AMINOPLÁSTICAS

CAMPO DA INVENÇÃO

[001 ] A presente invenção pertence ao campo das resinas aminoplásticas utilizadas nas manufaturas de chapas compósitas de madeira. Mais especificamente, a invenção é dirigida para uma composição catalítica em solução aquosa para aceleração da cura dessas resinas de forma mais eficiente do que as composições catalíticas do estado da arte.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] Os materiais de compósito de madeira são usados em uma grande variedade de aplicações, principalmente para materiais de construção comercial e residencial. Todas as partes das árvores, que é a principal matéria-prima em todos os produtos finais dessa indústria, têm algum uso e valor no processo. Depois que um corte de árvore é descascado, ele pode ser convertido em um conjunto bastante diferenciado de formas, lascando-o e/ou cortando-o em diferentes tamanhos/consistências, ou combinando-o com alguma forma de resina, antes da prensagem/moldagem. O resultado final do processo é um compósito de madeira desenvolvido para aplicações específicas. Dentre estas, painéis de fibra de baixa densidade, painéis de fibra de média densidade, painéis de fibra de alta densidade, painel de aglomerados, compensados, OSBs (Oriented Strand Board), OWBs (Oriented Wafer Board), MDFs (Médium Density Fiber), HDFs (High DensityFiber), compensados estruturais, tábuas, colunas e vigas em T.

[003] Em se tratando da indústria da prensagem de painéis e a fabricação de materiais baseados em fibra de madeira, um dos maiores desafios é prover tais insumos com suficiente desempenho.

[004] Durante a prensagem/moldagem é fundamental que a resina polimerize até o estado curado, infusível e insolúvel, garantindo união entre as fibras/partículas de madeira, desta forma conferindo ao painel/peça integridade físico-mecânica e estabilidade dimensional, mesmo após a saída da prensa, estado em que os componentes não estão mais submetidos a pressão e calor. [005] O meio para a transmissão do calor entre a prensa/molde e o interior do painel/peça é o vapor d'água que se forma no contato entre a madeira umedecida e as partes metálicas aquecidas. Dessa forma, a umidade do material a ser prensado é uma variável importante para o processo.

[006] Para a aceleração da cura/polimerização é prática usual da indústria o emprego de catalisadores em solução aquosa, que são misturados às fibras/partículas e/ou às resinas antes da conformação e prensagem/moldagem. Estes catalisadores são substâncias que atuam reduzindo o pH do meio, seja por ação do calor da prensagem/moldagem ou mesmo à temperatura ambiente. Quando esses catalisadores são ativados pela temperatura elevada das condições de prensagem/moldagem, são chamados catalisadores latentes.

[007] Dentre os catalisadores latentes mais utilizados estão os sais de amónio, como: sulfato de amónio, cloreto de amónio, acetato de amónio, nitrato de amónio, etc, devido ao seu baixo preço e boa solubilidade em água.

[008] É de conhecimento daqueles especializados nas técnicas de prensagem/moldagem que a água que está incorporada à madeira desde sua origem é mais eficiente na transmissão de calor e processo de prensagem/moldagem do que a água que vem adicionada pela mistura da madeira com a resina, catalisador e outros aditivos, que compõem a chamada "batida de cola", resultando em um processo mais económico e estável.

[009] Portanto, há espaço para melhoria do estado da arte se forem usados catalisadores mais eficientes e assim serem aplicados em dosagem menor e também catalisadores mais concentrados, isto é, que incorporem menos água ao processo.

[0010] A literatura de patentes aponta vários documentos a este respeito.

[0011 ] Assim, a patente norte-americana U.S. 4.451 .620 trata do uso do sal de dietanolamina de ácido sulfâmico em proporção de 0,05 a 3% em peso em base sólida como acelerador de cura para resinas aminoplásticas. As resinas englobam resinas de melamina ou uréia e a razão aminoplasto/formaldeído está entre 1 :1 ,4 a 1 :3. Conforme este documento, o sal de dietanolamina de ácido sulfâmico tem desempenho melhorado em relação ao sal de trietanolamina do mesmo ácido, e é especialmente adequado para uso com resinas melamina-uréia. No entanto, este documento de patente não revela nem sugere o uso combinado de ácido sulfâmico e um sal de amónio como catalisador de resinas aminoplásticas tal como descrito e reivindicado na presente invenção.

[0012] A patente GB1543409 trata de um catalisador para a síntese de resina uréia formol à base de ácido amínossulfônico e amónia. Já o catalisador objeto da presente invenção trata de uma solução catalítica para a catálise da cura da resina à base de ácido amidossulfônico. Portanto, o uso de sistema catalítico na síntese da resina não antecipa o uso de sistema semelhante na cura da resina.

[0013] A patente norte-americana U.S. 4.1 13,701 trata de um processo para a preparação de soluções de resinas uréia formaldeído que são úteis para impregnar suportes de papel, usados para revestir painéis de madeira onde inicialmente uréia e aldeído fórmico são misturados e feitos reagir e depois é adicionado ácido amínossulfônico e o pH é controlado com amónia. Neste processo a uréia inicial é substituída por melamina para obter controle aperfeiçoado do processo. Este documento de patente trata de catalisadores para a síntese da resina uréia formol e não para a catálise da cura da resina, que é o objetivo da presente invenção.

[0014] A patente norte-americana U.S. 6,730.770 trata da acidificação de uma resina resol feno! formaldeído para uso como ligante de fibras de vidro com ácido sulfâmico a pH 3 ou menos após a resinificação catalisada por base. É alegado que há um aumento real em sólidos produzidos em comparação com a resina neutralizada, o que refletiria um aperfeiçoamento na eficiência do processo, O uso de ácido sulfâmico neste caso é como acídificante, e é usado em resinas fenol formaldeído e não em resinas aminoplásticas.

[0015] O documento internacional publicado WO2008084173A1 ensina uma composição adesiva para fibras minerais contendo uma resina fenólica, uréia, um catalisador de reticulação, aditivos, o catalisador de reticulação sendo uma mistura de sulfamato de amónio e sulfato de amónio, Embora a tecnologia exposta nesta publicação mencione o uso de uréia na formulação, a uréia é apenas um componente, a resina básica sendo uma resina fenólica e não uma resina uréia formol como a resina da invenção. [0016] Frente à lacuna apresentada pelos documentos do estado da técnica a presente invenção é dirigida para catalisadores aquosos de diversas proporções de sais de amónio e ácido sulfâmico. Os catalisadores da invenção podem ser empregados em dosagens (em base seca) de até metade da dosagem normal empregada usando apenas sais de amónio, com benefícios económicos ao processo de prensagem/moldagem, sem comprometimento de propriedades físico- químico-mecânicas dos produtos prensados/moldados.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0017] A Figura 1 anexa é um gráfico de barras que mostra os dados da Tabela 4, ou seja, valores da tração interna em kgf/cm ² vs. o tempo de ciclo em segundos para um catalisador de controle e uma composição catalítica aquosa da invenção.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0018] De modo amplo, a presente invenção trata de uma composição catalítica aquosa aceleradora da cura de resinas aminoplásticas, a composição compreendendo, em %: água 30 a 99%, sais de amónio 0,1 a 70%, ácido sulfâmico 0,1 a 50% e corretor de pH 0 a 10%.

[0019] Assim, a invenção provê uma composição catalítica aquosa da invenção que, pelo emprego de ácido sulfâmico e sais de amónio, reduz a dosagem necessária para catálise de cura da resina aminoplástica em até 50%, considerando base em sólidos. Dessa forma menos catalisador e menos água são incorporados ao processo.

[0020] A invenção também provê um processo para a cura acelerada de resinas aminoplásticas em presença de entre 0,1 e 20,0% em peso da composição catalítica aquosa em relação ao peso seco da resina a ser curada.

[0021 ] A invenção provê ainda um processo de produção de painéis de madeira em presença da composição da invenção na etapa de cura da resina que proporciona economia de energia no secador das lâminas/fibras/partículas de madeira.

[0022] A invenção provê adicionalmente um processo para a cura de resina aminoplástica que em presença da dita composição catalítica aquosa permite maior estabilidade de processo de prensagem/moldagem, principalmente em linhas contínuas, possibilitando aumento de produtividade de até 10%.

[0023] Adicionalmente, o processo da invenção em presença da dita composição catalítica aquosa acarreta menor quantidade de íons negativos originada dos sais de amónio, aumentando a resistência à água dos produtos de madeira processada.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0024] O manuseio de sais de amónio nas empresas de madeira processada envolve diversas dificuldades como:

• Armazenamento e transporte de sacos, manuseio braçal ou pelo uso de equipamentos automatizados caros e sujeitos a manutenção. Os catalisadores líquidos concentrados empregam tanques, bombas e tubulações menos sujeitas a manutenção e uso de mão-de-obra;

• Os sais de amónio podem ter contaminações, areia, pedras e empedramento do próprio sal, dificultando ou interrompendo o processo com danos a bombas e outros equipamentos. Já os catalisadores líquidos concentrados são isentos destas dificuldades.

[0025] Por outro lado, o emprego de ácido sulfâmico em conjunto aos sais de amónio reduz a dosagem necessária para catálise em até 50%, considerando base em sólidos. Dessa forma menos catalisador e menos água são incorporados ao processo, acarretando:

a) Economia de energia no secador das lâminas/fibras/partículas de madeira, pois há redução em cerca de 1 0% na quantidade de água que precisa ser retirada, vide Exemplo 4;

b) Maior estabilidade de processo de prensagem/moldagem, principalmente em linhas contínuas, possibilitando aumentos de produtividade de até 10%, vide Exemplo 5; e

c) Menor quantidade de íons negativos originados dos sais de amónio, aumentando a resistência à água dos produtos de madeira processada.

[0026] Assim, o primeiro aspecto da invenção é a composição catalítica aquosa aceleradora da cura de resinas aminoplásticas. [0027] Conforme a invenção, as resinas aminoplásticas úteis para a prática da invenção incluem as resinas à base de uréia e aquelas à base de melamina. De preferência as resinas úteis para a invenção são as resinas uréia-formol, uréia- melamina-formol e melamina-formol.

[0028] A composição catalítica aquosa aceleradora da cura de resinas aminoplásticas conforme a presente invenção se constitui, portanto, em uma solução aquosa compreendendo proporções variadas de um sal de amónio e ácido sulfâmico.

[0029] A composição catalítica aquosa aceleradora da cura de resinas aminoplásticas compreende os componentes e as proporções dos mesmos, tal como explicitado na Tabela 1 abaixo, com as proporções percentuais amplas e preferidas de cada componente.

TABELA 1

[0030] A água usada para a composição catalítica aquosa da invenção é água industrial, água destilada, água potável de rede de distribuição ou de outra fonte, desde que com pH na faixa de 4 a 10 e dureza inferior a 500 ppm CaC03.

[0031 ] Os sais de amónio úteis para os propósitos da invenção são sulfato de amónio, cloreto de amónio, acetato de amónio, nitrato de amónio. O sal de amónio preferido é o sulfato de amónio.

[0032] Como corretor de pH da composição catalítica aquosa da invenção são úteis soluções aquosas de amónia, hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, aminas. Uma solução aquosa de amoníaco a 25% na proporção de 0,1 a 10% é um corretor de pH preferido.

[0033] A composição catalítica aquosa aceleradora de cura de resinas aminoplásticas da invenção é preparada conforme descrito a seguir. [0034] Para a produção da composição da invenção os componentes devem ser diluídos na proporção de água selecionada com auxílio de agitador, sem ordem de adição específica, sem necessidade de aquecimento ou outras condições especiais de processo.

[0035] O segundo aspecto da invenção é o processo para a cura de resinas aminoplásticas em presença da composição catalítica da invenção.

[0036] O processo de cura da resina aminoplástica conforme a invenção é efetuado em presença de entre 0,1 % e 20%, de preferência entre 0,5% e 5% em base seca sobre sólidos de resina da dita composição catalítica.

[0037] A seguir a presente invenção será ilustrada a partir de Exemplos, que não devem ser considerados limitativos da mesma.

[0038] Para confeccionar os painéis de aglomerados utilizados nos Exemplos foram empregados procedimentos ao alcance de um técnico no assunto, tais procedimentos não se constituindo objeto da invenção.

EXEMPLO 1

[0039] Após a preparação de painéis de madeira ou estruturas similares é efetuado o Teste de Gel time para avaliar a reatividade de resinas uréia-formol utilizando como catalisador de cura uma composição catalítica aquosa da invenção e uma composição catalítica de controle.

[0040] O teste de Gel Time em água fervente é um método de comparação de reatividade de resinas uréia-formol quando misturadas com catalisadores, sendo usado pelos conhecedores da área. O teste consiste em agitar, com auxílio de um bastão ou arame, uma mistura de proporções conhecidas de resina (cerca de 5 gramas) e catalisador em um tubo de ensaio que é parcialmente imerso em um béquer com água fervente. O tempo para endurecimento (cura) da resina é cronometrado e reportado como gel time em segundos (s).

[0041 ] A Tabela 2 a seguir compila dados de gel time de resina uréia-formol com 65% de sólidos, com relação molar de 1 ,20 moles de formol para 1 ,00 mol de uréia, com pH 8,0 e viscosidade 120 Centipoise. Os dados da Tabela 2 foram obtidos usando catalisador de sulfato de amónio 39% + 0,6% ácido sulfâmico (invenção), em comparação com sulfato de amónio a 24% (controle). [0042] Para efetuar o teste foram misturadas 30 g de resina com as quantidades de catalisador indicadas na Tabela 2 e desta mistura 5 g foram introduzidas em tubo de ensaio. Na Tabela 2 estão indicadas também as dosagens em termos de sólidos de catalisador por sólidos de resina.

TABELA 2

[0043] A partir dos dados da Tabela 2 pode-se observar que, a partir de certa dosagem, o teor de catalisador da invenção necessário para obter valores de gel time comparáveis aos obtidos em presença de sulfato de amónio corresponde a um terço em base líquida e metade em base sólida.

EXEMPLO 2

[0044] Este Exemplo trata de testes de inchamento de painéis de madeira aglomerados com auxílio de resina uréia formol curada com catalisador da invenção e com catalisador do estado da técnica como controle.

[0045] Foram confeccionados painéis de aglomerado em laboratório, usando catalisador de sulfato de amónio 39% + 0,6% Ácido Sulfâmico (invenção), em comparação com sulfato de amónio a 40% (controle). A dosagem aplicada do catalisador da invenção foi a metade, em base sólida (b.s.), que a do sulfato de amónio.

[0046] Seguem na Tabela 3 abaixo dados de análise de percentual de aumento de espessura (inchamento) e aumento de massa (absorção) quando corpos de prova foram imersos em água por 2 horas e 24 horas. TABELA 3

[0047] A partir dos dados da Tabela 3 acima é possível observar que o catalisador da invenção não apresentou alteração significativa em inchamento e absorção.

EXEMPLO 3

[0048] Foram confeccionados painéis de aglomerado em laboratório, usando catalisador de sulfato de amónio 24% + 0,5% Ácido Sulfâmico (invenção), em comparação com sulfato de amónio a 24% (controle). Os painéis foram confeccionados em três tempos de prensagem e os corpos de prova foram analisados por tração interna conforme a Norma ABNT NBR 14810-2: 2013.

[0049] Os resultados podem ser visualizados na Tabela 4 a seguir. A Figura 1 é um diagrama de blocos que ilustra os dados da Tabela 4. Na Figura 1 , os blocos mais escuros se referem ao controle enquanto os mais claros são referentes às resinas curadas com a composição catalítica aquosa de acordo com a presente invenção.

TABELA 4

Tração Interna, Kgf/cm ²

Ciclos de prensagem 1 16 s 126 s 136 s

Sulfato de amónio 24 %

(Controle) 3,5 3,6 4,2

Sulfato de amónio 24%

+ Ácido Sulfâmico 0,5%

(Invenção) 4,8 4,5 4,6 [0050] A partir dos dados da Tabela 4 e do diagrama de blocos da Figura 1 é possível observar que a adição de Ácido Sulfâmico ao catalisador de sulfato de amónio resultou em aumento de tração interna.

[0051 ] Tendo em vista que valores de tração interna maiores em tempos de prensagem menores indicam aceleração da cura fica demonstrado que a composição catalítica aquosa da invenção é superior ao catalisador do estado da técnica.

EXEMPLO 4

[0052] Este Exemplo demonstra como dados de testes industriais em linhas de produção de painéis indicam uma redução de cerca de 10% na quantidade de água retirada no secador, o que representa uma vantagem de processo competitiva.

[0053] Em uma linha industrial contínua de produção de aglomerado de 15 mm de espessura, o catalisador sulfato de amónio 24% foi substituído por sulfato de amónio 38% + 0,8% ácido sulfâmico, com redução de dosagens de 50% em base sólida. A produção pôde seguir sem redução de desempenho de produtividade nem de qualidade dos painéis. A umidade de saída do secador de cavacos de madeira foi aumentada de 8,5% para 9,5%, proporcionando dessa forma economia de 12% de massa de água na secagem.

EXEMPLO 5

[0054] Este Exemplo demonstra que o uso da composição catalítica aquosa da invenção para a cura de resinas aminoplásticas permite um aumento de produção sem comprometimento da qualidade dos painéis obtidos, comprovando uma vantagem competitiva adicional decorrente do uso da composição catalítica aquosa da invenção.

[0055] Assim, em uma linha industrial contínua de produção de aglomerado de 12 mm de espessura, o catalisador sulfato de amónio 30% foi substituído por sulfato de amónio 36% + 1 ,8% ácido sulfâmico, com redução de dosagens de 50% em base sólida. A velocidade de produção foi aumentada de 660 mm/min para 730 mm/min, sem comprometer a qualidade dos painéis.