CAMPO DA INVENÇÃO

[01] A presente invenção pertence ao campo das emulsões de cera, mais especificamente, emulsões de cera associadas a compostos inorgânicos particulados, particularmente utilizadas no processo de manufatura de chapas de madeira reconstituída obtidas a partir de materiais de compósito de madeira, tais como, MDP (Médium Density Particleboard), MDF (Médium Density Fiberboard), OSB (Oriented Strand Board), HDF (High Density Fiberboard), dentre outros, especialmente emulsões monocomponentes preparadas a partir de ceras naturais ou sintéticas, associadas a determinados compostos inorgânicos, cujo efeito sinérgico confere um incremento substancial à hidrorrepelência desses materiais e, por conseguinte, uma redução significativa na absorção de água do substrato.

[02] De modo coerente para os especialistas, a invenção abrange igualmente o uso destas emulsões no preparo de argamassas, texturas, gesso, tintas, dentre outras aplicações na construção civil.

[03] Ainda, a presente invenção é dirigida para o uso das ditas emulsões em aplicações superficiais para diversos segmentos de mercado, tais como papel, papelão, embalagens dentre outros, visando à impermeabilização total ou parcial da superfície destes substratos, ou seja, criando uma barreira contra a água.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[04] É de conhecimento dos especialistas que 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, o mesmo 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.

[05] Tais compósitos de madeira, assim como para todas as aplicações citadas anteriormente a permeabilidade/porosidade destes substratos permitem que as moléculas de água penetrem pelos poros, resultando em problemas dimensionais, estruturais, de resistência mecânica, durabilidade, de aparência, entre outros.

[06] Estes problemas podem ser superados com o uso de formulações melhoradas ou modificadas a partir da escolha adequada de aditivos e de diferentes composições de ceras, sendo necessário considerar as reações de emulsificação e o tamanho de partícula mais adequado para cada aplicação, bem como de modo geral o processo de fabricação.

[07] Dessa forma, para reduzir a permeabilidade desses materiais, principalmente os compósitos de madeira, normalmente recorre-se à aplicação de emulsões de cera, que pode ser seguida da aplicação de materiais inorgânicos, tais como aditivos à base de silano, separadamente, gerando uma barreira contra o avanço da umidade.

[08] Porém, de maneira desvantajosa, a aplicação das emulsões de cera e dos compostos inorgânicos de maneira separada prejudica a homogeneidade da aplicação e, consequentemente, ocorre perda de eficiência na impermeabilidade e na estabilidade dimensional do substrato que recebe tais aplicações, ocorrendo desta forma redução de desempenho no produto final, além de resultar em maiores custos devido à existência de uma etapa adicional de aplicação.

[09] De um modo geral, uma cera pode ser emulsionada em água quando esta é fundida e são utilizados surfactantes, que podem ser do tipo aniônico (sabões, seja sódicos, amônios ou de outros ânions de ácidos graxos (vide US 2244685 A) não-iônico e catiônico, seguida de agitação e homogeneização por pressurização (vide US 3865606 A) ou irradiação ultrassônica. Um material inorgânico hidrofóbico pode ser obtido na natureza, sintetizado ou misto (vide US 5183710 A), e pode ser disperso em água ou solvente, utilizando algum agente dispersante ou algum agente reológico ou agitação (vide US 20080287554 A1 ). Este material inorgânico pode ser funcionalizado com agentes hidrofóbicos, sejam eles silanos, ácidos graxos de cadeia longa, compostos fluorados, polímeros e outros materiais para melhor efeito hidrofóbico.

[010] Estes materiais podem ser usados como agentes hidrofóbicos em separado, na forma de filmes da emulsão da cera (vide US 4468254 A), utilizando os compostos inorgânicos juntamente com um selante (vide US 20140208978 A1). A emulsão de cera pode ser utilizada no interior de materiais para os quais é desejado obter barreira contra água (vide EP 1509580 A4).

[011] Assim, em aprofundada análise do estado da arte, foram localizadas emulsões que utilizam compostos com função hidrorrepelente. Como resultado, pode-se notar que, por exemplo, o documento de patente francês FR2952814B1 , "Cold emulsified composition comprises fatty phase, aqueous phase and particulate phase comprising organically modified phyllosilicates able to be positioned itself at the oil water interface to exclusively generate oil in water emulsion", com prioridade de 23 de novembro de 2009, de Ephyla Sas, ensina uma composição emulsionada a frio que compreende uma fase graxa, uma fase aquosa e uma fase particulada que compreende filossilicatos organicamente modificados capazes de serem posicionados na interface água-óleo para gerar exclusivamente emulsão de óleo em água.

[012] Tal documento revela uma emulsão óleo em água, particularmente utilizada para fins cosméticos, sendo que, desvantajosamente, não apresenta efeito hidrorrepelente suficiente para aplicações em materiais de uso na construção civil.

[013] Ainda, o pedido publicado norte-americano US2003176537A1 , "Composite materiais with improved phyllosilicate dispersion", prevê filossilicatos de borda modificada com tensoativos aniônicos, materiais compósitos feitos a partir destes filossilicatos e métodos para produzir os mesmos. Em várias concretizações os filossilicatos se apresentam com superfície modificada com agentes modificadores de equilíbrio hidrofílico lipofílico (HLB), hidrótropos poliméricos e antioxidantes. A publicação também proporciona misturas daqueles filossilicatos e ceras semicristalinas. Os materiais compósitos são preparados por dispersão dos ditos filossilicatos com polímeros, em especial poliolefinas e elastômeros.

[014] Dessa forma, esse documento de patente ensina tão somente a dispersão de filossilicatos em materiais poliméricos, afastando-se das características apresentadas pelo objeto da invenção que se propõe, pois não define qualquer composição conveniente para aplicação nos substratos citados anteriormente, de forma que a aplicação de tais filossilicatos resulte em efeitos potencializados de hidrorrepelência nesses materiais.

[015] Por fim, o pedido publicado norte-americano US2003187120A1 , "Coatings and films derived from clay/wax nanocomposites", proporciona métodos para fazer os nanocompósitos de argila/cera e revestimentos e filmes do mesmo com melhores propriedades de resistência química e de barreira a gases. A invenção objeto da referida publicação ainda proporciona métodos para produzir e utilizar tais emulsões de nanocompósitos de argila/cera. Tipicamente, uma argila organofílica é combinada a uma cera ou mistura de cera/polímero de tal modo que a energia de coesão da argila que corresponde à da cera ou mistura cera/polímero. Argilas organofílicas adequadas incluem mica e filossilicatos que foram tratados com agentes modificadores de superfície. Os nanocompósitos resultantes têm aplicações em superfícies de metais, plásticos ou papeis, como revestimentos industriais e embalagens de proteção.

[016] Assim, além desse documento de patente abordar o campo dos nanocompósitos, cujos processos de fabricação são de elevada complexidade e alto custo, desvantajosamente, também não são apresentadas composições convenientes para as diversas aplicações propostas pela invenção.

[017] Percebe-se, pois, na técnica uma lacuna no que tange a emulsões à base de cera adicionadas de compostos inorgânicos particulados, em especial o agalmatolito. O agalmatolito é constituído principalmente por dois filossilicatos de alumínio - pirofilita (AI2O3.4SiO2.H2O) e moscovita (K2O.3AI2O3.6SÍO2.2 H ₂ 0), em associação com minerais como: sericita (uma variedade de moscovita, finamente cristalizada), quartzo, cianita, andaluzita, diáspora e feldspato. Como minerais acessórios é comum a presença de rutilo, zircão e turmalina. Dependendo de sua mineralogia, o agalmatolito pode apresentar cor branca, creme, cinza, esverdeada e roxa. O agalmatolito é inerte, apresenta densidade 2,7 a 3,0 e dureza entre 2,5 e 3,0.

[018] Além do agalmatolito, minerais como aluminosilicato de potássio, talco e silicato de magnésio são materiais úteis para os propósitos da invenção já que apresentam efeito sinérgico de incremento da hidrorrepelência dessas emulsões de modo a possibilitar a redução da absorção de água em materiais compósitos de madeira reconstituída e demais aplicações citadas. Esses minerais particulados representam uma vantagem competitiva uma vez que os meios atuais de redução de absorção de água, pelo uso de aditivos já conhecidos, como por exemplo, aditivos à base de silanos, além de terem um elevado custo de aquisição, geram também, um custo extra de manuseio.

[019] Visando solucionar os citados problemas e desvantagens, a presente invenção propõe emulsões à base de ceras associadas a compostos inorgânicos particulados, que apresentam efeito sinérgico de incremento da hidrorrepelência nas ditas emulsões.

[020] Assim, é um objetivo da presente invenção contribuir na estabilidade dimensional do substrato, visando solucionar problemas de desempenho e a um baixo custo quando comparado com emulsões e ou ceras convencionais com composições apenas à base de ceras. Os ensaios de inchamento e absorção, citados mais abaixo, são indicativo suficiente de estabilidade dimensional para o pessoal técnico da área.

[021] Ainda, em função do alto desempenho hidrorrepelente e melhor rendimento desta composição, outro objetivo da presente invenção é utilizar materiais inorgânicos particulados que trazem benefícios económicos quando comparados aos produtos somente à base de ceras, pois dispensam a utilização de outros aditivos de maiores custos.

[022] Vantajosamente, a presente invenção propõe a formação de um produto único, composto pela associação de ceras e compostos inorgânicos particulados, capaz de proporcionar maior redução de absorção de água, reduzindo o custo de produção e facilitando a aplicação, aumentando, assim, o desempenho do produto proposto no que toca à hidrorrepelência.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[023] A presente invenção trata de uma emulsão à base de ceras, ou composição de ceras, e um ou mais compostos inorgânicos particulados puros ou misturados em qualquer proporção, cujo objetivo é utilizar o sinergismo entre as ceras e os compostos inorgânicos particulados com a finalidade de reduzir a absorção de água e melhorar a estabilidade dimensional do substrato.

[024] As composições de ceras adicionadas dos referidos minerais têm como principal benefício reduzir a absorção de água, além de contribuir na estabilidade dimensional do substrato quando comparado com emulsões e ou ceras convencionais com composições apenas à base de ceras.

[025] Em função do alto desempenho hidrorrepelente e melhor rendimento destas composições, percebem-se facilmente os benefícios económicos quando comparados aos produtos somente à base de ceras.

[026] A combinação do aditivo inorgânico particulado com a emulsão à base de ceras e/ou uma composição de ceras tem um efeito sinérgico, o que confere um alto grau hidrorrepelente ao substrato. Como consequência deste grau de hidrorrepelência, verifica-se redução de absorção de água, principalmente em relação aos meios atuais de redução da absorção d'água, por meio de aditivos à base de silanos, que além do custo elevado, necessitam também de etapas adicionais de manuseio.

[027] Os compostos inorgânicos particulados , na faixa de tamanho de partícula de 0,01 μιτι a ^" Ι ΟΟΟμηη, preferencialmente de 20μηη a βθμιη, são provenientes de minerais que de modo sinérgico incrementam o efeito de hidrorrepelência dessas emulsões. Os compostos inorgânicos particulados são selecionados dentre o agalmatolito, aluminosilicato de potássio, talco, silicato de magnésio. A ordem de adição dos compostos inorgânicos particulados não é crítica, estes sendo adicionados antes ou depois da emulsificação das ceras. [028] As composições da invenção à base de emulsões de cera e compostos inorgânicos particulados para hidrorrepelência melhorada portanto são constituídas de uma fase graxa, uma fase aquosa e uma fase particulada inorgânica selecionada dentre filossilicatos não modificados como agalmatolito, aluminossilicato de potátssio, talco, silicato de magnésio, com tamanho de partícula entre 0,01 μιη e 1000μιη, especificamente com tamanho de partícula entre 20 μπι e ΘΟμηη.

[029] As composições da invenção compreendem, em porcento em peso em relação ao peso total da composição:

a) água, de 5 a 90%, especificamente 30 a 50%;

b) suríactantes de 0,01 a 20%, especificamente de 0,5 a 3%; c) ceras de 2 a 90%, especificamente de 35 a 60%; e d) compostos inorgânicos particulados na proporção de 2 a 90%, especificamente de 5 a 35%.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[030] Emulsões de cera são adicionadas de compostos inorgânicos particulados com faixa de tamanho de partícula de 0,01 μιτι a Ι ΟΟΟμιη, preferencialmente de 20μηη a ΘΟμιτι, provenientes de minerais que conferem um efeito sinérgico de incremento na hidrorrepelência dessas emulsões, sendo que tal efeito se apresenta com maior intensidade quando o tamanho de cada partícula é de 20μιτι a 60μιτι, pois ocorre melhor distribuição dessas partículas no substrato.

[031] A associação dos compostos inorgânicos particulados com as emulsões potencializa o efeito hidrorrepelente das ceras devido à adsorção de forma orientada das moléculas de surfactante, onde a região polar ou hidrofílica da molécula ancora o composto inorgânico por meio de efeitos eletrostáticos, enquanto que a parte apolar tende a ficar na região externa associando-se às ceras presentes na emulsão. Este novo sistema, no momento da deposição do produto no substrato, especialmente na madeira particulada, aumenta o caráter hidrofóbico do substrato.

[032] Os compostos inorgânicos particulados úteis para as finalidades da invenção são selecionados dentre filossilicatos como o agalmatolito não modificado, o aluminosilicato de potássio, o talco, o silicato de magnésio ou misturas destes em qualquer proporção, acrescentados antes ou depois da emulsificação das ceras, com intuito de que tais emulsões sejam aplicadas principalmente a painéis compósitos de madeira reconstituída.

[033] Em uma modalidade preferida, a emulsão da invenção é produzida por meio da utilização de homogeneizadores e, a seguir, misturada com o(s) composto(s) inorgânico(s). A emulsão resultante deste processo é aplicada sobre a madeira particulada em processos de fabricação de painéis e, dessa forma, fica incorporada na estrutura do painel.

[034] A emulsão da invenção é composta de: i. água, utilizada como veículo; ii. ceras, utilizadas como agentes de hidrorrepelência e selecionadas dentre: minerais selecionadas dentre vaselina, parafina, cera de petróleo microcristalina, slack wax, ozocerite, cera de linhita, cera de turfa; vegetais selecionadas dentre soja, de palma, de linhaça, de candelila, de carnaúba, de rícino, de oliva, ésteres; animais, selecionadas dentre cera de abelha, lanolina, derivados do sebo bovino; ou sintéticas, selecionadas dentre cera de polietileno e cera Fischer-Tropsch; Mi. surfactantes, utilizados como agentes emulsificantes, podendo ser aniônicos selecionadas dentre sabões sódicos, potássicos, amônios e outros de ácidos graxos; ácidos araxos e derivados de benzeno sulfatados, sulfonados, fosfatados, maleados; não iónicos, selecionadas dentre derivados de polivinil, derivados de acrilatos, derivados da celulose, álcoois graxos etoxilados, derivados de benzeno sulfatados, sulfonados, fosforados e maleados etoxilados, etc; e catiônicos: derivados de aminas graxas terciárias; derivados de alquil benzeno aminas e seus similares etoxilados; iv. e compostos inorgânicos particulados. utilizados como agentes de hidrorrepelência, selecionados dentre carbonato de cálcio e magnésio, dolomita, calcário, barita, caulim, mica, pirofilita, silicato de magnésio e alumínio, gipsum, gesso, sulfato de cálcio, dióxido de titânio, dióxido de silício, óxidos de ferro, óxidos de cromo, óxidos de antimônio, óxidos e hidróxidos de alumínio, filossilicatos não modificados como agalmatolitos, bentonita, montmorilonita, hectorita, saponita, e ilita, filossilicatos e suas variações. Os compostos inorgânicos são usados isolados ou combinados entre si em qualquer proporção. Em uma modalidade preferida o composto inorgânico utilizado é o agalmatolito.

[035] A composição à base de cera conforme a invenção está compreendida nos limites de:

a) água, de 5 a 90%, especificamente 30 a 50%, em peso em relação ao peso total da composição;

b) surfactantes de 0,01 a 20%, especificamente de 0,5 a 3%, em peso em relação ao peso total da composição;

c) ceras de 2 a 90%, especificamente de 35 a 60%, em peso em relação ao peso total da composição; e

d) compostos inorgânicos particulados de 2 a 90%, especificamente de 5 a 35%, em peso em relação ao peso total da composição, com tamanho de partícula de 0,01 μιτι a 1000μιη, especificamente de 20μηη a δθμηη.

[036] Assim, em uma modalidade preferida, os compostos inorgânicos particulados são o silicato de alumínio, potássio e magnésio, filossilicatos não modificados selecionados dentre agalmatolita, mica, pirofilita, muscovita ou misturas destes, sendo utilizados puros ou combinados em qualquer proporção.

[037] Ainda, os compostos inorgânicos particulados são alternativamente definidos por carbonatos de cálcio e magnésio, dolomita, calcário, barita, caulim, mica, pirofilita, agalmatolitos, silicato de magnésio e alumínio, gipsum, gesso, sulfato de cálcio, dióxido de titânio, dióxido de silício, óxidos de ferro, óxidos de cromo, óxidos de antimônio, óxidos e hidróxidos de alumínio, bentonita, montmorilonita, hectorita, saponita, e ilita, filossilicatos não modificados ou misturas destes, sendo utilizados puros ou combinados em qualquer proporção.

[038] Em uma modalidade da invenção a composição consiste em uma emulsão aquosa de parafina produzida conforme a seguinte formulação, em porcentual em relação ao peso total da composição:

a) 48 % de água

b) 35 % de parafina selecionada dentre vaselina, parafina, cera de petróleo microcristalina, slack wax, ozocerite, cera de linhita, cera de turfa, de soja, de palma, de linhaça, de candelila, de carnaúba, de rícino, de oliva, ésteres, cera de abelha, lanolina, derivados do sebo bovino, cera de polietileno e cera Fischer-Tropsch; e

c) 2 % de surfactante selecionado dentre sabões sódicos, potássicos, amônios e outros de ácidos graxos; ácidos araxos e derivados de benzeno sulfatados, sulfonados, fosfatados, maleados; derivados de polivinil, derivados de acrilatos, derivados da celulose, álcoois graxos etoxilados, derivados de benzeno sulfatados, sulfonados, fosforados e maleados etoxilados, etc; derivados de aminas graxas terciárias; derivados de alquil benzeno aminas e seus similares etoxilados; e

d) 15 % de compostos inorgânicos particulados selecionados dentre filossilicatos não modificados, incluindo agalmatolito, aluminosilicato de potássio, talco e silicato de magnésio, puros ou misturados entre si em qualquer proporção.

EXEMPLO 1

[039] Uma emulsão de parafina com a composição descrita acima foi aplicada em linha de produção industrial de painel aglomerado. Também se procedeu a uma redução de dosagem para comprovar o desempenho melhorado.

[040] Os dados de desempenho da composição da invenção em relação a inchamento e absorção de água estão listados na Tabela 1 abaixo, incluindo limites de aceitação da planta industrial. É possível constatar que mesmo com a redução de dosagem de 25 % na camada interna, os resultados de inchamento e absorção (ensaios conforme ABNT NBR 14810:2013) ficaram aceitáveis e próximos ao desempenho inicial.

TABELA 1

Dosagens Painéis saída Painéis lixados

emulsão da prensa

Dosagem Dosagem Inchamento Absorção Inchamento Absorção Inchamento Absorção camada camada 2 horas, % 2 horas, 2 horas, % 2 horas, 24 horas, 24 horas, interna, externa, % % % %

% % (máximo 8 (máximo 8

%) (máximo %) (máximo (máximo (máximo

35 %) 35 %) 16 %) 70 %)

0,40 0,35 7,50 26,33 6,01 19,88 11 ,82 39,90

0,40 0,35 7,00 26,75 6,32 20,45 10,43 36,75

0,35 0,30 7,86 29,79 7,45 21 ,13 12,83 43,52

0,35 0,30 7,96 31 ,37

0,35 0,30 7,30 26,60 0,30 0,30 7,86 31 ,08 7,95 22,00 1 1 ,07 37,52

0,30 0,30 7,84 29,57

EXEMPLO 2

[041] Conforme tabela abaixo, ensaios de laboratório de aplicação em painéis de MDP com emulsão de parafina, com e sem composto inorgânico, avaliados por inchamento e absorção de água conforme norma ABNT NBR 14.810:2003, mostram menor inchamento e absorção das emulsões com composto inorgânico. A emulsão de parafina nos dois casos tem 52% de sólidos totais; a emulsão com composto inorgânico teve 30% de sua parafina substituída por composto inorgânico.

TABELA 2

[042] Deve ficar bem claro para os especialistas que esta invenção não se limita às representações aqui comentadas ou ilustradas, devendo ser compreendida em seu amplo escopo. Muitas modificações e outras representações da invenção virão à mente daquele versado na técnica à qual essa invenção pertence, tendo o benefício do ensinamento apresentado nas descrições acima no presente relatório. [043] Além disso, entende-se que a presente invenção não está limitada à forma específica revelada, e que modificações e outras formas são entendidas como inclusas dentro do escopo das reivindicações anexas. Embora termos específicos sejam empregados aqui, eles são usados somente de forma genérica e descritiva e não como propósito de limitação.