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Title:
METHOD FOR PRODUCING RECONSTITUTED WOOD COMPOSITES WITH IMPROVED WATER-REPELLENCY AND REDUCED FORMALDEHYDE EMISSION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/124166
Kind Code:
A1
Abstract:
A method is described for producing reconstituted wood composite panels with improved water-repellency and reduced formaldehyde emission obtained by adding to the wood and resin mass ultra-fine emulsions based on paraffins and formol scavengers with a nanometric particle distribution, thus promoting an improved surface contact, reducing water absorption and formaldehyde emission by the composites.

Inventors:
FORMENTI, Giulio Pieter (Dep. Heitor Alencar Furtado, 2881 - Ap 2202, -110 Curitiba, 81200-110, BR)
Application Number:
BR2017/050010
Publication Date:
July 27, 2017
Filing Date:
January 20, 2017
Export Citation:
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Assignee:
ISOGAMA INDUSTRIA QUIMICA LTDA (Road BR 376, number 22175 - Km 622, -000 São José dos Pinhais, 83181-000, BR)
International Classes:
C08L91/06; B01F3/08; B05D7/06; B27G11/00; B27K3/15; B27L5/00; B27N3/12; B27N7/00; B32B21/08; C09D1/00; C09D191/06; C10L5/22; D21H17/60; D21H19/44; D21H21/16
Domestic Patent References:
WO2010054467A12010-05-20
WO2009062312A12009-05-22
Foreign References:
US20020045670A12002-04-18
US3819530A1974-06-25
JPH07173793A1995-07-11
GB1412903A1975-11-05
US5744228A1998-04-28
CA2547751A12006-11-20
JPH1018191A1998-01-20
US20140360094A12014-12-11
US5017319A1991-05-21
CN103387784A2013-11-13
CN104441178A2015-03-25
CN101108888A2008-01-23
CN104441176A2015-03-25
Attorney, Agent or Firm:
LAU DA SILVA PEREIRA, Elaine (Rua: Blumenau, Nº 1567 - América, -328 Joinville, 89204-328, BR)
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Claims:
REIVINDICAÇÕES

Processo de obtenção de compósitos de madeira reconstituída com hidro repelência melhorada e emissão de formaldeído reduzida, dito processo sendo caracterizado por compreender as seguintes etapas: a) Prover uma massa de madeira particulada adicionada de resinas, formando um compósito de madeira reconstituída;

b) Prover uma emulsão ultrafina à base de parafina com tamanho de partícula entre 100 e 1000 nm;

c) Combinar uma proporção entre 0,03 e 5,0% em peso da emulsão de b) ao compósito de madeira reconstituída de a);

d) Prensar sob condições de processo o compósito adicionado de emulsão de c), obtendo um compósito de madeira reconstituída com hidro repelência melhorada e emissão de formaldeído reduzida; e e) Separar o compósito de madeira reconstituída de d) com hidro repelência melhorada e emissão de formaldeído reduzida.

Processo de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por os painéis de madeira reconstituída compreenderem painéis de fibra de baixa densidade, painéis de fibra de média densidade, painéis de fibra de alta densidade, painel aglomerados, compensados, OSBs, OWBs, MDFs, HDFs, compensados estruturais, tábuas, colunas e vigas em "I", chapas e placas em geral e peças conformadas.

Processo de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por a emulsão ultrafina ser preparada, sob condições de processo, a partir de uma emulsão à base de parafina compreendendo a seguinte formulação, em porcentagem em peso em relação ao total da formulação:

a) Água: 22 a 70;

b) Parafina: 30 a 78;

c) Emulsificante: 0,5 a 4; e

d) Sequestrante: 4 a 30.

Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por a dita emulsão ultrafina compreender a seguinte formulação, em porcentagem em peso em relação ao total da formulação: a) Água 40;

b) Parafina 43;

c) Emulsificante 2; e

d) Ureia 15.

5. Processo de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por a emulsão ultrafina ser preparada em homogeneizadores de alta pressão sob condições de processo envolvendo pressões de pelo menos 100 Kgf/cm2 e até 300 Kgf/cm2.

6. Processo de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por a emulsão ultrafina da etapa b) apresentar tamanho de partícula entre 578 e 847 nm.

Description:
PROCESSO DE OBTENÇÃO DE COMPÓSITOS DE MADEIRA

RECONSTITUÍDA COM HIDRO REPELÊNCIA MELHORADA E EMISSÃO DE

FORMALDEÍDO REDUZIDA

CAMPO DA INVENÇÃO

[001 ] A presente invenção pertence ao campo das resinas utilizadas nas manufaturas de painéis de madeira reconstituída, mais especificamente a um processo de obtenção de painéis de madeira reconstituída dotados de hidro repelência melhorada e emissão de formaldeído reduzida com auxílio de uma emulsão ultrafina à base de parafina dotada de distribuição nanométrica das partículas.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[002] Painéis de materiais lignocelulósicos como 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 realizado, esta pode ser convertida em um conjunto bastante diferenciado de formas, lascando-a e/ou cortando-a em diferentes tamanhos/consistências, ou combinando-a com alguma forma de resina, antes da prensagem/moldagem. O resultado final do processo é um compósito de madeira desenvolvido para aplicações específicas, como painéis de fibra de baixa densidade, painéis de fibra de média densidade, painéis de fibra de alta densidade, painéis aglomerados, compensados, OSBs, OWBs, MDFs, HDFs, compensados estruturais, tábuas, colunas e vigas em "I".

[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 no que diz respeito à hidro repelência, além de proporcionar baixos níveis de emissão de formol (formaldeído).

[004] Controles cada vez mais rígidos sobre as emissões de formaldeídos causam um impacto cada vez maior na indústria de compósitos de fibra de madeira/prensagem de painel.

[005] O formol é uma molécula altamente reativa que, quando em contato, pode ser irritante para os tecidos. Estudos em humanos e animais indicam que o formaldeído, quando inalado a determinado nível pode ser irritante para o aparelho respiratório e olhos, bem como para a pele e sistema gastrointestinal, por via direta (contato) e oral.

[006] Estudos realizados em voluntários expostos ao formaldeído via respiratória durante curtos períodos de tempo, indicaram a ocorrência de irritação nos olhos, nariz e garganta a uma concentração entre 0.4-3 ppm. Estudos efetuados em macacos e ratos expostos a concentrações mais elevadas de formaldeído, na ordem dos 3-9 ppm, demonstraram que o formaldeído tem a capacidade de originar hiperplasia no epitélio do aparelho respiratório superior. Foi também averiguado o seu efeito em animais expostos durante toda a sua vida, quer por via respiratória, quer quando adicionado na água e verificou-se que este provocava danos em tecidos das vias de entrada (aparelho respiratório superior e gastrointestinal, por exemplo). O seu efeito tóxico em locais distantes no nosso organismo revelou-se pouco consistente. O Departamento de Saúde e Serviços Humanos (DHHS) determinou que o formaldeído pode ser considerado um razoável carcinogênico humano (NTP). A Agência Internacional para Pesquisa sobre Câncer (IARC) determinou que o formaldeído é cancerígeno para os seres humanos.

[007] Esta determinação foi baseada em decisões específicas que existem evidências limitadas em seres humanos e evidência suficiente em animais de laboratório que o formaldeído pode causar câncer. A Agência de Proteção Ambiental (EPA) determinou que o formaldeído é um provável carcinogênico humano com base em evidências limitadas em seres humanos e evidência suficiente em animais de laboratório.

[008] Uma revisão do estado da arte apresenta inúmeros documentos sobre o assunto. Assim, a publicação internacional WO2010054467 prevê emulsões estáveis que possuem propriedades hidrofóbicas e de mitigação de formaldeído que compreendem uma fase aquosa contínua compreendendo um sequestrante de formaldeído e uma fase não aquosa dispersa compreendendo uma cera. As emulsões descritas na publicação internacional têm um teor de cera elevado, com a fase não aquosa dispersa, compreendendo pelo menos 45% em peso da emulsão. As emulsões são adaptadas para utilização em vários processos tais como a fabricação de painéis compósitos de madeira. Por não compreender distribuição nanométrica as emulsões objeto deste documento internacional têm baixa eficiência como agente hidrofóbico e como sequestrante de formaldeído. Por "distribuição nanométrica" entende-se uma distribuição de tamanho de partículas na faixa de 1 a 1000 nanômetros (nm), mais preferencialmente na faixa de 100 a 1000 nm.

[009] Ainda, o pedido de patente publicado norte-americano

US2003099850 divulga um revestimento de baixa emissão de formaldeído a partir de resinas à base de formaldeído, que podem ser aplicadas a um painel para a redução da retração e melhorar a força do painel. Emissões de formaldeído são reduzidas pela inclusão de materiais reativos ao formaldeído polimérico que compreendem um sequestrador de poliamida na fórmula do revestimento. Estas formulações são úteis como revestimentos ou aglomerantes, mas por não apresentar materiais hidrofóbicos em distribuição nanométrica têm baixa eficiência como agente hidrofóbico e sequestrante de formaldeído.

[010] Também a patente norte-americana U.S. 5897697 apresenta um método para a reciclagem de fluxo contaminado de água a partir de um sistema de controle de emissão de precipitador eletrostático úmido em um processo de fabricação de painéis de madeira. A descarga da água reciclada contendo produtos sólidos a partir do sistema de controle de emissões é combinada com os produtos de madeira em uma mistura para fabricação de painéis de madeira numa proporção pré-determinada de água de descarga de produtos de madeira, resultando em um painel de madeira acabado tendo resistência melhorada e capacidade de eliminação de formaldeído sem a necessidade de excesso de resinas de ligação e eliminadores de formaldeído. No entanto, trata-se de uma suspensão ordinária que apresenta baixa eficiência na hidrorrepelência e na redução de emissões de formol.

[01 1 ] Por outro lado, são conhecidos processos de obtenção de emulsões ultrafinas com auxílio de equipamentos sob alta pressão que reduzem o tamanho de partícula das emulsões. As emulsões obtidas são utilizadas em campos variados, principalmente o farmacêutico, vide a patente U.S. 8202540 e a patente U.S. 6620855, que trata de emulsões ultrafinas com finalidade cosmética. No entanto, não são previstas emulsões ultrafinas para a finalidade que constitui o objeto da presente invenção, ou seja, um processo que faça uso de tal emulsão ultrafina para melhorar as importantes propriedades de hidro repelência por um lado e por outro, minimizar a emissão de formaldeído de painéis de compósitos de madeira reconstituída.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[012] Frente ao estado da técnica, propõem-se emulsões ultrafinas, obtidas a partir de emulsões à base de parafina e sequestrantes de formol, as ditas emulsões ultrafinas sendo obtidas pela utilização de homogeneizadores de alta pressão de modo que as emulsões apresentem distribuição nanométrica das partículas, característica que promove um maior contato superficial com a massa de madeira do compósito, com o objetivo de, além de reduzir a absorção de água, reduzir a emissão de formaldeído de painéis de madeira reconstituída.

[013] Assim, a invenção trata de um processo de obtenção de painéis de madeira reconstituída com hidro repelência melhorada e emissão de formaldeído reduzida com auxílio da dita emulsão ultrafina aplicada durante o processo de fabricação dos mesmos.

[014] O processo da invenção para a obtenção de painéis de madeira reconstituída com hidro repelência melhorada e emissão de formaldeído reduzida compreende as etapas de

a) Prover uma mistura de madeira particulada adicionada de resinas, formando um compósito de madeira reconstituída;

b) Prover uma emulsão ultrafina à base de cera com tamanho de partícula entre 100 e 1000 nm;

c) Combinar uma proporção entre 0,03 e 5,0% em peso da emulsão de b) ao compósito de madeira reconstituída de a);

d) Prensar sob condições de processo o compósito adicionado de emulsão de c), obtendo um compósito de madeira reconstituída com hidro repelência melhorada e emissão de formaldeído reduzida.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [01 5] De acordo com a invenção, o termo "emulsão ultrafina" compreende emulsões à base de cera, água, emulsificante e sequestrante com tamanho de partícula nanométrico na faixa desde 1 até 1 000 nm.

[01 6] Ainda de acordo com a invenção, os materiais compósitos de madeira reconstituída úteis para a invenção são selecionados dentre, mas não limitados a estes, painéis de fibra de baixa densidade, painéis de fibra de média densidade, painéis de fibra de alta densidade, painel aglomerados, compensados, OSBs, OWBs, MDFs, HDFs, compensados estruturais, tábuas, colunas e vigas em "I", chapas e placas em geral, além de peças conformadas.

[01 7] Conforme o presente processo, a emulsão ultrafina, combinada a painéis de madeira reconstituída em proporção entre 0,03 e 5% em peso, mostra uma maior eficácia de redução de inchamento e de absorção de água, tal como evidenciado pelo ensaio conforme norma ABNT NBR 1481 0-2:201 3 na qual os painéis são submetidos a imersão em água por 2 horas e por 24 horas, conforme Tabela 1 abaixo:

TABELA 1

[01 8] Além disso, o uso da emulsão ultrafina nos painéis de madeira reconstituída apresenta uma maior eficácia de redução de emissão de formol, conforme demonstrado na Tabela 2 abaixo.

[01 9] Os dados foram obtidos a partir de experimentos conforme norma

ABNT NBR 1481 0-2:201 3.

TABELA 2

Tamanho médio de partícula (nm) Emissão Formol Perforator corrigido

(mg formol/100 g amostra)

1 269 (controle) 31

847 27 [020] Nos processos de fabricação das chapas de compósitos os aditivos redutores de formol são incorporados em forma de solução aquosa líquida, que precisa ser preparada antecipadamente em tanques diluidores ou são fornecidos já em forma diluída. A aplicação é feita por meio de bicos aspersores ou dosadores adequados exclusivos, com o auxílio de bombas, instaladas próximas aos bicos de aplicação de resina. No caso do emprego da emulsão de parafina sequestrante, não são necessários os tanques de diluição, nem os bicos aplicadores adicionais, já que a função sequestrante já está incorporada à emulsão.

[021 ] A emulsão ultrafina é produzida por meio da utilização de homogeneizadores de alta pressão. O processo consiste na etapa de adição dos componentes da formulação em reatores providos de agitação e serpentina ou camisa de aquecimento, onde os componentes são misturados, a temperatura maior do que a necessária para seus completos derretimentos e/ou dissoluções. Após esta etapa a emulsão é submetida a um processo de cisalhamento por alta pressão no homogeneizador de alta pressão do tipo pistão, a temperatura igual ou superior à alcançada na fase de mistura e a pressões superiores a 1 00 Kgf/cm 2 , preferencialmente a pressões iguais ou superiores a 300 Kgf/cm 2 . Em seguida a emulsão é levada a um processo de resfriamento até atingir a temperatura ambiente. O tamanho de partícula desejado, de 1 a 1000 nm, mais preferencialmente de 1 00 a 1 000 nm é atingido por meio do equilíbrio químico dos componentes da formulação combinado ao processo mecânico com homogeneizadores de alta pressão. Quanto maior for a pressão, menor é o tamanho de partícula, conforme Tabela 3 abaixo:

TABELA 3

[022] A emulsão ultrafina resultante do processo de alta pressão é aplicada sobre madeira particulada ao longo do processo de fabricação de painéis e dessa forma fica incorporada na estrutura do painel, na proporção de 0,03 a 5,0 %, preferencialmente de 0,1 a 1 ,0%, mais preferencialmente de 0,3 a 0,6 %.

[023] Opcionalmente, a etapa de cisalhamento por alta pressão ocorre em homogeneizadores ultrassônicos onde o líquido é exposto a uma alta energia de ondas ultrassônicas que sofrem uma força de tensão e compressão alternadamente onde ocorre o choque entre as moléculas e com isso a redução do tamanho de partículas.

[024] A emulsão é composta de água, parafina, emulsificantes e sequestrantes de formol, sendo possível, para as parafinas, diversas composições de hidrocarbonetos, tais como ceras e parafinas derivadas do petróleo, ceras e parafinas sintéticas, ceras e parafinas de origem vegetal; ceras e parafinas derivadas do petróleo totalmente refinadas, semi refinadas, slack wax e parafina mole; ceras e óleos de origem vegetal refinados e não refinados e hidrogenados como cera de abelha, carnaúba, palma, arroz.

[025] Quanto aos agentes emulsificantes úteis para os propósitos da invenção são o hidróxido de amónio, hidróxido de sódio e potássio e seus sais, estearatos e oleatos de amónio, sódio e potássio, trietanolaminas, dietanolaminas, monoetanolaminas, morfolina, trimetilamina, dimetilamina, metilamina, álcoois graxos etoxilados, nonil fenol etoxilado, estearatos, oleatos, polisorbatos de sorbitan, etoxilados ou não, que podem ser utilizados individualmente ou uma combinação destes.

[026] Como agentes sequestrantes de formol são úteis compostos contendo função amina ou amida, tais como amónia, proteínas, poliaminas, ureia ou melamina e seus derivados, compostos heterocíclicos aromáticos contendo nitrogénio e taninos.

[027] A composição preferencial da emulsão utilizada no processo da invenção se apresenta nos limites a seguir, onde as porcentagens são em peso em relação ao peso total da formulação:

a) Água: 22 a 70%

b) Parafina: 30 a 78%

c) Emulsificante: 0,5 a 4%

d) Sequestrante: 4 a 30%, [028] Um exemplo preferencial de emulsão ultrafina utilizada no processo da invenção consiste em:

a) Água: 40 %

b) Parafina: 43 %

c) Emulsificante: 2 %

d) Uréia: 15 %,

onde as porcentagens são em peso em relação ao peso total da formulação:

[029] A emulsão ultrafina em questão age pela reação entre o formaldeído disponível no painel de madeira reconstituída com a substância sequestrante, que em função da distribuição nanométrica possibilita maior contato superficial entre o formol contido na placa de madeira reconstituída e a emulsão, dificultando a volatilização do formaldeído ao meio ambiente, reduzindo dessa forma seus níveis de emissão.

[030] O efeito sequestrante é ampliado em função do maior contato superficial mencionado acima.

[031 ] Deste modo, as emulsões ultrafinas de parafina agregam, além da função de hidro repelência melhorada, também a função de redução de emissão de formaldeído em relação a processos conhecidos.

[032] Assim o processo da invenção faz uso da distribuição nanométrica das partículas de emulsões ultrafinas à base de parafina para promover maior contato superficial com os materiais do compósito de madeira reconstituída, o que leva a uma hidro repelência melhorada enquanto a emissão de formaldeído dos ditos painéis é reduzida.