mencionados.

Material contendo fibra de celulose ou lenhocelulose que vantajosamente tem origem em madeira dura e macia, fibras de palmeira, i.e. fibras de coco, e plantas anuais, tais como palha de cereais, palha de arroz, algodão, juta e canhâmo, para listar alguns.

Compósitos (b) usados na presente invenção são descritos em detalhe no pedido de patente Alemã 10 2004 037 045.1.

Deste modo, um compósito (b) pode ser obtido por mistura de pelo menos (i) a glicidiloxipropilaquoxisilano, (ii) uma solução aquosa coloidal de sílica com teor sólido de > 20% em peso, preferencialmente > 30% em peso, (iii) um ácido orgânico como um catalizador de hidrólise, em particular ácido acético, ácido propiónico ou ácido maleico, e (iv) tetrapropilato de zircónio [também referido como n-propil zirconato: Zr(O-C3H7) 4], butil titanato, em particular n-butil titanato [Ti (O-C4H9) 4] ou acetilacetonato de titânio como um agente de ligações cruzadas. Adicionalmente, o produto de hidrólise do álcool pode ser removida substancialmente, i.e. até uma extensão de entre <5% por peso até quantidades residuais na região de limite de deteção, de tal produto de hidrólise, em particular no caso do metanol tóxico, e, se necessário, pode ser quantitativamente substituido por àgua.

Um compósito (b) que compreende um componente (i) da série que consiste em 3-glicidiloxipropiltrimetoxisilano, 3-glicidiloxipropiltrietoxisilano, 3-glicidiloxipropilmetildimetoxisilano, 3-glicidiloxipropilmetildietoxisilano ou uma mistura de pelo menos dois do silanos acima mencionados é preferencialmente selecionado para materiais compósitos de acordo com a invenção.

Uma solução coloidal catiónica de silica com um teor de sólidos de > 20 a 50% por peso, particular e preferencialmente de 30 até 50% por peso, em particular de 40 a 50% por peso, i.e. cerca de 45% por peso, é preferido como componente (ii), o teor em sólidos sendo determinado de acordo com DIN EN ISO 3251. Em particular, soluções aquosas de silica preferenciais tem um pH de entre 3 a 5, em particular de 3,5 a 4. Contudo, é também possível o uso de solução de sílica de estabilização alcalina. A determinação da distribuição da dimensão da partícula pode ser efetuada da maneira conhecido per se por meio de difração de laser (medidor Coulter LS da dimensão de partícula). Além do mais, adicionalmente partículas de SiC>2 amorfas, aquosas usadas de acordo com a invenção podem também conter elementos aquosos de óxidos de formação de sol-gel, tais como óxidos de alumínio ou óxidos de silicio/aluminio. Adicionalmente, soluções de sílica preferenciais contêm como regra partículas de óxidos aquosos amorfos com uma dimensão média de partícula de 40 a 400nm, por exemplo - mas não exclusivamente - Levasil 200S/30% e Levasil 100S/45%. O pH pode ser determinado de 9 uma maneira conhecida per se, por exemplo por meio de papel de pH ou varetas de pH.

Além do mais, um ácido orgânico é preferido como componente (iii) da série que consiste em ácido acético, ácido propiónico e ácido málico. Deste modo um compósito (b) contém preferencialmente de 0,01 a 3% por peso de componente (iii) particular e preferencialmente de 0,5 a 2% por peso, em particular de 1 a 2% por peso de compósito. O agente de ligação cruzada de acordo com o componente (iv) pode ser usado como um pó ou em solução alcoólica na produção de compósito. Compósitos usados de acordo com a invenção são preferencialmente baseados num teor de componente (iv) de 0,5% a 8% por peso, baseado no compósito (b) .

Um tetraalcoxisilano, em particular tetraetoxisilano, pelo menos um alquilosilano, e em particular dimetildietoxisilano ou metiltrimetoxisilano, e/ou um feniltrialquoxisilano, em particular feniltrietoxisilano ou feniltrimetoxisilano, podem também vantajosamente ser usados como componentes adicionais (v) para ligantes (b) de acordo com a invenção. Deste modo, o compósito pode conter um componente (v) num teor de 1 a 10% por peso baseado no compósito. A proporção do componente (ii) é adequada e correspondentemente substituída pelo componente (v) .

Os compósitos (b) usados de acordo com a invenção são em regra líquidos ligeiramente túrbidos a opalescentes de diâmetro médio de 40 a 200nm, preferencialmente de 50 a lOOnm. A determinação do diâmetro das partículas da solução pode ser efetuada da maneira conhecida per se, por exemplo pelo uso de difração laser. 10

Os referidos compósitos (b) têm como regra um teor sólido desde >40 a <60% por peso, preferencialmente de 45 a 55% por peso, em particular de 45 a 50% por peso baseado no total da composição. O teor em sólidos dos ligantes presentes pode ser determinado com base no DIN ISO 3251. Deste modo, o teor em sólidos e a viscosidade dos compósitos presentes pode ser ajustado por adição de água. Vantajosamente, a adição de água é de tal vantajem que está presente um teor em sólidos de cerca de 50% por peso.

Adicionalmente, os ligantes usados de acordo com a invenção são distinguidos por um teor comparativamente baixo de produtos de hidrólise de álcoois de < 5% por peso,

preferencialmente < 3% por peso, baseado no compósito.O teor em álcool no compósito pode ser determinado, por exemplo, por cromatografia gasosa da maneira conhecida per se. O compósito (b) pode também conter um solvente orgânico particularmente adequado, preferencialmente a < 10% por peso de l-metoxipropano-2-ol, em adição ou em substituição de água.

Deste modo, os ligantes (b) presentes podem também vantajosamente conter < 10% por peso, preferencialmente de 5 a 10% por peso, baseado no compósito, de 1-metoxipropan-2-ol. Tais sistemas são também distinguidos como regra por elevado ponto de fulgor.

Os ligantes usados de acordo com a invenção têm como parâmetro de cálculo, preferencialmente um teor de água de entre cerca 70 a 30% por peso, particular e preferivelmente de 65 a 50% por peso, baseado no compósito. Numa proporção de cerca de 50% ou mais de água como solvente, como regra o 11 teor em "frações não voláteis" é determinado por tal ligante. A determinação é geralmente efetuada por evaporação da água e álcool de acordo com DIN EN ISO 3251 -"Determinação do teor de frações não voláteis". Para este propósito, o ligante é em regra condicionado num prato descartável de alumínio por 1 hora a 125 "C e o teor da fração de não voláteis é determinada por pesagem diferencial. Os valores relativos são determinados por este método. Deste modo, no caso do compósito (b) , o teor de frações não voláteis de 45 a 50% por peso é particularmente preferido.

Além do mais, os chamados sistemas hidroxil podem ser adicionados ao nanocompósito (b) usado de acordo com a invenção.

Aqui, os sistemas hidroxil são entendidos como significando substancialmente, sistemas aquosos baseados em água, livres de cloro, predominante e ligeiramente acídicos que contenham uma mistura solúvel de água, virtualmente e completamente hidrolizada (fluoro)alquilo-/aminoalquilo-/hidroxilo-(ou alquoxido-)siloxanos, como divulgado, por exemplo, em EP 0 716 127 A, EP 0 716 128 A, EP 0 846 717 A, EP 1 031 593 A e EP 1 101 787 A. A adição de DYNASYLAN®F 8815 a um ligante (b) presente na razão de peso 1:0,01 a 0,01:1, particular e preferencialmente de até 1:0,1 a 0,1:1, é particularmente vantajoso, o DYNASYLAN®F 8815 aquoso usado tem preferencialmente de 0,1 a 20% por peso, em particular de cerca de 13 a 15% por peso, baseado no compósito e determinado de acordo com DIN EN ISO 3251, como descrito em cima. Os compósitos obtidos desta forma são vantajosamente distinguidos na sua aplicação pelas propriedades fortemente hidrofóbicas e oleofóbicas do revestimento (também referidas como "simples de limpar"). 12 Àgua, metanol, etanol e/ou l-metoxipropan-2-ol podem ser usados como diluentes nos compósitos presentes.

Além do mais, um hidroxil, preferencialmente um compreendendo uma substância ativa fluoro-funcional pode ser adicionada ao ligante ou compósito (b) presente. Em particular, o concentrado de hidroxil numa quantidade de 13 a 15% por peso, calculado como uma substância ativa e baseado na subsquente composição de ligante, é adicionado através de mistura. A presente invenção além do mais relaciona-se com o material compósito que é obtido por: - levar o material (a) contendo celulose ou lenhocelulose seca ou húmida -em contato com o compósito (b) dar a forma desejada ao material de celulose ou lenhocelulose tratado desta forma e depois prensá-lo a quente. A chamada "massa de madeira absolutamente seca" é determinada como regra por tratar o material contendo a celulose ou lenhocelulose a 103°C a peso constante, cf. neste contexto DIN 53 183 e EN 322.

Material contendo celulose ou lenhocelulose, por exemplo na forma de fibras de madeira, pode ter um teor de humidade de madeira (também referido abaixo como teor de humidade abreviado) de mais de 100%, baseado em massa de madeira absolutamente seca, depois do processo industrial de desfibração no chamado refinador. Por exemplo troncos frescos derrubados têm uma humidade desde 120 a 160% dependendo das espécies de árvores. 13

Na produção de placas de fibra de densidade média (MDF) pelo processo chamado de colagem pressurizada ("blowline"), o material de fibra usado em regra não é seco antes da aplicação da cola mas passa por um processo de desfibramento a montante no estado ainda húmido diretamente na colagem pressurizada, em que o ligante é adicionado às fibras. Só dai em diante as fibras são secas depois da aplicação da cola. Um teor de humidade de 10 a 14% é preferencialmente estabelecido e o processamento adicional do MDF é subsequentemente efetuado. Contudo, é também possível usar material já seco contendo celulose ou lenhocelulose para produção de materiais compósitos.

Deste modo, por exemplo a produção de MDF pelo processo de liquidificação, fibras secas, preferencialmente são usadas aquelas com um teor de humidade de cerca de 10 a 12%. Este material é em regra sujeito à aplicação de cola numa misturadora e depois adicionalmente processado em MDF. Aqui também a etapa de aplicação de cola pode ser seguida por uma etapa adicional de secagem, por exemplo num linha de secagem tubular.

Na produção de placas de partículas, o uso de partículas, em particular aquelas com um teor de humidade de 2 a 5% são ademais preferidas. A secagem deste material é predominantemente efetuado num feixe tubo, ou num secador rotativo. A presente invenção portanto também se relaciona com o processo de produção do material compósito de acordo com a invenção por -tratar o material contendo celulose ou lenhocelulose (a) com - um compósito de acordo com (b), 14 - dar forma ao material tratado desta forma e em seguida fazer prensagem a quente.

Quando na realização do processo de acordo com a invenção, o material contendo celulose ou lenhocelulose (a) é preferencialmente pulverizado uniformemente com o compósito (b) , preferencialmente num aparelho de aplicação de cola iniciado pneumaticamente ou hidraulicamente.

Vantajosamente até 15% do peso, preferencialmente de 0,1 a 14% por peso, particular e preferencialmente de 3 a 13% por peso, muito particular e preferencialmente de 5 a 12% por peso do compósito (b) , pode ser usado baseado em material de celulose ou lenhocelulose seco.

Ademais, em adição aos componentes (a) e (b), pelo menos um através das séries que consistem em parafinas, ceras, agentes à prova de chamas, pigmentos, substâncias biocidas e fragâncias podem ser usados como um componente (c) . O componente (c) é vantajosamente usado numa quantidade de até 8% de peso, preferencialmente de 0,01 a 7% por peso, baseado em material seco de celulose ou lenhocelulose.

Para a realização do processo de acordo com a invenção, os aparelhos ou plantas conhecidas por si para a produção de materiais compósitos, em particular materiais à base de madeira, podem ser usados, tais como, por exemplo, plantas Contiroll em continua operação de Siempelkamp, Binos, Dieffenbacher ou Metso - para mencionar apenas alguns exemplos. Métodos adequados para o tratamento de material contendo celulose ou lenhocelulose com um ligante são, por exemplo, escovagem, rolo de revestimento, pulverização, imersão, inundação, pulverização, aplicação de cola pelo método de 15 colagem pressurizada ou aplicação de cola numa misturadora (método de liquidificação usando aparelhos de por exemplo Lõdige, Drais ou Binos). 0 material contendo celulose ou lenhocelulose pode particular e vantajosamente ser pulverizado com um componente (b) como ligante num tambor rotativo (processo de circulação) preferencialmente realizado à temperatura ambiente ou com arrefecimento de cerca de 10°C por meio de um aparelho de aplicação de cola operado com ar comprimido, por exemplo a aplicação de cola por pistola, que adequadamente tem um pressão de 0 a 4 bar.Como regra o material ao qual a cola tem sido substancial e uniformemente aplicada é obtido desta forma.

No processo de acordo com a invenção a aplicação de cola pode além do mais ser realizada vantajosamente à escala piloto ou industrial, mas também através de uma misturadora, misturadora arado, ou misturadora de liquidificação ou pelo processo de colagem pressurizada.

Ademais, no processo de acordo com a invenção, o material de celulose ou lenhocelulose tratado desta maneira pode vantajosamente ser disperso para produzir um bolo, i.e. em particular um bolo de partículas ou pasta, cardado e prensado à temperatura de até 250°C, preferencialmente de 150 a 210 °C, e a uma pressão de até 9 N/mm2, preferencialmente de 4 a 7 N/mm2, e por um tempo de até 300s por mm da espessura desejada da placa, preferencialmente de 5 a 60s/mm, particular e preferencialmente de 8 a 40 s/mm.

Contudo, outros artigos moldados, por exemplo extrudados ou partes cuboides ou artigos de forma especiais, podem ser produzidos como um bolo ou de material com celulose ou 16 lenhocelulose ao qual cola tem sido aplicada de acordo com a invenção.

Contudo, além disso é possível para um bolo existente ou material ao qual cola tem sido aplicada primeiro para ser pré-prensado ou pré-compactado, por exemplo com uma pressão preliminar de entre 0,2 a 0,6N/mm2. Adicionalmente, material ao qual cola foi aplicada, em particular no bolo, pode ser pré-aquecida antes, durante ou depois da pré-prensagem, i.e. antes da prensagem atual, por exemplo até 60° até 80°. Tal pré-tratamento térmico e/ou mecânico do bolo ou do material ao qual a cola foi aplicada antes da etapa de prensagem pode vantajosamente contribuir para o melhoramento substancial e subsquente qualidade do produto.

Adicionalmente, os artigos moldados, obtidos durante a moldagem ou etapa de prensagem podem vantajosamente ser submetidos a um pós-condicionamento ou envelhecimento. Por isso, por exemplo, as placas podem ser submetidas a armazenagem em pilha. Aquecimento de frequência, pode adicionalmente ser realizado por exemplo por meio de tecnologia de microondas.

Porém, arrefecimento é também possível, por exemplo por entre 20 a 30 minutos num torno de refrigeração estrela. O pós condicionamento pode adicionalmente contribuir para a padronização ou uniformidade dos materiais compósitos.

Deste modo, materiais compósitos de acordo com a invenção são obtidos depois de arrefecimento, em particular partículas de placas, fibra de placas, fibras de placa ultra leves (ULF) , fibras de placa leves (LBF), placas de fibra de densidade média (MDF), placas de fibra de alta densidade (HDF), placas OSB (placas de cordão 17 orientado=OSB), placas de folheado, placas de madeira compensada, "pellets" de madeira, briquetes de madeira e material de construção industrial compreendendo madeira, chamados "madeira de engenharia", tal como madeira laminada de cordão (LSL) , madeira de cordão paralelo (PSL) e madeira de folheado laminado (LVL). Os acima mencionados materiais compósitos adequados têm uma densidade de massa de entre 150 a 1200 kg/m3. A densidade de massa pode ser determinada, por exemplo, de acordo com EN323.

Para obter a partícula (cf. componente (a)) três variedades de materias-primas são usadas hoje em dia em diferentes proporções. Cerca de 57% da madeira requerida como matéria-prima são providenciadas por resíduos de madeira industrial. Desperdícios de madeira do tratamento de madeira e indústria de processamento são referidos como resíduos de madeira industrial. Estes incluem pó de serragem, aparas de plainar, aparas de corte e lajes, mas também rolos residuais da indústria de madeira folheada. Cerca de 23% da madeira de matéria-prima são obtidos da indústria de madeira florestal. Esta é a matéria-prima clássica na forma de troncos colhidos, que são processados nos trabalhos de placas de partículas para dar aparas de madeira ou diretamente por meio de aparadores de madeira longa para dar partículas. O terceiro grupo de matéria-prima compreendendo madeira usada ou reciclada é de cerca de 20%. Estes são produtos usados que compreendem madeira sólida, materiais à base de madeira ou materiais compósitos com um teor de madeira predominante de mais de 50% por massa. Nos trabalhos, partículas com dimensões definidas são produzidas a partir de diversas variedades de matéria-prima por meio de facas de aparar em anel, picadores de madeira longa e moinho de martelos. Depois do material partícula estar presente, é seco em regra a um teor de humidade de entre 1,5 a 3% em feixes de tubos ou secadores 18 de tambor tubulares. 0 despiste e classificação são depois efetuados, as particulas do material em separação por camadas de topo e média de particulas e possível partícula de material grosseiro sendo separado. As partículas da camada/fração de topo e média podem ser alimentados por aplicação de cola e prensados, por exemplo, para dar placas de partículas.

Na produção de fibra industrial, residuos de madeira industrial são geralmente também usados como matéria-prima, em adição à madeira florestal. A madeira florestal previamente descascada é triturada juntamente com os residuos de madeira industrial num picador para dar aparas de madeira. Estas aparas de madeira são em regra digeridos pelo "processo Asplund" em vapor de entre 160 a 180 "C debaixo de pressão por entre 8 a 12 bar. Depois desta operação, a chamada plastificação, o material entra no refinador. Isto consiste de dois discos de moagem contra rotativos entre os quais os material é desfibrilhado. A uma pressão constante de cerca de 11 bar prevalece no refinador. Devido às condições brandas de digestão, a madeira é sujeita a poucas alterações químicas. Isto leva a uma côr clara da fibra assim providenciada e a uma elevada eficiência. A lenhocelulose é geralmente compreendida como a componente de matriz que é formada pelos três maiores ingredientes químicos da madeira, celulose, hemicelulose e lenhina. A incorporação de lenhina (incrustação com lenhina) leva como regra à lenhificação da parede celular e logo à melhoria da estabilidade mecânica e força das plantas terrestres. A lenhocelulose para uso na indústria dos materiais à base de madeira é obtida predominantemente na forma de fibras ou particulas. Por exemplo, fibras de lenhocelulose podem ser obtidas de madeiras duras e madeiras macias. Além do mais, 19 algumas plantas anuais, como cereais, linho ou cânhamo, são também uma fonte adequada de fibras de lenhocelulose.

As fibras podem ser obtidas - como descritas em cima- pelo processo Asplund. Ai a madeira é primeiro triturada em aparas de madeira e depois digerida a alta temperatura e pressão e finalmente desfibrilhada usando um refinador (que consiste em dois discos de moagem contra rotativos) para obter as partículas, como regra a madeira na forma de lascas de madeira é alimentada à faca de aparar em anel e lascada ai para dar partículas de dimensões definidas.

No processo de acordo com a invenção, pelo menos um material contendo celulose ou lenhocelulose natural ou quase-natural, da série que consiste em madeira industrial, madeira de indústria florestal, madeira usada ou reciclada, partículas de madeira, aparas de madeira, fibras de madeira, por exemplo madeira de pinho, lã de madeira, pó de madeira, partículas, tais como pó de serragem, aparas de plainagem ou aparas de corte, lajes, resíduos de lâminas ou folheados, lascas, material partícula de plantas anuais, i.e. palha de cereais, palha de arroz, aparas de cânhamo ou palha de algodão, ou a mistura de pelo menos dois dos materiais acima mencionados podem vantajosamente ser usados com um componente (a) .

No processo de acordo com a invenção, o material contendo celulose ou lenhocelulose da série de plantas de uma série que consiste em madeira dura, madeira macia, coco, em particular fibras de coco, algodão, raspas de linho, raspas de cânhamo, "bargasse", juta, cana, palha de arroz ou palha selada é usado particular e preferencialmente.

Em geral a presente invenção é realizada como se segue: 20 - material contendo celulose ou lenhocelulose (a) é tratado com um compósito de acordo com (b) . Se apropriado, componentes adicionais são adicionados ao material obtido, e o último é introduzido num molde e curado de maneira conhecida per se. Por exemplo, o material assim obtido pode ser disperso numa superfície de prensagem quente, cardado e prensado a quente. Durante este procedimento, o material contendo celulose ou lenhocelulose reage com o ligante presente e a àgua evapora.

Materiais compósitos de acordo com a invenção, em particular materiais baseados em madeira, compreendendo material (a) contendo celulose ou lenhocelulose, pode então vantajosamente ser produzido usando um compósito (b) como ligante. A presente invenção deste modo relaciona-se com o uso do compósito (b) como um ligante para a produção de materiais baseados em madeira.

Em particular, os presentes ligantes são usados para a produção de placas de partículas, placas de fibra, placas de fibra ultraleve, placas de fibra leve, placas de fibra de densidade média, fibras de alta densidade, placas OSB, placas de lâminas, placas de madeira compensada, pellets de madeira, briquetes de madeira, "madeira de engenharia", materiais de isolamento, vasos de plantas, por exemplo madeira de abeto vermelho podre, revestimentos, por exemplo - mas não exclusivamente - revestimentos para guarnição de interior de automóveis.

A presente invenção mostra que compósitos (b) são particularmente adequados como ligantes na produção de materiais compósitos, em particular materiais baseados em madeira com boas propriedades mecânicas tecnologicamente. A 21 produção e uso deste materiais baseados em madeira é mais vantajosamente livre de emissões que são nocivas à saúde.

Exemplos DYNASYLAN®VPS 4112 - placas de partículas ligadas de uma camada

As partículas para a produção de placas de partículas foram retiradas da cinta transportadora num trabalho industrial com placas de partículas e imediatamente antes da aplicação de cola. Elas estão divididas entre uma fração de camada de topo e uma fração de camada central como um resultado do processo. 0 ligante foi finamente atomizado por meio de aplicação de cola por pistola da WALTHER PILOT num tambor rotativo de aplicação de cola, por meio de compressão de ar (de 0,2 a 1,2 bar) e adicionada às partículas.

Depois disso, as partículas foram dispersas para dar um bolo de placa partícula e foram prensadas a quente. No caso das placas de 3-camadas de partículas, 40% do material da camada de topo foi usado para as camadas exteriores e 60% do material da camada central foi usado para a camada interna. As placas produzidas de uma camada de partículas consistiram em 100% do material de camada central.

Placas de partícula com uma camada única com uma espessura de 6 mm e com a requerida densidade de massa de 750 kg/m3 foram produzidas a partir de partículas de camada central usando o nanocompósito DYNASYLAN®VPS 4112 como ligante. Em cada caso o DYNASYLAN®VPS 4112, baseado em partículas absolutamente secas, foram aplicadas como cola ao material partícula. As placas partícula foram prensadas a 210°C e 22 com um tempo de prensagem de 40s/mm. Os resultados do teste ao material estão sumariados na tabela 1.

Tabela 1

Designação Resistência à tracção transversa (N/mm2) Alteração da resistência à tracção transversa comparado com EN 312-4 (0,45 N/mm2) em % VPS 4112 0,53 + 18

As placas de partículas de todas as séries teste foram capazes de preencher EN 312-4 (0,45N/mm2) e EN 312-5 (0,5N/mm2). Deste modo, foi mostrado que o compósito DYNASYLAN®VPS 4112 de acordo com o componente (b) é também vantajosamente adequado como o ligante único de placas de partículas.

Lisboa, 10 de outubro de 2012

Claims (26)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Um material compósito baseado em (a) pelo menos um material contendo celulose ou lenhocelulose e (b) um compósito como ligante, o compósito resultante de uma reação de pelo menos um dos componentes (i) um glicidiloxipropilalquoxisilane, (ii) uma solução aquosa de silica com teor em sólidos de > 20% por peso, (iii) um ácido orgânico como um catalisador de hidrólise e (iv) n-propil zirconato, butil titanato ou acetilacetonato de titânio como um agente de ligações cruzadas.

2. Um material compósito de acordo com a reivindicação 1, compreendendo um teor de sólidos do compósito (b) de 0,04% a 9% por peso, baseado num material com celulose ou lenhocelulose absolutamente seca.

3. Um material compósito de acordo com a reivindicação 1 ou 2, compreendendo um componente (i) para o compósito (b) de uma série que consiste em 3-glicidiloxipropiltrimetoxisilano, 3-glicidiloxipropiltrietoxisilano, 3-glicidiloxipropilmetildimetoxisilano, 3-glicidiloxipropilmetildietoxisilano ou uma mistura de pelo menos dois dos silanos acima mencionados.

4. Um material compósito de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 3, compreendendo uma solução coloidal de silica com um teor de sólidos de a partir de > 20% a 50% por peso como um componente (ii) para compósito (b). 2

5. Um material compósito de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 4, compreendendo um ácido orgânico de uma série que consiste em ácido acético, ácido propiónico e ácido maleico como componente (iii) para o compósito (b) .

6. Um material compósito de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 5, compreendendo um teor do componente (iv) para o compósito (b) de a partir 0,5% a 8% por peso, baseado na composição do compósito.

7. Um material compósito de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 6, compreendendo pelo menos um tetraalquoxisilano, e pelo menos um alquilosilano e/ou um feniltrialquoxisilano como um componente adicional (v) do compósito (b).

8. Um material compósito de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 7, compreendendo partículas da solução no componente (i i) para o compósito (b) que tem um diâmetro médio de 40 a 200nm.

9. Um material compósito de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 8, compreendendo um teor sólido de entre > 40% a < 60% por peso no componente (ii) para o compósito (b), baseado na composição total do compósito.

10. Um material compósito de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 9, compreendendo um teor de produto de hidrólise de álcoois do compósito (b) de < 5% por peso, baseado no total da composição do compósito.

11. Um material compósito de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 10, compreendendo um teor em 1- 3 metoxipropan-2-ol no compósito (b) em < 10% por peso, baseado no total da composição do compósito.

12. Um material compósito de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 11, compreendendo um teor em àgua no compósito (b) de cerca de 70 a 30% por peso, baseado na composição total de compósito.

13. Um material compósito de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 12, compreendendo pelo menos um surfactante no conteúdo do compósito.

14. Um material compósito de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 14, compreendendo a adição do sistema hidroxil ao compósito (b) na razão em peso de 1:0,01 a 0,01:1, o sistema hidroxil usado aqui preferencialmente tem uma substância ativa de teor de <40% por peso dos ditos siloxanos.

15. Um material compósito de acordo com quaisquerdas reivindicações de 1 a 13, caraterizado por (a) pelo menos um material natural ou quasi-natural contendo celulose ou lenhocelulose a partir do conjunto que consiste em madeira industrial, madeira de industrial florestal, madeira usada ou reciclada, partículas de madeira, aparas de madeira, fibras de madeira, la de madeira, pó de madeira, pó de serragem, aparas de plainar, aparas de corte, lajes, resíduos de lâminas lascas, material de partículas de plantas anuais ou uma mistura de pelo menos dois dos materiais acima referidos.

16. Um material compósito de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 e 15, o material contendo fibra de celulose ou lenhocelulose originado a partir de madeira dura, madeira macia, fibras de palmeira e plantas anuais. 4

17. Um material compósito de acordo com as reivindicações 1 a 16, compreendendo pelo menos um componente adicional (c) de uma série de repelentes de água baseados em parafina ou cera, agentes à prova de chama, corantes, substâncias biocidas e fragâncias.

18. Um material compósito de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 17, obtenível por - levar o material (a) contendo celulose ou lenhocelulose seca ou húmida - em contato com um compósito de acordo com (b), - conferindo a forma desejada ao material de celulose ou lenhocelulose tratado deste modo e depois submeter a prensagem quente.

19. Um processo para a produção de um material compósito de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 18, por tratamento de material que contém celulose ou lenhocelulose seco ou húmido (a) com - um compósito de acordo com (b), - conferindo a forma desejada ao material tratado deste modo e depois segue a prensagem quente.

20. Um processo de acordo com a reivindicação 19, em que o material que contém celulose ou lenhocelulose (a) é vaporizado com o compósito (b) num tambor rotativo por meio de um aparelho de aplicação de cola, operado com ar comprimido.

21. O processo de acordo com a reivindicação 19 ou 20, em que até 15% do peso do compósito (b) , baseado em peso absolutamente seco de celulose e lenhocelulose são usados. 5

22. Um processo de acordo com qualquer das reivindicações 19 a 21, em que, em adição aos componentes (a) e (b) a cera numa quantidade de até 8% em peso, baseado em material absolutamente seco de celulose e lenhocelulose, é usado como um componente adicional (c).

23. Um processo de acordo com qualquer das reivindicações 19 a 22, em que o material de celulose ou lenhocelulose é disperso para formar um bolo, cardado, e prensado a uma temperatura de até 250 °C e uma pressão de até 9 N/mm2 e por um periodo até 300s por mm de espessura de tábua.

24. Um processo de acordo com qualquer das reivindicações 19 a 23, em que o material de celulose ou lenhocelulose que foi tratado deste modo, ou no qual cola foi aplicada deste modo, termicamente e/ou mecanicamente pré-tratada antes da etapa de prensagem.

25. Um processo de acordo com qualquer das reivindicações 19 a 24, em que os artigos obtidos por perfilagem ou etapa de prensagem são pós condicionados.

26. O uso do compósito (b) como um ligante na produção de materiais baseados em madeira de acordo com as reivindicações 1 a 18. Lisboa, 10 de outubro de 2012