BR112019022943B1 - Artigo celulósico, painel para porta, e seus métodos de produção - Google Patents
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Abstract
a presente invenção refere-se a sistemas e técnicas para produção de artigos contendo material celulósico, um agente de acoplamento, e uma resina de ligante, e processos relacionados de produção e uso dos artigos celulósicos. em concretizações particularmente exemplares, os artigos manufaturados são painéis para porta, as vezes conhecidas como revestimentos de porta, e portas produzidas a partir de painéis para porta. o artigo contém um material celulósico lipofílico, um agente de acoplamento, e um ligante. o agente de acoplamento é acreditado aumentar a hidrofiliciadade (molhabilidade) do material celulósico lipofílico.
Description
[0001] Este pedido é relacionado ao pedido provisório número US 62/501,847, depositado em 5 de maio de 2017, o teor do qual é incorporado aqui por referência, e ao qual prioridade é reivindicada.
[0002] A presente invenção se refere a sistemas e técnicas para produção de artigos contendo material celulósico, um agente de acoplamento, e uma resina de ligante, e processos relacionados de produção e uso dos artigos celulósicos. Em concretizações particularmente exemplares, os artigos manufaturados são painéis para porta, as vezes conhecidas como revestimentos de porta, e portas produzidas a partir de painéis para porta.
[0003] Artigos celulósicos consolidados produzidos pelo homem, tais como painel de fibra, madeira compensada, painel de fibra de média densidade, e similares, podem ser moldados por prensagem ou estampados para terem formas tridimensionais e/ou várias características de desenho e estrutural encontradas na madeira natural. Tipos de artigos celulósicos consolidados úteis são referidos por termos tais como: (a) painéis de fibra, tal como madeira compensada (por exemplo, madeira compensada de baixa densidade ou madeira compensada de alta densidade), placa de madeira, painel de fibra de média densidade (MDF), e painel de fibra de alta densidade (HDF); e (b) compensados, tais como aglomerado de partículas, aglomerados de partículas de média densidade, e strandboard orientado (OSB). Tais artigos compostos podem ser usados como colunas, pisos, piso impermeável, revestimentos de telhado, tetos, paredes, revestimentos de parede, cobertura de paredes, sistemas de divisórias, portas, painéis para porta, e escadas na construção de residências, escritórios, e outros tipos de construções, bem como componentes de mobiliário, tais como cadeiras, mesas, balcões, armários, e portas de armário, e outros usos, tais como quadros de avisos, por exemplo.
[0004] Vários processos podem ser usados para produzir artigos celulósicos consolidados, incluindo processos de prensagem molhado- feltrado/molhado, ou "processos molhados"; processos seco-feltrado/ prensado seco ou processos "secos"; processos molhado-feltrado/ prensado seco ou processos "molhado-seco". Tais processos são discutidos em detalhe adicional na Patente dos Estados Unidos No. 6.524.504, a revelação do qual é aqui incorporada por referência. A invenção revelada é, de preferência, implementada através do uso de um processo seco de modo a minimizar impacto ambiental.
[0005] Convencionalmente, artigos celulósicos consolidados tipicamente incluem um ligante à base de formaldeído, tal como fenol formaldeído ou ureia formaldeído, para "colar" as fibras celulósicas juntas. Os ligantes de formaldeído são de baixo custo e compatíveis com a natureza hidrofílica de fibra celulósica, reagindo prontamente com a alta população de grupos hidroxil de celulose, hemi-celulose, e componentes de lignina da fibra para ligar as fibras juntas.
[0006] As fibras de madeira usadas para produzir artigos celulósicos convencionalmente são hidrofílicas na natureza devido aos grupos hidroxila, que interagem bem com água. Contudo, como fontes para fibras de madeira comum diminuídas, fontes de madeira alternativas estão sendo consideradas. Em certos países, tal como Malásia, o governo tem enfatizado o uso de espécies de árvore de rápido crescimento à base de plantação alternadas como fontes de fibra de madeira. Algumas fontes de fibra de madeira alternadas, possuindo teor relativamente alto de extrativo, podem ser menos desejáveis devido a componentes lipofílicos (hidrofóbicos), tais como piche, ácido graxo, glicerídeos e di/triglicerídeos, esteril ésteres, alcanol ésteres, cera, esteróis, terpeno álcoois, etc., em suas fibras. Por exemplo, Acácia é uma fonte de fibra de madeira alternada. A fibra de madeira de acácia tem sido indesejável para uso na produção de artigos celulósicos consolidados devido ao seu alto teor de componentes lipofílicos, que interferem com a eficácia de ligantes de formaldeído típicos. A requerente verificou que fibras de madeira contendo lipofílico, tais como fibras de acácia, não são compatíveis com ligantes comumente usados em um processo de resinação blowline típico para painéis MDF delgados para porta, as vezes resultando em pobre processamento, tal como por ter um retorno elástico de alta massa da esteira de fibra, fratura da esteira de fibra, pobre qualidade de superfície, pobre revestibilidade, e/ou pobre adesão por cola.
[0007] Portanto, permanece uma necessidade de se desenvolver processos para capacitar o uso de fibras celulósicas contendo lipofílico na formação de artigos celulósicos consolidados sem diminuir as propriedades mecânicas.
[0008] De acordo com um primeiro aspecto da invenção, um artigo composto é provido que contém um material celulósico contendo lipofílico, um agente de acoplamento, e um ligante. O agente de acoplamento é provido em uma quantidade suficiente para aumentar a hidrofilicidade (molhabilidade) do material celulósico contendo lipofílico ao ligante.
[0009] Um segundo aspecto da invenção proporciona um método para produção do artigo composto. O método compreende as etapas de tratamento do material celulósico contendo lipofílico com um agente de acoplamento para aumentar a hidrofilicidade do material, combinando o material celulósico tratado com um ligante para proporcionar uma esteira composta, e prensando e aquecendo a esteira composta para formar o artigo composto.
[0010] Outros aspectos da invenção, incluindo métodos, processos, artigos, composições, formulações, intermediários, materiais fibrosos ativados, sistemas, kits, e similares, que constituem parte da invenção, se tornarão mais aparentes após a leitura da seguinte descrição detalhada das concretizações exemplares.
[0011] Os desenhos acompanhantes são incorporados em e constituem uma parte do relatório descritivo. Os desenhos, juntos com a descrição geral dada acima e a descrição detalhada das concretizações exemplares e métodos dados abaixo, servem para explanar os princípios da invenção. Em tais desenhos:
[0012] As Figuras 1A e B são gráficos mostrando os espectros de IR para fibra de acácia e fibra de madeira tropical misturada (MT Hardwood);
[0013] A Figura 2 é um gráfico mostrando isotermas de absorção de vapor de água para espécie de fibra de madeira diferente a 24oC e 90% de RH como uma função do tempo;
[0014] A Figura 3 é um gráfico mostrando o retorno elástico de esteiras diferentes;
[0015] A Figura 4 é uma ilustração de uma fotografia mostrando fibras de madeira dura tropical misturada e de acácia em água;
[0016] A Figura 5 é uma ilustração de uma fotografia mostrando fibra de acácia extraída em água;
[0017] A Figura 6 é um gráfico mostrando tempos de flutuação de fibras de madeira em soluções de água contendo agentes de acoplamento diferentes,
[0018] A Figura 7 é uma ilustração de uma fotografia mostrando fibra de acéquia pulverizada com agentes de acoplamento diferentes posicionados em água;
[0019] A Figura 8 é um gráfico mostrando o efeito de agentes de acoplamento em tempos de vida de gota de água de painéis de fibra produzidos de fibras de acácia;
[0020] A Figura 9 é um gráfico mostrando o efeito de agentes de acoplamento na tensão de tração de painéis de fibra produzidos de fibras de acácia usando um primeiro método;
[0021] A Figura 10 é um gráfico mostrando o efeito de agentes de acoplamento na tensão de tração de painéis de fibra produzidos de fibras de acácia usando um segundo método; e
[0022] A Figura 11 é um desenho mostrando uma vista em perspectiva de um painel para porta.
[0023] Referência agora será feita em detalhe às concretizações exemplares e métodos da invenção. Deve ser notado, contudo, que a invenção em seus aspectos mais amplos não é necessariamente limitada aos detalhes específicos, materiais e métodos representativos, e exemplos ilustrativos mostrados e descritos em conjunto com as concretizações exemplares e métodos.
[0024] Os artigos celulósicos aqui descritos podem ser formados de um material celulósico que tem um teor lipofílico relativamente alto (hidrofóbico) (material celulósico lipofílico ou material celulósico hidrofóbico), por exemplo, quando comparados à madeira dura misturada tropical (TMH). Os componentes lipofílicos podem estar presentes no material celulósico em uma quantidade de pelo menos 0,02 % em peso, tal como de 0,02 % em peso a 5 % em peso ou mais, baseado no peso total do material celulósico. Para proposta da presente invenção, o termo "componente lipofílico", ou similares, é para ser compreendido como significando que o componente lipofílico pode estar presente em qualquer maneira e, portanto, pode ser considerado como uma impureza no material celulósico e/ou um composto(s) natural encontrada no material celulósico. A requerente verificou que o componente lipofílico torna o material celulósico incompatível com ligantes comumente usados em um processo de resinação blowline típico para painéis para porta de MDF delgados, as vezes resultando em pobre processamento, tal como por ter um retorno elástico de alta massa da esteira de fibra, fratura de esteira de fibra, pobre qualidade de superfície, pobre revestibilidade, e/ou pobre adesão por cola. Exemplos de componentes lipofílicos incluem ceras, ácidos graxos, alcanóis (por exemplo, cera branca e/ou compostos OH de cadeia longa, tais como C24-C28—OH, e/ou alcanóis de alto ponto de fusão de 90°C. ou maior), hidroxi extrativos, álcoois graxos, triglicerídeos, diglicerídeos, esteróis, esteril ésteres, fosfolipídeos, e similares. Exemplos de ácidos graxos incluem ácidos graxos com um grupo alquil de C4-C30, tal como C16-C18 ácidos graxos, C18-C28 ácidos graxos, e/ou C20-C26 ácidos graxos. O ácido graxo pode ser saturado ou insaturado. Uma porção ou todos dos ácidos graxos podem ser ligados ou fixados a outras moléculas, tais como triglicerídeos ou fosfolipídeos. Outros exemplos de componentes lipofílicos incluem tetradecanóico (miristico, C14); hexadecanóico (palmítico, C16); 9,12- octadecadienóico (linoleico, C18); 7-octadecadienóico (C18); heptadecanóico (margárico, C17) ou octadecanóico (esteárico, C18); docosanóico (behínico, C22); tetracosanóico (lignocérico, C24); hexacosanóico (cerótico, C26); e/ou pentadecanóico (C25). Outro modo para considerar este teor de extrativo é como a) o teor total não saponificável (por exemplo, teor de alcanóis e esteróis, e esteril ésteres); e b) o teor de ácido graxo total. O material celulósico lipofílico pode ser derivado de madeira de acácia, madeira de eucalipto, madeira de cipreste, palha de arroz, palha de milho como fibras anuais, ou combinações destes. Na concretização preferida, o material celulósico lipofílico é derivado de madeira de acácia.
[0025] O material celulósico lipofílico pode ser misturado com material celulósico não lipofílico (ou material celulósico comum). O material celulósico comum inclui material celulósico derivado de um material lignocelulósico ou biomassa. O material de lignocelulose é compreendido de polímeros de carbohidrato (celulose, hemicelulose) e lignina, que é um polímero aromático, que forma a estrutura de paredes de célula de planta. De preferência, o material de lingocelulose selecionado é uma madeira dura e/ou uma madeira macia. Espécies adequadas de madeira macia incluem, por exemplo, pau-brasil, abeto, cicuta, e pinho; e espécies adequadas de madeira dura incluem, por exemplo, Acácia, carvalho, cerejeira, ácer, álamo, nogueira, bétula, e álamo tremedor. A madeira pode ser refinada ou desfibrada usando um refinador/desfibrador padrão, ou pode ser não refinada. A madeira ou outros materiais lignocelulósicos aqui discutidos também pode conter fibras deslignificadas, se a fonte de fibra é de papel usado reciclado. Materiais celulósicos orgânicos de não madeira que podem ser usados em combinação com madeira ou como uma alternativa à madeira incluem palha, kenaf, cânhamo, juta, caules de bambu, espigas de milho, resíduos do milho, outras plantas fibrosas, e quaisquer combinações de dois ou mais de tais materiais. De preferência, as partes mais fibrosas de tais plantas, tais como cascas, são usadas ao invés das plantas inteiras. Também, materiais reciclados que podem ser usados em combinação com madeira e/ou outros materiais celulósicos descritos acima, ou como uma alternativa estes, incluem papel reciclado, polpa, ou uma combinação incluindo papel reciclado e polpa.
[0026] O material celulósico total (lipofílico e não lipofílico) pode ser na forma de partículas, pó, fibras, aparas, trançados, flocos, cavacos, serragem, etc., ou combinações destes. O material celulósico preferido é fibras, particularmente fibras de madeira para produtos de painel de fibra. As dimensões médias de comprimento e diâmetro para fibras de madeira são tipicamente 3 mm e 20-35 micrômetros para espécies de madeira macia, e 1 mm e 20 μm para espécies de madeira dura. Para fibras de madeira mecanicamente refinadas termais, tais como usadas para produção de MDF, certas porções de fornecimento de fibra são feixe de fibras (compreendidos de fibras individuais múltiplas) que podem ter maiores dimensões. Fibras mais finas têm menores dimensões especialmente com refino. Outros tamanhos fora das faixas acima podem ser usados considerando-se que o material celulósico é adequado para moldagem por prensagem. O material celulósico pode ser pré-processado e obtido como subprodutos de desfibradoras de madeira ou instalações de mobiliário, e pode ser reduzido ao tamanho desejado por uso de moinhos de martelo ou facas, como em escamadeiras. O material celulósico pode ser em um estado natural e/ou processado, por exemplo, termalmente refinado e/ou tratado para produtos de painel de fibra de madeira composta.
[0027] Em concretizações particularmente exemplares, o material celulósico total inclui partículas, fibras, ou outras formas comparáveis de madeira dentro das faixas de tamanho notadas. O tamanho de partícula ou de fibra e distribuição podem ser medidos usando um dispositivo de teste de peneira com um número de peneiras pré- determinado de tamanhos de malha diferentes. Deve ser compreendido que dependendo dos produtos finais e suas aplicações, uma ampla faixa de distribuições de tamanho é considerada estar dentro do escopo da presente invenção.
[0028] O processamento do material celulósico total pode ser realizado usando um processo a seco, um processo molhado-seco, ou um processo molhado. Em uma concretização exemplar, um processo seco de batelada é usado e é preferido. Geralmente, um processo a seco envolve transportar o material celulósico arrastado em uma correte gasosa ou de vapor, ou por uso de um leito fluidizado. Ar atmosférico pode ser usado como o componente gasoso do leito fluidizado.
[0029] O material celulósico total pode incluir cerca de 20 % em peso a cerca de 100 % em peso do material celulósico lipofílico, de preferência, cerca de 50 % em peso a cerca de 100 % em peso, mais de preferência, cerca de 75 % em peso a cerca de 100 % em peso. O restante do material celulósico total pode incluir um ou mais dos outros materiais celulósicos notados. Em uma concretização preferida, o material celulósico total inclui mais do que cerca de 25 % em peso de fibras de madeira de acácia, de preferência, cerca de 50 a cerca de 100 % em peso, com o restante sendo composto de madeira dura tropical misturada.
[0030] O material celulósico lipofílico pode ser tratado com o agente de acoplamento antes da combinação do material celulósico lipofílico com um ligante. Contudo, a presente invenção também contempla tratamento do material celulósico lipofílico durante ou após a combinação do material celulósico contendo lipofílico com o ligante. Por exemplo, o material celulósico lipofílico pode ser combinado com o ligante antes de ser tratado com o agente de acoplamento. O material celulósico lipofílico pode ser combinado com o ligante, enquanto sendo tratado com o agente de acoplamento, como parte de um processo in situ. Neste caso, o material celulósico lipofílico, ligante, e agente de acoplamento, podem ser combinados ao mesmo tempo. A adição de ligante pode ser separada em duas ou mais etapas que ocorrem em estágios diferentes do processo, por exemplo, para incluir tratamento in situ e ex situ do material celulósico lipofílico relativo ao ligante. Por exemplo, o ligante pode ser adicionado ao material celulósico lipofílico antes e durante tratamento do material celulósico lipofílico com o agente de acoplamento; antes de e subsequente ao tratamento; durante e subsequente ao tratamento; ou antes de, durante, e subsequente ao tratamento. O tratamento com agente de acoplamento do material celulósico lipofílico também é efetuado antes de prensagem e aquecimento para formar o artigo composto.
[0031] Em uma primeira concretização, o agente de acoplamento é primeiro misturado com o ligante para formar uma mistura. A mistura é em seguida adicionada ao material celulósico lipofílico e misturada. Em outras palavras, o agente de acoplamento e o ligante são misturados antes de serem adicionados ao material celulósico lipofílico.
[0032] Na segunda concretização, o ligante é primeiro adicionado ao material celulósico lipofílico para formar uma mistura. O agente de acoplamento é em seguida adicionado a uma mistura. Nesta concretização, o ligante é adicionado ao material celulósico lipofílico e misturado antes da adição do agente de acoplamento.
[0033] Em uma terceira concretização, o ligante, o agente de acoplamento, e o material celulósico lipofílico são combinados ao mesmo tempo. Nesta concretização, os três ingredientes principais são adicionados e misturados ao mesmo tempo.
[0034] Em uma quarta concretização, o agente de acoplamento é primeiro adicionado ao material celulósico lipofílico para formar uma mistura. O ligante é em seguida adicionado à mistura. Nesta concretização, o material celulósico lipofílico é tratado com o agente de acoplamento antes da adição do ligante.
[0035] Em uma quinta concretização, o agente de acoplamento é adicionado ao ligante para formar uma mistura. A mistura é em seguida adicionada ao material celulósico lipofílico junto com agente de acoplamento adicional. Esta concretização é essencialmente como uma combinação das primeira e terceira concretizações, onde o acoplamento é adicionado duas vezes durante o processo (primeiro ao ligante sozinho, e em seguida ao à mistura de ligante/agente de acoplamento e o material celulósico lipofílico).
[0036] Sem estar ligado a uma teoria particular, acredita-se que o agente de acoplamento interage com os componentes lipofílicos para torná-los menos lipofílicos, e, desse modo, tornar as fibras de madeira adequadamente hidrofílicas, que aperfeiçoam a molhabilidade da resina das fibras. Devido à fibra de acácia ter energia de superfície relativamente baixa, a adição do agente de acoplamento aumenta a energia de superfície e aperfeiçoa a hidrofilicidade da fibra de acácia. Em uma concretização, o agente de acoplamento é um composto orgânico tendo uma porção lipofílica e uma porção hidrofílica. A porção lipofílica interage com o componente lipofílico da fibra de madeira, enquanto a porção hidrofílica diminui a lipofilicidade do material celulósico lipofílico. A interação do agente de acoplamento e o componente lipofílico principalmente inclui forças de interação secundárias, tal como ligação de hidrogênio, dipolo-dipolo, dipolo induzido por dipolo, van der waals, ou combinações das mesmas. A porção lipofílica do agente de acoplamento pode incluir, mas não ser limitada a, olefinas lineares ou ramificadas de C4 a C30. A porção hidrofílica do agente de acoplamento pode incluir, mas não ser limitada a, grupos hidroxila, grupos carboxila, carbonila, ésteres, éteres, glicosídeo, ou combinações destes. Os agentes de acoplamento podem ser aniônicos ou não iônicos, mas, de preferência, um agente de acoplamento não iônico, é usado. De preferência, o agente de acoplamento tem um equilíbrio hidrofílico/lipofílico (HLB) de cerca de 7 a cerca de 15, mais de preferência, cerca de 10 a cerca de 14.
[0037] Em uma concretização preferida, o agente de acoplamento pode ser, mas não é limado a, A) um éter, de preferência, apresentando a Fórmula química: B) um éster, de preferência, apresentando a Fórmula química: C) uma amina, de preferência, apresentando a Fórmula química: D) ) uma amida, de preferência, apresentando a Fórmula química: E) ) um glicosídeo, de preferência, apresentando a Fórmula química: em que R é uma cadeia de hidrocarboneto saturada ou insaturada tendo 9 a 30 carbono, de preferência, 9 a 18 carbonos; e n é 2 a 15, de preferência, 3 a 8. A seguinte lista não limitante de agentes de acoplamento pode ser usada com a presente invenção: polioxietileno dioleato ou dilaurato éster (comercialmente disponível como Mulsifan 600 DO-H ou DL-H de Zschimmer-Schwarz), um agente de acoplamento comercialmente disponível como PAT 2529/RC4 de Wurtz que é acreditado ser álcool etoxilato, polioxietileno alquilamina, tal como polioxietileno (5) cocoalquilaminas (disponíveis como Ethomeen C/15 de AkzoNobel), alquil poliglicosídeos (comercialmente disponível como APG325 de BASF), octilfenol etoxilato (comercialmente disponível como Triton X-35 de Dow), t- octilfenoxipolietoxietanol (comercialmente disponível como Triton X100 de Dow), tridecil álcool etoxilatado (comercialmente disponível como Lutensol TDA 10 de BASF), ou combinações destes. O agente de acoplamento preferido é polioxietileno dioleato ou polioxietileno alquilaminas. A proporção de agente de acoplamento para material celulósico lipofílico pode ser de cerca de 0,1 % em peso a cerca de 5% em peso, de preferência, de cerca de 0,5 % em peso a cerca de 2% em peso.
[0038] O material celulósico lipofílico pode ser tratado com o agente de acoplamento por pulverização, em uma pasta fluida aquosa, ou por qualquer método conhecido na técnica suficiente para permitir que o material celulósico lipofílico e o agente de acoplamento entrem em contato, tal como, durante um processo de produção de MDF delgado típico usando fibra de acácia. Em uma concretização, o material celulósico lipofílico pode ser tratado com o agente de acoplamento por injeção do agente de acoplamento através de uma porta em um refinador de fibra onde aparas de madeira são refinadas. Durante este processo, o material celulósico lipofílico entra em contato com o agente de acoplamento, enquanto as aparas de madeira estão sendo refinadas em fibras, para permitir que modificação dos componentes lipofílicos ocorram. A temperatura de refino pode ser tão alta quanto 170oC (338oF) sob pressão de vapor controlada de até cerca de 1 bar para permitir que as fibras passem através do refinador muito rapidamente.
[0039] Após mistura do material celulósico lipofílico com o agente de acoplamento e o ligante formar uma mistura composta, a mistura composta pode ser secada antes do processamento adicional, por exemplo, para produzir o artigo. Por exemplo, a mistura composta pode ser adicionalmente secada, por exemplo, através de um secador de tubo instantâneo em um processo de produção de MDF típico.
[0040] Conforme notado acima, o material celulósico lipofílico pode ser misturado com materiais celulósicos comuns. O processo de tratamento do agente de acoplamento pode também ocorrer antes de, durante e/ou após mistura dos materiais celulósicos.
[0041] A mistura composta é formada por mistura do material celulósico lipofílico, o agente de acoplamento, e o ligante. A mistura composta pode conter cerca de 10 a cerca de 98 % em peso de material celulósico lipofílico, de preferência, cerca de 25 a cerca de 98 % em peso, cerca de 0,1 a cerca de 5 % em peso de agente de acoplamento, de preferência, cerca de 0,5 a cerca de 2 % em peso, e cerca de 2 a cerca de 12 % em peso de ligante, de preferência, cerca de 3 a cerca de 10 % em peso. O ligante pode ser, mas não é limitado a, ureia formaldeído (UF), fenol formaldeído (PF), melamina ureia formaldeído (mUF), polimetileno poli(fenil isocianatos) (pMDI), ou combinações destes. De preferência, UF ou PF é usado como o ligante.
[0042] A mistura composta contendo o material celulósico tratado e ligante pode em seguida ser formada em um artigo composto por primeira formação da mistura composta em uma esteira celulósica, e, em seguida, consolidando a esteira celulósica sob pressão e/ou calor. Os processos descritos, por exemplo, na Patente dos Estados Unidos No. 5.543.234 para Lynch et al. e Patente dos Estados Unidos No. 4.726.881 para Schultz, podem ser usados. A esteira pode incluir uma ou mais camadas da mistura composta, e ser produzida de acordo com métodos conhecidos àqueles técnicos no assunto. Um processo de produção "seco", isto é, um processo de produção de MDF típico, é preferido para a invenção, mas um processo molhado/seco pode também ser considerado. No processo seco, o agente de acoplamento permanece no artigo composto final, e não é removido ou extraído durante o processo.
[0043] O artigo composto é formado por consolidação da esteira em uma prensa, tipicamente sob calor e pressão, de acordo com métodos conhecidos àqueles técnicos no assunto. A mistura tratada pode ser aleatoriamente formada em uma esteira por sopramento de ar em uma ou mais camadas da mistura tratada em um membro de suporte. A esteira, tipicamente tendo um teor de umidade de menos do que ou igual a cerca de trinta peso por cento (30 % em peso), e, de preferência, 4-12 % em peso, é então prensada sob calor e pressão para curar a resina e comprimir a esteira em uma estrutura consolidada integral. Por exemplo, condições de prensagem típicas para painéis de porta de MDF delgados (cerca de 1/8" de espessura) podem incluir temperaturas de prensagem de cerca de 270-350oF com a resina de UF e teor de umidade de fibra de cerca de 10-12%, e 380- 420oF com resina de PF e teor de umidade de fibra de cerca de 4-6%. Um tempo de ciclo de prensagem exemplar é cerca de 50-70 segundos.
[0044] Os artigos compostos produzidos contêm fibras celulósicas que originalmente contêm teor lipofílico relativamente alto. Contudo, após tratamento com o agente de acoplamento, as fibras celulósicas lipofílicas podem ser usadas para formar artigos compostos que possuem propriedades físicas e mecânicas similares ou iguais àquelas convencionalmente produzidas de fibras celulósicas comuns, incluindo nenhuma fratura de esteira de fibra antes da prensagem, alta qualidade de superfície, excelente revestibilidade, e/ou excelente adesão por cola dos painéis compostos. O artigo composto produzido pode ser (a) painel de fibra, tal como madeira compensada (por exemplo, madeira compensada de baixa densidade ou de alta densidade), painel de fibra de painel macio, e média densidade ("MDF"); e (b) aglomerado, tal como aglomerado de partículas, aglomerado de partículas de média densidade, e painel de trançado orientado ("OSB"), e compensado. Mais de preferência, os artigos compostos são painéis para porta (MDF delgado), tal como tipicamente usado para produzir portas de núcleo sólido ou de núcleo vazado.
[0045] Em uma concretização exemplar, conforme ilustrado na Figura 11, o artigo composto pode ser um painel para porta moldado 100 com uma pluralidade de painéis. O painel para porta 100 pode incluir uma pluralidade de painéis tridimensionalmente formados 102 e porções adjacentes planares dos mesmos 104 que simulam degraus (vertical) e trilhos (horizontal). Os painéis 102 podem ser formados no painel para porta 100 usando várias técnicas. Por exemplo, o painel para porta 100 pode ser moldado para incluir depressões ou contornos, as vezes denominados ovalos, que circundam e auxiliam na separação dos painéis 102 a partir dos degraus/trilhos adjacentes 104. Enquanto dois painéis 102 são ilustrados na Figura 11, qualquer número de painéis 102 pode ser formado dentro do painel para porta 100. Tipicamente, os painéis 102 são coplanares com a superfície de topo dos degraus/trilhos 104, com a porção periférica, depressões, contornos, ovalos, extendendo-se internamente a partir da superfície planar exterior. Os painéis 102 com sua porção periférica circundante, depressões, contornos, ovalos, desse modo, simulam mais precisamente uma porta em painéis de madeira sólida. A superfície exterior do painel para porta pode ser lisa ou moldada/estampada para simular um desenho ou padrão, tal como um desenho de grão de madeira. Uma porta convencional exemplar com revestimentos de porta moldados é mostrada na Patente dos Estados Unidos No. 9752378, a revelação da qual sendo aqui incorporada por referência.
[0046] Sem descrição adicional, acredita-se um técnico no assunto pode, usando a descrição precedente e os seguintes exemplos ilustrativos, produzir e utilizar os artigos da presente invenção e praticar os métodos reivindicados. Os seguintes exemplos são dados para ilustrar a presente invenção. Deve ser compreendido que a invenção não é para ser limitada às condições específicas ou detalhes descritos nos exemplos.
[0047] Fibras de madeira de acácia e fibras de madeira dura tropical misturada foram comparadas para seu teor lipofílico (extrativos). As fibras de madeira foram extraídas com hexano a 240oF por 5 horas para extrair componentes lipofílicos. O extrato para fibra de acácia contém 1,21±0,3 % em peso de componentes lipofílicos, enquanto a madeira dura tropical misturada contém 0,48±0,3 % em peso.
[0048] As Figuras 1A e 1B mostram espectros de infravermelho (IR) de fibras de acácia tendo picos de absorção a 1729, 2849 e 2916 cm-1, que indica a presença de ácidos graxos na superfície de fibras de madeira de acácia. Os ácidos graxos são caracterizados por dois conjuntos de fortes vibrações incluindo 1) estiramento simétrico de C-H de -CH2 a 2849 cm-1 e C-H estiramento (assimétrico) de >CH2 a 2916 cm-1 , e 2) o modo C=O da cadeia lateral de grupo éster carbonil a 1729 cm-1.
[0049] A Figura 2 mostra resultados de isotermas de absorção de vapor de água de fibras de acácia e fibras de madeira dura tropical misturada (MT Hardwood) a 90% de umidade relativa (RH) e 24°C por 1 hora. As isotermas foram medidas usando uma microbalança Hiden Iscochema IGAsorp. As fibras de acácia absorvem a quantidade mais baixa de absorção de água, estabelecendo que elas eram mais lipofílicas do que a madeira dura tropical misturada.
[0050] O tratamento de fibras de acácia pode aperfeiçoar o retorno elástico da esteira, que é uma causa principal para fratura das esteiras de fibra moldada. As esteiras de fibra foram formadas usando 1) fibras de madeira de acácia e UF como um ligante (ACA)); 2) fibras de madeira dura tropical misturada e UF como um ligante (MT Harwood); 3) fibras de madeira de acácia tratadas com PAT 2529/RC4 de Wurtz e UF como um ligante (Wurtz); 4) fibras de madeira de acácia tratadas com Ethomeen C/15 de AkzoNobel e UF como um ligante (C15); 5) fibras de madeira de acácia tratadas com Mulsifan PEG 600 dioleato de Zschimmer-Schwarz e UF como um ligante (600DO); 6) fibras de madeira de acácia tratadas com Triton X-35 e UF como um ligante (X35); e 7) fibras de madeira de acácia tratadas com APG325 de BASF e UF como um ligante (APG). A Figura 3 mostra que o agente de acoplamento reduziu o retorno elástico da esteira de compostos de fibra de madeira de acácia (ACA) a uma quantidade comparável àquela de composto de madeira dura não tratado (MT Harwood).
[0051] Fibras de acácia e de madeira dura tropical misturada não tratadas foram adicionadas a cilindros graduados contendo água. A fibra de acácia flutuou na superfície da água e não foi encharcada após 10 dias (Figura 4). Por outro lado, a fibra de madeira dura tropical misturada foi completamente encharcada com água após 4 minutos (Figura 4) indicando que a fibra de madeira dura tropical misturada era hidrofílica. A Figura 4 também ilustra que a fibra de madeira de acácia não tratada é hidrofóbica.
[0052] As fibras de madeira de acácia foram subsequentemente extraídas com hexano para remover os componentes lipofílicos das fibras de madeira de acácia. As fibras de madeira de acácia extraídas foram adicionadas a um cilindro graduado contendo água e torna-se completamente imerso na água dentro de 40 minutos (Figura 5). A comparação das fibras de acácia extraídas (Figura 5) com fibras de acácia não extraídas (Figura 4) indica que as fibras de madeira de acácia contêm componentes lipofílicos, que concedem resistência de imersão em água às fibras. A extração dos componentes lipofílicos a partir das fibras de acácia diminuiu a resistência de imersão em água da fibra.
[0053] As fibras de madeira de acácia não tratadas foram pulverizadas com agentes de acoplamento, em seguida adicionadas aos cilindros graduados contendo água. Os agentes de acoplamento usados foram PAT 2529/RC4 de Wurtz (Wurtz), Ethomeen C/15 de AkzoNobel (C15), Mulsifan PEG 600 dioleato de Zschimmer-Schwarz (600DO), Triton X-35 de Dow (X35), e APG325 de BASF (APG). Cada agente de acoplamento foi preparado em concentrações de 0,5 % em peso e 2 % em peso, e pulverizados nas fibras de acácia não tratadas. A Figura 6 mostra os tempos de flutuação das fibras de acácia não tratadas nas soluções de agente de acoplamento. A barra rotulada "Hardwood" mostra o tempo de flutuação para fibras de madeira dura tropical misturada sem qualquer agente de acoplamento. A barra rotulada "Acácia" mostra o tempo de flutuação para fibras de acácia sem qualquer agente de acoplamento. A Figura 6 demonstra que os agentes de acoplamento diminuem o tempo de flutuação, e, desse modo, a resistência de resistência de imersão em água das fibras de acácia.
[0054] As fibras de acácia não tratadas foram pulverizadas com dois diferentes agentes de acoplamento (Lutensol TDA 10 e Triton X35), e em seguida adicionadas a um cilindro graduado contendo água. A fibra de acácia pulverizada estava encharcada dentro de 25 minutos (Figura 7). Os agentes de acoplamento são acreditados aumentarem a hidrofilicidade da fibra de acácia para permitir molhabilidade aperfeiçoada, que aperfeiçoa a interação das fibras com a resina na formação do artigo composto.
[0055] Os agentes de acoplamento foram também investigados por seu efeito no tempo de vida de gota de água em painéis de fibra produzidos de fibras de acácia. Uma quantidade de cerca de 10 mL de água destilada é depositada na superfície da amostra usando uma seringa. O tempo de vida da quantidade de água é medido visualmente como tempo de deposição para a formação de mancha molhada opaca, que sinaliza imersão completa da água no painel de fibra. Os painéis de fibra foram produzidos por dois métodos: 1) primeira pulverização das fibras de acácia com os agentes de acoplamento, e em seguida misturando as fibras com ligante UF para produzir os painéis de fibra; e 2) primeiro adicionar os agentes de acoplamento ao ligante UF, e em seguida misturando a mistura de ligante UF/agente de acoplamento com as fibras de acácia para produzir os painéis de fibra. Em ambos os métodos, os agentes de acoplamento usados foram PAT 2529/RC4 de Wurtz (Wurtz), Ethomeen C/15 de AkzoNobel (C15), Mulsifan PEG 600 dioleato de Zschimmer-Schwarz (600DO), Triton X-35 de Dow (X35), e APG325 de BASF (APG). Para cada agente de acoplamento no método 1), três concentrações foram usadas: 0,50%, 1%, e 2%; e para cada agente de acoplamento no método 2), duas concentrações foram usadas: 0,5% e 1%. Painéis de fibra de controle foram também produzidos com fibras de madeira dura tropical misturada (Hardwood) (nenhum agente de acoplamento), e com fibras de acácia (Acácia) (nenhum agente de acoplamentos), ambas com ligante UF. A Figura 8 mostra os tempos de vida de gota de água (min) dos painéis. As barras rotuladas "Mix" foram produzidas usando o método 2), enquanto os painéis remanescentes foram produzidos usando o método 1. Os resultados de tempo de vida de gota de água indicam que a hidrofilicidade de painéis de fibra de acácia tratados pelos agentes de acoplamento usando o método 1) são muito próximos ao painel de madeira dura tropical misturada.
[0056] Os agentes de acoplamento foram também investigados por seu efeito na resistência à tensão de painéis de fibra produzidos de fibras de acácia. Os painéis de fibra, incluindo painéis de fibra de controle, foram produzidos pelos dois métodos conforme descrito no Exemplo 4. A Figura 9 mostra a tensão de tração (PSI) dos painéis de fibra produzidos usando o método 1); e a Figura 10 mostra a tensão de tração (PSI) dos painéis de fibra produzidos usando o método 2) (a linha tracejada nas Figuras 9 e 10 mostra a resistência à tensão dos painéis de fibra produzidos de fibras de acácia não tradas). O agente de acoplamento não afeta adversamente as propriedades mecânicas da amostra de painel de fibra de acácia. De fato, em alguns casos, as tensões de tração aumentam na presença do agente de acoplamento.
[0057] Os agentes de acoplamento foram também investigados para o efeito da ordem de tratamento. Cinco modos diferentes para adicionar os agentes de acoplamento foram investigados: A) o agente de acoplamento foi primeiro misturado com o ligante para formar uma mistura que foi em seguida aplicada às fibras de acácia; B) o agente de acoplamento foi aplicado a uma mistura de fibras de acácia e ligante; C) o agente de acoplamento foi aplicado às fibras de acácia ao mesmo tempo como o ligante; D) o agente de acoplamento foi adicionado às fibras de acácia para formar uma mistura a qual o ligante foi em seguida adicionado; e E) o agente de acoplamento foi primeiro misturado o ligante para formar uma mistura que foi em seguida adicionada às fibras de acácia e agente de acoplamento adicional (combinação de A e C). Dois diferentes agentes de acoplamento, Ethomeen C/15 de AkzoNobel (C15) e Mulsifan PEG 600 dioleato de Zschimmer-Schwarz (600DO), foram estudados a uma concentração de 2%. O controle foi produzido usando as fibras de acácia sem qualquer agente de acoplamento. UF foi usado como o ligante em todos os casos. As fibras de acácia de A a E foram usadas para produzir esteiras de fibra, e o retorno elástico da esteira para cada das esteiras foi medido conforme notado no Exemplo 2. A altura da esteira após retorno elástico é mostrada em mm na Tabela 1 abaixo. As fibras de acácia de A a E foram submetidas a tempo de imersão de fibra em água conforme notado no Exemplo 3. O tempo para imersão completa (tempo de imersão de fibra) em minutos é mostrado na Tabela 1 abaixo. As fibras de acácia de A a E foram também usadas para produzir painéis de fibra que foram em seguida submetidas a análise de tempo de vida de gota de água conforme notado no Exemplo 4. O tempo de vida da gota de água em minutos é mostrado na Tabela 1 abaixo. O nível de fratura da esteira foi também notado como uma percentagem dos painéis totais e mostrado na Tabela 1. Em geral, o tratamento de agente de acoplamento aumenta a hidrofilicidade das fibras de acácia (tempo de vida de gota de água diminuído, tempo de imersão de fibra, e altura de esteira), e diminui a fração de painéis fraturados quando comparado a fibras de acácia não tratadas.
[0058] Embora certas concretizações atualmente preferidas da invenção tenham sido especificamente aqui descritas, será aparente àqueles técnicos no assunto ao qual a invenção pertence que variações e modificações das várias concretizações mostradas e descritas aqui podem ser produzidas sem fugir do espírito e escopo da invenção. Consequentemente, é previsto que a invenção seja limitada somente à extensão requerida pelas reivindicações em anexo e as regras aplicáveis de lei.
Claims (22)
1. Artigo composto, caracterizado pelo fato de que compre-ende: um material celulósico hidrofóbico, um agente de acoplamento, e um ligante, sendo que o agente de acoplamento apresenta um equilíbrio hidrofílico/lipofílico (HLB) de 7 a 15, sendo que o ligante compreende ureia formaldeído (UF), fenol formaldeído (PF), melamina ureia formaldeído (mUF), polimetileno poli(fenil isocianatos) (pMDI), ou combinações dos mesmos, e sendo que os componentes lipofílicos estão presentes no material celulósico em uma quantidade de 0,02% em peso a 5% em peso ou mais, com base no peso total do material celulósico.
2. Artigo composto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material celulósico hidrofóbico é madeira de acácia, madeira de eucalipto, madeira de cipreste, palhas de arroz, palhas de trigo como fibras anuais, ou combinações das mesmas.
3. Artigo composto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agente de acoplamento é um composto orgânico apresentando uma porção lipofílica e uma porção hidrofílica.
4. Artigo composto, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a porção lipofílica compreende olefinas lineares ou ramificadas de C4 a C30.
5. Artigo composto, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a porção hidrofílica compreende grupos hidroxila, grupos carboxila, carbonila, ésters, éteres, glicosídeo, ou combinações dos mesmos.
6. Artigo composto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agente de acoplamento compreende um éter, um éster, uma amina, uma amida, ou um glicosídeo.
7. Artigo composto, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que: (A) o éter apresenta a Fórmula química: (B) o éster apresenta a Fórmula química: (C) a amina apresenta a Fórmula química: (D) a amida apresenta a Fórmula química: (E) o glicosídeo apresenta a Fórmula química: nas quais: R é uma cadeia de hidrocarboneto saturada ou insaturada apresentando 9 a 30 carbonos; e n é um número inteiro de 2 a 15.
8. Artigo composto, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que: R é uma cadeia de hidrocarboneto saturada ou insaturada com 9 a 18 carbonos.
9. Artigo composto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o agente de acoplamento compreende polioxietileno dioleato, dilaurato éster, polioxietileno alquilaminas, alquil poliglicosídeos, octilfenol etoxilato, t-octilfenoxipolietoxietanol, tridecil álcool etoxilatado, ou combinações dos mesmos.
10. Artigo composto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a proporção de agente de acoplamento para material celulósico hidrofóbico é de 0,1% em peso a 5% em peso.
11. Artigo composto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um material celulósico não lipofílico, sendo que o material celulósico não lipofílico e o material celulósico lipofílico formam um material celulósico total.
12. Artigo composto, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o material celulósico total compreende de 10% em peso a 98% em peso da base do material celulósico hidrofóbico no peso total do material celulósico total.
13. Artigo composto, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o material celulósico total compreende mais do que 25% em peso de fibras de acácia, com o restante sendo composto de madeira dura tropical misturada.
14. Artigo composto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende de 10 a 98% em peso do material celulósico hidrofóbico, de 0,1 a 5% em peso do agente de acoplamento, e de 2 a 12% em peso do ligante.
15. Painel para porta, caracterizado pelo fato de que compreende o artigo composto, como definido na reivindicação 1.
16. Método para produção de um artigo composto, como definido na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: (a) formar uma mistura por combinação de um material celulósico hidrofóbico, um agente de acoplamento, e ligante, sendo que o agente de acoplamento está presente em toda mistura e apresenta um equilíbrio hidrofílico/lipofílico (HLB) de 7 a 15, e sendo que o ligante compreende ureia formaldeído (UF), fenol formaldeído (PF), melamina ureia formaldeído (mUF), polimetileno poli(fenil isocianatos) (pMDI), ou combinações dos mesmos; (b) formar uma esteira celulósica a partir da mistura; e (c) consolidar a esteira celulósica sob pressão e calor para formar o artigo composto.
17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a Etapa (a) envolve pulverizar o agente de acoplamento sobre o material celulósico hidrofóbico.
18. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a etapa de secagem da esteira celulósica antes da Etapa (c).
19. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que a Etapa (c) envolve a prensagem da esteira celulósica em uma prensa.
20. Método para produção de um painel para porta, como definido na reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de: (a) formar uma mistura por combinação de um material celulósico hidrofóbico, um agente de acoplamento, e ligante, sendo que o agente de acoplamento está presente em toda a mistura e apresenta um equilíbrio hidrofílico/lipofílico (HLB) de 7 a 15, e sendo que que o ligante é pelo menos um dentre ureia formaldeído (UF), fenol formaldeído (PF), melamina ureia formaldeído (mUF), polimetileno poli(fenil isocianatos) (pMDI), ou combinações dos mesmos; (b) formar uma esteira celulósica a partir da mistura; (c) consolidar a esteira celulósica sob pressão e calor para formar um painel para porta.
21. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o ligante é um dentre ureia formaldeído (UF), fenol formaldeído (PF), melamina ureia formaldeído (mUF), polimetileno poli(fenil isocianatos) (pMDI), ou combinações dos mesmos;
22. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que a Etapa (b) envolve sopramento de ar em uma ou mais camadas da mistura em um membro de suporte.
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