BRPI0815075B1 - Método de produção de um produto de isolamento térmico de fibra mineral de lã de vidro usando uma solução aglutinante isenta de formaldeído - Google Patents

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BRPI0815075B1
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Gert Mueller
Charles Appley
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Knauf Insulation Sprl
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Abstract

aglutinantes uma solução aglutinante curável não-reagida substancialmente isenta de formaldeído para ligar material frouxo consiste essencialmente de uma solução obtenível pela dissolução de um açúcar redutor, um precursor de ácido do sal de amônio, opicionalmente um ácido carboxólico ou um precursor seu e opicionalmente amônia em água.

Description

[001] Esta invenção se refere aos aglutinantes, por exemplo, para isolamento de lã de vidro ou lã de pedra.
[002] WO 2007/014236 (aqui incorporado por referência) se refere aos aglutinantes, incluindo aglutinantes compreendendo reagentes de Maillard. Um aglutinante particular revelado é baseado em um sistema de citrato de triamônio - dextrose derivado da mistura de dextrose monoidratada, ácido cítrico anidro, água e amônia aquosa. Uma das principais vantagens desse sistema aglutinante é que ele não possui formaldeído.
[003] Um aspecto da presente invenção fornece uma solução aglutinante de acordo com a reivindicação 1; as reivindicações dependentes definem modalidades alternativas e/ou preferidas.
[004] Em outro aspecto, a presente invenção fornece uma solução aglutinante compreendendo uma solução obtenível pela dissolução de - um carboidrato, - um precursor de ácido derivável de um sal inorgânico, - uma fonte de nitrogênio, - opcionalmente um ácido orgânico ou um precursor seu e - opcionalmente amônia.
[005] Soluções aglutinantes usadas de acordo com a presente invenção podem ser “substancialmente isentas de formaldeído”, em ouras palavras, que elas liberam menos de 5 ppm de formaldeído como resultado de secagem e/ou cura (ou testes apropriados que estimulem a secagem e/ou cura). Tais soluções aglutinantes são preferivelmente “isentas de formaldeído”, isto é, elas liberam menos de 1 ppm de formaldeído em tais condições.
[006] Os produtos de acordo com a invenção, os quais incorporam aglutinantes (por exemplo, materiais de isolamento ou de tábuas corridas) pode ser “substancialmente isento de formaldeído”, em outras palavras, eles compreendem menos de 5 ppm ou menos do que os limites detectáveis de formaldeído livre e/ou consistem de materiais os quais junto compreendem menos do que essas quantidades de formaldeído livre e/ou liberam níveis de formaldeído em testes padronizados adaptados para estimular seus usos comuns os quais os permitem que sejam classificados como não tendo apresentando níveis não- detectáveis de liberação de formaldeído. Preferivelmente, tais produtos liberam menos do que 10 μg/m3, mais preferivelmente, menos do que 5 μg/m3 de formaldeído durante o período de 24 a 48 horas a partir do início do teste de acordo com ISO 16000.
[007] Foi descoberto que os aglutinantes de acordo com a presente invenção podem ter propriedades pelo menos equivalentes e de fato melhoradas em comparação, por exemplo, com o sistema de citrato de triamônio - dextrose de WO 2007/014236. WO 2007/014236 ensina sistemas aglutinantes baseados, inter alia, em uma combinação de um carboidrato (por exemplo, um açúcar redutor), amônia e um ácido carboxílico e sugere que uma reação tipo Maillard pode formar a base da química de cura. Foi ainda ensinado que a natureza do ácido usado poderia ter um efeito significativo nas propriedades do aglutinante curado, particularmente se o precursor de ácido e/ou um derivado dele for incorporado na estrutura do aglutinante curado. É, deste modo, surpreendente que um precursor de ácido derivável de um sal inorgânico deve fornecer um precursor de ácido adequado em um sistema aglutinante similar aparentemente diferente.
[008] O uso de um precursor de ácido derivável de um sal inorgânico pode ter vantagens significativas em termos de custo, disponibilidade e facilidade de manuseio. O precursor de ácido derivável de um sal inorgânico da solução aglutinante pode compreender uma espécie selecionada do grupo consistindo de sulfatos, fosfatos, nitratos e carbonatos. Uma vantagem particular pode ser conseguida pelo uso de um ou mais sais de amônio inorgânicos, por exemplo, sulfato de amônio, fosfato de amônio ou carbonato de amônio. Um sal de amônio pode fornecer o precursor de ácido ou parte dele e/ou a fonte de nitrogênio ou parte dela e/ou o sistema de controle de pH ou parte dele. Nitrato de amônio também pode funcionar; entretanto, nitrato de amônio pode oxidar grupos aldeído do carboidrato (por exemplo, no caso da dextrose) e/ou requerer precauções para evitar explosões.
[009] Sulfato de amônio é particularmente vantajoso, porém fosfato de amônio pode ser usado além de ou ao invés dele. Fosfato de amônio pode ser fosfato de monoamônio, fosfato de diamônio ou fosfato de triamônio. Carbonato de amônio, sozinho ou em combinação com os outros materiais revelados aqui, podem também fornecer bons resultados. O carbonato de amônio pode ser bicarbonato de amônio.
[0010] O precursor de ácido, particularmente quando este consiste essencialmente de sais de amônio inorgânicos, pode compor • pelo menos 5%, preferivelmente pelo menos 7%, mais preferivelmente pelo menos 9% em peso seco da solução aglutinante não-curada; e/ou • menos de 25% ou 20%, preferivelmente menos de 18%, mais preferivelmente menos de 16% em peso seco da solução aglutinante não-curada.
[0011] O termo “consiste ou consistindo essencialmente de” é tencionado a limitar o escopo de uma reivindicação aos materiais ou etapas especificadas e aqueles que não afetam materialmente a(s) característica(s) básica(s) e nova(s) da invenção reivindicada.
[0012] O ácido pode compreender: um ácido sulfúrico, um ácido fosfórico, um ácido nítrico ou um ácido fraco.
[0013] O aglutinante pode compreender entre 5% e 25%, preferivelmente 10% a 20%, mais preferivelmente de 15% a 20% em peso seco do precursor de ácido (particularmente onde ele é um sal de amônio inorgânico) ao carboidrato (particularmente quando este é um açúcar).
[0014] Onde o aglutinante compreende tanto um precursor de ácido derivável de um sal inorgânico e um ácido orgânico, estes podem estar presentes nas seguintes quantidades em peso seco em relação ao carboidrato (particularmente onde este é um açúcar):
[0015] Onde um ácido orgânico é usado, este é preferivelmente derivado de um sal de amônio. Por exemplo, um citrato de amônio, particularmente citrato de triamônio, pode ser usado como uma fonte de ácido cítrico.
[0016] Sistemas de ligação de fenol formaldeído da técnica anterior para isolamento de lã mineral foram usados com a adição de cerca de 2% em peso de sulfato de amônio, como um agente de cura. Entretanto, a química de tais sistemas aglutinantes de fenol formaldeído não é comparável com os sistemas aglutinantes da presente invenção, os quais não são baseados em fenol e/ou formaldeído e/ou em outros fenólicos.
[0017] Um carboidrato pode ser usado na solução aglutinante ao invés de especificamente um açúcar redutor, e pode compreender um monossacarídeo, por exemplo, na sua forma de aldose ou cetose. Preferivelmente, o carboidrato compreende um açúcar, mais preferivelmente um açúcar redutor ou um reagente que produz um açúcar redutor in situ sob condição de cura térmica; ele pode compreender glicose (isto é, dextrose). O carboidrato pode compreender um carboidrato com um aldeído redutor. Acredita-se que o uso de um açúcar redutor e particularmente dextrose forneça boas forças de ligação, particularmente para a produção de produtos de isolamento de lã mineral. A dextrose não precisa ser 100% pura, mas o uso de um material que tem um valor de equivalente de dextrose de pelo menos 0,85, preferivelmente de pelo menos 0,9, e mais preferivelmente pelo menos 0,95 é considerado como sendo vantajoso. O valor de equivalente de dextrose DE pode ser considerado como sendo i) uma medida da despolimerização e é aproximadamente: DE = 100/dp, onde dp significa o grau de polimerização ou ii) a quantidade total de açúcares redutores calculada como D-glicose (dextrose) em base seca.
[0018] Preferivelmente, a solução aglutinante e/ou o aglutinante é isento ou substancialmente isento de amido; considera-se que a presença de quantidades substanciais de amido aumenta o tempo de cura e/ou reduz a força do aglutinante curado. A solução aglutinante e/ou o aglutinante podem ser isentos ou substancialmente isentos de proteínas.
[0019] Dextrose de grau industrial, não- alimentício, pode ser usada como o açúcar redutor; produtos, tal como Sirodex331, o qual é uma solução de açúcar com 75% de sólidos obtenível de Tate and Lyle com um valor DE 94,5 pode ser usada.
[0020] O açúcar redutor pode consistir essencialmente de dextrose. Particularmente nesse caso e mais particularmente onde, além disso, o precursor de ácido consiste essencialmente de um sal de amônio, por exemplo, um sulfato de amônio, a proporção em peso seco da quantidade de açúcar redutor/quantidade do precursor de ácido pode ser maior do que ou igual a 2,5 e/ou menor do que ou igual a 13.
[0021] A fonte de nitrogênio pode ser uma amina ou um reagente de amina; ela pode ser derivável da mesma fonte que o precursor de ácido, por exemplo, de um sal de amônio inorgânico. Ela é preferivelmente amônia em solução.
[0022] Precursores para e/ou reagentes os quais fornecem os materiais referidos podem ser usados.
[0023] Em uma modalidade, o aglutinante é derivado essencialmente de um açúcar redutor e de um sal de amônio inorgânico em solução aquosa.
[0024] Em outra modalidade, o aglutinante também pode compreender um ácido orgânico, particularmente um ácido carboxílico; este pode ser um ácido policarboxílico, particularmente um ácido bicarboxílico ou um ácido tricarboxílico, preferivelmente ácido cítrico; ele é preferivelmente monomérico. A combinação e um ácido orgânico (ou um precursor de um sal ou um anidrido seu) com um precursor de ácido derivável de um sal inorgânico pode apresentar várias vantagens. Primeiramente, tal combinação pode reduzir o risco de punking (o qual foi observado com tais aglutinantes baseando-se somente em ácidos orgânicos) enquanto fornecendo força aceitável. Punking (rápida reação exotérmica) é um termo da técnica na área de isolamento de fibra mineral o qual geralmente denota uma oxidação comparativamente rápida de um aglutinante com a geração concomitante de calor em um produto de isolamento acabado e geralmente empacotado. Punking geralmente causa a geração de gases e a descoloração do material de isolamento. Ele pode ser associado com reações exotérmicas as quais aumentam as temperaturas através da espessura do material isolante; isto pode destruir a integridade do produto de isolamento e/ou apresentar risco de incêndio.
[0025] Alternativamente ou adicionalmente, a combinação de um ácido orgânico (ou um precursor, um sal ou um anidrido seu) com um precursor de ácido derivável de um sal inorgânico pode moderar as condições ácidas que ocorrem durante a cura, e deste modo reduzir o risco ou tendência de tais condições causarem danos significativos ao material sendo ligado. Tal combinação pode ser particularmente vantajosa como um aglutinante para isolamento de lã de pedra, cujas fibras podem ser mais suscetíveis aos danos potenciais por ácido do que, por exemplo, isolamento de lã de vidro.
[0026] Em outra modalidade, o aglutinante é derivado essencialmente de: um carboidrato; um sal de amônio inorgânico; e um ácido orgânico e/ou precursor de ácido orgânico; em solução aquosa.
[0027] Aglutinantes os quais compreendem ou consistem essencialmente dos componentes descritos aqui podem incluir aditivos, por exemplo, aditivos selecionados de: silanos, óleos minerais, agentes de acoplamento, silicones ou siloxanos (particularmente para repelência à água), compostos contendo silício, tensoativos, aditivos hidrofílicos, aditivos hidrofóbicos, ceras, substâncias úteis para controlar o pH (por exemplo, hidróxido de amônio) e amônia. Hidróxido de amônio, quando usado, e de fato outros aditivos, podem fornecer a e/ou uma fonte adicional de nitrogênio. Preferivelmente, a quantidade total de aditivos (excluindo amônia) é menor do que 5% em peso (excluindo o peso de água presente), mais preferivelmente menor do que 3% ou menor do que 2% em peso.
[0028] Particularmente para produtos de fibra mineral, é preferível incluir um silano como um aditivo. O aglutinante e/ou solução aglutinante pode compreender pelo menos 0,1% e/ou menos do que 1% de um silano em peso seco. O silano pode ser aminos substituído; ele pode ser um éter de silila e acredita-se que a sua presença pode melhorar significativamente a resistência a longo prazo do aglutinante, particularmente depois do desgaste.
[0029] Preferências para o pH do aglutinante são:
[0030] Pelo menos no estado no qual o aglutinante é aplicado a um material a ser ligado e/ou recuperado em um sistema de recuperação de água de rejeito. Tal pH neutro ou alcalino do aglutinante pode aliviar problemas de corrosão do equipamento de produção, os quais foram encontrados com alguns sistemas aglutinantes da técnica anterior essencialmente ácidos. Tais aglutinantes da técnica anterior incluem aglutinantes consistindo essencialmente de ácidos poliacrílicos ou ácidos polímero policarboxílicos. Uma vantagem particular da presente invenção é, deste modo, o uso de um sistema aglutinante que pode funcionar em tais condições neutras ou alcalinas. Quando curado, o aglutinante pode se tornar ácido durante o processo de cura. Entretanto, considerações de corrosão do equipamento são menos significativas nesse caso devido ao contato mínimo entre o equipamento de produção e o aglutinante quando neste estado. O pH do aglutinante pode ser menor do que ou igual a 13, preferivelmente menor do que ou igual a 12, 11ou 10. Um pH preferido pode estar na faixa de 7,5 a 9,5, particularmente de 8 a 9. O aglutinante o qual foi aplicado ao material a ser ligado e é subsequentemente dissolvido em água pode ter um pH maior do que 6.
[0031] É preferível colocar o pH da solução aglutinante em um nível apropriado para evitar a precipitação de seus constituintes e particularmente para assegurar que o precursor de ácido derivável de um sal inorgânico permanece em solução. Este é particularmente o caso onde fosfato de amônio fornece o precursor de ácido. Resistências à secura e/ou ao desgaste e/ou produtos mais homogêneos podem ser conseguidos pelo uso de soluções aglutinantes homogêneas compreendendo precursores do ácido do sal de amônio, os quais são livres de precipitados, particularmente quando fosfato de amônio é usado e a solução aglutinante é isenta de precipitados de fosfato.
[0032] A composição aglutinante pode ser fornecida na forma de uma solução aquosa; ela pode conter amônia livre ou excesso e amônia em solução. Um pH neutro ou alcalino pode ser gerado por um excesso de grupos alcalinos em comparação com grupos ácidos presentes na solução aglutinante, por exemplo, devido parcialmente ou substancialmente à presença de amônia na solução. Mais amônia pode ser adicionada à solução aglutinante, por exemplo, de 0,2% a 1% em peso, ou de fato mais; isto pode ajudar a manter o sistema de água de lavagem alcalino a longo prazo, particularmente para a produção de isolamento de lã mineral.
[0033] No caso de fibras de lã mineral particularmente para produtos de isolamento térmico, quando a solução aglutinante é pulverizada em fibras de lã mineral quentes exatamente antes de elas serem formadas, o calor residual das fibras de lã minerais poderia fazer com que uma quantidade significativa de qualquer água na solução aglutinante evaporasse. Consequentemente, as fibras de lã mineral as quais são, a seguir, coletadas para formar uma manta podem ter aglutinante presente nelas na forma de um líquido grudento, viscoso ou pegajoso. Isto pode facilitar a ligação entre as fibras individuais através do aglutinante.
[0034] Uma das muitas vantagens desse sistema aglutinante é que ele é aplicado, por exemplo, borrifado em fibras de lã minerais, em um estado substancialmente não- reagido. A capacidade de aplicar a solução aglutinante em um estado substancialmente não-reagido pode aliviar problemas associados com a pré-reação dos componentes aglutinantes em solução, os quais foram encontrados com alguns sistemas de ligação da técnica anterior nos quais os componentes são pré-reagidos. Tais aglutinantes da técnica anterior consistindo essencialmente de polímeros pré- reagidos ou resinas, os quais são aplicados aos materiais a serem ligados. Com aglutinante substancialmente não-reagido presente na forma de um líquido grudento, viscoso ou pegajoso no material a ser ligado, a reação entre os componentes do aglutinante pode ocorrer em um estado substancialmente seco. Uma pessoa pode descrever a reação como uma polimerização de massa porque ela ocorre sem o benefício de um solvente. Uma vantagem particular da presente invenção é, deste modo, o uso de um sistema aglutinante que pode polimerizar em um estado substancialmente seco ou através de uma polimerização em massa.
[0035] Fibras minerais usadas no contexto da invenção podem ser formadas por rotação interna ou externa. Elas podem ter uma temperatura na faixa de 20°C a 200°C, geralmente de 30°C a 100°C ou 150°C, quando pulverizadas com a solução aglutinante. A quantidade de solução aglutinante pulverizada pode ser usada com ou sem pulverizações de água adicionais para auxiliar o esfriamento das fibras até uma temperatura desejada entre as suas formações e suas coletas para formar uma manta.
[0036] Uma vantagem particular de usar amônia em solução para controlar o pH da solução aglutinante aplicada nas fibras minerais é que pelo menos parte da amônia da solução aglutinante que gruda nas fibras pode evaporar devido ao calor residual das fibras de lã mineral. Consequentemente, a solução aglutinante que reveste as fibras pode ter um pH mais baixo do que a solução aglutinante pulverizada.
[0037] A invenção se estende até um método de produção de um produto de isolamento térmico de fibra mineral compreendendo as etapas sequenciais de: • Formar fibras minerais a partir de uma mistura mineral fundida; • Pulverizar uma solução aglutinante substancialmente isenta de formaldeído nas fibras minerais, a solução aglutinante compreendendo: um carboidrato (particularmente um açúcar redutor), um precursor de ácido derivável de um sal inorgânico e uma fonte de nitrogênio; • Coletar as fibras minerais para as quais a solução aglutinante foi aplicada para formar uma manta de fibras minerais; e • Curar a manta compreendendo as fibras minerais e o aglutinante pela passagem da manta através de um forno de cura de modo a proporcionar uma manta de fibras minerais unidas por um aglutinante curado substancialmente insolúvel em água.
[0038] A água de lavagem pode ser pulverizada nas fibras minerais entre a sua formação e a sua coleta para formar uma manta, pelo menos uma parte da água de lavagem tendo sido pulverizada nas fibras minerais e subsequentemente retornada para um sistema de água de lavagem para ser reusada como água de lavagem. A solução aglutinante pode compreender água de lavagem. A solução aglutinante pode compreender água de lavagem.
[0039] O aglutinante pode ser curável; ele pode ser curável, por exemplo, em um forno de cura; ele pode formar um aglutinante termoajustável. Na sua forma curada, o aglutinante pode: compreender melanoidinas; e/ou o termoajustável; e/ou ser insolúvel em água ou substancialmente insolúvel em água. A solução aglutinante pode ser substancialmente incolor ou de branca a branca- suja; na cura, o aglutinante pode adquirir uma cor escura, particularmente uma cor marrom-escura. O produto curado pode ter cor escura, particularmente cor marrom-escura. O aglutinante pode ser isento de proteínas; ele pode ser livre de matéria-prima celulósica. Uma das muitas vantagens desse sistema aglutinante é que a extensão de cura pode ser determinada pela cor. Aglutinante substancialmente desidratado tem aparência branca ou branca-suja. Sendo progressivamente curado até um maior grau, o aglutinante aparenta apresentar coloração progressivamente mais escura (uma tonalidade mais escura de marrom). Quando aplicado em fibras minerais, a extensão até a qual o isolamento de lã mineral foi curado pode ser determinada pela sua cor.
[0040] Quando aplicado ao material a ser ligado e/ou antes da cura, o aglutinante pode ser isento ou substancialmente livre de melanoidinas e/ou outros produtos reacionais derivados da cura. A cura do aglutinante pode produzir glicosamina, particularmente como um produto intermediário. Consequentemente, um produto curado ou parcialmente curado pode compreender glicosamina.
[0041] A reação do aglutinante na cura pode ser essencialmente uma reação tipo Maillard, conforme descrita, por exemplo, no Pedido de Patente Americana No. 20070027283 ou WO2007/14236. O aglutinante pode compreender produtos de polimerização de uma mistura que compreende um açúcar redutor e um material selecionado do grupo consistindo de sulfato de amônio, fosfato de amônio, nitrato de amônio e carbonato de amônio.
[0042] A solução aglutinante pode ser formulada pela combinação de: • Um carboidrato, preferivelmente um açúcar redutor; • Um precursor de ácido derivável de um sal inorgânico, preferivelmente um sulfato de amônio ou fosfato de amônio; • Uma fonte de nitrogênio; e • água.
[0043] A formulação pode compreender amônia opcional ou adicional fornecida na forma de uma solução de amônia aquosa. A água pode compreender água de lavagem ou água de processo reciclada.
[0044] A formação da solução aglutinante a partir de um carboidrato e de um precursor de ácido compreendendo um sal de amônio inorgânico fornece um método de preparação vantajoso particular. Isto pode ser conseguido em uma câmara de mistura simples a qual pode ser aberta e/ou a pressão atmosférica. O carboidrato e/ou o precursor de ácido pode ser adicionado na forma de pó ou na forma líquida. A preparação é preferivelmente efetuada em temperatura ambiente. Preferivelmente, não é necessário fornecer calor para preparar a solução aglutinante; todavia, a solução aglutinante pode ser aquecida durante a sua preparação, por exemplo, até uma temperatura na faixa de 20°C a 80°C, particularmente onde isto facilita a dissolução e/ou mistura de seus ingredientes.
[0045] A solução aglutinante, particularmente no estado aplicado ao material a ser ligado, pode compreender: • pelo menos 5%, 10%, 15% ou 18% de sólidos e/ou • menos do que 70% ou 60% (particularmente no caso de aplicações de tábua corrida) ou menos de 50%, 40% ou 20% de sólidos (particularmente no caso de aplicações de isolamento de fibra mineral).
[0046] Particularmente determinado como sólidos que vaporizam em peso depois da secagem a 140°C por 2 horas.
[0047] A coleta de material solto unido através da solução aglutinante pode compreender materiais selecionados de: fibras, materiais fibrosos, fibras minerais, fibras de vidro, fibras de lã de pedra, fibras celulósicas (incluindo fibras de madeira, aparas de madeira, partículas de madeira e serragem), compensados de madeira, revestimentos, revestimentos de madeira, partículas, materiais trançados ou não-trançados, materiais frouxamente montados, materiais trançados ou não-trançados.
[0048] A solução aglutinante e/ou o aglutinante são preferivelmente orgânicos.
[0049] O material solto pode ser moldado e/ou dimensionado e/ou modelado com a ajuda do aglutinante. O material produzido pode ser selecionado de: um material de isolamento térmico, um produto de fibra mineral, um produto de tábua corrida (incluindo aglomerado, tábua de filamentos alinhados, tábua de partícula, tábua de fibra de densidade mediana, produtos de revestimento de madeira), areias de fundição.
[0050] O material a ser ligado pode estar em uma temperatura na faixa de 20°C a 100°C quando o aglutinante é aplicado. Particularmente no caso de produtos de tábuas corridas, o aglutinante e o material solto podem ser mecanicamente misturados, por exemplo, por tambores.
[0051] A solução aglutinante, particularmente quando aplicada ao material solto, pode ter uma viscosidade apropriada para aplicação por pulverização ou despejamento. Sua viscosidade a 20°C pode ser: • Menor do que cerca de 1,5 Pa.s, preferivelmente menor do que cerca de 1 x 10-2 Pa.s; e/ou • Maior do que cerca de 2 x 10-4 Pa.s, preferivelmente maior do que cerca de 5 x 10-4 Pa.s
[0052] A cura do aglutinante pode ocorrer em um forno de cura, por exemplo, usando circulação de ar quente forçada; ela pode ocorrer em uma prensa. A cura pode compreender uma desidratação do aglutinante; ela pode compreender uma polimerização; ela pode compreender uma reação de polimerização em massa. A cura pode ser efetuada por um tempo de 20 minutos ou menos, preferivelmente de 10 minutos ou menos; ela pode ser efetuada pela passagem do produto (por exemplo, uma manta de fibra mineral) através de pelo menos uma região do forno de cura em uma temperatura dentro da faixa de 230°C - 300°C com um tempo de residência no forno na faixa de 30 segundos a 20 minutos. A cura do aglutinante ocorre preferivelmente quando a solução aglutinante (da qual água pode ter evaporado) está em contato com o material solto; ela pode ocorrer substancialmente em pressão atmosférica. A cura pode ser uma cura substancialmente seca, isto é, pela aplicação de calor seco e/ou substancialmente seco ou ar atmosférico aquecido ao invés de usando vapor ou vapor de água aquecida.
[0053] Particularmente no caso de produtos de isolamento de fibra mineral, a temperatura e o tempo de cura podem ser selecionados em função da densidade e/ou espessura do produto. O forno de cura em tais casos pode ter uma variedade de regiões de aquecimento com temperaturas dentro da faixa de 200°C a 350°C (tipicamente de 230°C a 300°C) . Um produto fino de baixa densidade (12 kg/m3 ou menos) pode ser curado pela passagem pelo forno de cura em um tempo tão curto quanto 20 segundos; um produto espesso, de alta densidade (80 kg/m3 ou mais) pode requerer uma passagem de 15 minutos ou mais no forno de cura. O produto pode atingir uma temperatura na faixa de 180°C a 220°C durante o processo de cura.
[0054] O aglutinante curado pode compreender mais de 2% e/ou menos de 8% de nitrogênio em massa, conforme determinado por análise elementar.
[0055] O aglutinante em seu estado não-curado pode compreender os seguintes níveis de sulfatos, fosfatos, carbonatos e/ou nitratos em peso seco: • Mais de 2,5%, 3% ou 5%; e/ou • Menos de 25%, 22% ou 20%
[0056] Materiais acabados produzidos usando sistemas aglutinantes de acordo com a presente invenção podem ter níveis residuais de sulfatos, fosfatos, carbonatos e/ou nitratos derivados notoriamente do sal inorgânico que serve como o precursor de ácido. Tais espécies podem estar presentes nas seguintes quantidades: • Mais de 500, 750, 1000 ou 1500 mg/kg; e/ou • Menos de 5000, 4000 ou 3000 mg/kg.
[0057] A presença de tais espécies pode ser avaliada em um teste de lixiviação e fornecer uma indicação no produto final do sistema aglutinante usado.
[0058] A quantidade de aglutinante no produto acabado, particularmente no caso de isolamento de lã mineral, pode ser: • Maior do que: 1%, 2%, 2,5%, 3%, 3,5% ou 4%; e/ou • Menos de: 20%, 15%, 10% ou 8%; medido em peso seco do produto acabado.
[0059] Particularmente no caso de isolamento de fibra mineral, os produtos podem ter uma ou mais das seguintes resistências à partição: Resistência de Partição Normal de • Pelo menos 120 g/g, preferivelmente pelo menos 150 g/g; e/ou • Menos de 400 g/g Resistência de Partição Desgastada de • Pelo menos 120 g/g, preferivelmente pelo menos 150 g/g; e/ou • Menos de 400 g/g % de perda entre a Resistência de Partição normal e Desgastada de • Menos de 10%, preferivelmente menos de 5% Onde o produto é isolamento de lã mineral e pode ter uma ou mais das seguintes características: • Uma densidade maior do que 5, 8 ou 10 kg/m3; • Uma densidade menor do que 200, 180 ou 150 kg/m3; • Compreender fibras de lã de vidro e ter uma densidade maior do que 5, 8 ou 10 kg/m3 e/ou menor do que 80, 60 ou 50 kg/m3; • Compreender fibras de lã de pedra e ter uma densidade maior do que 15, 20 ou 25 kg/m3 e/ou menor do que 220, 200 ou 180 kg/m3; • Uma condutividade térmica À menor do que 0,05 W/mK e/ou maior do que 0,02 W/mk; • Compreender menos do que 99% em peso e/ou mais do que 80% em peso de fibras minerai; • Uma espessura de mais de 10 mm, 15 mm ou 20 mm e/ou menor do que 400 mm, 350 mm ou 300 mm. Onde o produto é produto de tábua corrida, ele pode ter uma ou mais das seguintes características: • Dimensões de pelo menos 50 cm x 80 cm, preferivelmente de pelo menos 1 m x 2 m, • Espessura de pelo menos 11 mm, 12 mm ou 15 mm, • Um tempo de cura de menos de 25, 15, 12 ou 10 minutos, • Uma força de ligação interna medida de acordo co EN319 de pelo menos: 0,4 N/mm2 ou 0,45 N/mm2 (particularmente para a tábua de partícula ou tábuas de fibra) ou medida de acordo com EN300 de pelo menos 0,28 N/mm2 (particularmente para a tábua de filamentos alinhados) • Um inchaço de espessura depois de 24 horas em água a 20°C, de acordo com EN317, de menos de 12%, preferivelmente menos de 10%, • Uma absorção de água depois de 24 horas em água a 20°C de menos de 40%, preferivelmente de menos de 30%, • Um módulo de elasticidade de acordo com EN310 de pelo menos: 1800 N/mm2 (particularmente para tábua de partícula ou tábuas de fibra) ou de 2500 N/mm2 (particularmente para a tábua de filamentos orientados) ou 3500 N/mm2 ou 4800 N/mm2, • Uma resistência à dobragem (MOR) de pelo menos: 14 N/m2 (particularmente para a tábua de partícula ou tábuas de fibra) ou de 18 N/mm2 (particularmente para a tábua de filamentos orientados) ou 20 N/mm2 ou 28 N/mm2, • Cera como um aditivo, por exemplo, na faixa de 0,1 a 2% em peso, preferivelmente de 0,5 a 1% em peso, • Um conteúdo de resina (peso de resina seca em relação ao peso de partículas de madeira seca) na faixa de 8 a 18% em peso, preferivelmente de 10 a 16% em peso, mais preferivelmente de 12 a 14% em peso, • Ser curado em uma prensa, particularmente entre prensas de platina que têm uma temperatura maior do que 180°C ou 200°C e/ou menor do que 280°C ou 260°C.
[0060] As modalidades da invenção serão agora descritas a título de exemplo com referência à Figura 1 a qual é uma vista planar de uma amostra de teste de fibra mineral.
Teste de estrutura (Shell bone testing)
[0061] Os aglutinantes foram preparados como soluções aquosas pela • combinação dos ingredientes de uma formulação aglutinante desejada em um frasco reacional não-aquecido aberto • adição de água destilada • subsequente adição de solução de silano • agitação durante a adição de líquidos e posteriormente, por vários minutos, para obter a completa dissolução de sólidos de modo que a solução aglutinante continha aproximadamente 45% de sólidos dissolvidos como uma porcentagem do peso total da solução. Uma amostra de 2 g dessa solução, na cura térmica a cerca de 200°C até 210°C por 8 minutos, poderia produzir 30% de sólidos (a perda de peso sendo atribuída à desidratação durante a formação do aglutinante termoajustável).
[0062] Uma avaliação de força de tração seca e “desgastada” da estrutura contendo pérolas de vidro forneceu uma indicação da força de tração provável e da durabilidade provável do isolamento de fibra de vidro ou outros materiais preparados com aquele aglutinante particular, A durabilidade prevista é baseada na razão de uma força de tração desgastada das estruturas em relação à sua força de tração seca.
[0063] Para preparar as estruturas da parte externa, um misturador elétrico foi usado por cerca de dois minutos para misturar aproximadamente 75 g de aglutinante com 727,5 g de pérolas de vidro (equivalente a Quality Ballotini Impact Beads, Spec. AD, Malha Americana 70-140, 106-212 mícrons-#7, de Potters Industries, Inc.). Quaisquer pedaços dos lados da vassourinha do misturador e dos lados e fundo do vaso do misturador foram misturados manualmente usando uma espátula a meia distância do misturador e também na extremidade do misturador.
[0064] A mistura de pérolas de vidro/aglutinante preparada foi adicionada em cavidades do molde de um molde de estruturas (Equipamento de Teste de Fundição Dietert; Acessório de Cura de Camada Aquecida, Modelo 366) o qual tinha sido pré-aquecido até cerca de 218°C (425°F). A superfície da mistura em cada cavidade foi horizontalizada, enquanto a mistura em excesso era raspada para produzir uma área superficial uniforme para as estruturas. Quaisquer inconsistências ou fendas que existiram em qualquer uma das cavidades foram preenchidas com uma mistura de pérolas de vidro/aglutinante adicionais e, a seguir, horizontalizadas. O cilindro de cima foi rapidamente colocado no cilindro do fundo (para evitar a produção de estruturas com duas camadas diferentemente curadas). As estruturas curadas foram removidas depois de sete minutos, esfriadas até a temperatura ambiente em uma prateleira de arame, rotuladas e colocadas individualmente em bolsas de armazenamento plásticas. Se as estruturas não puderam ser testadas no dia em que foram preparadas, as bolas plásticas contendo as estruturas foram colocadas em uma unidade dessecadora. Durante a cura a temperatura do cilindro de cima variou de cerca de 204°C até cerca de 221°C (de cerca de 400°F até cerca de 430°F), enquanto que a temperatura do cilindro de cima variou de cerca de 227°C até cerca de 243°C (cerca de 440°F até cerca de 470°F).
[0065] Procedimento para testar a resistência de quebra: • Equipamento: máquina 5500 R Instron • Imediatamente antes do teste, cada estrutura foi removida de sua bolsa plástica e seu peso e espessura foram registrados.
[0066] Procedimento de desgaste para as estruturas: • 16 horas de desgaste em uma câmara de umidade pré-aquecida (65°C, 95% de umidade relativa) • na remoção, as estruturas foram vedadas em bolsas de armazenamento plásticas individuais e tomadas imediatamente para teste.
[0067] Procedimento para medir o tempo de gel: Uma pequena quantidade de aglutinante (2,0 mL) é adicionada ao centro de uma placa de aquecimento ajustada para 150°C e um cronômetro é acionado. O aglutinante é moldado com uma espátula até ser possível alongar a amostra em um fio longo. O tempo gasto desde a adição do aglutinante até a formação do fio é o tempo de gel.
[0068] Formulações aglutinantes testadas - precursores do ácido inorgânico em comparação com ácido cítrico:
[0069] Formulações de aglutinantes testadas - precursor do ácido inorgânico e ácido cítrico combinados em comparação com o ácido cítrico somente e com o precursor do ácido inorgânico somente: Legenda: DMH = dextrose monoidratada CA = ácido cítrico NH4OH = hidróxido de amônio ISIO200 = silano AmSO4 = sulfato de amônio AmPO4 = fosfato de amônio
[0070] Resultados do teste - precursores de ácido inorgânico em comparação com ácido cítrico:
[0071] Resultados do teste - precursor do ácido inorgânico e ácido cítrico combinado com comparação com ácido cítrico sozinho e precursor do ácido inorgânico sozinho:
[0072] Os resultados dos testes efetuados juntos (teste A até G foram efetuados em uma sessão e os testes de H até K foram efetuados durante outra sessão) fornecem uma indicação útil dos resultados em relação aos outros resultados obtidos durante a mesma sessão de teste. Pode não ser confiável comparar resultados de testes de diferentes sessões de teste.
Primeiro teste comparativo no produto isolante:
[0073] O teste comparativo de sistemas aglutinantes em um produto de isolamento de fibra mineral fornece os seguintes resultados:
[0074] Conteúdo de aglutinante do produto de teste LOI (resíduo de ignição) % em peso:
[0075] Teste de cortinagem (drape test) (média em mm depois dos períodos especificados):
[0076] Espessura (média em mm medida depois dos períodos especificados de acordo com o British Standard BS EN 823:1995)
[0077] Densidade (média em kg/m3 medida depois dos períodos es pecificados)
[0078] Quantidade de sulfatos presente em mg/Kg
[0079] Resistência à partição (g/g)
Procedimentos de teste: Conteúdo de LOI (resíduo de ignição) do aglutinante
[0080] Uma amostra pesada de lã mais aglutinante é colocada em um forno de mufla ajustado para 550°C. Depois de um tempo definido, a lã é removida do forno, colocada em um dessecador para esfriar e é pesada novamente. A perda de peso é expressa como a porcentagem do peso da amostra original e é conhecida como o conteúdo de aglutinante ou resíduo de ignição (LOI).
Teste de cortinagem
[0081] Uma manta (ou crosta) única é colocada transversalmente de duas estacas (cada uma com 500 mm de comprimento, 20 mm de diâmetro) localizadas em uma parede com 1 metro de distância entre si. O grau de curvatura no centro da manta é registrado. Isto é repetido para todas as mantas em um pacote e para vários pacotes. Os pacotes são medidos em pontos estabelecidos por um período de tempo para determinar os efeitos de longa duração da compressão das mantas.
Densidade: medida para as amostras submetidas ao teste de cortinagem
[0082] Quantidade de sulfatos presente: teste de lixiviação para rejeitos granulares em águia com análise de eluato, de acordo com o British Standard BS EN 12457-2 em L/S10
Resistência à Partição
[0083] A resistência à partição é expressa em gramas/grama sendo a carga de quebra total de seis espécimes de teste dividido pelo peso total deles. O teste é efetuado em esteiras de fibra mineral conforme recebido para teste (Resistência à Partição normal) e depois de um teste de desgaste acelerado conforme explicado abaixo (Resistência à Partição Desgastada). Um primeiro grupo de seis amostras com a forma e dimensões mostradas na Figura 1 é cortado da esteira de fibra mineral a ser testada. As dimensões são: r: raio de 12,7 mm; DC: distância entre os centros de 44,5 mm; a: 25,4 mm; b: 121 mm.
[0084] O eixo longo das amostras deve ser paralelo à direção da esteira e as amostras devem ser tomadas através da largura total da esteira mineral. Um segundo grupo de seis amostras é a seguir tomado da mesma forma.
[0085] O peso total do primeiro grupo de seis amostras W1 em gramas é registrado; o peso total do segundo grupo de seis amostras W2 em gramas é registrado;essas amostras são então colocadas em uma autoclave pré-aquecida e condicionadas em uma prateleira de malha de arame distante do fundo da câmara sob vapor úmido a 35 KN/m2 por uma hora. Elas foram a seguir removidas, secas em um forno a 100°C por cinco minutos e testadas imediatamente para a resistência à partição.
[0086] Para testar a resistência à partição, cada amostra é montada em torno das mordentes de uma máquina de resistência elástica 5500 Instron e a carga de quebra máxima em gramas ou Newtons é registrada. Se a carga de quebra for medida em Newtons, ela é convertida em gramas pela multiplicação desta por 101,9. Seis resultados em gramas são obtidos para cada grupo de amostras: G1 G2 G3 G4 G5 e G6 para o primeiro grupo de amostras e G7 G8 G9 G10 G11 e G12 para o segundo grupo de amostras.
[0087] A Resistência à Partição Normal é calculada a partir do primeiro grupo de amostras usando a fórmula de Resistência à Partição Normal = (G1 + G2 + G3 + G4 + G5 + G6)/W1.
[0088] A Resistência à Partição Desgastada é calculada a partir do segundo grupo de amostras usando a fórmula Resistência à Partição Desgastada = (G7 + G8 + G9 + G10 + G11 + G12)/W2. Segundo teste comparativo no produto isolante: AMOSTRAS: As seguintes amostras de mantas de fibras de vidro foram testadas: Resultados

Claims (13)

1. Método de produção de um produto, em que o produto é um produto de isolamento térmico de fibra de vidro tendo uma densidade maior que 5 kg/m3 e menor que 80 kg/m3 e compreendendo mais de 80%, em peso, e menos de 99%, em peso, de fibras de vidro, o método caracterizado por compreender as etapas sequenciais de: • formar fibras de vidro a partir de uma mistura mineral fundida; • coletar as fibras de vidro para fornecer uma coleção de matéria solta compreendendo as fibras de vidro; • tratar a coleta de matéria solta mediante pulverização de uma solução aglutinante isenta de formaldeído nas fibras de vidro, a solução aglutinante consistindo em i) uma solução obtida por dissolver em água: um açúcar redutor de 5% a 25% em peso seco em relação ao açúcar redutor de um material selecionado da lista que consiste em sais de sulfato de amônio, sais de fosfato de amônio, sais de nitrato de amônio e sais de carbonato de amônio, opcionalmente um ácido carboxílico ou seu precursor e opcionalmente amônia, em que o material selecionado da lista consiste em sais de sulfato de amônio, sais de fosfato de amônio, sais de nitrato de amônio e sais de carbonato de amônio perfazem de 5% a 25% em peso seco da solução aglutinante e ii) opcionalmente, um ou mais aditivos e em que a quantidade total de aditivos é inferior a 5% em peso; • arranjar a coleta de matéria solta tratada com a solução aglutinante na forma de um substrato mediante coleta das fibras de vidro às quais a solução aglutinante foi aplicada para formar uma manta de fibras de vidro; e • curar o aglutinante aplicando uma fonte de energia, em que a cura do aglutinante compreende curar a manta que compreende as fibras de vidro e o aglutinante passando a manta através de um forno de cura de modo a fornecer uma manta de fibras de vidro unidas por um aglutinante insolúvel água, curado e termofixado.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da pulverização da solução aglutinante isenta de formaldeído nas fibras de vidro compreender pulverizar a solução aglutinante isenta de formaldeído nas fibras minerais quentes logo após terem sido formadas de modo que o calor residual das fibras de lã mineral faz com que uma porção significativa da água na solução aglutinante evapore.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato da solução aglutinante no estado aplicado às fibras de vidro compreender pelo menos 5% de sólidos e menos de 20% de sólidos determinados como sólidos suspensos por peso após secagem a 140°C durante 2 horas.
4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato da cura do aglutinante em um forno de cura ocorrer utilizando circulação de ar quente forçado.
5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato da cura ser realizada durante um período de 20 minutos ou menos.
6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato da cura ser realizada passando a manta através de pelo menos uma zona do forno de cura em uma temperatura na faixa de 230°C a 300°C com um tempo de residência no forno na faixa de 30 segundos a 20 minutos.
7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por compreender comprimir as mantas curadas em uma embalagem.
8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato do aglutinante compreender um ou mais aditivos e em que a quantidade total de aditivos é inferior a 5% em peso.
9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato da solução aglutinante compreender um aditivo de silano.
10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato da razão em peso seco da quantidade de açúcar redutor/material selecionado da lista consistindo em sais de sulfato de amônio, sais de fosfato de amônio, sais de nitrato de amônio e sais de carbonato de amônio ser maior ou igual a 2,5 e menor ou igual a 13.
11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado pelo fato do açúcar redutor compreender dextrose.
12. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato da solução aglutinante ter um pH alcalino ou neutro no estado no qual o aglutinante é aplicado às fibras.
13. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato da reação do aglutinante após a cura ser uma reação do tipo Maillard.
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Free format text: PRAZO DE VALIDADE: 20 (VINTE) ANOS CONTADOS A PARTIR DE 01/08/2008, OBSERVADAS AS CONDICOES LEGAIS. PATENTE CONCEDIDA CONFORME ADI 5.529/DF, QUE DETERMINA A ALTERACAO DO PRAZO DE CONCESSAO.