MX2008015437A

MX2008015437A - Tapete de fibra con aglutinante sin formaldehido.

Info

Publication number: MX2008015437A
Application number: MX2008015437A
Authority: MX
Inventors: Linlin Xing; Yaron Steinhauer; William Bittle
Original assignee: Building Materials Invest Corp
Priority date: 2006-07-12
Filing date: 2007-07-12
Publication date: 2008-12-18
Also published as: US20080014813A1; WO2008008871A2; WO2008008871A3; CA2659565A1

Abstract

Se proporciona un tapete de fibra de vidrio sin formaldehído para uso en un material de construcción de tensión y de tapete mejorada y resistencia a la tensión de tabla delgadas. El tapete de fibra comprende una pluralidad de fibras; y un aglutinante de fibra resinoso el cual es una dispersión de estireno-acrilato modificada con ácido policarboxílico y un agente reticulante de poliol.

Description

TAPETE DE FIBRA CON AGLUTINANTE SIN FORMALDEHIDO CAMPO DE LA INVENCION Esta invención se relaciona con un tapete de fibra y más particularmente con un tapete de fibra de vidrio que incluye un aglutinante sin formaldehído .

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Los tapetes de fibra de alta resistencia se han vuelto cada vez más populares en la industria de materiales de construcción. Utilizados más comúnmente en techado con tablas delgadas, los tapetes de fibra tienen numerosas aplicaciones de otros materiales que incluyen el uso en la colocación de una capa subyacente en techado, paredes laterales y piso; chapas de revestimiento aislantes; azulejos de pisos y techados y partes de vehículos. Diversos tapetes de fibra y métodos de su elaboración se han descrito previamente utilizando aglutinantes sin formaldehído . Por ejemplo, las Patentes de E.U.A. Nos. 5,932,665, 6,114,464, 6,299,936, 6,136,916, 6,348,530 y EP 1655400A1 describen tapetes de fibra de vidrio elaborados por un procedimiento de tendido en húmedo. Típicamente, en tapetes de fibras de vidrio procesadas en húmedo, el aglutinante se aplica en una forma líquida y se dispersa sobre las fibras de vidrio por un REF. : 198406 aplicador tipo cortina. Los procedimientos húmedos convencionales se esfuerzan por producir un recubrimiento uniforme de aglutinante sobre las fibras de vidrio. Después de que el aglutinante y las fibras de vidrio se han secado y han curado, el tapete de fibra de vidrio después se corta según se desee . Una resistencia a la tensión de las tablas delgadas inadecuada también puede reducir la capacidad del producto de techado terminado para resistir tensiones durante el servicio en el techo. Debido a que, de manera general, los materiales de construcción y las tablas delgadas de techado en particular con frecuencia se someten a una diversidad de condiciones de intemperie, los tapetes de fibra también pueden mantener sus características de resistencia bajo una amplia gama de condiciones. Las regulaciones federales (International Agency for Research on Cáncer) han reclasificado al formaldehído como cancerígeno para los humanos. Por lo tanto, se ha realizado un esfuerzo en la industria para evitar materiales que contengan formaldehído en los aglutinantes.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION En respuesta a las demandas anteriores, los solicitantes han desarrollado un tapete de fibra innovador para uno en material de construcción, el tapete está constituido de: 55% a 99.5%, p/p y preferiblemente 72%, p/p a 98% de una pluralidad de fibras; 0.05% a 45%, p/p y de manera preferible 2% a 28%, p/p de un aglutinante de fibra resinoso el cual recubre las fibras, que comprende una dispersión de estireno-acrilato modificada con ácido policarbox lico y un poliol como el agente reticulante. Los solicitantes han desarrollado adicionalmente un tapete de fibra innovadora para uso en un material de construcción que comprende: 55% a 99.5%, p/p, y preferiblemente 72%, p/p a 28% de una pluralidad de fibras de vidrio; 0.05% a 45%, y de manera preferible 2% a 28%, p/p de un aglutinante de fibra resinoso sin formaldehído el cual recubre las fibras de vidrio; constituido de una dispersión de estireno-acrilato modificada con ácido policarboxilico y un poliol como el agente reticulante. Los solicitantes han desarrollado un procedimiento innovador para elaborar un tapete de fibra para uso en un material de construcción, el procedimiento comprende las etapas de: (a) formar una suspensión de fibra acuosa; (b) separar agua de la suspensión de fibra para formar un tapete de fibra húmedo; (c) saturar el tapete de fibra húmedo con una solución acuosa de un aglutinante de fibra; que comprende una dispersión de estireno-acrilato modificada con ácido policarboxilico y un poliol como el agente reticulante; y (d) secar y curar el tapete de fibra húmedo para formar un producto de tapete de fibra. Debe entenderse que la descripción general anterior y la siguiente descripción detallada son ejemplares y explicativas únicamente y no son limitantes de la invención como se reclama.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION El tapete de fibra de la presente invención puede comprender una pluralidad de fibras recubiertas impregnadas con una composición fijadora. La composición fijadora puede comprender un aglutinante de fibra resinoso sin formaldehído que comprende entre aproximadamente 0.05% en peso, % y aproximadamente 45% en peso de una dispersión de estireno-acrilato modificada con ácido policarboxilico y un poliol como el agente reticulante, con base en el peso de aglutinante de fibra. En todas las modalidades de la presente invención, el aglutinante es la resina ACRODURMR DS-3558 (BASF) la cual es una dispersión de estireno-acrilato modificada con ácido policarboxilico y un poliol como el agente reticulante. Los tapetes individuales se remojan en la solución aglutinante bajo condiciones ambientales después de lo cual se elimina bajo vacío el exceso de solución para proporcionar tapetes húmedos con aglutinante que contienen aproximadamente 60-62%%, p/p de fibras, 8-10%, p/p de aglutinante y aproximadamente 30%, p/p de agua. En una modalidad de la presente invención, las fibras comprenden fibras de vidrio. Las fibras de vidrio pueden comprender filamentos de fibra individuales que tienen una longitud promedio en el intervalo, pero no limitado, de aproximadamente 6.4 mm (1/4 pulgadas) a aproximadamente 7.6 cm (3 pulgadas) y un diámetro promedio en el intervalo, pero no limitado a aproximadamente 5 hasta aproximadamente 50 micrómetros (µp?) . No obstante, se contempla que las fibras de vidrio pueden estar en otra forma, tal como por ejemplo una hebra continua o varias hebras. En una modalidad alternativa de la presente invención, las fibras pueden comprender otras fibras que incluyen, pero que no se limitan a madera, polietileno, poliéster, nylon, poliacrilonitrilo y/o una mezcla de vidrio y una o más fibras diferentes. En una modalidad, el tapete de fibra puede comprender además una cantidad pequeña de material de relleno, por ejemplo menos de aproximadamente 0.5% con base en el peso de la fibra. Una mezcla puede ser opcional para la aplicación de material de construcción, tal como, por ejemplo, techado y colocación lateral, debido a que las cantidades excesivas de material de relleno pueden reducir la porosidad y la ventilación de vapor del tapete de fibra. En el producto de tapete curado y terminado, el contenido de fibra puede estar en el intervalo de aproximadamente 55% en peso a aproximadamente 99.5% en peso. En una modalidad de la presente invención, el contenido de fibra de manera más particular está en el intervalo de aproximadamente 72% en peso y aproximadamente 98% en peso. El contenido de aglutinante puede estar en el intervalo desde aproximadamente 0.05% en peso hasta aproximadamente 45% en peso. En una modalidad de la presente invención, el contenido de aglutinante de manera más particular está en el intervalo de aproximadamente 2% en peso a aproximadamente 28% en peso. En una modalidad de la presente invención, las fibras se pueden conformar en un tapete con ayuda de un agente dispersante. El agente dispersante de fibra puede comprender, por ejemplo, óxido de amina terciarios (por ejemplo, óxido de N-hexadecil-N, -dimetilamina) , óxido de amina de bis (2-hidroxietil) sebo, óxido de amina de sebo dimetilhidrogenado, óxido de dimetilestearilamina y similares y/o mezclas de los mismos. Como será evidente para aquellos habitualmente expertos en la técnica se pueden utilizar otros agentes dispersantes conocidos sin por esto apartarse del alcance y espíritu de la presente invención. El agente dispersante puede comprender una concentración en el intervalo desde aproximadamente 10 ppm hasta aproximadamente 8.000 ppm, con base en la cantidad de fibra. El agente dispersante puede comprender además una concentración en el intervalo desde aproximadamente 200 ppm hasta aproximadamente 1,000 ppm, con base en la cantidad de fibra. En una modalidad, las fibras se pueden conformar en un tapete con ayuda de uno o más modificadores de viscosidad. El modificador de viscosidad se puede adaptar para incrementar la viscosidad de la composición que el tiempo de sedimentación de las fibras se reduce y las fibras se pueden dispersar adecuadamente. El modificador de viscosidad puede incluir, pero no se limita a hidroxietilcelulosa (HEC) , poliacrilamida (PAA) y similares. Como será evidente para aquellos habitualmente expertos en la técnica se pueden utilizar otros modificadores de viscosidad sin por esto apartarse del alcance y espíritu de la presente invención. Ahora se describirá el procedimiento de elaboración de un tapete de fibra de acuerdo con una modalidad de la presente invención. El procedimiento se describirá con referencia particular a un procedimiento de tendido en húmedo. No obstante, se contempla que se puedan utilizar otros procedimientos conocidos en la técnica tales como por ejemplo un procedimiento de tendido en seco sin que por esto se aparten del alcance y espíritu de la presente invención. Además, el procedimiento se describe utilizando conjuntos recortados de fibras de vidrio. No obstante, como se describe en lo anterior se consideran dentro del alcance de la presente invención otros tipos de contenido de fibra. El procedimiento de conformación de los tapetes de fibra de vidrio de acuerdo con una modalidad de la presente invención comprenden agregar conjuntos recortados de fibra de vidrio de longitud y diámetro adecuados a un medio acuoso para formar una suspensión de fibra acuosa. Como se describe en lo anterior, el medio acuoso puede incluir un agente dispersante adecuado. También se puede agregar un modificador de viscosidad u otro auxiliar de procedimiento al agua/medio de agente de dispersión. Se agregan adecuadamente aproximadamente 0.05 a aproximadamente 0.5% en peso de modificador de viscosidad en agua blanca al dispersante para formar la suspensión. Las fibras de vidrio pueden presentar o no apresto y pueden estar húmedas o secas en la medida en que sean capaces de ser dispersadas adecuadamente en el agua/medio de agente de dispersión. La suspensión de fibra, que contiene de aproximadamente 0.03% en peso a aproximadamente 8% en peso de sólidos después se agita para formar una dispersión que se puede preparar con una consistencia adecuada y uniforme. La suspensión de fibra adicionalmente se puede diluir con agua hasta una concentración de fibra inferior entre aproximadamente 0.02% en peso y aproximadamente 0.08% en peso.

En una modalidad, la concentración de fibra se puede diluir más particularmente entre aproximadamente 0.04% en peso de fibra. La suspensión de fibra después se hace pasar a una máquina formadora de tapete tal como una criba de alambre o tela para drenaje del exceso de agua. El exceso de agua se puede retirar con la ayuda de vacío. Las fibras de la suspensión se depositan sobre la pantalla de alambre y se drenan para formar un tapete de fibra. El tapete de fibra después se puede saturar con una solución acuosa de aglutinante. La solución acuosa de aglutinante puede comprender, por ejemplo, entre aproximadamente 10% en peso y aproximadamente 40% en peso de sólidos. El tapete de fibra se puede remojar durante un período de tiempo suficiente para proporcionar la fijación deseada para las otras fibras. El exceso de solución aglutinante acuosa después se puede retirar, preferiblemente bajo vacío. Después de tratamiento con aglutinante, el tapete posteriormente se seca y la composición de fijación se puede curar en un horno a una temperatura elevada. Se puede utilizar para curado una temperatura en el intervalo de aproximadamente 160°C a aproximadamente 400°C durante por lo menos aproximadamente 2 a aproximadamente 10 segundos. En una modalidad, se puede utilizar una temperatura de curado en el intervalo de aproximadamente 225°C a aproximadamente 350°C. Se contempla que en una modalidad alternativa de la presente invención, se puede proporcionar curado catalítico con un catalizador de ácido tal como, por ejemplo, cloruro de amonio, ácido p-toluensulfónico o cualquier otro catalizador adecuado. El aglutinante de fibra utilizado en diversas modalidades de la presente invención puede proporcionar varias ventajas con respecto a las composiciones de aglutinante actuales. Por ejemplo, la resistencia a la tensión de la tabla delgada se puede incrementar. Además, la resistencia a la tensión de la tabla delgada se puede incrementar a temperaturas menores para minimizar las fracturas y las fallas. Otras ventajas serán evidentes para aquellos habitualmente expertos en la técnica a partir de la descripción detallada anterior y/o a partir de la práctica de la invención. Habiendo descrito de manera general las diversas modalidades de la presente invención, ahora se hace referencia a los siguientes ejemplos los cuales ilustran modalidades de la presente invención y comparaciones con una muestra control. Los siguientes ejemplos sirven para ilustrar, pero no se consideran limitantes del alcance de la invención como se establece en las reivindicaciones anexas.

Preparación de Tapete de Vidrio Parte A. En un recipiente de 20 litros a temperatura ambiente, bajo agitación constante, se dispersan 6.19 g de conjuntos recortados de fibras de vidrio que tienen un promedio de 20-40 mm de longitud y un diámetro de 12-20 micrómetros, en 12 litros de agua que contiene 800 ppm de óxido de N-hexadecil-N, -dimetilamina para producir una suspensión acuosa uniforme de 0.04% en peso de fibras. La suspensión de fibras después se hace pasar sobre un soporte de malla de alambre con tela deshidratante y se aplica vacío para eliminar el exceso de agua y obtener un tapete húmedo que contiene aproximadamente 60% de fibras. Parte B. Se preparan muestras acuosas de sólidos 10% en peso que contiene aglutinante de resina ACRODUR^ DS-3558 (dispersión de es tireno-acrilato modificada con ácido policarboxí lico y un poliol como el agente reticulante) suministrada por BASF y se aplica a muestras individuales de tapetes de vidrio húmedos preparados por el procedimiento en la parte A. Los tapetes húmedos individuales se remojan en el aglutinante bajo condiciones ambientales después de lo cual se elimina bajo vacío el exceso de solución para proporcionar tapetes húmedos de aglutinante que contienen 61.6% en peso de fibras de vidrio, 8.4% en peso de aglutinante y 3% en peso de agua. Parte C. Para propósitos de comparación, se preparan muestras control como se describe en las partes A y B excepto que se utiliza la resina de urea-formaldehído de aglutinante UF, GP 2297 suministrado por Georgia Pacific Corp, o Hexion FG607A suministrado por Hexion Specialty Chemcials. Parte D. Las muestras de tapete de acuerdo con las partes A y B se secan y se curan durante 5 segundos a 225°C hasta 300°C para obtener tapetes de vidrio secos con un peso de aproximadamente 92 g/m2 y que tienen una pérdida en ignición (LOI) de aproximadamente 12%. Parte E. Las muestras de tapete elaboradas de acuerdo con la parte C se secan y curan durante 9 segundos a 300°C para obtener tapetes de vidrio seco con un peso de aproximadamente 92 g/m2 y que tienen una pérdida por ignición (LOI) de aproximadamente 19%. Los tapetes de vidrio se prueban para determinar la resistencia a la tensión del tapete. Parte F. Cada una de las muestras de tapete curadas anteriores se hacen pasar a través de una máquina de recubrimiento de dos rodillos en donde se aplica a cada lado de los tapetes una capa de 762 y (30 milésimas de pulgada) de asfalto 32% en peso y material de relleno de piedra caliza 68% en peso a 215°C (420°F) se aplica en cada lado de los tapetes. Después de enfriar, los tapetes recubiertos con asfalto y rellenados de esta manera se prueban para determinar las propiedades de tensión de tablas delgadas. Los resultados de estas pruebas se proporcionan en las tablas siguientes.

TABLA 1 Composiciones de Aglutinante TABLA 2 Propiedades del Tapete Propiedad Control Ejemplo de la % de Cambio Invención con Respecto al Control Peso base del 92 92 tapete (g) LOl% del tapete, 19 12 Curado 300°C/8 seg 225°C/5 seg Resistencia a la 175 313 +79 Tensión del tapete (N/50 miti) Porosidad del 249 269 +8 tapete (m3/m2/min) Calibre del tapete 1.08 0.96 -11 (mm) (81.20kg/cm2) (96.17kg/cm2) (0.001kg/cm2) Resistencia a la 7.96 MPa 9.43 MPa 0.12 MPa tensión de tablas (1155) (1368) (+18) delgadas- (psi) Los resultados muestran un incremento significativo en la resistencia a la tensión del tapete y la resistencia a la tensión de las tablas delgadas para el ejemplo de la invención en comparación con el control. Como será evidente para aquellos expertos en la técnica, se pueden realizar diversas modificaciones y variaciones adicionales en la construcción, configuración y/u operación de la presente invención sin apartarse del alcance o espíritu de la invención. Las modalidades del tapete de fibra se pueden utilizar en material de construcción que incluye, pero que no se limita a tablas delgadas, capas subyacentes, vistas de aislamiento, azulejos de piso y techo, partes de vehículo y/o cualquier otro material de construcción adecuado. De esta manera, se pretende que la presente invención abarque la totalidad de las modificaciones y variaciones de la invención con la condición de que se encuentren dentro del alcance de las reivindicaciones anexas y sus equivalentes. Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Un tapete de fibras sin formaldehído para uso en un material de construcción que comprende: 55% p/p a 99.5% p/p de una pluralidad de fibras; y 0.05% p/p a 45% p/p de un aglutinante de fibra resinoso el cual recubre las fibras; caracterizado porque comprende una dispersión de estireno-acrilato modificada con ácido policarboxílico y un poliol como el agente reticulante.
2. El tapete de fibra sin formaldehído de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende : 72% p/p a 98% p/p de una pluralidad de fibras; y 2% p/p a 28% p/p del aglutinante de fibra resinoso.
3. El tapete de fibra sin formaldehído de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las fibras son fibras de vidrio.
4. El tapete de fibra de vidrio de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque las fibras de vidrio comprenden una pluralidad de filamentos de vidrio que tienen una longitud promedio desde aproximadamente 60.4 mm (1/4 pulgadas) a aproximadamente 7.6 cm (3 pulgadas) y un diámetro desde aproximadamente 5 hasta 50 micrómetros.
5. El tapete de fibra de vidrio de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque la concentración de los filamentos está entre aproximadamente 55 y aproximadamente 98% en peso.
6. Un procedimiento para elaborar un tapete de fibra de vidrio sin formaldehído para uso en un material de construcción, caracterizado porque comprende las etapas de: (a) formar una suspensión de fibra de vidrio acuosa; (b) separar el agua de la suspensión de fibra para formar un tapete de fibra húmeda; (c) saturar el tapete de fibra húmeda con una solución acuosa de aglutinante de fibra de conformidad con la reivindicación 1; y (d) secar y curar el tapete de fibra húmeda para formar un producto de tapete de fibra.
7. El procedimiento de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque la suspensión de fibra acuosa comprende además un agente dispersante de fibra.