MXPA05006832A

MXPA05006832A - Composicion aglutinante basada en polialcohol.

Info

Publication number: MXPA05006832A
Application number: MXPA05006832A
Authority: MX
Inventors: Guigley Kevin
Original assignee: Owens Corning Fiberglass Corp
Priority date: 2003-02-21
Filing date: 2004-02-17
Publication date: 2005-08-16
Also published as: US20040167260A1; AU2004215014A1; NZ540416A; CA2507646A1; US6884849B2; WO2004076734A1; EP1595016A1; AU2004215014B2

Abstract

La presente invencion proporciona una composicion aglutinante que comprende un acido policarboxilico de bajo peso molecular, como anhidrido maleico y un polialcohol de bajo peso molecular, como alcohol polivinilico que exhibe un desempeno del curado mejorado con emision reducida sin sacrificar el desempeno del producto final o complicar el proceso de elaboracion. La composicion aglutinante tambien puede incorporar un catalizador o acelerador del curado como el hipofosfito de sodio.

Description

WO 2004/076734 Al ílfíf f ? G ll I ! f f í I í f I ?G ! I J, 11; ? I If fi fi I ffflí ÍÍF f f f ! lf lilff Published: For two-letter codes and other abbreviations, referto the "Guid- — with intemational search report ance Notes on Codes and Abbreviations" appearing atthe begin- — befare the expiration of the time limit for amending the ning ofeach regular issue ofthe PCT Gazette. claims and to be republished in the event of receipt of amendments COMPOSICION AGLUTINANTE BASADA EN POLIALCOHOL ANTECEDENTES DE LA INVENCION La invención se relaciona con el campo de las composiciones aglutinantes utilizadas en la fabricación de productos de fibra, típicamente de fibras de vidrio. Específicamente, la invención se relaciona con una composición algutinante acuosa basada en polialcohol y productos de fibra que incorporan esa composición aglutinante. La fabricación de aislantes térmicos de fibra de vidrio típicamente utiliza un proceso continuo en el cual los materiales crudos en lotes son alimentados a un horno de fundición para producir vidrio fundido. El vidrio fundido es entonces eyectado desde el horno a través de un número de bandejas o cojinetes que tienen pequeñas aberturas para formar los filamentos de vidrio. Los filamentos de vidrio inicial son entonces, típicamente jalados y atenuados para producir las dimensiones de fibra final y enfriados para formar las fibras de vidrio. Las fibras enfriadas son entonces recolectadas sobre una banda transportadora para formar una estera o tapete . Las fibras son, típicamente, unidas juntas para formar una estructura estratificada o bloque de material fibroso integral aplicando una composición aglutinante a las 1 fibras mientras son recolectadas sobre la banda transportadora. La colección de fibras recubiertas con aglutinante es entonces curada, típicamente en un horno de curado, para evaporar el solvente restante y fijar la composición de aglutinante. Las fibras en el producto de fibra resultante entonces permanecen parcialmente recubiertas con una capa delgada de material algutinante y pueden exhibir mayor acumulación o aglomeración en uniones formadas donde las fibras adyacentes están en contacto o la separación entre ellas es muy pequeña. Como resultado de la fuerza y elasticidad mejoradas, los productos de fibra resultantes exhiben recuperación y rigidez superiores que los productos de fibra que no incorporan un aglutinante. Los productos aislantes de fibra de vidrio preparados de esta manera pueden ser proporcionados de varias formas incluyendo bloque de material fibroso, cartón (bloque de material fibroso calentado y comprimido) y medios de moldeo (una forma alternativa del bloque de material fibroso calentado y comprimido) para usar en diferentes aplicaciones. La mayoría de los bloques de material fibroso de fibra de vidrio aislados tendrán una densidad de menos de 16 kg/m3 (1 lb/ft3) con aproximadamente 4-5% en peso siendo algutinante. El cartón de fibra de vidrio típicamente tiene una densidad de entre 16 kg/m3 y 160 kg/m3 (1 lb/ft3 y 10 lb/ft3) con aproximadamente 7-12% en peso de aglutinante mientras los 2 medios de moldeo de fibra de vidrio típicamente tendrán una densidad de entre 160 y 320 kg/m3 (10 y 20 lb/ft3) con al menos aproximadamente 12% en peso de algutinante. Las fibras de vidrio incorporadas en estos productos típicamente tendrán diámetros de aproximadamente 2 a aproximadamente 9 micrómetros y pueden variar en longitud de aproximadamente 0.64 cm (0.25 pulgadas) a fibras extremadamente largas usadas en la formación de productos filamentosos "continuos" . A medida que el bloque de material fibroso de las fibras recubiertas con algutinante emerge de la cámara formadora, tenderá a expandirse como resultado de la elasticidad de las fibras de vidrio. El bloque de material fibroso expandido es entonces, típicamente, transportado a y a través de un horno de curado en el cual el aire caliente se hace pasar a través del producto aislante para curar el aglutinante. Además de curar el algutinante, dentro del horno de curado el producto aislante puede ser comprimido con flechas o rodillos para producir las dimensiones deseadas y el acabado superficial sobre la capa resultante, bloque de material fibroso o producto de cartón. En el caso de medios de moldeo, después de curar parcialmente el aglutinante, el producto de fibra es alimentado en una prensa de moldeo que será usada para producir la forma del producto final y completar el proceso de curado. Típicamente, para productos de fibra que incorporan aglutinantes fenólicos los hornos de 3 curado fueron operados a una temperatura de entre aproximadamente 200°C (392°F) a aproximadamente 325°C (617°F) y preferiblemente de aproximadamente 250°C (482°F) a aproximadamente 300°C (572 °F) con el proceso de curado tomando entre aproximadamente 0.5 minutos y 3 minutos . Generalmente, el objetivo es identificar un sistema aglutinante que es relativamente barato, es soluble en agua (o al menos dispersable en agua) , y puede ser fácilmente aplicado y curado rápidamente. La composición aglutinante también podría ser suficientemente estable para permitir mezclar y la aplicación a temperaturas ordinariamente encontradas en plantas de fabricación de productos de fibra. Además, el producto aglutinante curado daría como resultado un enlace fuerte con suficiente elasticidad y recuperación de espesor para permitir la deformación y recuperación razonable del producto de fibra resultante. La recuperación de espesor es especialmente importante en aplicaciones de aislamiento para conservar el espacio de almacenamiento y proporcionar el valor de aislamiento máximo después de la instalación. Los aglutinantes de fenol-formaldehído, que se caracterizan por viscosidad relativamente baja cuando no son curados y la formación de una matriz polimérica termoendurecible rígida con las fibras cuando se curan. Una viscosidad no curada baja simplifica la aplicación de 4 aglutinante y permite que el bloque de material fibroso recubierto con algutinante se expanda mas fácilmente cuando la compresión de la cámara de formación sea removida. De manera similar, la matriz rígida formada curando el algutinante permite que un producto de fibra acabado sea comprimido para empaque y transporte y entonces recuperar sustancialmente sus dimensiones originales cuando son desempacados para la instalación. Los aglutinantes de fenol/formaldehído utilizados en algunas aplicaciones de técnicas anteriores han sido del tipo resol altamente alcalino (también referido como un resol o etapa A) que son relativamente baratos y son solubles en agua. Esos aglutinantes son típicamente aplicados a fibras como una solución acuosa brevemente después de que las fibras son formadas y entonces curadas a temperaturas elevadas. Las condiciones de curado son seleccionadas para evaporar cualquier solvente restante y curar el algutinante a un estado termoendurecido . Las fibras en el producto resultante tienden a ser parcialmente recubiertas con una capa delgada de resiria termoendurecible con acumulaciones de la composición algutinante encontradas en las uniones formadas en puntos donde las fibras adyacentes cruzan. Han sido usadas varias técnicas para reducir la emisión de formaldehído de resinas de fenol/formaldehído que incluye varios escindidores de formaldehído agregado a la resina durante o después de su preparación. La urea es un escindidor de formaldehldo usado comúnmente que es efectivo durante y posteriormente a la fabricación del producto de fibra. La urea es agregada, típicamente, en forma directa a la resina de fenol/formaldehldo, para producir una resina de resol de fenol/formaldedhido extendida de urea (también referida como una "premezcla" o "prerreactivo" ) . Además, la urea, siendo menos cara que los resoles de fenol/formaldehído alcalino comúnmente usados como algutinantes , pueden proporcionar ahorros en costos ' sustanciales para los fabricantes de productos de fibra. Los aglutinantes de baja viscosidad, de bajo peso molecular, que permiten una expansión vertical máxima del bloque de material fibroso cuando sale de la etapa de formación generalmente forma una matriz plástica no rígida cuando se curó y se redujeron las propiedades de recuperación de altura vertical del producto final. Por el contrario, los aglutinantes de viscosidades superiores tienden a curar para formar una matriz rígida que interfiere con la expansión vertical del bloque de material fibroso de fibra, recubierto pero no curado. Esos problemas fueron solucionados con una variedad de aglutinantes sin fenol/formaldehído que exhiben baja viscosidad sin curado y rigidez estructural cuando se curan. Una de esas composiciones aglutinantes fue descrita en 6 la Patente Estadounidense No. 5,318,990 y utilizó un polímero de policarboxi, un alcohol monomérico trihídrico y un catalizador que comprende una sal de metal alcalino de un ácido orgánico que contiene fósforo. Otras composiciones aglutinantes también han sido desarrolladas para proporcionar emisiones- reducidas durante el proceso de recubrimiento y curado, utilizando compuestos como ácidos poliacrílicos según lo descrito en las Patentes Estadounidenses Nos .5 , 670 , 585 y 5,538,761. Otra composición algutinante es descrita en la Patente Estadounidense No. 5,661,213, que enseña una composición acuosa que comprende un poliácido, un poliol y un acelerador que contiene fósforo, donde la relación del número de equivalentes de poliácido al número de equivalentes del poliol es de aproximadamente 100:1 a aproximadamente 1:3. Como se describe en la Patente Estadounidense No .6 , 399 , 694 , otra alternativa para los aglutinantes de fenol/formaldedhído utiliza glicol poliacrílico (PAG) como algutinante. Aunque mas caros, los aglutinantes PAG son relativamente inodoros, recubren mas uniformemente cada fibra y tienen un color generalmente blanco. Esas características, acopladas con el reconocimiento de que los agentes de color se adhieren fácilmente, hace a los aglutinantes PAG preferibles para aplicaciones en las cuales el producto de fibra será visible después de la instalación. Realmente, los 7 productos de cartón de fibra que utilizan aglutinantes PAG pueden ser provistos con superficies decorativas adecuadas para su presentación. El uso de aglutinantes basados en ácido poliacrílico, sin embargo, ha resultado en problemas de corrosión en equipo de fabricación. Así, continúa existiendo la necesidad de un método para inhibir y reducir la corrosión asociada con esos aglutinantes de técnicas anteriores.

SUMARIO DE LA INVENCION Un objetivo de la presente invención es proporcionar una composición algutinante que exhibe un desempeño de curado mejorado con emisiones reducidas sin sacrificar el desempeño del producto final o complicación del proceso de fabricación. Estos y otros objetivos de la presente invención son logrados proporcionando una composición de aglutinante que comprende un ácido mul ifuncional de bajo peso molecular, como anhídrido maléico, ácido fumárico, ácido málico o ácido cítrico, con un polialcohol de bajo peso molecular como alcohol polivinílico (PVA o PVOH) o poli (alcohol etilen-co-vinílico) , y un catalizador opcional, como hipofosfito de sodio . 8 BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una gráfica que refleja el tiempo de curado final rápido promedio graficado contra la relación de ácido orgánico (raaléico) de las muestras de solución de premezcla aglutinante. La Figura 2 es una gráfica que refleja un trazo del analizador mecánico dinámico (DMA) de los módulos de almacenamiento ( Pa) contra el tiempo para cada una de las muestras de solución de premezcla de aglutinante. La Figura 3 es una gráfica que refleja el desempeño de curado de una solución de premezcla de aglutinante 1:1 de ácido maléico y PVA de acuerdo con la presente invención y una composición de aglutinante de la técnica anterior que comprende un aglutinante de ácido poliacrílico terminado en hipofosfito/trietanolamina (más PAT) . La Figura 4 es una gráfica de barras que refleja los datos de la Tabla 2 y documenta la recuperación de los bloques de material fibroso recubiertos con un aglutinante fenólico estándar y composiciones aglutinantes de acuerdo a la presente invención tomadas al final de la línea (EOL) y seis semanas después de la producción.

DESCRIPCION DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS La invención será ahora descrita con más detalle a 9 manera de ejemplo con referencia a las modalidades descritas aquí. Deberá tenerse en mente que las siguientes modalidades descritas son solamente presentadas a manera de ejemplos y no deberán construirse como limitantes del concepto inventivo a cualquier configuración física particular. Aunque un número de sistemas y composiciones de aglutinantes son generalmente disponibles, incluyendo aglutinantes de fenol/formaldehído, aglutinantes de fenol/formaldehído extendido, aglutinantes PAG y aglutinantes de ácido poliacrílico/trtietanolamina (PAT) , ninguno de esos sistemas de aglutinantes han utilizado exitosamente un ácido orgánico multifuncional de bajo peso molecular y un polialcohol de bajo peso molecular para formar un sistema de resina termoendurecible de poliéster. La presente invención, sin embargo, proporciona un sistema aglutinante que produce un poliéster termoendurecible haciendo reaccionar un ácido multifuncional de bajo peso molecular (por ejemplo de menos de 1000) , como el anhídrido maléico, ácido fumárico o ácido málico, con un polímero u oligómero de bajo peso molecular (por ejemplo, de entre aproximadamente 200 y aproximadamente 13000) de uno o más alcoholes como el alcohol polivinílico o poli (alcohol etilen-co-vinílico) . La presente invención, por lo tanto, proporciona una alternativa ventajosa a los sistemas aglutinantes existentes. De acuerdo con la presente invención, un poliol de 10 bajo peso molecular, preferiblemente un alcohol polivinílico como el AIRVOL® 502 de Air Product ' s o el CELVOL® 502 de Celanese Chemicals' es disuelto en agua para producir una solución de poliol al 10-30% en peso. La solución de poliol es entonces mezclada con una solución acuosa 10-30% en peso de un ácido orgánico multifuncional de bajo peso molecular. Haciendo variar las composiciones de poliol y ácido orgánico específicas, las concentraciones iniciales, y la relación de mezclado de las dos soluciones, puede prepararse una amplia gama de soluciones aglutinantes termoendurecibles . Además del poliol y el ácido orgánico, la solución aglutinante preferiblemente comprende al menos un catalizador o acelerador del curado, como hipofosfito de sodio, para mejorar la velocidad de curado de la composición aglutinante. Se prefiere que la relación de los grupos funcionales del ácido orgánico y los componentes del polialcohol esté dentro del intervalo de aproximadamente 1:10 hasta aproximadamente 5:1. También se prefiere que el pH de la composición aglutinante sea un ácido con un valor de pH de entre aproximadamente 1.5 y aproximadamente 4.5 para evitar la formación de la sal carboxílica del ácido carboxílico y asegurar que el ácido carboxílico forme el éster deseado con el polialcohol durante la reacción de reticulación. Se preparó un número de ejemplos de la presente invención como sigue: 11 Se preparó una solución de poliol al 30% en peso disolviendo 60 g de polvo de alcohol polivinllico CELVOL® 502 en 140 g de agua. La mezcla fue calentada y agitada continuamente hasta que el alcohol polivinllico se disolvió completamente. Se preparó una solución de ácido al 30% en peso disolviendo 60 g de briquetas de anhídrido maléico (Huntsman Petrochemical Corp.) en 140 g de agua. La mezcla fue calentada y mantenida a una temperatura de aproximadamente 50 °C (122 °F) hasta que el anhídrido maléico se disolvió completamente . Entonces se preparó una serie de cinco soluciones de premezcla de aglutinante al 30% combinando cantidades de la solución de poliol al 30% en peso y la solución de ácido al 30% como se indica más adelante en la Tabla 1. El desempeño del curado de cada una de las soluciones de premezcla de aglutinante se evaluó entonces, con los resultados también proporcionados en la Tabla 1. En ciertos casos, específicamente aquellos en los cuales la relación de poliol/ácido fue de 1:4, las composiciones de aglutinante exhibieron una viscosidad inicial muy baja y no formaron fibra durante el proceso de calentamiento. Bajo calentamiento continuo la composición de aglutinante eventualmente experimentó la reacción de reticulación, alcanzando una condición termoendurecida sustancialmente completa en un 12 periodo de tiempo más corto. Como resultado, ciertas de las composiciones incluyen únicamente un tiempo "Final" para los ensayos de Curado Rápido reflejados a continuación.

Tabla 1 Los tiempos finales del Curado Rápido promedio resultantes de los ensayos detallados en la Tabla 1 son graficados en la Figura 1 contra la relación de ácido orgánico (20-80%) presente en la muestra. Como se refleja en la Figura 1, el mejor desempeño se logró con las soluciones de premezcla de aglutinante en las cuales las relaciones de ácido orgánico y poliol están generalmente entre 3:2 y 2:3. Cada una de las soluciones de premezcla de aglutinante reflejada en la Tabla 1 fue sometida a un Análisis Mecánico Dinámico (DMA) para evaluar el módulo de 13 almacenamiento del aglutinante durante el ciclo de curado. Los resultados de este análisis son reflejados en la Figura 2 e indican que la fuerza de la reticulación se incrementó por aquellas soluciones de premezcla de aglutinante cuando la relación del ácido orgánico se incrementó. Entonces se usó un reómetro para comparar una mezcla de 1:1 de solución de PVA (CELVOL® 502) y una solución de ácido orgánico (anhídrido maléico) de acuerdo a la presente invención con la composición del aglutinante PAT Plus de la técnica anterior (aglutinante de trietanolamina de ácido poliacrílico terminado con hipofosfito) . Como se refleja en la Figura 3, el aglutinante de la presente invención exhibe una temperatura de inicio de curado menor y una velocidad de curado más alta. Se condujo un ensayo de producción en planta usando un componente parcialmente hidrolizado y un componente completamente hidrolizado de una versión de bajo peso molecular del CELVOL® 502 (Mn promedio numérico < 7,000) y anhídrido maléico, con y sin un acelerador de hipofosfito de sodio. La recuperación de los bloques de material fibroso fue producida durante este y fue probada al concluir (fin de la línea EOL) y después de seis semanas se comparó con muestras control preparadas usando sistemas aglutinantes de fenol/formaldehído tradicionales. Los resultados de esas pruebas se proporcionan a continuación en la Tabla 2. Esos resultados también se ilustran en la Figura 4.

Tabla 2 PVAph - alcohol polivinílico parcialmente hidrolizado (Mn < 7,000) PVAfh - alcohol polivinílico completamente hidrolizado (Mn < 7,000) SHP - hipofosfito de sodio PAA - ácido poliacr lico (Mn ~ 2000 - 5000) STD - aglutinante de fenol - formaldehído Se comprenderá que las modalidades preferidas de la presente invención, descritas anteriormente, son susceptibles a varias modificaciones, cambios y adaptaciones, que se pretende que las mismas se estén comprendidas dentro del significado y alcance de las equivalentes de las 15 reivindicaciones anexas. En particular, se anticipó que otros ácidos policarboxílicos de bajo peso molecular incluyendo los ácidos oxálico, tartárico, fórmico, láctico, acético, diglicólico, y succinico, oligómeros de bajo peso molecular de los mismos así como mezclas de los mismos, serian adecuados para usarse en la presente invención. Además, aunque se ha mencionado un número de componentes equivalentes aquí , los cuales podrían ser usados en lugar de los componentes ilustrados y descritos con referencia a las modalidades preferidas, esto no significa que sea un tratamiento exhaustivo de todos los equivalentes posibles, o limita la invención definida por las reivindicaciones a un equivalente o combinación particular de la misma. Un experto en la técnica reconocerá que pueden existir otros componentes equivalentes hasta ahora conocidos, o será desarrollados, los cuales pueden ser usados dentro del espíritu y alcance de la invención definida en las reivindicaciones . 16

Claims

REIVINDICACIONES 1. Una composición aglutinante, caracterizada porque comprende : un polialcohol de bajo peso molecular, comprendiendo el polialcohol un oligómero o polímero de uno o más alcoholes y que tiene un peso molecular promedio numérico de al menos 200; un ácido policarboxílico de bajo peso molecular; y agua .
2. La composición aglutinante de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende además un acelerador del curado.
3. La composición aglutinante de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque: el polialcohol de bajo peso molecular se caracteriza además por un peso molecular promedio numérico de menos de aproximadamente 13,000 y se selecciona de un grupo que consiste de alcohol polivinílico, polietilen glicol, alcohol polietilen-co-vinílico y mezclas de los mismos; y el ácido policarboxílico de bajo peso molecular es seleccionado del grupo que consiste de ácido cítrico, anhídrido maléico, ácido maléico, ácido fumárico, ácido málico, oligómeros de los mismos que tienen un peso molecular promedio de menos de aproximadamente 1000, y mezclas de los mismos.
4. La composición aglutinante de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada porque el polialcohol y el ácido policarboxílico están presentes en la composición aglutinante en una relación en peso de entre 1:4 y 4:1.
5. La composición aglutinante de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada porque el polialcohol y el ácido policarboxílico están presentes en la composición aglutinante en una relación en peso de entre 2:3 y 3:2.
6. La composición aglutinante de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada porque el polialcohol y el ácido policarboxílico están presentes en la composición aglutinante en una relación en peso de aproximadamente 1:1.
7. La composición aglutinante de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque el acelerador del curado comprende hipofosfito de sodio.
8. Un método para fabricar un bloque de material fibroso de fibra unida que comprende los pasos de : proporcionar un bloque de material fibroso de fibra que comprende una colección de fibras; aplicar una solución de premezcla de aglutinante acuosa al bloque de material fibroso para formar un bloque de material fibroso recubierto; y curar el bloque de material fibroso recubierto bajo condiciones suficientes para unir las fibras adyacentes con una resina termoendurecible para formar bloque de material 18 fibroso de fibras unidas; donde la solución de premezcla de aglutinante acuosa comprende un polialcohol de bajo peso molecular y un ácido policarboxílico de bajo peso molecular.
9. El método para fabricar un bloque de material fibroso de fibra unida de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque: el polialcohol de bajo peso molecular se caracteriza por un peso molecular promedio numérico de entre aproximadamente 200 y aproximadamente 13,000 y es seleccionado del grupo que consiste de alcohol polivinílico, polietilen glicol y alcohol polietilen-co-vinílico; y el ácido policarboxílico de bajo peso molecular es seleccionado del grupo que consiste de ácido cítrico, anhídrido maléico, ácido maléico, ácido fumárico, ácido málico, oligómeros de los mismos que tienen un peso molecular promedio de menos de 1000, y mezclas de los mismos.
10. El método para fabricar un bloque de material fibroso de fibra unida de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la solución de premezcla de aglutinante acuosa comprende además un acelerador del curado.
11. El método para fabricar un bloque de material fibroso de fibra unida de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el acelerador del curado comprende hipofosfito de sodio.
12. El método para fabricar un bloque de material fibroso de fibra unida de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la solución de premezcla aglutinante acuosa se caracteriza por un pH suficiente para mantener la capacidad del ácido policarboxílico para formar un éster unido con un polialcohol de bajo peso molecular.
13. El método para fabricar un bloque de material fibroso de fibra unida de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el pH se mantiene a valores de entre aproximadamente 1.5 y aproximadamente 4.5. 20