WO2014197954A1 - Processo para preparação de material compósito e material compósito de resíduos de mdf e/ou mdp estruturados em matriz de pvc - Google Patents

Processo para preparação de material compósito e material compósito de resíduos de mdf e/ou mdp estruturados em matriz de pvc Download PDF

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WO2014197954A1
WO2014197954A1 PCT/BR2014/000005 BR2014000005W WO2014197954A1 WO 2014197954 A1 WO2014197954 A1 WO 2014197954A1 BR 2014000005 W BR2014000005 W BR 2014000005W WO 2014197954 A1 WO2014197954 A1 WO 2014197954A1
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pvc
waste
mdp
mdf
composite material
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PCT/BR2014/000005
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Fabiano André TREIN
Martinho Fleck
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Duvinil Componentes Para Calçados Ltda.
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L97/00Compositions of lignin-containing materials
    • C08L97/02Lignocellulosic material, e.g. wood, straw or bagasse
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2205/00Polymer mixtures characterised by other features
    • C08L2205/02Polymer mixtures characterised by other features containing two or more polymers of the same C08L -group
    • C08L2205/025Polymer mixtures characterised by other features containing two or more polymers of the same C08L -group containing two or more polymers of the same hierarchy C08L, and differing only in parameters such as density, comonomer content, molecular weight, structure

Definitions

  • the present invention relates to an innovative process for preparing composite material as well as to composite material obtained from PVC (polyvinyl chloride) matrix structured MDF and / or MDP residues.
  • PVC polyvinyl chloride
  • the preservation of the environment is a subject that is at the center of discussions, in the world, national and regional contexts, in conferences and congresses, which deal with the sustainability of the Planet and, consequently, of human sustainability on Earth, aiming at the qualitative and natural resources to supply a fast-growing population.
  • MDF Medium Density Particleboard
  • MDP Medium Density Particleboard
  • Wood panels arose from the need to alleviate the anisotropy and dimensional instability of solid wood, lower its cost and improve its insulating, thermal and acoustic properties. In addition, they meet a recognized need for the use of lumber and extend its useful surface by expanding one of its dimensions (width) to optimize its application. Wood panels can be defined as products composed of wood elements such as blades, battens, particles and fibers, obtained from the reduction of solid wood and reconstituted by adhesive bonding.
  • wood panels are directly associated with their physical and mechanical properties.
  • the technical restrictions for the use and application of different types of wood panels involve characteristics such as strength, interior or exterior use, surface uniformity, machining tolerance, screw clamping resistance, among others. Different types of wood panels may override such technical restrictions.
  • the main uses and applications of wood panels are mainly associated with the construction and furniture segments. Wood panels can be differentiated by their properties, which allow applications in these two segments.
  • MDP have viable economic potential, yet little exploited by companies.
  • the alternative of its use in the production of new panels is an idea that meets the current social appeal, favorable to the adoption of materials that cause the least environmental impact to the planet.
  • Waste from MDF and / or MDP panels is waste classified by ABNT NBR 10.004: 2004 as Class I waste, ie waste that, due to its physicochemical and infectious properties, may present a risk to public health and to the environment.
  • Class I waste ie waste that, due to its physicochemical and infectious properties, may present a risk to public health and to the environment.
  • the costs for a solution of these residues, either through landfilling are higher and the responsibility of the generator remains.
  • the solid waste normally generated in the form of dust and / or sawdust by the furniture production chain comes mostly from the panel machining operations, mainly cutting, drilling and sanding.
  • waste is generated in different proportions and with different characteristics.
  • PI 0106351-0 entitled “Composite Material: Thermoplastic, Vegetable Fiber and / or Wood and Ceramic Powder” refers to composite materials where wood fibers or powder are preferably mixed with polyethers, polyesters or nylon. This mixture is made at or slightly higher polymer melt temperature but should be below the degradation temperature of the organic fibers. Vegetable fiber or wood powder is mixed directly with the thermoplastic polymer, preferably polyacetal. The percentage by weight of fiber ranges from 20 to 80%. However, the simple mixing of components does not require novelty and inventive activity requirements and thus differs from the present invention in its production process.
  • PI 9916163-0 corresponding to PCT US 9929298, entitled "PMDI / RESOL Mixed Resin Binders for the Production of Wood Composite Products” refers to a process of producing wood composite products, but utilizing wood particles and treat them by compression or molding with a binder for the formation of a wood composite.
  • Suitable binder compositions are polymethylene poly (phenyl isocyanate) and a resole resin.
  • the present invention differs by treating waste generated MDF and MDP panels, reusing them within the industry that generated them.
  • PI 0604553-7 entitled “Process for the Chemical Recycling of Wood Waste or Wood Derivatives by Composite Preparation and Related Equipment,” describes the process of chemical recycling of wood waste or wood products such as sawdust and powders by fabricating a composite of this waste with an appropriate thermoset resin, based on the preparation of a homogeneous mixture of wood waste or wood products and resin, with eventual wetting necessary to give it plastic consistency that allows its work of conformation in the profiles of complex shapes, or of plates, with its curing in a short time, without the need of post-press quarantine to complete this curing, being that
  • the curing in question is a microwave-stimulated chemical process that allows the curing of composite parts in minutes, depending on the composite mass, microwave power, shape and thickness of the part, nature of the resin, etc .; In addition to accelerating the curing process, microwave irradiation gives the composite a higher mechanical strength than conventional heating processing. Thus, the process requires microwave agglutination energy to stimulate the chemical process.
  • Residues of MDF and / or MDP panels from cutting, drilling and sanding processes of the furniture and / or construction industry, in particular, can be reused by the present invention.
  • the present invention serves as a solution for MDF and / or MDP residues generated in the furniture industry through the production of a new material, which in the form of profiles, sheets and / or technical parts of various shapes can be used by least in those industries.
  • the invention proposes the use of an blowing agent in the process of preparing the composite material which results in a composite material obtained from PVC matrix structured MDF and / or MDP residues with a higher density range.
  • the blowing agent is added to the formulation in the range of 0.1 to 8.0%.
  • PVC waste comes from different industries, especially those that handle and produce PVC products such as synthetic laminates, soles, pipes, fittings and others. Added to these PVC resins, including waste, are: thermal stabilizers, thermal lubricants, extrusion processing aids and plasticizers.
  • the formulation components are added in a cylindrical chamber of a stainless steel jacket mechanical mixer and temperature control with horizontal or vertical mechanical cooler with stirring vanes and water circulation cooled double jacket, or other, which can mix the formulation without plasticizing it by cooling the dough.
  • the particle size range of the waste is 50 to 250 micrometers.
  • the premix is mixed in the same intensive mixer employed in Step 2 with the MDF / MDP powder residues in the proportions set forth in Table 2 below:
  • a horizontal or vertical mechanical chiller with stirring vanes and double jacket cooled by a water circulation system was used, where the MDF / MDP waste powder was mechanically mixed for about 20 seconds at low rotation.
  • the formulation of the rigid PVC premix of Step 1 in appropriate proportions to fix a mass fraction of MDF / MDP residues in the composition. Therefore, it is important to balance the benefit from MDF / MDP residues and the damage caused by plasticizer to mechanical properties in order to obtain a performance material suitable for the furniture and construction industry.
  • the fraction with the best characteristics was 50% by weight of MDF / MDP residues, but it was found that other ranges of use also have performance characteristics for use at least in the furniture and construction industry.
  • the material can also be injected for the production of different sized pieces and shapes.
  • This step is optional and consists of recycling defective extruded or injected products that pass through mills, the waste of which is reused in powder form next to Step 3.
  • the Scanning Electron Microscopy (SEM) technique was applied to verify in the present invention the excellent dispersion and homogenization of the MDF / MDP residue in the pre-formulated PVC mass, making it possible to verify that in the discovered processing technique there are no concentrated areas of residue. or premix that could weaken or make possible failures and fractures in parts produced by extrusion or injection. Also noteworthy is the low water absorption, average of 2.40%, an important characteristic for the external use of composite materials, as well as its non-flammability and non-flame propagation. These technical features provide the composite product with exceptional performance for use in both the furniture and construction industries, and can even reduce the degree of risk to installations, enhancing user and community safety.
  • the product of the present invention made of composite material according to the described process, extruded and / or injected, in the form of a profile, of various shapes, exhibits performance and characteristics suitable at least for use in the furniture or building industry , with tensile strength, water resistance, optimum weather resistance (simulated in 1,000-hour Aging Chamber and field practice tests), flexural strength, non-flammability, non-flame spread, optimal dispersion and homogenization of MDF powder / MDP in the PVC matrix, adequate relative density, optimal fixation and screw penetration.
  • reprocessing the waste which was previously disposed of in the environment classified as Class I by ABNT NBR 10.004: 2004 can be recycled into a new material. composite, minimizing the effects on the environment.
  • Waste and the new material itself can be classified as Class II B by ABNT NBR 10.004: 2004, that is, they are classified as inert and can be disposed of in landfills or recycled, since they do not suffer any alteration in their composition with over time, bringing great environmental benefits by minimizing the impacts and risks inherent in their physical characteristics.
  • the invention includes a modification of the composite material preparation process employing an blowing agent which results in a composite material obtained from PVC matrix structured MDF and / or MDP residues with a higher density range.
  • Modification in the process for producing MDF and / or MDP waste composite material profiles in powder form from the production process occurs in step 1 of the premix resin formulation where an expander is added in the range of 0.1 to 8.0%.
  • the process modification results in changes in the physical characteristics of the product, in particular in the density ranging from 0.3 to 1400 kg / m 3 , as shown in the table below: NORMAL TEST Critical Values

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Abstract

O material compósito compreende resíduos de MDF e/ou MDP homogeneizados e distribuídos na matriz de resinas de PVC, resíduos de PVC, e seus aditivos. O material compósito compreende 30 a 95% em peso de resina de PVC e 5 a 70% em peso de resíduos de MDF e/ou MDP. A resina de PVC apresenta a seguinte composição, em peso: resina de PVC para injeção 40,0 a 98,3%, resina de PVC de baixo peso molecular ou resíduos de PVC 0,5 a 37,7%, estabilizante térmico 0,7 a 6,0%, lubrificante externo 0,1 a 1,0%, auxiliar de processamento 0,1 a 1,0%, plastificante 0,1 a 15,0%. Alternativamente, a composição da resina de PVC pode apresentar um agente expansor na faixa de 0,1 a 8%, em peso. Os resíduos de MDF e/ou MDP apresentam faixa granulométrica de 50 a 250 micrometros. O processo para preparação de material compósito compreende uma primeira etapa de formulação de uma pré-mistura das resinas de PVC e aditivos, uma segunda etapa de mistura e resfriamento, uma terceira etapa de mistura dos resíduos de MDF e/ou MDP com a pré-mistura e uma quarta etapa de injeção ou extrusão da massa preparada produzindo produto compósito. Opcionalmente, o processo pode possuir uma quinta etapa que consiste na reciclagem dos produtos extrudados ou injetados defeituosos que passam por moinhos, cujos resíduos são reutilizados na forma de pó junto à terceira etapa.

Description

"PROCESSO PARA PREPARAÇÃO DE MATERIAL COMPÓSITO E MATERIAL COMPÓSITO DE RESÍDUOS DE MDF E/OU MDP ESTRUTURADOS EM MATRIZ DE PVC"
INTRODUÇÃO
A presente invenção refere-se a um inovador processo de preparação de material compósito, bem como refere-se ao material compósito obtido de resíduos de MDF e/ou MDP estruturados em matriz de PVC (policloreto de vinila).
ESTADO DA TÉCNICA
A preservação do meio ambiente é um assunto que se encontra no centro das discussões, nos contextos mundial, nacional e regional, em conferências e congressos, que tratam da sustentabilidade do Planeta e, consequentemente, da sustentabilidade humana na Terra, visando à manutenção qualitativa e quantitativa dos recursos naturais para o abastecimento de uma população em elevado crescimento.
Os problemas relacionados às questões ambientais como a poluição e a geração de resíduos, e suas consequências, estão, em íftuitos casos, associados aos processos produtivos. O melhor aproveitamento da matéria-prima por meio de processos que incorporem o conceito de logística reversa e os princípios de gestão ambiental vem ganhando importância nas indústrias e instituições de pesquisas, pois, além dos benefícios ambientais, trazem vantagens económicas às empresas.
Um indicador desta demanda ambiental é a adesão das empresas aos processos de certificações ambientais e florestais, solicitados pelos mercados, especialmente os internacionais, exigindo do setor produtivo a responsabilidade ambiental e social na exploração dos recursos florestais, com a máxima preservação possível desses recursos. O atual consumo de madeira em grande escala, pelos diversos setores da sociedade, faz com que surjam discussões e questionamentos sobre os impactos dos resíduos madeireiros ao ecossistema, instigando a ciência florestal no desenvolvimento de pesquisas sobre soluções mitigadoras dos impactos ambientais gerados nos processos produtivos, onde se tem a matéria-prima madeira ou painéis compensados de madeira como principais componentes do processo. Nesse contexto, existe a demanda por soluções que viabilizem a utilização de resíduos de painéis de madeira, oriundos do setor moveleiro, da construção civil e outros setores onde ocorre elevado descarte desses produtos, para compor novos materiais que fechem o ciclo produtivo e possam ser reaproveitados Essas soluções podem favorecer o melhor aproveitamento da matéria-prima, proporcionado maior valor agregado ao produto bem como novas propriedades que melhoram o desempenho dos mesmos.
Atualmente, uma tendência para produção de móveis é a utilização de painéis de madeira compensada, ou seja, formada de cavacos, chips e fibras de madeira, prensada a altas temperaturas com resinas sintéticas, usualmente fenólicas, uréicas e aditivos especiais, produzindo produtos conhecidos por MDF (Médium Density Fibreboard ou painel de fibras de média densidade) e MDP (Médium Density Particleboard ou painel de partículas de média densidade), facilitando as operações produtivas na indústria de móveis pela padronização do produto. A principal diferença entre os dois é que no painel de MDP são utilizadas partículas de madeira em camadas, ficando as mais finas na superfície e as mais delgadas no miolo. Já no MDF, aglutinam-se fibras de madeira. Porém, ambos são classificados como Painéis de Madeira de Média Densidade.
Os painéis de madeira surgiram da necessidade de amenizar a anisotropia e a instabilidade dimensional da madeira maciça, diminuir seu custo e melhorar as propriedades isolantes, térmicas e acústicas. Adicionalmente, suprem uma necessidade reconhecida no uso da madeira serrada e ampliam a sua superfície útil, através da expansão de uma de suas dimensões (a largura), para, assim, otimizar a sua aplicação. Os painéis de madeira podem ser definidos como produtos compostos de elementos de madeira como lâminas, sarrafos, partículas e fibras, obtidos a partir da redução da madeira sólida e reconstituídos através de ligação adesiva.
As utilizações dos painéis de madeira estão diretamente associadas às propriedades físicas e mecânicas dos mesmos. As restrições técnicas para o uso e a aplicação de diferentes tipos de painéis de madeira envolvem características como resistência, uso interior ou exterior, uniformidade da superfície, tolerância a usinagem, resistência à fixação de parafusos, entre outros. Diferentes tipos de painéis de madeira podem sobrepor tais restrições técnicas. Os principais usos e aplicações dos painéis de madeira estão associados principalmente aos segmentos da construção civil e de móveis. Os painéis de madeira podem ser diferenciados por suas propriedades, as quais permitem aplicações nesses dois segmentos.
Os resíduos desses painéis de madeira, especificamente MDF e
MDP, possuem potencial económico viável, ainda pouco explorado pelas empresas. A alternativa de seu aproveitamento na produção de novos painéis é uma ideia que vem ao encontro do apelo social atual, favorável à adoção de materiais que provoquem o mínimo impacto ambiental ao Planeta.
A necessidade de máximo aproveitamento dos resíduos das indústrias que utilizam produtos do setor florestal, visando à otimização do uso da matéria-prima, requer soluções com foco na busca pelo melhor aproveitamento desse tipo de material, viabilizando o consumo dos produtos gerados. Soluções que visem avaliar os resíduos provenientes de painéis compensados, MDF e aglomerados, estes ultimamente conhecidos como MDP, utilizados na fabricação de móveis, na construção civil e em outros segmentos, incorporando-os na produção de novos painéis de madeira aglomerada, são importantes, pois atendem ao compromisso ambiental e aos interesses económicos da indústria. A indústria vem buscando a redução de seus resíduos na aplicação de tecnologias "cradle to cradle" (berço ao berço) e substituindo as tecnologias "cradle to grave" (berço ao túmulo). Isso se dá através do ecodesing na parte do projeto do produto. Atualmente não é possível, tecnológica e economicamente, a reciclagem dos resíduos na forma de pó nos painéis de MDF e/ou MDP. A importância desta invenção está na técnica produtiva e na análise qualitativa dos produtos originados de resíduos de painéis, incentivando a produção sustentável, atendendo a logística reversa e a viabilidade económica, favorecendo, desta forma, o meio ambiente e a sociedade.
Os resíduos de painéis de MDF e/ou MDP são resíduos classificados pela ABNT NBR 10.004:2004 como resíduos Classe I, ou seja, resíduos que, em função de suas propriedades físico-químicas e infecto- contagiosas, podem apresentar risco à saúde pública e ao meio ambiente. Com certeza os resíduos mais perigosos, pedem mais atenção do gerador, os acidentes mais graves e de maior impacto ambiental são causados por esta classe de resíduos. Podem ser condicionados, armazenados temporariamente, incinerados, tratados ou dispostos em aterros sanitários próprios para receber resíduos perigosos. Assim, em função dessas propriedades e do risco, os custos para uma solução desses resíduos, seja através do depósito em aterros industriais, são mais elevados e a responsabilidade do gerador permanece.
Muitas empresas que utilizam painéis de madeira como matéria- prima nos processos produtivos, principalmente as indústrias moveleiras e a de construção civil, destinam os resíduos desses painéis (aparas, retalhos, painéis danificados, pós e/ ou serragem) ao ecossistema, em aterros industriais, ou à queima para geração energética, podendo causar impactos ambientais ao solo, aos recursos hídricos, à fauna, à flora e a atmosfera devido à composição química encontrada nos produtos, como resinas, formaldeídos, parafina, extrativos da própria madeira, entre outras substâncias. Este material, ainda visto como resíduo, apresenta grande potencial como matéria-prima para produção de novo painéis. O destino inadequado, a deposição indevida dos resíduos no meio ambiente ou mesmo a deposição em aterros industriais provocam, além de danos ambientais, prejuízo económico, onde a logística reversa, o reaproveitamento e/ou o co-processamento adequados desses resíduos poderiam tornar-se lucrativo à empresa geradora. A necessidade de máximo aproveitamento dos resíduos das indústrias que utilizam produtos do setor florestal, visando à otimização do uso da matéria-prima, requer soluções com foco na busca pelo melhor aproveitamento desse tipo de material, viabilizando o consumo dos produtos gerados.
Os resíduos sólidos gerados normalmente na forma de pó e/ou serragem pela cadeia produtiva moveleira são provenientes, em sua maioria, das operações de usinagem dos painéis, principalmente, corte, furação e lixamento. Dessa forma, em diversas etapas do processamento dos painéis, desde a fabricação até a operação de lixamento de qualquer peça de um móvel, são gerados resíduos em diferentes proporções e com diferentes características.
O potencial de reaproveitamento desses resíduos pode ser estimado pela produção crescente de painéis e segundo o estudo setorial da Associação Brasileira da Indústria de Madeira Processada Mecanicamente - ABIMCI (2009), a indústria brasileira de compensados produziu aproximadamente 2,5 milhões de metros cúbicos de compensados de coníferas e de folhosas em 2008. Somam-se a isso as informações da Associação Brasileira da Indústria de Painéis de Madeira - ABIPA (2010), as empresas fabricantes de MDF têm capacidade nominal instalada de 4,1 milhões de metros cúbicos ao ano, enquanto as empresas fabricantes de painéis MDP têm capacidade nominal instalada de 4,8 milhões de metros cúbicos ao ano. Revelando que o problema dos resíduos nessa indústria é crescente e a solução de reaproveitamento dos resíduos de MDF e MDP cada vez mais urgente.
Na busca de anterioridades com o objetivo da verificação do estado da técnica encontramos as seguintes patentes, a seguir descritas, no qual observamos as diferenças com a presente invenção.
A PI 0106351-0, de título "Material Compósito: Termoplástico, Fibra Vegetal e/ou Pó de Madeira e Cerâmica", refere-se a materiais compósitos onde fibras ou pó de madeira são misturados preferencialmente a poliéteres, poliésteres ou náilons. Esta mistura é feita na temperatura de fusão do polímero, ou um pouco maior, mas deve ser inferior a temperatura de degradação das fibras orgânicas. A fibra vegetal ou o pó de madeira são misturados diretamente com o polímero termoplástico, preferencialmente poliacetal. A porcentagem em peso de fibra varia entre 20 e 80%. Entretanto a simples mistura de componentes não apresenta requisitos de novidade e atividade inventiva e difere-se, assim, da presente invenção pelo seu processo de produção.
A PI 9916163-0, correspondente ao PCT US 9929298, de titulo "Aglutinantes Mistos de Resina de PMDI/RESOL para Produção de Produtos Compósitos de Madeira", refere-se a um processo de produção de produtos de compósito de madeira, mas que utiliza partículas de madeira e trata-as, através de compressão ou moldagem, com um aglutinante para a formação de um compósito de madeira. As composições aglutinantes adequadas são polimetileno poli (fenil isocianato) e uma resina de resol. A presente invenção difere por tratar os resíduos de painéis de MDF e MDP gerados, reaproveitando-os dentro da própria indústria que os gerou.
A PI 0604553-7, de título "Processo para Reciclagem Química de Resíduos de Madeira ou de Derivados de Madeira por Preparo de Compósito e Respectivo Equipamento para Sua Realização", descreve o processo de reciclagem química de resíduos de madeira ou de derivados de madeira como serragem e pós, pela fabricação de um compósito deste resíduo com uma resina termofixa apropriada, baseando-se no preparo de uma mistura homogénea de resíduos de madeira ou de derivados de madeira e resina, com eventual umectação necessária para dar-lhe consistência plástica que permita seu trabalho de conformação nos perfis de formatos complexos, ou de chapas, com posterior cura da mesma em tempo curto, sem a necessidade de quarentena pós- prensagem para concluir dita cura, sendo que a cura em questão é um processo químico estimulado por micro-ondas, que permite obter a cura de peças do compósito em minutos, dependendo da massa de compósito, potência de microondas, formato e espessura da peça, natureza da resina, etc; além de acelerar o processo de cura, a irradiação por micro-ondas confere ao compósito uma resistência mecânica superior ao processamento com aquecimento convencional. Assim, o processo necessita da energia de aglutinação por micro-ondas para estimular o processo químico.
SOLUÇÃO DA INVENÇÃO
É objetivo da presente invenção um processo de produção de um produto que é constituído por material compósito de resíduos de MDF e/ou MDP estruturados em matriz de PVC (policloreto de vinila) com desempenho pelo menos para uso específico na indústria moveleira e da construção civil. Os resíduos dos painéis de MDF e/ou MDP, vindos dos processos de corte, furação e lixamento da indústria de móveis e/ou construção civil, principalmente, podem ser reaproveitados pela presente invenção. Serve assim a presente invenção para uma solução dos resíduos de MDF e/ou MDP gerados na indústria moveleira através da produção de um novo material, que na forma de perfis, chapas e/ou peças técnicas, com diversas formas, podem ser utilizados, pelo menos, nas referidas indústrias.
O processo proposto pela invenção apresenta as seguintes vantagens sobre os processos do estado da técnica anteriormente descritos:
- trata os resíduos de painéis de MDF e MDP gerados para reaproveitamento dentro da própria indústria que a gerou;
- não utiliza energia de aglutinação por micro-ondas estimulando um processo químico. Alternativamente, a invenção propõe o emprego de um agente expansor no processo de preparação do material compósito que resulta em um material compósito obtido a partir de resíduos de MDF e/ou MDP estruturados em matriz de PVC com uma maior faixa de densidade. Preferencialmente, o agente expansor é acrescido na formulação na faixa de 0,1 a 8,0 %.
DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO
O processo para a produção de perfis de material compósito de resíduos de MDF e/ou MDP, na forma de pó, oriundo do processo produtivo passa a ser descrito detalhadamente com base na figura 1 que ilustra o fluxograma do processo.
ETAPA 1 - FORMULAÇÃO DA RESINA
É a preparação da formulação com PVC, conforme descrita na Tabela 1 abaixo, utilizada para perfis rígidos extrudados ou injetados. Utiliza-se uma mistura, ou blend, de resinas de PVC com diferentes pesos moleculares, utilizando-se também resíduos de PVC, possibilitando a produção de perfis com diferentes índices de dureza para diferentes usos na indústria moveleira ou da construção civil. Os resíduos de PVC são oriundos de diferentes indústrias, principalmente àquelas que manipulam e produzem produtos de PVC como laminados sintéticos, solados, tubos, conexões e outros. Adicionam-se a essas resinas de PVC, inclusive aos resíduos, ainda: estabilizantes térmicos, lubrificantes térmicos, auxiliar de processamento de extrusão e plastificantes.
Tabela 1 : Formulação de PVC (Pré-Mistura)
COMPONENTES FAIXA DE UTILIZAÇÃO MELHOR UTILIZAÇÃO
% em peso % em peso
Resina de PVC para injeção 40,0 a 98,3 75
Resina de PVC de baixo 0,5 a 37,7 18
peso molecular ou Resíduos
de PVC
Estabilizante Térmico 0,7 a 6,0 5
Lubrificante Externo 0,1 a 1,0 0,3
Auxiliar de processamento 0,1 a 1,0 1
Plastificante 0,1 a 15,0 0,7 ETAPA 2 - MISTURA E RESFRIAMENTO DA RESINA
Os componentes da formulação são adicionados em uma câmara cilíndrica de um misturador mecânico com camisa de aço inox e controle de temperatura com resfriador mecânico, horizontal ou vertical, com palhetas agitadoras e com camisa dupla resfriada por sistema de circulação de água, ou outro, que possa misturar a formulação sem plastificá-la, através de resfriamento da massa.
ETAPA 3 - MISTURA DA RESINA E RESÍDUOS
Após a pré-mistura e resfriamento da formulação da resina é executada a mistura com os resíduos de MDF/MDP na forma de pó. A faixa granulométrica dos resíduos é de 50 a 250 micrometros.
A pré-mistura é misturada no mesmo misturador intensivo empregado na Etapa 2 com os resíduos de MDF/MDP na forma de pó nas proporções estabelecidas na Tabela 2 a seguir:
Tabela 2: Formulação da Pré-Mistura com Resíduos de MDF/MDP
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Para a preparação das composições foi utilizado o resfriador mecânico, horizontal ou vertical, com palhetas agitadoras e com camisa dupla resfriada por sistema de circulação de água, onde foram misturados mecanicamente por cerca de 20 segundos em baixa rotação o pó de resíduos de MDF/MDP com a formulação da pré-mistura de PVC rígido da Etapa 1 nas devidas proporções, de modo a fixar uma fração mássica de resíduos de MDF/MDP na composição. Portanto, é importante que seja observado um balanço entre o benefício proveniente dos resíduos de MDF/MDP e o prejuízo causado pelo plastificante nas propriedades mecânicas, para se obter um material de desempenho adequado à indústria moveleira e da construção civil. A fração que obteve as melhores características foi a de 50% em massa de resíduos de MDF/MDP, mas descobriu-se que outras faixas de utilização também possuem características de desempenho para uso, pelo menos, na indústria de móveis e da construção civil.
Após mistura e resfriamento, os compostos dry-blend são granulados em uma extrusora mono ou dupla rosca (L/D 25 relação comprimento/diâmetro = 25).
ETAPA 4 - EXTRUSÃO OU INJEÇÃO DE PRODUTOS
O material segue para extrusão do perfil em uma monorosca ou dupla rosca com L/D 25 (relação comprimento/diâmetro = 25), com passo de rosca adequado para uso de PVC, para produção do perfil de material compósito em diversos formatos para uso como, por exemplo, rodapé, substituto de madeira para bancos, portas, decks, forros e diversos outros desenhos e formas. O material também pode ser injetado para a produção de peças de tamanho e formas diferenciadas.
ETAPA 5 - RECICLAGEM DE DESCARTADOS
Esta etapa é opcional e consiste na reciclagem de produtos extrudados ou injetados defeituosos que passam por moinhos, cujos resíduos são reutilizados na forma de pó junto à Etapa 3.
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DO PRODUTO RESULTANTE
O produto obtido pelo processo da invenção obteve o seguinte desempenho, conforme descrito na Tabela 3 a seguir:
ENSAIO NORMA Valores
Característicos
Resistência à Tração em Materiais ASTM D638 17 a 41 MPa Plásticos - Tensão de Ruptura
Tensão na Máxima Flexão ASTM D790 - Método A 24 a 58 MPa
Densidade relativa ASTM D792 - Método A 0,300 a 1.400 kg/m3
Resistência ao Impacto Charpy ISO 709 4,8 a 7,2 kJ/m2
Inflamabilidade em Materiais Plásticos ASTM D635 Não Inflamável
Absorção de água em materiais ASTM D570 0,5 a 2,60 % plásticos a 23°C Verifica-se que perfis de materiais compósitos para uso na indústria moveleira devem possuir maior massa específica e maior resistência mecânica, sem prejudicar sua estabilidade dimensional. Os materiais compósitos devem ser facilmente usinados, para possibilitarem a introdução e aprisionamento de parafusos e fornecer, após processamento, um ótimo acabamento. As características descobertas com esse novo material compósito dão ao mesmo, ótimas características de desempenho.
Foi aplicada a técnica de Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) para verificar na presente invenção a excelente dispersão e homogeneização do resíduo de MDF/MDP na massa de PVC pré-formulada, possibilitando constatar que na técnica de processamento descoberta não existem áreas concentradas de resíduo ou de pré-mistura que poderiam enfraquecer ou possibilitar falhas e fraturas nas peças produzidas por extrusão ou injeção. Destaca-se igualmente a baixa absorção de água, média de 2,40%, característica importante para uso externo dos materiais compósitos, além da não inflamabilidade e da não propagação de chamas do mesmo. Essas características técnicas fornecem ao produto compósito um desempenho excepcional para uso tanto na indústria de móveis quanto na da construção civil, podendo inclusive reduzir o grau de risco das instalações, ampliando a segurança do usuário e da comunidade.
O produto da presente invenção, produzido de material compósito conforme o processo descrito, extrudado e/ou injetado, na forma de um perfil, com diversas formas, apresenta desempenho e características adequadas, pelo menos, para o uso na indústria moveleira ou da construção civil, com resistência à tração, resistência à água, ótima resistência às intempéries (simulado em Câmara de Envelhecimento de 1.000 horas e testes práticos de campo), resistência à flexão, não inflamabilidade, não propagação de chamas, ótima dispersão e homogeneização do pó de MDF/MDP na matriz de PVC, densidade relativa adequada, ótima fixação e penetração de parafusos. Através do reprocessamento do rejeito, que antes era descartado no meio ambiente classificado como Classe I pela ABNT NBR 10.004:2004 podem ser reciclados em um novo material compósito, minimizando os efeitos ao meio ambiente. Já os resíduos e o próprio novo material podem ser classificados como Classe II B pela ABNT NBR 10.004:2004, ou seja, são classificados como inertes e podem ser dispostos em aterros sanitários ou reciclados, pois não sofrem qualquer tipo de alteração em sua composição com o passar do tempo, trazendo grandes benefícios ambientais com a minimização dos impactos e riscos inerentes à sua característica física.
Alternativamente, a invenção inclui uma modificação no processo de preparação do material compósito que emprega um agente expansor que resulta em um material compósito obtido a partir de resíduos de MDF e/ou MDP estruturados em matriz de PVC com uma maior faixa de densidade.
A modificação no processo para produção de perfis de material compósito de resíduos de MDF e/ou MDP, na forma de pó, oriundo do processo produtivo ocorre na etapa 1 de formulação da resina da pré-mistura onde é acrescido um agente expansor na faixa de 0,1 a 8,0 %.
A preparação da formulação com PVC passa a incluir um agente expansor, conforme descrita na tabela abaixo:
Figure imgf000013_0001
A modificação no processo resulta em modificações das características físicas do produto, em especial na densidade que apresenta uma faixa de 0,3 a 1.400 kg/m3, conforme contido na tabela abaixo: ENSAIO NORMA Valores Críticos
Resistência à Tração em ASTM D638 17 a 41 MPa Materiais Plásticos - Tensão
de Ruptura
Tensão na Máxima Flexão ASTM D790 - Método A 24 a 58 MPa
Densidade relativa ASTM D792 - Método A 0,3 a 1.400 kg/m3
Resistência ao Impacto ISO 709 4,8 a 7,2 kJ/m2 Charpy
Inflamabilidade em Materiais ASTM D635 Não Inflamável
Plásticos
Absorção de água em ASTM D570 0,5 a 2,60 % materiais plásticos a 23°C

Claims

REIVINDICAÇÕES
1 - "MATERIAL COMPÓSITO DE RESÍDUOS DE MDF E/OU MDP ESTRUTURADOS EM MATRIZ DE PVC" caracterizado pelo fato de compreender resíduos de MDF e/ou MDP homogeneizados e distribuídos na matriz de resinas de PVC, resíduos de PVC, e seus aditivos.
2 - "MATERIAL COMPÓSITO DE RESÍDUOS DE MDF E/OU MDP ESTRUTURADOS EM MATRIZ DE PVC", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender a seguinte composição, em peso:
- resina de PVC 30 a 95%
- resíduos de MDF e/ou MDP 5 a 70%
3 - "MATERIAL COMPÓSITO DE RESÍDUOS DE MDF E/OU MDP ESTRUTURADOS EM MATRIZ DE PVC", de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a composição preferencial, em peso, é de 50% de resina de PVC e 50% de resíduos de MDF e/ou MDP.
4 - "MATERIAL COMPÓSITO DE RESÍDUOS DE MDF E/OU MDP
ESTRUTURADOS EM MATRIZ DE PVC", de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a resina de PVC apresenta a seguinte composição, em peso:
- resina de PVC para injeção 40,0 a 98,3% - resina de PVC de baixo peso molecular ou resíduos de PVC 0,5 a 37,7%
- estabilizante térmico 0,7 a 6,0%
- lubrificante externo 0,1 a 1 ,0%
- auxiliar de processamento 0,1 a 1 ,0%
- plastificante 0,1 a 15,0%
5 - "MATERIAL COMPÓSITO DE RESÍDUOS DE MDF E/OU MDP
ESTRUTURADOS EM MATRIZ DE PVC", de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que na composição da resina de PVC é acrescentado um agente expansor na faixa de 0,1 a 8%, em peso.
6 - "MATERIAL COMPÓSITO DE RESÍDUOS DE MDF E/OU MDP ESTRUTURADOS EM MATRIZ DE PVC", de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a resina de PVC apresenta preferencialmente a seguinte composição, em peso:
- resina de PVC para injeção 75% - resina de PVC de baixo peso molecular ou resíduos de PVC 18%
- estabilizante térmico 5%
- lubrificante externo 0,3%
- auxiliar de processamento 1 ,0%
- plastificante 0,7%
7 - "MATERIAL COMPÓSITO DE RESÍDUOS DE MDF E/OU MDP ESTRUTURADOS EM MATRIZ DE PVC", de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os resíduos de MDF e/ou MDP apresentam granulometria na faixa de 50 a 250 micrometros.
8 - "PROCESSO PARA PREPARAÇÃO DE MATERIAL
COMPÓSITO" caracterizado pelo fato de que possui uma primeira etapa de formulação de uma pré-mistura das resinas de PVC e aditivos, uma segunda etapa de mistura e resfriamento, uma terceira etapa de mistura dos resíduos de MDF e/ou MDP com a pré-mistura e uma quarta etapa de injeção ou extrusão da massa preparada produzindo produto compósito.
9 - "PROCESSO PARA PREPARAÇÃO DE MATERIAL COMPÓSITO", de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que possui uma quinta etapa opcional que consiste na reciclagem dos produtos extrudados ou injetados defeituosos que passam por moinhos, cujos resíduos são reutilizados na forma de pó junto à terceira etapa.
10 - "PROCESSO PARA PREPARAÇÃO DE MATERIAL COMPÓSITO", de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que na primeira etapa a formulação da pré-mistura compreende a seguinte composição, em peso:
- resina de PVC para injeção 40,0 a 98,3%
- resina de PVC de baixo peso molecular ou resíduos de PVC 0,5 a 37,7%
- estabilizante térmico 0,7 a 6,0%
- lubrificante externo 0, a 1,0%
- auxiliar de processamento 0,1 a 1 ,0% - plastificante 0,1 a 15,0%
11 - "PROCESSO PARA PREPARAÇÃO DE MATERIAL COMPÓSITO", de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que na composição da resina de PVC é acrescentado um agente expansor na faixa de 0,1 a 8%, em peso.
12 - "PROCESSO PARA PREPARAÇÃO DE MATERIAL COMPÓSITO", de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que na primeira etapa a pré-mistura compreende, preferencialmente, a seguinte composição, em peso:
- resina de PVC para injeção 75%
- resina de PVC de baixo peso molecular ou resíduos de PVC 18%
- estabilizante térmico 5%
- lubrificante externo 0,3%
- auxiliar de processamento 1 ,0%
- plastificante 0,7%
13 - "PROCESSO PARA PREPARAÇÃO DE MATERIAL COMPÓSITO", de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que na terceira etapa a mistura compreende a seguinte composição, em peso:
- resina de PVC 30 a 95%
- resíduos de MDF e/ou MDP 5 a 70%
14 - "PROCESSO PARA PREPARAÇÃO DE MATERIAL COMPÓSITO", de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que na terceira etapa a composição em peso da mistura é, preferencialmente, de 50% de resina de PVC e 50% de resíduos de MDF e/ou MDP.
15 - "PROCESSO PARA PREPARAÇÃO DE MATERIAL COMPÓSITO", de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 14, caracterizado pelo fato de que utiliza para misturar os componentes das formulações da primeira e da terceira etapas um resfriador mecânico, em baixa rotação.
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