CARACTERÍSTICO Y SU PROCESO DE FABRICACIÓN

CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con paneles prensados de madera y poiiestireno expandido (EPS) con solvente orgánico tipo terpeno útiles en la fabricación de tableros para productos mobiliarios.

RESUMEN

La presente invención está dirigida a paneles prensados que tienen una composición de terpeno: EPS:Aserrín de 10%-40%:20%-50%:40%-70% y en donde el aserrín tiene una densidad entre 0.40 y 1.06 g/cm ³ y su tamaño de partícula se encuentra entre 0.850 y 4.750 milímetros. Los paneles tienen olor característico agradable y pueden usarse luego de un proceso de secado convencional entre 25 y 100 °C durante un periodo de 8 a 0 días.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Uno de los desechos sólidos que se generan en gran cantidad en el mundo, es el poiiestireno en su forma expandida. Este material usualmente es empleado como material para embalaje ya que brinda protección a productos delicados durante su transporte. Sin embargo, su reutilización para procesos de empacado y transporte es difícil dado que las formas y los tamaños de los empaques de icopor responden a productos específicos y difícilmente pueden ser adaptados a nuevos empaques de productos diferentes. Por esta razón, el icopor tiene un ciclo de vida muy corto ya que se produce, usa y desecha de manera rápida. Adicionalmente, el poiiestireno es un polímero que tarda muchos años en degradarse a condiciones naturales, se ha calculado que aproximadamente tarda entre 500 a 1000 años para su degradación. Se ha pensado en formas alternativas para reducir el impacto ambiental por la acumulación de este polímero, por ejemplo, se ha utilizado para crear pegantes a base de resinas que contienen solventes orgánicos tales como tolueno, benceno y xileno, entre otros para aprovechar el poliestireno como parte del materia! resinoso de dichos pegantes o como base poliestirénica para mezclarse con pigmentos, polvillos o cualquier tipo de fibras para obtener aglomerados. Este es el caso, por ejemplo de la patente CO02117382 la cual reporta una resina poliestirénica que se obtiene como producto del reciclaje del poliestireno expandido, en donde el polímero se disuelve con gasolina y xilol.

Otra manera que se ha planteado para aprovechar el poliestireno es mezclando el material particulado de dicho polímero con materias primas del sector construcción, por ejemplo, mortero, hormigón, concreto para crear bloques y estructuras de construcción. Por ejemplo, la patente CO07004953 que reporta un proceso para la elaboración de paneles para construcciones a base de icopor reciclado, en donde los desechos sólidos de icopores provenientes de empaques, vasos y platos utilizados se mezclan con sílices o cementos para producir láminas livianas de concreto. El poliestireno también puede ser mezclado con materiales celulósicos, en donde el poliestireno es previamente fundido a altas temperaturas hasta alcanzar la fluidez adecuada para formar aglomerados, es el caso por ejemplo de la patente estadounidense 2009/0176912 la cual hace referencia a compuestos plásticos que incluyen rellenadores celulósicos, tal como aserrín, en donde el tamaño de partícula varía entre 5 mallas hasta 100 mallas (4000 -149 mieras) y los plásticos, como por ejemplo, poliestireno reciclado, son fundidos y mezclados con el aserrín. El proceso es de bajo costo en donde los materiales celulósicos se mezclan con los residuos de plástico en estado fundido y mezclando por lo menos 30% de dicho plástico fundido a una temperatura y presión más alta que la temperatura de fusión del plástico y en donde al menos el 70% del plástico funde. El producto resultante pude ser usado como materia prima para procesos de compresión, extrusión, co- extrusión e inyección de estructuras moldeadas, como por ejemplo paneles en !a que al menos 70% de los plásticos se funde y encapsuia el material de carga. El relleno de plástico encapsulado puede ser utilizado como un material para varios servicios, como por ejemplo aglomerados para tableros.

Los aglomerados de madera son un material para tableros y están compuestos por partículas de madera de diferentes tamaños, unidas entre sí por algún tipo de resina, cola u otro material y posteriormente prensada a temperatura y presión controlada formando los tableros. En la mayoría de proceso los tableros de madera se obtienen a partir de aserrín (obtenido de una fuente de madera), una aglomerante y un solvente. Los tableros aglomerados de madera convencionales emplean resinas derivadas del formaldehido como material adhesivo o aglomerante. Dichas resinas pueden emitir productos químicos que en determinadas condiciones afectan la salud y el bienestar de los usuarios finales, por lo que los productos convencionales deben tener un tiempo largo de almacenamiento en lugares adecuados para disipar los gases de formaldehido y otras sustancias generadas por el aglomerado luego de su producción.

En este sentido, es claro que en el estado del arte aún existe la necesidad de proporcionar paneles de madera aglomerada con características deseables de resistencia, tracción, durabilidad, y que incorporen residuos de EPS (poliestireno expandido) para dar paso a materias primas alternativas y se contribuya con la disminución del impacto ambiental negativo que genera este derivado plástico. Descripción detallada de las figuras

La Figura 1 muestra paneles resultantes luego de seguir el procedimiento revindicado en la presente invención. Los paneles están compuestos de madera con diferente tamaño de partícula.

La figura 2 enseña un ensayo de dureza a la penetración en la cara del panel. LA figura 3 muestra un ensayo de resistencia a la extracción de un clavo. Descripción detallada de la invención

La presente invención está dirigida a paneles que comprenden residuos de poliestireno expandido (EPS) disuelto en un solvente orgánico de extracción natural biodegradable. Dicha mezcla forma un aglomerante que permite fabricar, a través de métodos convencionales, tableros de madera aglomerada, evitando el uso de la urea-formaldehido.

El panel de acuerdo con la invención comprende terpenoide:EPS:Aserrín en unas proporciones que se encuentran entre 10%-40%:20%-50%:40%-70%

En donde el terpeno, es un solvente orgánico extraído de residuos orgánicos. La extracción de estos solventes se hace mediante técnicas convencionales, por ejemplo, por arrastre con vapor, etc.

Entre los solventes orgánicos preferidos que hacen parte del panel de acuerdo con la presente invención, se incluyen terpenos con un número de carbonos entre cuatro y dieciocho o mezclas de los mismos. La invención puede incluir pero ni limitarse a monoterpenos y sesquiterpenos o mezclas de los mismos.

Entre los monoterpenos que pueden ser empleados en la invención, por ejemplo, se tienen pero no se limitan a nerol, geraniol, citronelal, limoneno, car-3-eno, alcohol fenchílico, fenchona, thuyona, alfa-pineno, alcanfor, gama-thuyaplicina y nepatalactona o mezclas de los mismos.

Entre los sesquiterpenos que pueden ser empleados en la invención, por ejemplo, se tienen pero no se limitan a farsenoi, neroíidol, gama-bisaboleno, alfa-cadineno, beta-selineno, cariofileno, carato!, ácido absc En una modalidad preferida de la invención, el solvente orgánico es el limoneno que se extrae del aceite de las cáscaras de los cítricos y que proporciona el olor característico a dichos frutos. Este compuesto pertenece al grupo de los díterpenos, específicamente a los limonoides. En una modalidad de la presente invención se puede incluir los isómeros ópticos de esta sustancia, es decir R-limoneno y S- limoneno o mezcla de los mismos.

El icopor o poliestireno expandido que participa en el panel de la presente invención y que se disuelve en el terpeno, es poliestireno reciclado el cual se somete a un pre- proceso de limpieza dependiendo de la naturaleza del icopor empleado. Luego, se puede hacer una etapa de reducción y homogenización de tamaño de partícula para facilitar la disolución del icopor en el solvente orgánico biodegradable. El poliestireno puede ser también poliestireno expandido que no haya sido usado (virgen, nuevo), reciclado o limpio y en donde la madera es polvo de madera (aserrín), fibra, es decir filamentos de origen natural o artificial y de longitudes variables desde centímetros hasta micrómetros, por ejemplo, entre 1 cm y 1 micrómetro o mezclas de los mismos.

En otro aspecto, la presente invención también se encuentra dirigida a un proceso para la fabricación de paneles de madera caracterizado porque comprende las etapas de a. Contactar el poliestireno expandido con el solvente orgánico biodegradable en un recipiente. Agitar la mezcla a una velocidad angular entre 20 y 100 rpm por un tiempo entre 8 y 15 minutos.

b. Aumentar la velocidad entre 120 y 180 rpm durante un periodo entre 2 y 10 minutos.

c. Aumentar la velocidad entre 200 y 300 rpm durante 30 segundos y 2 minutos. d. Agregar la madera a la mezcla obtenida en el paso anterior.

e. Mezclar durante un periodo entre 2 a 10 minutos a una velocidad angular entre 20 y 100 rpm hasta generar un material homogéneamente integrado.

f. Formar el panel prensado en un molde y comprimir aplicando una presión aproximada entre 5 y 15 MPa durante un periodo entre 3 y 7 minutos, g. Secar el producto mediante horno durante 12 a 48 horas a una temperatura entre 80°C110°C y luego, secar el producto a una temperatura entre 30 y 60 °C durante 48 y 30 horas, luego secar a temperatura ambiente durante 12 y 48 horas.

El producto final obtenido está caracterizado porque comprende una composición final de terpeno:EPS:Aserrín de 5%-20%:40%-60%:20%-40% y en donde el aserrín tiene una densidad entre 0.40 y 1.06 g/cm ³ y su tamaño de partícula se encuentra entre 0.850 y 4.750 milímetros. Los paneles tienen olor característico.

Además, como se muestra en el siguiente ejemplo comparativo, el producto ha sido sometido a ensayos de resistencia a la compresión, humedad, densidad, dureza y extracción de clavo de acuerdo a normativa colombiana (NTC) y normativa internacional (AST ) en donde los resultados mostraron que el producto, en la mayoría de los casos, se comporta de forma similar a los existentes en el mercado local, pero al ser un producto a partir de EPS y solventes orgánicos naturales, se convierte en un producto amigable con el medio ambiente y económico en temas de costos de producción y con la ventaja adicional que los paneles pueden emplearse justo luego de su fabricación en la manufactura de tableros, sillas, pupitres, etc, sin necesidad de ser almacenados, toda vez que el solvente que aún queda en los paneles no es perjudicial a la salud y por el contrarío, brinda un agradable olor cítrico, lo cual hace que el panel de la presente invención tenga propiedades organolépticas diferenciadoras (olor), propiedad que está ausente en los productos convencionales. De hecho, el producto de la presente invención no requiere de tiempos de disipación de olores luego de su producción, dado que, como se indicó antes, el nuevo producto tiene características organolépticas mejoradas y sus componentes no representan peligro alguno para los usuarios. En este sentido, la presente invención proporciona un producto en donde se elimina el uso de resinas de formaldehido como aglomerante ya que para aglomerar la madera se utiliza material de desecho y un solvente orgánico de extracción natural (terpenos). Ejemplo 1 :

Se fabricó un panel prensado de tres capas de la siguiente forma:

Capa 1 y 3 respectivamente: a) 23.8% de solvente, en este caso se utilizó Limoneno.

b) 30.7% de poliestireno expandido, limpio y de tamaño de partícula homogéneo.

c) 45.5% de madera cuyo tamaño de partícula se encuentra entre 0.850

milímetros.

Capa 2

a) 23.8% de solvente, en este caso se utilizó Limoneno.

b) 30.7% de poliestireno expandido, limpio y de tamaño de partícula homogéneo.

c) 45.5% de madera cuyo tamaño de partícula se encuentra entre 1.18 y 4.75 milímetros.

En la batidora industrial se vierte el EPS y el solvente orgánico. Se mezcla durante 0 minutos a una velocidad angular de 60 rpm. La mezcla resultante es homogénea. Una vez se tenga unificado el material, se procede a aumentar la velocidad a 124 rpm durante 4 minutos, un vez cumplido ese tiempo, se aumenta la velocidad nuevamente a 255 rpm durante 1 minuto. Se detiene la batidora y se procede a verter madera (partículas finas para la capa 1 y 3 o partículas gruesas para la capa 2) a la mezcla obtenida de terpeno y EPS. Luego, la madera-terpeno-EPS es mezclada durante 4 minutos a una velocidad de 60 rpm generando un material homogéneamente integrado. Una vez obtenida la mezcla con partículas finas y la mezcla con partículas gruesas se procede a formar el panel prensado. En un molde se dispone una capa de mezcla con partículas finas, luego una capa de mezcla con partículas gruesas y finalmente una capa de mezcla con partículas finas. Se cierra el molde y se procede a comprimir el panel aplicando aproximadamente 70 kilogramos por centímetro cuadrado (kg/cm ² ). Una vez alcanzada la presión deseada, esta es sostenida durante 5 minutos. El panel es desmoldado, pesado y llevado al horno durante 24 horas a 8Q ^e C y luego, 120 horas a 50 °C y finalmente, 48 horas a temperatura ambiente. El espesor y la densidad de los paneles varían dependiendo el número de capas dispuestas en el molde.

El panel resultante mostrado en la Figura 1 , fue sometido a ensayos de resistencia a la compresión, dureza en la cara, resistencia a la extracción de un clavo, humedad, densidad e hinchamiento (máximo a 24 horas de inmersión), de acuerdo a la normativa colombiana NTC 2261 y normativa internacional ASTM D1037. La tabla 1 muestra los valores obtenidos para cada ensayo y las dimensiones de! panel obtenido. La tabla 2 muestra valores reportados por empresas comercializadoras de este tipo de tableros.

Tabla 1 :

Tabla 2:

Espesor 15 mm

Densidad 0.61 g cnrr ³

Humedad 10%

Hinchamiento 14% (máx. 24 horas)

Dureza 3 kN

Resistencia al clavo 200 N De acuerdo a los resultados de la Tabla 1 y 2 se puede concluir que el tablero manufacturado de acuerdo a las cantidades, procedimiento y características de los materiales revindicados en la presente invención, posee características comparables a la de los tableros comerciales de la región. Además, ¡as propiedades mecánicas evaluadas son comparables con tales tableros. Lo anterior implica que la presente invención tiene potencial suficiente para ser empleado en la producción de productos mobiliarios con características físicas deseables y a base de solventes orgánicos amigables con el medio ambiente y con los usuarios, para diversos sectores industriales