ES2343604T3

ES2343604T3 - Composiciones de ligante de fibra de vidrio y procedimiento para las mismas.

Info

Publication number: ES2343604T3
Application number: ES98954952T
Authority: ES
Inventors: Clarence Helbing; Brian Lee Swift
Original assignee: Knauf Fiber Glass GmbH USA
Current assignee: Knauf Insulation GmbH USA
Priority date: 1998-05-18
Filing date: 1998-10-09
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2018-10-09
Also published as: ATE464334T1; EP1088012A4; EP1088012A1; DK1088012T3; US6638882B1; EP1088012B1; CA2315810A1; CA2315810C; US6555616B1; DE69841616D1; WO1999060043A1

Abstract

Procedimiento para la preparación de un manto de fibra de vidrio que comprende fibras de vidrio y un composición de ligante de resina, presentando dicho manto de fibra de vidrio 3% a 25% en peso de ligante de resina en una base de sólidos de manto de fibra de vidrio no curado y caracterizado porque presenta una estabilidad de almacenamiento mejorada, puesta de manifiesto por la resistencia de una composición moldeada de fibra de vidrio formada mediante calentamiento y compresión de dicho manto tras un periodo de almacenamiento, comprendiendo dicho procedimiento las etapas que consisten en formar una composición de ligante de resina acuosa que comprende una resina resol y 2 a 10 partes en peso en una base de sólidos de un catalizador que comprende una sal formada a partir de amoníaco y un ácido arilsulfónico, y uno o más modificadores de ligante de resina seleccionados de entre el grupo constituido por urea, melamina y diciandiamida, revestir las fibras de vidrio con una cantidad de dicha composición de ligante de resina, y recoger las fibras de vidrio revestidas en forma de un manto no tejido.

Description

Composiciones de ligante de fibra de vidrio y procedimiento para las mismas.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a una composición mejorada de fibra de vidrio, a procedimientos para la preparación de mantos de fibra de vidrio y a composiciones de ligante de resina. Más particularmente, la invención se refiere a una composición de fibra de vidrio que incluye un ligante de resina mejorado que presenta una velocidad de curado incrementada. El ligante mejorado también permite la fabricación de una composición de fibra de vidrio que muestra propiedades mejoradas de almacenamiento en estado no curado, una estabilidad térmica incrementada y una corrosividad reducida para los metales.

Antecedentes y sumario de la invención

Las composiciones de fibra de vidrio presentan un uso significativo como aislamiento acústico o térmico en una amplia diversidad de aplicaciones comerciales. Generalmente, las composiciones de fibra de vidrio se preparan mediante la aplicación de una composición de ligante de resina, incluyendo una resina resol (fenol-formaldehído) y un catalizador, en fibras de vidrio calientes; las fibras de vidrio recubiertas de ligante se recogen en forma de un manto no tejido de fibra de vidrio. El manto de fibra de vidrio se comprime a continuación y se calienta para curar la composición de ligante en un horno ("curado en línea") para formar bandas o planchas, o en un molde para formar artículos conformados de fibra de vidrio. Durante la etapa de calentamiento, la composición de ligante de resina dispersada sobre las fibras de vidrio polimeriza para formar un sólido de resina curada no fusionable que liga las fibras de vidrio en los sitios donde se solapan, proporcionando resistencia y resiliencia al producto de fibra de vidrio.

Los mantos de fibra de vidrio, en ocasiones denominados "material en bruto de moldeo", con frecuencia se fabrican y se almacenan en estado no curado en forma de rollo compacto y posteriormente se venden a centros externos de fabricación de fibra de vidrio, en los que se utilizan para fabricar artículos moldeados de fibra de vidrio. Al desenrollar los mantos enrollados de fibra de vidrio tras un periodo de almacenamiento, con frecuencia no se pueden apoyar planas sobre el suelo, y su superficie muestra una apariencia desgastada o cardada. Este estado habitualmente se atribuye al curado prematuro del ligante crudo de la resina durante el almacenamiento de los mantos. Los mantos de fibra de vidrio que muestran dichas características típicamente no proporcionan artículos moldeados de fibra de vidrio que presentan las mismas propiedades físicas, es decir resistencia flexural, ténsil y compresiva, que muestran los artículos moldeados de fibra de vidrio que se han preparado a partir de mantos de fibra de vidrio inmediatamente después de la fabricación de los mismos.

Se han dedicado esfuerzos significativos de investigación y desarrollo a mejorar las composiciones de ligante de resina que resultan útiles en la fabricación de artículos de fibra de vidrio. La presente invención se basa en el desarrollo y utilización de nuevas composiciones catalizadas de ligante de resina que no sólo permiten incrementar la vida de almacenamiento de los mantos de fibra de vidrio no curados, sino que también muestran una "vida útil" más larga en la línea de producción de los mantos de fibra de vidrio.

Sin embargo, inesperadamente, las composiciones catalizadas de ligante de resina no curadas de la presente invención también muestran una velocidad que se puede demostrar más rápida del curado inducido por calor, y las composiciones de ligante curadas muestran propiedades químicas/mecánicas ventajosas. Los productos de fibra de vidrio que se forman utilizando dichos ligantes muestran una corrosividad reducida en ensayos estandarizados.

Además, en las formas de realización preferidas, las presentes composiciones de ligante pueden utilizarse en cantidades significativamente reducidas (respecto a los niveles utilizados de los ligantes de resina del estado de la técnica) en la fabricación de mantos de fibra de vidrio sin comprometer sustancialmente las características de resistencia física. Los niveles más bajos de utilización de ligante de resina permiten la producción de artículos de fibra de vidrio de estabilidad térmica mejorada.

La nueva composición catalizada de ligante de resina según la presente invención es una solución acuosa de una resina resol (fenol-formaldehído) y entre aproximadamente 2 y aproximadamente 10 partes en peso en una base de sólidos de un catalizador constituido esencialmente por una sal formada a partir de amoníaco y un ácido arilsulfónico. El ligante también incluye opcionalmente, aunque preferentemente, un compuesto seleccionado de entre el grupo que consiste de urea, melamina y diciandiamina o combinaciones de los mismos. La composición de ligante de resina se caracteriza por una velocidad de curado entre aproximadamente 10% y aproximadamente 50% más rápida que la de un ligante de una resina de composición idéntica, aunque con una cantidad equivalente de sulfato amónico como catalizador ácido.

Las propiedades químicas/mecánicas de la composición mejorada de ligante de resina permiten la preparación de composiciones de fibra de vidrio que resultan ventajosas en muchas aplicaciones.

En una forma de realización de la presente invención, se proporciona un procedimiento de preparación de mantos de fibra de vidrio caracterizados por su estabilidad de almacenamiento mejorada, tal como se pone de manifiesto a partir de las resistencias flexural, ténsil y compresiva de las composiciones moldeadas de fibra de vidrio formadas mediante calentamiento y compresión del manto tras un periodo de almacenamiento predeterminado. El manto de fibra de vidrio de almacenamiento estable se prepara utilizando la composición acuosa mejorada de ligante de resina que comprende una resina resol y entre aproximadamente 2 y aproximadamente 10 partes en peso en una base de sólidos de un catalizador que consiste esencialmente de una sal formada a partir de amoníaco y un ácido arilsulfónico. Las fibras de vidrio se recubren con la composición de ligante de resina, y las fibras de vidrio recubiertas de ligante se recogen en forma de un manto no tejido que incluye una cantidad efectiva (generalmente de hasta aproximadamente 25% en peso) en una base de sólidos del ligante de resina.

El documento EP nº 0190 468A da a conocer composiciones de ligante que comprenden ácido p-toluenosulfónico, amoníaco e hidróxido sódico como catalizador.

En aplicaciones de temperatura elevada, por ejemplo el aislamiento de tuberías de vapor de alta temperatura, la composición de ligante de resina curada presente en el aislamiento de la fibra de vidrio puede descomponerse exotérmicamente, resultando en temperaturas localizadamente altas que pueden ablandar y/o fundir las fibras de vidrio y formar huecos en la composición aislante.

El resultado es la pérdida de capacidad aislante. También se proporciona según la presente invención una composición de fibra de vidrio que presenta una estabilidad térmica incrementada, y un procedimiento de preparación de la misma. Los artículos moldeados de fibra de vidrio típicamente se fabrican utilizando una cantidad predeterminada de una composición de ligante de resina resol respecto al peso de fibra de vidrio. En una realización de la presente invención, las composiciones de fibra de vidrio se forman utilizando una cantidad inferior a la cantidad predeterminada de composición mejorada de ligante. Las composiciones de fibra de vidrio resultantes que presentan un contenido reducido de ligante se comprimen y se calientan para formar artículos de fibra de vidrio que presentan una estabilidad térmica incrementada y sin pérdida significativa de la resistencia estructural.

Muchas composiciones de fibra de vidrio se utilizan como aislamiento acústico o térmico en contacto directo con acero u otras superficies metálicas. Los componentes de la composición curada de ligante de resina podrían lixiviar del aislamiento de fibra de vidrio e inducir la corrosión de las superficies metálicas contiguas. De esta manera, en otra forma de realización relacionada de la presente invención se proporciona una composición de fibra de vidrio caracterizada por una baja corrosividad evaluada según ASTM C665.9813.8 o ASTM C795-92, y un procedimiento para la preparación de dichas composiciones no corrosivas de fibra de vidrio.

Descripción detallada de la invención

La presente invención se refiere composiciones mejoradas de fibra de vidrio según la reivindicación 1, y a composiciones que utilizan un ligante de resina mejorado según las reivindicaciones 10 y 18. En las formas de realización preferidas, el catalizador para la composición de ligante de resina está esencialmente constituido por una sal amónica de un ácido arilsulfónico. Se ha descubierto que la utilización de sales arilsulfato amónico en la composición de ligante de resina presenta ventajas significativas, no sólo durante la fabricación de las presentes composiciones de fibra de vidrio, sino también en las propiedades químicas y físicas de los productos de fibra de vidrio mismos.

Generalmente en la fabricación de las presentes composiciones de fibra de vidrio, se aplica una composición acuosa de ligante de resina que presenta entre aproximadamente 10% y aproximadamente 40%, más típicamente entre aproximadamente 12% y aproximadamente 35%, de sólidos a fibras de vidrio calientes que se recogen en forma de un manto no tejido. El manto típicamente se comprime y se cura térmicamente en un horno en línea o en un molde de compresión caliente, o se enrolla y se almacena para un procesamiento posterior de curado térmico. La cantidad de composición de ligante de resina utilizada en la fabricación de los mantos de fibra de vidrio depende significativamente del uso pretendido del producto de fibra de vidrio. De esta manera, el ligante puede constituir entre aproximadamente 3% y hasta aproximadamente 25% en peso en una base de sólidos del manto de fibra de vidrio no curado. Más típicamente, la cantidad del ligante de resina se encuentra comprendida entre aproximadamente 3% y aproximadamente 20% en peso del manto de fibra de vidrio. Los mantos de fibra de vidrio destinados a la utilización en la fabricación de bandas de fibra de vidrio pueden incluir una cantidad de tan solo 3% de ligante de resina. Los mantos de fibra de vidrio destinados a la fabricación de aislamiento de tuberías típicamente incluyen menos de 10% en peso de ligante en una base de sólidos, más preferentemente menos de aproximadamente 8% en peso. Las composiciones de fibra de vidrio según la presente invención, que incluyen menos de 8% en peso de ligante en una base de sólidos, se ha encontrado que demuestran una estabilidad térmica excepcional, particularmente en el caso de que la composición de ligante se modifique para que incluye hasta 70%, más típicamente entre 20% y aproximadamente 60%, de un modificador de ligante seleccionado de entre el grupo constituido por urea, melamina, diciandiamida y combinaciones de los mismos. Las composiciones de ligante preferidas según la presente invención muestran características tan buenas de resistencia tras el curado que los niveles de ligante pueden reducirse de aproximadamente 70% a aproximadamente 90% de los niveles de ligante utilizados comúnmente en la fabricación de composiciones de fibra de vidrio, sin pérdida significativa de propiedades estructurales/de resistencia. La utilización de niveles más bajos de ligante también permite obtener una estabilidad térmica más elevada de los productos de fibra de vidrio manufacturados.

Los mantos de fibra de vidrio, fabricados según la presente invención, tal como se ha indicado anteriormente, típicamente se comprimen y se curan por calor en un horno en línea para formar bandas o planchas, o en moldes de compresión para formar constructos moldeados de fibra de vidrio.

Típicamente, los mantos de fibra de vidrio se calientan durante dicho procedimiento hasta una temperatura de entre aproximadamente 300ºF y aproximadamente 500ºF (entre 149ºC y aproximadamente 260º), más típicamente hasta aproximadamente 400ºF (204ºC), durante un periodo de tiempo suficiente para curar el componente ligante del manto de fibra de vidrio. Se ha descubierto que las formas de realización preferidas de la presente composición mejorada de ligante de resina que incluye un catalizador que consiste esencialmente de una sal formada a partir de amoníaco y un ácido arilsulfónico, se caracterizan por una velocidad de curado que es entre aproximadamente 10% y aproximadamente 50% más rápida que los ligantes reconocidos de la técnica de idéntica composición de la resina, excepto por la utilización de una cantidad igual de sulfato amónico como catalizador. En las explotaciones de fabricación, la velocidad de curado más rápida del ligante de resina se traduce en un rendimiento más elevado y/o en una menor inversión de capital en equipos de horno en línea.

La composición de ligante de resina de la presente invención incluye una resina resol, un catalizador y modificadores del ligante. La resina resol es una resina fenol-aldehído (preferentemente formaldehído) que presenta una proporción molar de fenol a aldehído de entre aproximadamente 1:1,1 y aproximadamente 1:5. Preferentemente, la proporción de fenol a aldehído es de entre aproximadamente 1:2 y aproximadamente 1:3. La proporción más preferida de fenol a aldehído para la presente invención es aproximadamente 1:3. Las resinas resol se encuentran comercializadas de numerosos proveedores de resinas. Una resina comercializada que puede utilizarse para formular la presente composición mejorada de ligante es la resina Georgia Pacific 2874.

El componente fenol de la resina resol puede incluir una diversidad de compuestos fenólicos sustituidos y no sustituidos. Los compuestos fenólicos generalmente no se encuentran sustituidos en las posiciones orto y para del anillo aromático con sustituyentes que interfieran en la polimerización con los componentes aldehído. Sin embargo, pueden utilizarse fenoles sustituidos en dichas posiciones en cantidades menores con el fin de controlar el peso molecular del polímero mediante la detención de la extensión de la cadena polimérica en una reacción de "adición de caperuza". El componente fenol puede incluir compuestos fenólicos, tales como fenol, fenoles alquil-sustituidos, fenoles aril-sustituidos, fenoles cicloalquil-sustituidos, fenoles alquenil-sustituidos, fenoles alcoxi-sustituidos y fenoles ariloxi-sustituidos. Entre los ejemplos específicos de fenoles adecuados se incluyen fenol, creosol, m-creosol, p-creosol, resorcinol, 3,5-xilenol, 3,4-xilenol, 3,4,5-trimetilfenol, 3-etilfenol, 3,5-dietilfenol, p-butilfenol, 3,5-dibutilfenil, p-amilfenol, p-ciclohexilfenol, p-crotilfenol, p-octilfenol, 3,5-diciclohexilfenol, p-fenilfenol, 3,5-dimetoxifenol, 3,4,5-trimetoxifenol, p-etoxifenol, p-butiloxifenol, 3-metil-4-metoxifenol, p-fenoxifenol y bisfenol.

El componente aldehído de la resina resol preferentemente es el formaldehído y puede incluir los denominados aldehídos, o equivalentes de aldehído, enmascarados, tales como acetales o hemiacetales. Entre los ejemplos específicos de aldehídos adecuados se incluyen formaldehído, acetaldehído, propionaldehído, butaraldehído, furfuraldehído y benzaldehído.

El componente catalizador de la composición de ligante de resina resol de la presente invención comprende una sal de amoníaco de un ácido arilsulfónico. La naturaleza/estructura del ácido sulfónico no resulta crítica con la condición de que sea soluble en la composición acuosa de ligante de resina y de que su funcionalidad ácida pueda catalizar la polimerización de la resina resol. Entre los ácidos arilsulfónicos típicos se incluyen ácido bencenosulfónico, ácido fenolsulfónico, ácido paratoluensulfónico o metatoluensulfónico, ácido mestilensulfónico, ácido etilbencenosulfónico, ácido xilensulfónico, ácido propilbencenosulfónico y ácido butilbencenosulfóncio. Preferentemente, el ácido arilsulfónico es ácido bencenosulfónico o ácido toluenosulfónico o mezclas de los mismos.

El catalizador puede añadirse al ligante por sí solo o puede prepararse in situ en forma de solución madre para la adición a la resina resol. La solución madre se prepara mediante neutralización del ácido arilsulfónico con amoníaco o una sal amónica para producir una sal amónica del ácido. Son ejemplos de sales amónicas típicas, el hidróxido amónico y el carbonato amónico, aunque pueden utilizarse otras sales amónicas. El orden de adición del ácido y la sal amónica no resulta crítico. En una forma de realización preferida, se prepara el catalizador arilsulfato amónico mediante la adición de una cantidad estequiométrica de una solución acuosa de hidróxido amónico a una solución acuosa del ácido arilsulfónico.

El catalizador típicamente se utiliza en una cantidad comprendida entre aproximadamente 3 y aproximadamente 10 partes por cada 100 partes del contenido sólido de composición de ligante de resina.

Preferentemente, el catalizador se encuentra presente en una cantidad comprendida entre aproximadamente 5 y aproximadamente 8 partes por cada 100 partes en una base de sólidos. El contenido de sólidos es la cantidad e residuo sólido que queda tras eliminar la totalidad de los componentes volátiles de la composición de ligante. El porcentaje de contenido de sólidos en el ligante se determina añadiendo 1,0 gramo de la composición de ligante a un plato de aluminio y secando la composición a sequedad en un horno con circulación de aire a 300ºC. El peso de la composición seca se divide por el peso del ligante acuoso y después se multiplica por 100 para obtener el porcentaje de contenido de sólidos en el ligante.

En una forma de realización preferida, la composición de ligante de resina resol comprende una solución acuosa de una formulación de resina resol que presenta características de flujo que permiten que fluya hasta las intersecciones en las que se solapan las fibras de vidrio en el manto de fibra de vidrio antes de su secado. La composición de ligante de resina de la presente invención muestra una buena estabilidad del pH; el pH del ligante típicamente no varía respecto al valor inicial en más de aproximadamente 1 unidad de pH en un periodo de 24 horas. Generalmente, el pH inicial de la composición de ligante de resina se ajusta a un valor entre aproximadamente 6 y aproximadamente 10, más preferentemente entre aproximadamente 7 y aproximadamente 9,5, mediante la adición de amoníaco acuoso.

La composición de ligante de resina puede formularse para que contenga hasta aproximadamente 70% en peso en base de sólidos de un modificador de ligante. Los modificadores de ligante se seleccionan de entre el grupo constituido por urea, melamina, diciandiamida y combinaciones de los mismos. Estos modificadores proporcionan estabilidad térmica al producto curado de fibra de vidrio y de otra manera funcionan mejorando el comportamiento del ligante. Entre otros modificadores se incluyen, por ejemplo, fenoles de terminación de cadena, glicoles, polioles de poliéster, polioles de poliéter, polipropilenglicol, alquilfenoles de alcoholes polihídricos, lactamos, poliamidas, ureas, poliaminas, acrilatos que contienen hidroxi, silanos, alcoxisilanos y mezclas de los mismos.

También pueden añadirse surfactantes a la composición de ligante de resina para ayudar a solubilizar los intermediarios y productos formados a partir de la reacción de condensación entre el fenol, el aldehído y otros aditivos de ligante. Además, los surfactantes o aditivos ayudan a dispersar los productos de condensación y a evitar la aglomeración de estos productos, proporcionando o manteniendo al ligante en forma de solución homogénea. Los surfactantes adecuados comprenden de manera no limitativa glicoles, éteres o ésteres de glicol, alcoholes metoxilados, alquilsulfonatos y alquilfosfonatos.

La urea se añade típicamente a la composición de ligante de resina para que actúe como secuestrador de formaldehído y extensor de ligante. La urea se combina fácilmente con aldehídos libres en la resina bajo condiciones de pH moderadamente alcalinas o neutras. Resulta importante reducir el contenido de aldehídos libres debido a que las emisiones de aldehídos durante el procedimiento de curado o posteriormente, del artículo curado de fibra de vidrio, no resultan deseables. La adición de urea a la presente composición de ligante de resina reduce las emisiones de aldehídos,
mejora la eficiencia del curado de la resina y finalmente reducen el coste de la composición de ligante de resina.

El manto de fibra de vidrio preparada según la presente invención puede comprimirse y almacenarse antes de su utilización para la fabricación de composiciones moldeadas de fibra de vidrio. Por ejemplo, el material en bruto de moldeo de fibra de vidrio puede almacenarse en forma de un manto apretadamente enrollado durante varios meses. La composición moldeada de fibra de vidrio preparada a partir del material en bruto de moldeo de fibra de vidrio de almacenamiento estable muestra características estructurales comparables a las mostradas por las composiciones moldeadas de fibra de vidrio preparadas a partir de material en bruto de moldeo de fibra de vidrio antes del almacenamiento. Las resistencias flexural, ténsil y compresiva de los artículos moldeados de fibra de vidrio se evalúan según el protocolo de ensayo estándar ASTM D 630-91, "Standard Text Methods for Tensile Properties of Plastics", y D 790-92, "Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics in Electrical Insulating Materials", y C 16595, "Standard Test Methods for Measuring Compressive Properties of Thermal Insulations", respectivamente.

De esta manera, una forma de realización de la presente invención es un procedimiento para preparar un manto de fibra de vidrio que comprende fibras de vidrio y una composición de ligante de resina, en las que dicho manto de fibra de vidrio se caracteriza por una estabilidad de almacenamiento mejorada, puesta de manifiesto por la resistencia de una composición moldeada de fibra de vidrio formada mediante calentamiento y compresión de dicho manto tras un periodo de almacenamiento predeterminado. El procedimiento comprende las etapas que consisten en formar una composición acuosa mejorada de ligante de resina que comprende una resina resol y entre aproximadamente 2 y aproximadamente 10 partes en peso en base de sólidos de un catalizador que comprende una sal formada a partir de amoníaco y un ácido arilsfulónico y el modificador o modificadores de ligante de resina, fibras de vidrio de recubrimiento con dichas composiciones mejoradas de ligante de resina, y recogiendo las fibras de vidrio recubiertas para proporcionar la composición de fibra de vidrio en la forma de un manto no tejido que contiene hasta aproximadamente 25% en peso de la composición de ligante de resina en una base de sólidos. El procedimiento puede incluir además la etapa de compresión del manto de fibra de vidrio para el almacenamiento, preferentemente la composición mejorada de ligante de resina comprende entre aproximadamente 3% y aproximadamente 8% en peso en una base de sólidos de un catalizador que consiste esencialmente de una sal formada a partir de amoníaco y un ácido arilsulfónico. El producto, un manto de fibra de vidrio de almacenamiento estable, puede almacenarse durante por lo menos dos meses antes de su utilización en la fabricación de una composición moldeada de fibra de vidrio, sin reducción significativa de la resistencia de la composición moldeada en comparación con la mostrada por las composiciones moldeadas de fibra de vidrio preparadas a partir del manto de fibra de vidrio antes del almacenamiento.

La estabilidad térmica de los artículos moldeados de fibra de vidrio según la presente invención se ha evaluado según el procedimiento descrito en ASTMC411-97, "Standard Test method for Hot-Surface Performance of High-Temperature Thermal Insulation". Se coloca un artículo de fibra de vidrio conformado con la forma de aislamiento de tuberías para una tubería de 3 pulgadas (7,6 cm) de diámetro sobre una tubería metálica de 3 pulgadas (7,6 cm) de diámetro circundando por completo la tubería. Se calienta la tubería utilizando una fuente de calor eléctrica situada en el interior de la tubería. Se controla cuidadosamente la tasa de calentamiento y la temperatura final. Se mide la temperatura del aislamiento de fibra de vidrio de la tubería en un punto próximo a la superficie de la tubería, en el punto medio del aislamiento de fibra de vidrio y en un punto próximo a la superficie exterior del aislamiento de fibra de vidrio. Se mantiene la tubería a la temperatura deseada durante 96 horas. Se enfría el aislamiento de fibra de vidrio de la tubería y se examina para encontrar huecos que indiquen descomposición del ligante. Se ha descubierto que las formas de realización preferidas de las presentes composiciones de fibra de vidrio muestran una estabilidad térmica excepcional.

De esta manera, se proporciona según una forma de realización de la presente invención una composición moldeada de fibra de vidrio que comprende fibras de vidrio y menos de 8% en peso en una base de sólidos de la composición de ligante curada por calor. La composición moldeada de fibra de vidrio se caracteriza por una estabilidad térmica de hasta por lo menos 850ºF (454ºC) según ASTM C411-97. En otra forma de realización, la composición moldeada de fibra de vidrio de la presente invención muestra una estabilidad térmica de hasta por lo menos 1.000ºF (538ºC) según ASTM C411-97. La composición de ligante utilizada en la fabricación de dichas composiciones moldeadas térmicamente estables de fibra de vidrio preferentemente incluye entre aproximadamente 10% y aproximadamente 70%, más preferentemente entre aproximadamente 20% y aproximadamente 60% en peso, en una base de sólidos de un compuesto seleccionado de entre el grupo constituido por urea, melamina, diciandiamida y combinaciones de los mismos.

En una forma de realización del procedimiento relacionado de la presente invención se proporciona un procedimiento para fabricar una composición moldeada de fibra de vidrio caracterizada por un contenido reducido de ligante y que presenta una estabilidad térmica incrementada sin pérdida de otras propiedades físicas. El procedimiento comprende las etapas que consisten en preparar una composición mejorada de ligante de resina resol, incluyendo un catalizador que comprende una sal formada a partir de amoníaco y un ácido arilsulfónico, que forma un manto de fibra de vidrio a partir de fibras de vidrio recubiertas con la composición mejorada de ligante de resina resol en una cantidad inferior a la utilizada normalmente en la preparación de dichas composiciones, y comprimiendo y calentando el manto resultante para curar la composición de ligante de resina y para formar una composición moldeada de fibra de vidrio que muestra una buena estabilidad térmica. Las composiciones moldeadas de fibra de vidrio pueden prepararse según dicho procedimiento utilizando entre aproximadamente 70% y aproximadamente 90% de la cantidad normal de ligante. En una forma de realización preferida de una composición térmicamente estable de fibra de vidrio de la presente invención, la cantidad de la composición mejorada de resina en el manto de fibra de vidrio es de entre aproximadamente 6% y aproximadamente 7% en peso de la composición de fibra de vidrio en una base de sólidos.

Las composiciones moldeadas de fibra de vidrio según la presente invención muestran una corrosividad reducida de los metales, tal como pone de manifiesto el procedimiento de ensayo ASTM C665-9513.8. Se interpusieron individualmente un conjunto de cinco pequeños cupones de ensayo de acero entre trozos de aislamiento de fibra de vidrio. Se interpusieron individualmente un segundo conjunto de cupones de ensayo de acero entre algodones desaceitados estériles a modo de controles. Se expusieron ambos conjuntos de placas de ensayo a 95% de humedad a 120ºF (48,9ºC) durante 96 horas en una cámara de ensayo de humedad. A continuación, se examinaron ambos conjuntos de placas de ensayo para cualquier señal de corrosión. Los cupones de acero mantenidos en contacto con la presente composición de fibra de vidrio mostraron menos corrosión que la superficie de las placas de acero que se habían mantenido en contacto con el algodón desaceitado.

De esta manera, otra forma de realización de la presente invención es una composición no corrosiva de fibra de vidrio que comprende fibras de vidrio y la composición mejorada de ligante de la presente invención. La composición de fibra de vidrio produce menos corrosión en un cupón de acero que el algodón desaceitado estéril en ensayos bajo las condiciones de ASTM C665-98,13.8 y ningún agrietamiento corrosivo bajo tensión al someterlo a las condiciones de ASTM C 795-92 en contacto con acero inoxidable austenítico.

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Ejemplos

Los ejemplos siguientes se proporcionan con el fin de ilustrar los principios y puestas en práctica de la presente invención al experto en la materia. No pretenden ser limitativos, sino únicamente ilustrativos de la invención. A menos que se indique lo contrario, todas las partes, porcentajes y proporciones se proporcionan en una base de peso. Toda el agua utilizada se había pasado a través de una columna rellena de zeolita para eliminar las sales de calcio y de magnesio del agua. Las mediciones de solubilidad en agua se proporcionan en una base de volumen a volumen, agua a ligante. Los contenidos de sólidos en los ejemplos siguientes se determinaron añadiendo 1 gramo de mezcla de resina a una bandeja y secando la resina en un horno con aire circulante durante 30 minutos a 300ºF (149ºC). El residuo seco se pesó para determinar el peso de los sólidos. El porcentaje de contenido de sólidos se determinó mediante multiplicación por 100 de la proporción entre el peso de resina curada seca y el peso de la resina, obteniendo el porcentaje de contenido de sólidos en el ligante.

Se determinó la cantidad de ligante curado en el artículo de fibra de vidrio mediante el procedimiento de pérdida con la ignición (LOI). Se combustionó una muestra tarada del artículo de fibra de vidrio para combustionar el ligante curado del artículo de fibra de vidrio, dejando las fibras de vidrio libres de ligante. Se pesaron las fibras de vidrio resultantes y se multiplicó por 100 la proporción entre el peso de producto de fibra de vidrio combustionado y el peso inicial del artículo de fibra de vidrio para obtener el porcentaje de ligante curado en el producto de fibra de vidrio.

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Preparación 1

Preparación de catalizador toluensulfonato amónico

Se cargó un tanque de 500 galones (1.893 litros) que contenía 211 galones (757 litros) de agua purificada con 0,07 libras (0,32 kg) de laurilsulfato sódico y la solución acuosa se agitó hasta la homogeneidad. Se añadió una solución acuosa al 66% de monohidrato de ácido toluensulfónico, 500 libras (227 kg), seguido de la adición de 5 galones (19 litros) de agua purificada. Finalmente, se añadió una solución acuosa de hidróxido amónico (17,5 galones (66 litros), NH_{4}OH al 29-30% en peso). Esta solución de catalizador presentaba una densidad de 8,65 libras/galón (1,04 kg/l) y un contenido de sólidos de aproximadamente 15\pm1%.

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Preparación 2

Premezcla de fenol-formaldehído-urea

Se hicieron reaccionar entre sí fenol y formaldehído en una proporción molar fenol-formaldehído de 1:3, obteniendo una resina resol que presentaba aproximadamente 1% de fenol libre y 7,5% de formaldehído libre. Se añadió suficiente urea y agua para rendir una mezcla en solución acuosa de resina resol que presentaba aproximadamente 2% de urea y un contenido de sólidos de aproximadamente 51%. Se añadió resina de fenol-formaldehído (6.233 libras o 2.827 kg) y una solución acuosa de urea (3.422 libras (1.552 kg), 40% en peso de urea), agitando la solución resultante hasta la homogeneidad. La temperatura de la solución resultante se mantuvo entre aproximadamente 50ºF y aproximadamente 70ºF (entre 10ºC y aproximadamente 21ºC). Esta solución de premezcla presentaba una densidad de aproximadamente 9,69 libras/galón (1,16 kg/l) y un contenido de sólidos de aproximadamente
47,1\pm2%.

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Ejemplo 1A

Preparación de una composición de ligante de resina resol que contiene 30% de sólidos, que incluye un catalizador p-toluensulfonato amónico

A un recipiente bajo agitación se le añadieron 161,2 gramos de premezcla de fenol-formaldehído-urea (Preparación 2). Aproximadamente dos minutos después de la adición de la premezcla, se añadieron 0,80 gramos de una solución acuosa de hidróxido amónico (NH_{4}OH al 28% en peso). Tras la adición de la solución de hidróxido amónico se añadieron 84,0 gramos de agua ablandada con zeolita; 1,9 gramos de monohidrato de ácido p-toluensulfónico y 0,15 gramos de \alpha-aminopropiltrietoxisilano (comercializado por OSi Specialities Inc. bajo el nombre comercial Silquest A-1101, (H_{2}NCH_{2}CH_{2}CH_{2})Si(OCH_{2}CH_{3})_{3} al 90% en peso en etanol). La temperatura final de la mezcla era de 69ºF (20ºC) y presentaba un pH de 7,9. La solubilidad de esta composición de resina era superior a 50:1 v/v de agua destilada a resina sin ninguna turbidez observable en la solución acuosa diluida. Tras almacenar esta mezcla de resina a aproximadamente 70ºF (21ºC) durante 24,5 horas, se determinaron nuevamente las propiedades físicas. La resina presentaba un pH de 7,8 y una solubilidad superior a 50:1 v/v agua a resina, sin ninguna turbidez observable en la solución acuosa diluida.

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Ejemplo comparativo 1B

Preparación de una composición de ligante de resina resol que contiene 30% de sólidos e incluyendo un catalizador sulfato amónico

Durante la preparación de una composición de ligante de resina resol que contenía 30% de sólidos según el procedimiento anterior, con la excepción de que se sustituyó el p-toluensulfonato amónico por sulfato amónico en una base de gramo por gramo, el pH de la solución resultante disminuyó de 8,0 a 5,9, y la solubilidad de la solución disminuyó de 50:1 a 7:1, dentro de las 24 horas posteriores a la preparación de la solución.

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Ejemplo 2A

Planchas moldeadas de fibra de vidrio fabricadas con una composición de ligante de resina resol que contiene 35% de sólidos e incluyendo un catalizador p-toluensulfonato amónico

Se añadieron a un tanque de mezcla 97,8 kg de una premezcla de fenol-formaldehído-urea preparada según el procedimiento descrito en la Preparación 2. Se añadieron los componentes siguientes a la premezcla, en secuencia: una solución acuosa de hidróxido amónico (483 gramos, NH_{4}OH al 29-30% en peso), 1,15 kg de monohidrato de ácido p-toluensulfónico sólido, y 92 gramos de \alpha-aminopropiltrietoxisilano (comercializado por OSi Specialities Inc. bajo el nombre comercial Silquest A-1101, (H_{2}NCH_{2}CH_{2}CH_{2})Si(OCH_{2}CH_{3})_{3} al 90% en peso en etanol). Finalmente, se añadieron 9,4 galones (35,6 litros) de agua, proporcionando una composición de ligante de resina que contenía 35% de sólidos. El contenido de sólidos contenía 97,4 partes por cada 100 de resina resol, 2,4 partes por cada 100 de ácido p-toluensulfónico y 0,2 partes por cada 100 de Silquest A1101.

Dicha composición de ligante de resina resol se utilizó para preparar un manto de fibra de vidrio. Se añadieron quince galones de una mezcla acuosa que contenía 1 libra (0,45 kg) de pigmento nigrosina, y 0,4 galones (1,51 litros) de una dispersión acuosa de negro de carbono (comercializada bajo el nombre comercial Ajack Black 35®) al ligante de resina resol, formando una composición ligante negra que se pulverizó sobre las fibras de vidrio calientes. Las fibras de vidrio recubiertas de ligante negro se recogieron en forma de manto no tejido y se secaron. El manto de fibra de vidrio resultante se recogió, se enrolló y se almacenó en un almacén.

Tras 51 días de almacenamiento, se recuperó el manto de fibra de vidrio negra y se comprimió en un molde a 400ºF (204ºC), produciendo dos conjuntos de planchas de fibra de vidrio negro que presentaban un grosor de 1/4 de pulgada o de 1 pulgada (0,63 cm o 2,54 cm). Las planchas de fibra de vidrio negra presentaban una LOI (pérdida de ignición) de 15,6% y un contenido de humedad de 5,2%.

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Ejemplo comparativo 2B

Planchas moldeadas de fibra de vidrio fabricadas utilizando una composición de ligante de resina resol que contiene 35% de sólidos e incluyendo un catalizador sulfato amónico

Se prepararon planchas de fibra de vidrio con fines comparativos utilizando una composición de ligante de resina que contenía 35% de sólidos según el procedimiento anterior, excepto en que se sustituyó el sulfato amónico por el p-toluensulfonato amónico en una base de gramo por gramo. El ligante de resina resultante presentaba un contenido de sólidos de 97,4 partes por cada cien de resina resol, 2,4 partes por cada cien de sulfato amónico y 0,2 partes por cada cien de A1101. Esta composición de ligante de resina se utilizó para preparar material en bruto de moldeo de fibra de vidrio negra tal como se ha descrito anteriormente. Se almacenó el material en bruto de moldeo durante 57 días, y después se utilizó para preparar planchas de fibra de vidrio negra de 1/4 de pulgada y 1 pulgada (0,63 cm y 2,54 cm) de grosor. Estas planchas de fibra de vidrio negra presentaban una LOI de 16,5%.

Se llevaron a cabo ensayos ténsiles y flexurales en las planchas de fibra de vidrio negra de 1/4 de pulgada (0,63 cm) de grosor según los protocolos de ensayo estándares ASTM D 638-91, "Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics", y D 790-92, "Standard Test Methods for Flexural Properties of Unreinforced and Reinforced Plastics and Electrical Insulating Materials", respectivamente. Se llevaron a cabo ensayos de compresión sobre las planchas negras de 1 pulgada (2,54 cm) de grosor según el protocolo de ensayo estándar ASTM C 169-95, "Standard Test Method for Measuring Compressive Properties of Thermal Insulations". Los ensayos preliminares ténsiles y flexurales de planchas de 1/4 de pulgada (0,63 cm) de grosor y de resistencia a la compresión en planchas de una pulgada (2,54 cm) de grosor curadas mediante compresión a partir de material en bruto de moldeo que contenía el ligante del Ejemplo 2A y a partir del material en bruto de moldeo que contenía el ligante del Ejemplo comparativo 2A, indican que las planchas con ligante catalizado con p-toluensulfonato son más resistentes que las planchas con ligante catalizado con sulfato amónico.

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Ejemplos 3-13

En la Tabla siguiente se ilustran otros ejemplos de las composiciones de ligante según la presente invención. Típicamente se preparan mediante la mezcla (bajo agitación suave) de la premezcla de la Preparación 2 o una resina resol comercializada, urea acuosa, agua ablandada, catalizador en forma de solución acuosa y otros modificadores de ligante de resina. Se utiliza amoníaco acuoso concentrado para establecer el pH deseado. Dichas composiciones de ligante muestran, o se espera que muestren, buena estabilidad del pH y una velocidad de curado incrementada. Pueden utilizarse en la fabricación de una amplia diversidad de productos moldeados de fibra de vidrio.

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(Tabla pasa a página siguiente)

1

Claims

1. Procedimiento para la preparación de un manto de fibra de vidrio que comprende fibras de vidrio y un composición de ligante de resina, presentando dicho manto de fibra de vidrio 3% a 25% en peso de ligante de resina en una base de sólidos de manto de fibra de vidrio no curado y caracterizado porque presenta una estabilidad de almacenamiento mejorada, puesta de manifiesto por la resistencia de una composición moldeada de fibra de vidrio formada mediante calentamiento y compresión de dicho manto tras un periodo de almacenamiento, comprendiendo dicho procedimiento las etapas que consisten en formar una composición de ligante de resina acuosa que comprende una resina resol y 2 a 10 partes en peso en una base de sólidos de un catalizador que comprende una sal formada a partir de amoníaco y un ácido arilsulfónico, y uno o más modificadores de ligante de resina seleccionados de entre el grupo constituido por urea, melamina y diciandiamida, revestir las fibras de vidrio con una cantidad de dicha composición de ligante de resina, y recoger las fibras de vidrio revestidas en forma de un manto no tejido.

2. Procedimiento según al reivindicación 1, que comprende además la etapa que consiste en comprimir el manto para su almacenamiento.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el ácido arilsulfónico es el ácido toluensulfónico.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la composición de ligante de resina comprende de 3% a 8% en peso en una base de sólidos de un catalizador constituido esencialmente por una sal formada a partir de amoníaco y un ácido arilsulfónico.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además la etapa que consiste en calentar el manto con el fin de curar el componente de ligante de resina del manto.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que el ácido arilsulfónico utilizado para formar el catalizador en la composición de ligante de resina es el ácido toluensulfónico.

7. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende además la etapa que consiste en comprimir y calentar el manto para curar la composición de ligante de resina y formar una composición moldeada de fibra de vidrio que presenta una estabilidad térmica aumentada.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que el ácido arilsulfónico utilizado para formar el catalizador en la composición de ligante de resina es el ácido toluensulfónico.

9. Procedimiento según las reivindicaciones 1 y 8, en el que la composición de ligante de resina comprende además hasta 70% en peso en una base de sólidos de un compuesto seleccionado de entre el grupo constituido por urea, melamina, diciandiamida y combinaciones de los mismos.

10. Composición de fibra de vidrio que comprende fibras de vidrio y una composición de ligante que incluye una solución acuosa de una resina resol y un catalizador constituido esencialmente por una sal formada a partir de amoníaco y un ácido arilsulfónico, en la que dicho catalizador se encuentra presente en dicha composición de ligante en 2 a 10 partes en peso en una base de sólidos, y uno o más modificadores de ligante de resina seleccionados de entre el grupo constituido por urea, melamina y diciandiamida.

11. Composición según la reivindicación 10, en la que la composición de fibra de vidrio está caracterizada porque presenta una baja corrosividad tal como se ha evaluado mediante ASTM C665.98 Sec. 13.8, o ASTM C795-92.

12. Composición según la reivindicación 10, en la que la composición de fibra de vidrio es un manto de fibra de vidrio para su utilización en la fabricación de una composición moldeada de fibra de vidrio mediante compresión y calentamiento de dicho manto y en la que el ligante constituye 3% a 25% en peso del manto de fibra de vidrio en una base de sólidos del manto de fibra de vidrio no curado.

13. Composición según la reivindicación 10, en la que la composición de fibra de vidrio es un manto de fibra de vidrio para su utilización en la fabricación de una composición moldeada de fibra de vidrio mediante compresión y calentamiento de dicho manto, y en la que el ligante constituye 5% a 7% en peso del manto de fibra de vidrio en una base de sólidos del manto de fibra de vidrio no curado.

14. Composición según la reivindicación 10, en la que la composición de fibra de vidrio es una composición moldeada de fibra de vidrio que comprende menos de 8% en peso en una base de sólidos del ligante,

y en la que la composición de fibra de vidrio está caracterizada porque presenta una estabilidad térmica de hasta por lo menos 850ºF (454ºC) tal como se ha evaluado mediante ASTM C411-97.

15. Composición según la reivindicación 14, en la que la composición moldeada de fibra de vidrio presenta una estabilidad térmica de hasta por lo menos 1.000ºF (538ºC) tal como se ha evaluado mediante ASTM C411-97.

16. Composición según la reivindicación 14, en la que la composición de ligante comprende 1% a 70% en peso en una base de sólidos de un compuesto seleccionado de entre el grupo constituido por urea, melamina y diciandiamida.

17. Composición según la reivindicación 14, en la que la composición de ligante comprende 20% a 60% en peso en una base de sólidos de un compuesto seleccionado de entre el grupo constituido por urea, melamina y diciandiamida.

18. Composición de ligante de resina para su utilización en la fabricación de mantos de fibra no tejida, estando esencialmente constituida dicha composición de ligante por una solución acuosa de una resina resol, un compuesto seleccionado de entre el grupo constituido por urea, melamina y diciandiamida, y 2 a 10 partes en peso en una base de sólidos de un catalizador que comprende una sal formada a partir de amoníaco y un ácido arilsulfónico.