ES2692176T3

ES2692176T3 - Método para producir productos compuestos de fibra de madera y plásticos

Info

Publication number: ES2692176T3
Application number: ES10794419.1T
Authority: ES
Inventors: Jeremy Martin Warnes; Alan Fernyhough
Original assignee: New Zealand Institute for Bioeconomy Science Ltd
Current assignee: New Zealand Institute for Bioeconomy Science Ltd
Priority date: 2009-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2018-11-30
Anticipated expiration: 2030-06-30
Also published as: US20120172494A1; AU2010266801B2; KR20120102580A; JP2012532040A; RU2012102936A; US9283692B2; CN102470544A; KR101827014B1; EP2448732B1; CA2765934C; PT2448732T; CL2011003339A1; BRPI1011493A2; CA2765934A1; ZA201109391B; MY163461A; PL2448732T3; EP2448732A4; CN102470544B; EP2448732A1

Abstract

Un proceso para producir un producto que comprende fibras de un material lignocelulósico o fibras naturales, para usar como o en la formación de una materia prima en la fabricación de plásticos, que comprende aplicar a fibras sueltas o divididas o haces de fibra, producidas por rotura de forma mecánica o termomecánica o quimio- termomecánica o quimio-mecánica de un material lignocelulósico, o fibras naturales, una formulación aglutinante líquida o particulada que comprende una resina termoendurecible y un polímero, monómero u oligómero termoplástico, consolidar las fibras en un producto sólido, y romper dicho producto sólido en granulados o gránulos que pueden romperse posteriormente para liberar una fracción principal de las fibras, comprendiendo la resina termoendurecible un polímero con base de formaldehído o un isocianato, comprendiendo el producto sólido menos de 10 partes de la resina termoendurecible combinada y modificar el componente termoplástico por 100 partes de fibra de madera en peso seco y de aproximadamente 0,3 a aproximadamente 5 partes de la resina termoendurecible por 100 partes de fibra de madera en peso seco.

Description

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DESCRIPCION

Metodo para producir productos compuestos de fibra de madera y plasticos Campo de la invencion

La invencion se refiere a un proceso para producir un producto compuesto que comprende fibras de un material lignocelulosico o fibras naturales y un material plastico, para usar como o en la formacion de una materia prima en la fabricacion de plasticos, o para usar como un producto intermedio en otra forma o como un producto final.

Antecedentes

La combinacion de materiales con base de celulosa con plasticos se desarrollo originalmente hace unos 25 anos. Los materiales para este proceso se pre-mezclaron y se embutieron. Se han desarrollado recientemente maquinas especialistas, generalmente basadas en tecnologfas de fabricacion de plasticos tradicionales que incluyen la extrusion y moldeo por inyeccion. Los plasticos usados incluyen polipropileno (PP), polietileno (PE) y poli(cloruro de vinilo) (PVC) y los rellenos usados incluyen harina de madera, lino, yute y otros rellenos de fibra con base de celulosa. Cuanto mas material con base de celulosa se anada al plastico, a menudo menor es el precio y, a menudo, mayor es la dureza de la materia “prima” de madera y plastico. Los productos compuestos hechos a partir de esta madera y plasticos pueden generalmente clavarse, pintarse y tratarse de otra forma como madera mientras retiene potencialmente muchos de los beneficios de los plasticos en las areas de resistencia a los hongos y la corrosion.

La introduccion de fibras naturales o de madera de baja densidad aparente en extrusores o moldeadores por inyeccion u otra maquinaria de procesado de plasticos, en particular de una forma medida o calibrada, que es importante para alcanzar las fracciones de volumen de fibra deseadas en las composiciones, tiene un numero de dificultades. No es directo, debido a la naturaleza de alto volumen/baja masa inherente de dichas fibras, la falta de caractensticas de flujo libre en dichas fibras, y el empaquetado o entrelazado de fibra, alcanzar la alimentacion controlada directamente en los agujeros u orificios del puerto de la maquinaria de procesado de plasticos. Aunque existen algunos alimentadores de fibra pueden ser o caros y/o poco fiables o imprecisos en medir de forma uniforme sobre un amplio intervalo de relaciones de alimentacion de fibra con madera y otras fibras naturales. Ademas, es necesario pre-secar un alto volumen-baja masa de fibra antes de dicha alimentacion/uso ya que dichas fibras son higroscopicas y retienen, o reabsorben, altos niveles de agua, lo que es normalmente indeseado y necesita eliminarse sustancialmente antes del procesado de plastico.

La solicitud de patente internacional PCT/NZ2005/000140 describe un proceso para producir granulados o granulos (como se definen en esta memoria) que comprenden fibras de un material lignocelulosico o fibras naturales, para usar como una materia prima en la fabricacion de plasticos, que comprende transportar fibras, producidas por la rotura de forma mecanica o termomecanica o quimio-termomecanica o quimio-mecanica de un material lignocelulosico, o fibras naturales, en una corriente de aire seco o humedo y aplicar a las fibras mientras se transportan las fibras una formulacion lfquida que comprende uno o mas polfmeros, monomeros u oligomeros, formando las fibras en un producto solido, y rompiendo el producto solido para producir los granulados o granulos compuestos de madera y plasticos utiles como una materia prima en la fabricacion de plasticos.

Objeto de la invencion

Es un objeto de la invencion proporcionar un proceso o metodo mejorado, o al menos alternativo, para producir un producto compuesto que comprende fibras de un material lignocelulosico o fibras naturales y un material plastico, para usar como o en la formacion de una materia prima en la fabricacion de plasticos, o para usar como un producto intermedio en otra forma, o como un producto final.

Compendio de la invencion

En terminos amplios en un aspecto la invencion comprende un proceso para producir un producto que comprende fibras de un material lignocelulosico o fibras naturales, para usar como o en la formacion de una materia prima en la fabricacion de plasticos, que comprende aplicar a fibras sueltas o divididas o haces de fibras, producidas por rotura de forma mecanica o termomecanica o quimio-termomecanica o quimio-mecanica de un material lignocelulosico, o fibras naturales, una formulacion aglutinante lfquida o particulada que comprende una resina termoendurecible y un polfmero, monomero u oligomero termoplastico, consolidar las fibras en un producto solido, y romper dicho producto solido en granulados o granulos que pueden posteriormente romperse para liberar una fraccion principal de las fibras, comprendiendo la resina termoendurecible un polfmero con base de formaldehudo o un isocianato, comprendiendo el producto solido menos de 10 partes de la resina termoendurecible combinada y modificando el componente termoplastico por 100 partes de fibra de madera en peso seco y de aproximadamente 0,3 a aproximadamente 5 partes de la resina termoendurecible por 100 partes de fibras de madera en peso seco.

El producto compuesto resultante que comprende fibras de un material lignocelulosico o fibras naturales y un material plastico, es util como o en la formacion de una materia prima, en forma de granulado o granulos por ejemplo, en la fabricacion de plasticos, o como un producto intermedio en otra forma. Tambien se ha encontrado sorprendentemente que los productos solidos formados por realizaciones de este aspecto del proceso de la invencion pueden tener

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propiedades mecanicas superiores tales como resistencia a la tension y/o dureza por ejemplo, a productos compuestos formados de la misma forma pero con solo un aglutinante termoendurecible o solo un aglutinante termoplastico, de manera que los productos solidos pueden ser utiles como productos finales, tales como paneles o como recambios compuestos para molduras de fibra de densidad media por ejemplo.

Tambien se describe en esta memoria un proceso para producir granulados o granulos (como se definen en esta memoria) que comprenden fibras de un material lignocelulosico o fibras naturales, para usar como materia prima en la fabricacion de plasticos, que comprende:

- transportar fibras sueltas o divididas o haces de fibra, producidas por rotura de forma mecanica o termomecanica o quimio-termomecanica o quimio-mecanica de un material lignocelulosico, o fibras naturales, en una corriente de aire seco o humedo y aplicar a las fibras mientras se transportan las fibras una formulacion aglutinante lfquida que comprende urea formaldetndo (UF) y uno o mas polfmeros, monomeros u oligomeros termoplasticos, o una baja cantidad de urea formaldefndo, consolidando las fibras en un producto solido, y

- romper el producto solido para producir dichos granulados o granulos.

En esta realizacion el producto solido puede comprender menos de 6 partes, preferiblemente entre 0,2 y 5 partes de urea formaldefndo solo, por 100 partes de fibra en pesos secos. En algunas formas, los granulados o granulos, preferiblemente comprenden 4 o 5 partes de urea formaldefndo solo, por 100 partes de fibra en pesos secos.

Cuando un aglutinante termoendurecible se ha modificado con un polfmero, oligomero o monomero termoplastico anadido a el, o bien durante la smtesis del prepolfmero, o mezclando en el prepolfmero de resina mas tarde, o, por inyeccion dual en la lmea de soplado en un punto separado de la resina termoendurecible por ejemplo, o donde, de forma alternativa, solo una baja cantidad de una resina termoendurecible se usa como el aglutinante, se ha encontrado que esto permite la dispersion mas sencilla de la fibra desde el granulado en una maquina de extrusion o moldeo de plasticos. Los granulados con base de UF, por ejemplo, producidos a cargas de UF convencionales tales como 6%- 12% necesitaran condiciones de extrusion muy espedficas para obtener las propiedades optimas del compuesto, tal como alta velocidad del tornillo y baja tasa de alimentacion para maximizar la tension de cizalladura dentro del tambor extrusor de una maquina de eXtrusion para romper los granulados en fibras, para alcanzar el rendimiento mecanico necesario del compuesto. Pero estas severas condiciones de extrusion tambien es probable que degraden la fibra de madera, por degradacion termica, y provoquen una reduccion en la longitud de la fibra. Los granulados o granulos producidos por el proceso de la invencion pueden facilitar la extrusion a menores velocidades del tornillo y condiciones de cizalladura, con buena liberacion de la fibra desde el granulado en el extrusor u otro equipo de fabricacion de plasticos. El uso de un aglutinante termoendurecible como se describe con un polfmero, oligomero o monomero termoplastico, tambien puede reducir el coste del sistema aglutinante y por consiguiente de la produccion de producto de materia prima compuesta de madera y plasticos, respecto al uso de un aglutinante termoplastico solo, que puede proporcionar tambien buena dispersion y liberacion de la fibra desde el granulado de materia prima de madera y plasticos y fabricacion de plasticos aunque a un mayor coste.

Donde la resina termoendurecible es una urea, melamina o resina de formaldetndo relacionada, esta tiene la ventaja adicional de proporcionar un grado de retardo de llama a menudo necesario en la fabricacion de fibras de madera impregnadas o recubiertas, en comparacion con, por ejemplo, el uso de muchos de los mismos polfmeros, oligomeros o monomeros termoplasticos solos.

En el desarrollo de compuestos de madera y fibra natural y plastico, han surgido dos categonas principales. Los que usan principalmente harina de madera como un relleno y los que usan agrofibras mas largas para dar compuestos reforzados. La primera categona ha crecido de forma significativa en Norteamerica donde la madera actua principalmente como un relleno que disminuye el coste, aunque se alcanzan otros beneficios. La segunda categona utiliza agrofibras mas caras con una alta relacion de aspecto que tiende a producir compuestos con mejores propiedades mecanicas. Segmentos de la industria automovilfstica europea han hecho un uso extensivo de estos materiales reforzados para los componentes del interior de los coches que tendnan que haberse hecho de otra forma a partir de plasticos reforzados con fibra de vidrio. Los investigadores han explorado una gama de fibras de madera de alta relacion de aspecto por su potencial de refuerzo y se han dado cuenta de las propiedades mejoradas sobre la harina de madera. Sin embargo, ha habido problemas con la alimentacion de las fibras en un extrusor y en la logfstica de obtencion y manejo de fibra de madera suelta.

En las realizaciones de la invencion el proceso de tableros de fibra de densidad media (MDF, del ingles medium density fibreboard) establecido hace tiempo que incluye HTMP (del ingles high temperatura thermo-mechanical pulping, pulpado termomecanico a alta temperatura) por ejemplo puede utilizarse para convertir madera, u otras fibras residuales, en granulados o granulos ricos en fibra adecuados para alimentarse en el equipo de procesado de plasticos existente mientras se retiene la suficiente relacion de aspecto para el refuerzo. Las realizaciones del proceso de la invencion dan por resultado la conservacion de mayor longitud de fibra que la harina de madera haciendo al compuesto de madera y plastico (WPC, del ingles Wood plastic composite) resultante mas fuerte y duro que los basados en harina de madera. El refinado por HTMP es la tecnologfa de menor coste para convertir biomasa en fibra lignocelulosica en grandes cantidades. Ademas, las multiples fuentes y el fiable suministro de madera, no limitado por la estacionalidad como las fibras agncolas, se una ventaja para cualquier operacion de fabricacion.

El proceso de la invencion puede producir granulados de materia prima de madera y plasticos con suficiente fuerza de union interna para que los granulados tengan suficiente integridad ffsica para el manejo eficiente en los procesos industrials, que sean mas baratos y puedan tener mejor resistencia al fuego que los que utilizan agentes de union termoplasticos puros, y que sean capaces de liberar las fibras de madera individuales en el extrusor u otro equipo de 5 fabricacion de plasticos en condiciones que permitan la conservacion de la longitud de la fibra de manera que faciliten la propiedades mecanicas mejoradas de los WPC. La formulacion de aglutinante termoendurecible modificado por compuestos termoplasticos puede tambien dar por resultado la interferencia reducida con un agente de acoplamiento donde se use cuando los granulados se mezclan con la matriz de plastico. Una ventaja mas puede ser la produccion de polvo limitada durante la formacion de granulados. Ademas se ha encontrado tambien de forma sorprendente que 10 los productos solidos formados mediante el proceso de la invencion con la modificacion termoplastica de un aglutinante de resina termoendurecible pueden tener propiedades mecanicas superiores tales como resistencia a la tension y/o dureza por ejemplo, de manera que los productos solidos pueden ser utiles como productos finales, tales como paneles o como repuestos compuestos para molduras de fibra de densidad media por ejemplo.

Una ventaja importante de usar fibra larga de madera en vez de otros rellenos de madera (partfculas, harina) es el 15 potencial de refuerzo de la alta relacion de aspecto de la fibra que permite el fortalecimiento de los compuestos termoplasticos como polipropileno (PP) o polietileno de alta densidad (HDPE, del ingles high density polyethylene) mientras que al mismo tiempo juega el papel de un relleno, ahorrador de costes y sustituto petroqmmico. Sin embargo se sabe bien que la fibra de madera y las poliolefinas son poco compatibles (hidrofilo/hidrofobo), por tanto puede usarse un agente de acoplamiento (poliolefina modificada con antndrido maleico) para mejorar la adhesion de 20 fibra/adhesion de matriz, dando por resultado una transferencia de carga eficiente de fibra a fibra y refuerzo de la resistencia del compuesto.

El termino “que comprende” como se usa en esta memoria y reivindicaciones significa “que consiste al menos en parte en”, es decir cuando se interrumpen las reivindicaciones independientes que incluyen ese termino, las caractensticas prologadas por ese termino en cada reivindicacion necesitaran estar presentes aunque otras caractensticas puedan 25 estar tambien presentes.

En esta memoria pueden usarse las siguientes abreviaturas:

MDF: Tableros de fibra de densidad media

HTMP: pulpado termomecanico a alta temperatura

MAPP: polipropileno injertado con antndrido maleico

30 PVA: poliacetato de vinilo

VAE: acetato de vinilo etileno

EVA: etileno acetato de vinilo

EVOH: etileno alcohol vimlico

EAA: Etileno acido acnlico

35 PP: polipropileno

HDPE: polietileno de alta densidad

% en peso: porcentaje en peso

UF: urea formaldehndo

WPC: compuesto de madera y plastico

40 GMP: granulado de madera y plastico

PEAM: polietileno injertado con antndrido maleico

PPc: polipropileno acoplado

PPnc: polipropileno no acoplado

PEc: polietileno de alta densidad acoplado

45 PEnc: polietileno de alta densidad no acoplado

EI: enlace interno

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MPa: megaPascal GPa: GigaPascal

ASTM: Sociedad americana para ensayos y materiales (del ingles Americam Society for testing and materials) Descripcion detallada de las realizaciones

Como se afirma en algunas realizaciones del proceso de la invencion las fibras sueltas o divididas o haces de fibras, producidas por rotura de forma mecanica o termomecanica o quimio-termomecanica o quimio-mecanica de un material lignocelulosico, o fibras naturales, han aplicado una formulacion que comprende uno o mas polfmeros termoendurecibles y uno o mas polfmeros, monomeros u oligomeros termoplasticos, estando dicha formulacion en forma lfquida o particulada, y se consolidan en un producto solido.

En estas realizaciones la formulacion aglutinante comprende una resina termoendurecible que comprende uno o mas polfmeros, monomeros u oligomeros termoplasticos, que pueden estar presentes respecto a la resina termoendurecible en una relacion en peso de hasta aproximadamente 50:50 o 40:60 o 20:80. El componente termoplastico de la formulacion aglutinante puede estar presente respecto a la resina termoendurecible en una relacion en peso de al menos aproximadamente 10:90.

Los productos solidos producidos comprenden entre 0,3 a 25 partes de la resina termoendurecible y el componente termoplastico modificador. La resina termoendurecible combinada y el componente termoplastico modificador esta presente en menos de 10 partes por 100 partes de fibra en pesos secos. Lo mas preferiblemente menos de 8 partes o 6 partes o 5 o 4 o 3 o 2 partes por 100 partes de fibra en pesos secos.

En al menos algunas realizaciones la resina termoendurecible comprende un polfmero con base de formaldehndo tal como urea formaldehndo, melamina formaldehndo, fenol formaldehndo, resorcinol-formaldehido, y otras resinas con base de formaldehndo que incluyen opciones bioticas tales como tanino formaldehndo o lignina formaldehndo. Otros aldehndos tambien pueden incorporarse con, o estar sustituidos por, formaldehndo mientras co-reaccionen con la urea, compuesto fenolico o melamina de una manera similar al formaldehndo. Esto incluye furfural, propanal, butiraldehndo, succinaldehndo, glutaraldehndo, por ejemplo. Aunque el formaldehndo es el co-reactivo aldehndo o cetona preferido, debido a su amplia disponibilidad, uso comun, econoirna y reactividad, otros aldehndos o cetonas o fuentes de grupos reactivos metilol pueden usarse en una resina con base con base de formaldehndo, como se sabe. De forma alternativa la resina termoendurecible puede comprender otra resina termoendurecible usada normalmente en productos o procesos de MDF o tableros de partmulas o recubrimiento en polvo tales como los que incluyen isocianatos, o resinas de uretano.

En al menos algunas realizaciones el componente termoplastico comprende un poli(alcohol de vinilo), poli(acetato de vinilo), un poliester, poliestireno, polietileno, polipropileno, copolfmeros y terpolfmeros de etileno-propileno, copolfmeros de acrilonitrilo, copolfmero de etileno-acetato de vinilo, polibutadieno, neopreno, poliisopreno y caucho de butilo, polfmeros de acrilato o metacrilato (compuestos acnlicos), polfmeros de uretano, poli(cloruro de vinilo), polietileno halogenado, polivinilpirrolidona, terpolfmeros de acrilonitrilo butadieno-estireno (ABS), copolfmeros de estireno-anhndrido maleico y derivados esterificados u otros de los mismos, poliamida, o copolfmeros de acetato de vinilo, eteres de polivinilo y copolfmeros de eteres de vinilo, almidones y derivados de almidon, protemas, policaprolactona, poli(acido lactico), polihidroxialcanoatos, protemas, poliacidos, polianhndridos, poliisocianatos, polioles/polieteres, y copolfmeros o terpolfmeros de los anteriores y similares, y otros polfmeros que contienen los monomeros de dichos polfmeros y que incluyen copolfmeros o polfmeros de injerto de los anteriores con acidos insaturados tales como acido acnlico o metacnlico o sus esteres o anhndrido/acido maleico, o sus esteres o semiesteres, o con alcohol de vinilo o esteres de vinilo (por ejemplo acetato de vinilo, butirato de vinilo), o con glicidilo; metacrilato/acrilato. Los compuestos termoplasticos que comprenden uno o mas de los anteriores tambien son adecuados. Las formas oligomericas de los anteriores tambien se pueden usar. Otros ingredientes que pueden incluirse incluyen aditivos plastificantes o flexibilizadores o co-reactivos tales como gliceroles, sorbitol, otros polioles, tensioactivos, aminas o aminoalcoholes, acidos/esteres grasos, esteres u otros derivados de acidos tales como acido lactico, acido itaconico, acido cftrico, acido maleico, acidos ftalicos u otros y tambien gomas o sus derivados. En el proceso de la invencion, las resinas tales como las anteriores u otras pueden formularse y usarse como el polfmero y/o aditivos. Los polfmeros pueden, en algunos casos, formarse in situ a partir de sus monomeros u oligomeros de partida o componentes. Por consiguiente, el(los) polfmero(s) anadido(s) o aditivos pueden incluir monomeros u oligomeros reactivos con grupos reactivos, aplicados como dispersiones acuosas, emulsiones o como lfquidos puros o medios fundidos, o un polfmero o copolfmero con uno o mas de un grupo acido, anhndrido, epoxi, amina, isocianato, silano o silanol. El polfmero termoplastico puede tener una temperatura de ablandamiento, temperatura de transicion al cristal o punto de fusion por debajo de 230°C, o por debajo de 200°C. Los polfmeros termoplasticos preferidos son polfmeros que pueden procesarse como una sustancia termoplastica o elastomeros y se clasifican en esta memoria como sustancias termoplasticas y constituyen una subclase preferida de polfmeros plasticos. Ejemplos de elastomeros adecuados para la preparacion de concentrados de esta invencion son caucho natural, caucho de estireno-butadieno (SBR), caucho de etilenpropileno (EPR), terpolfmero de etileno-propileno (EPDM), caucho de acrilonitrilo butadieno (NBR), copolfmero de etileno-acetato de vinilo, caucho de silicona, caucho de polibutadieno, cis-polibutadieno, trans- polibutadieno, neopreno, poliisopreno y caucho de butilo, cauchos de dieno vulcanizables con azufre. Los cauchos de

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dieno incluyen caucho tanto de baja como alta insaturacion, estando la insaturacion o bien en una cadena lateral o en la estructura del poffmero y o bien conjugada o no conjugada. Ejemplos de otros polfmeros adecuados incluyen poffmeros de acrilato, polfmeros de uretano, polietileno clorosulfonado, poli(cloruro de vinilo), polietileno halogenado, poliestireno, poli(acetato de vinilo), poli(alcohol de vinilo), polivinilpirrolidona, terpolfmeros de acrilonitrilo butadieno- estireno (ABS), copoKmeros de estireno-anhndrido maleico y derivados esterificados u otros, poliamidas, poliesteres, o copoffmeros de acetato de vinilo, copolfmeros de olefinas (etileno, propileno,...) con acidos insaturados tales como acido acfflico o metacfflico o anhndrido maleico o con alcohol de vinilo o esteres de vinilo, poli(eteres de vinilo) y copolfmeros de eteres de vinilo, almidones y derivados de almidon, policaprolactona, poli(acido lactico), polihidroxialcanoatos, protemas, poliacidos, polianhndridos, poliisocianatos, polioles/polieteres, y copoKmeros y terpolfmeros y similares, que contienen los monomeros de dichos poKmeros. Las mezclas que comprenden uno o mas de los anteriores tambien son adecuadas. En el proceso de la invencion, las resinas tales como las anteriores u otras pueden formularse y usarse como el componente termoplastico y/o aditivos. Por consiguiente, el(los) poffmero(s) anadido(s) o aditivos pueden incluir monomeros u oligomeros reactivos con grupos reactivos, aplicados como dispersiones acuosas, emulsiones o como lfquidos puros o medios fundidos por ejemplo como un adhesivo fundido en caliente.

El aglutinante puede actuar tambien como un agente compatibilizante para la fibra y el plastico de matriz basica en el compuesto final, y, por consiguiente, la presente invencion permite que se anada un agente compatibilizante a la fibra y el aglutinante para proporcionar una mayor union entre los poffmeros y la fibra de madera. El agente compatibilizante puede ser cualquiera de los poffmeros anteriores y sus mezclas o combinaciones y puede ser, o contener, otros materiales anadidos tambien. Puede ser un sistema polimerico formulado o reactivo. Para los compuestos finales de matriz de poliolefina es preferiblemente un copoffmero con funcionalidad maleato o acido, tal como polipropileno con maleato, polietileno con maleato, o un copoffmero o terpoffmero de acrilato de etileno o etileno acetato de vinilo. Preferiblemente el agente compatibilizante es un poffmero emulsionado o disperso o uno disuelto en agua o es un poffmero en polvo mezclado o disperso facilmente en la resina de formaldehndo. De forma alternativa puede formularse como un adhesivo fundido en caliente, con resinas y/o ceras fijadoras anadidas por ejemplo, y, si se desea, introducido de forma separada a la resina de formaldehffdo.

La resina termoendurecible puede modificarse mediante el(los) poffmero(s), y/u oligomero(s) y/o monomero(s) termoplastico(s), o bien mezclandola en los prepoffmeros de resina, o en smtesis de prepoffmeros de resina, o en el equipo de adicion o impregnacion de la lmea de soplado, o bien en puntos de adicion duales simultaneos o separados. De forma alternativa, las resinas termoendurecibles pueden modificarse mediante la incorporacion del componente termoplastico en la smtesis de la resina de formaldehffdo incorporandolas en la estructura del prepoffmero de resina. El componente termoplastico puede anadirse tambien de forma separada durante un proceso de impregnacion en el procesado de la fibra y por ejemplo la resina termoendurecible puede anadirse en un punto en un proceso de impregnacion en el refinado de la fibra y el componente termoplastico modificador puede anadirse en otro punto o puerto en el mismo proceso (por ejemplo, en diferentes puntos durante la impregnacion en la lmea de soplado). La resina termoendurecible puede ser una resina con base acuosa. El sistema polimerico, oligomerico o monomerico termoplastico modificador puede anadirse como una disolucion con base de agua, formulacion de dispersion o como una formulacion de baja fusion o fundida en caliente o como un material tipo cera. Los sistemas adhesivos fundidos en caliente formulados tambien son utiles como el sistema polimerico modificador, particularmente cuando se anaden por medio de un punto de adicion separado a la inyeccion de resina de formaldehffdo. Ejemplos de adhesivos fundidos en caliente tambien incluyen los poffmeros anteriores mezclados con o formulados para flujo en fusion con agentes de pegajosidad, resinas, rosinas y/o ceras y similares, anadidos.

Como se indica en otras realizaciones se usa una baja cantidad de urea formaldehffdo sin un componente termoplastico modificador. En esta realizacion, el producto solido puede comprender o menos de 6 partes, preferiblemente entre 0,2 y 5 partes de urea formaldehffdo solo, por 100 partes de fibra en pesos secos. En algunas formas, los granulados o granulos preferiblemente comprenden 4 o 5 partes de urea formaldehndo solo, por 100 partes de fibra en pesos secos.

Se usa como fibra preferiblemente pulpa termomecanica o refinada termo-mecanicamente o pulpa quimio-mecanica, o pulpa quimio-termomecanica, en donde puede darse la pre-digestion opcional de fibras o astillas antes de entrar a la refinadora de fibras. Mas preferiblemente se usa pulpa termomecanica a alta temperatura, tal como fibra de tableros de fibra de densidad media (MDF). Por consiguiente, una realizacion de esta invencion usa procesos MDF (tablero de fibra de densidad media) modificados para superar las dificultades y problemas resaltados anteriormente en la alimentacion de fibra, secado de fibra y compatibilidad de fibra-plastico. Preferiblemente una fraccion principal de las fibras tiene una relacion de aspecto de al menos 10:1, mas preferiblemente al menos 20:1, y lo mas preferiblemente al menos 25:1.

Aunque en principio cualquier fibra o relleno puede usarse en la invencion las ventajas son mas evidentes con fibras u otros rellenos que son diffciles de alimentar en los mecanismos de procesado de plasticos, u otros, en sus formas individuales, separadas, sueltas, normales u otras facilmente disponibles. En particular se prefieren las fibras celulosicas o ligno-celulosicas especialmente de offgenes naturales tales como madera (todos los tipos), fibras de plantas o cultivos (canamo, paja, trigo, lino, lino NZ, mafz, coco, hierbas, kenaf, yute, sisal, ramio, kudzu), y fibras animales tales como lana/queratina, otras fibras de protema. A menudo dichas fibras tienen bajas densidades aparentes y son haces de fibras entrelazadas o rizadas diffciles para hacer fluir o alimentar en pequenos orificios y para transportar de forma medida a los extrusores, etc.

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Como se indica en algunas realizaciones el proceso incluye transportar las fibras a lo largo de un conducto en una corriente seca o humeda e introducir la formulacion aglutinante en el interior del conducto para aplicar la formulacion a las fibras mientras las fibras se estan moviendo a traves del conducto. Como se indica el aglutinante puede estar en disolucion acuosa o ser una dispersion polimerica emulsionada o acuosa sola o en mezcla con otros co-disolventes o comprender una formulacion de ingredientes que es una dispersion, emulsion o disolucion o un lfquido puro o es un polvo. Pueden usarse solutos o medios de dispersion alternativos tales como alcoholes u otros disolventes organicos. Pueden usarse latex. Los polvos polimericos secos o puros pueden usarse tambien bajo condiciones variables y ceras o polfmeros o mezclas de bajo punto de fusion, tan altos o 100% solidos, pueden usarse tambien segun las necesidades de viscosidad y pegajosidad del aparato de aplicacion tal como una pistola/boquilla de pulverizacion. Pueden usarse tubos calientes y boquillas calientes para ayudar en la introduccion de dichos materiales. En otra forma el proceso incluye introducir el agente de union en una forma particulada en el conducto soplando el particulado en el interior del conducto mientras las fibras o partmulas se mueven a traves del conducto, para mezclarlo de forma mtima con las fibras. Puede anadirse polvo de resina adicional (el mismo o diferente del que se aplica humedo o como un polvo en la lmea de soplado o en otros puntos de la corriente de fibra que fluye) al montaje de colchon o etapa de prensado. Preferiblemente las fibras tienen una longitud de fibra o longitud del haz de fibras promedio de al menos aproximadamente 0,8 mm, mas preferiblemente al menos aproximadamente 1 mm.

El aglutinante mantiene juntas las fibras cuando se conforman o prensan o calientan en una lamina u otra forma, y cuando dichos prensados o formas se cortan o dividen en granulados o granulos, y el aglutinante o recubrimiento tambien permitira aun la posterior alimentacion conveniente en, y procesado en, procesos y maquinaria de plastico y la mezcla y el moldeo con otros materiales plasticos. El proceso puede incluir ademas pre-recubrir o pre-recubrir parcialmente o pre-compatibilizar la madera u otras fibras naturales, o introducir otros materiales funcionales sobre, en, o cerca de, dichas fibras, que pueden procesarse entonces en un granulado o materia prima conveniente para usar en el procesado de plastico, y mezclar con plasticos y otros materiales, especialmente en procesos termoplasticos tales como moldeo por extrusion o inyeccion.

La formulacion aglutinante puede introducirse en el conducto pulverizando la formulacion en el interior del conducto mientras las fibras se mueven a traves del conducto o vertiendola en el interior del conducto o introduciendola en el conducto como un flujo fundido, para recubrir o recubrir parcialmente las fibras. El conducto puede transportar las fibras desde una etapa de refino en una planta para la fabricacion de tableros de fibra. El conducto puede transportar las fibras a o desde una etapa de secado o secador. El aglutinante puede anadirse a un refinador o a una lmea de soplado o a un secador o a algun punto, antes de o despues de cualquiera de estas etapas en los tubos o tubenas o tambores u otros recipientes que transportan o transfieren fibra de forma continua en el proceso. El aglutinante puede aplicarse a fibras humedas o fibras secas o a fibras con un contenido de humedad en equilibrio o casi equilibrio (EMC (del ingles equilibrium moisture content), tfpicamente del orden del 12% en peso de humedad). El recubrimiento de aglutinante se anade a la fibra, corriente que fluye, que puede contener haces o finos, y que se arrastran en aire o aire con alta humedad, en cualquier punto del proceso MDF, o procesos de fabricacion de impregnacion - refinado de fibra relacionados.

Las realizaciones de la invencion producen un panel solido, lamina o perfil compactando, por ejemplo con calor y presion en una prensa, la fibra humedecida con polfmero anadido. Preferiblemente se usa una prensa caliente para comprimir la fibra en un panel solido o lamina. El panel puede dividirse entonces en granulados o granulos que producen concentrados de fibra pre-compatibilizados que pueden entonces alimentarse y medirse facilmente a extrusores u otra maquinaria de procesado de plasticos, normalmente con pre-secado. En un ejemplo de la invencion los granulados o granulos que contienen fibra de madera y polfmero(s) pueden prepararse por ejemplo cortando o laminando la forma consolidada que resulta del prensado.

Tfpicamente el proceso incluye entonces la formacion de las fibras en un producto solido prensando las fibras a un producto solido en forma plana. El proceso puede incluir el prensado de las fibras entre bandejas calientes o en una prensa continua caliente. El proceso puede incluir el prensado de las fibras en una lamina de hasta aproximadamente 2 cm de espesor, hasta aproximadamente 1 cm de espesor, hasta aproximadamente 5 mm de espesor. Tambien se ha encontrado sorprendentemente que los productos solidos formados por el proceso de la invencion o al menos realizaciones del mismo pueden tener propiedades mecanicas superiores tales como resistencia a la tension y/o dureza por ejemplo, a productos compuestos formados de la misma forma pero con solo un aglutinante termoendurecible o solo termoplastico, de manera que los productos solidos pueden ser utiles como productos finales, tales como paneles o como repuestos compuestos para las molduras de tableros de fibra de densidad media por ejemplo.

El proceso puede incluir entonces la rotura del producto de panel solido resultante a dichos granulados o granulos cortando o serrando el producto solido. Los granulados pueden ser mas largos que la longitud de fibra promedio de las fibras en los granulados.

Una prensa, por ejemplo, un proceso MDF tradicional u otro proceso de refinado, puede usarse para producir fibra de madera a partir de madera o fibra de plantas naturales de plantas, y despues aplicar el aglutinante en la lmea de soplado o refinador y procesos relacionados. La mezcla fibra-aglutinante se seca y se forma en una estera antes de prensar en una prensa MDF tradicional para producir laminas. Las laminas se reducen posteriormente a concentrados, aglomerados, partmulas, cintas o granulados que pueden alimentarse al equipo de procesado de plasticos. Por

5

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55

ejemplo, las laminas pueden cortarse y granularse con longitudes de granulado de cualquier longitud deseada segun el conjunto de longitudes de corte y las dimensiones de lamina prensada iniciales. Preferiblemente la longitud del granulado sera mas larga que la longitud de fibra. Pueden usarse, por ejemplo 2 mm, 3 mm o 4 mm o 5 mm o 6 mm o mas largo.

Para dejar que la fibra MDF permanezca consolidada despues del prensado, se anade el aglutinante, por ejemplo, en la lmea de soplado poco despues de formarse las fibras en el proceso. De forma alternativa, las fibras pueden recogerse desde el proceso de refinado y posteriormente hacerse fluir de nuevo de forma turbulenta en una corriente, despues pulverizarse o impregnarse con disolucion o dispersion de polfmero aglutinante. El aglutinante necesita tener suficiente resistencia para mantener a las fibras en una lamina y en un granulado solido, cuando se granula. El aglutinante debena tener una temperatura de transicion al cristal, fusion, disociacion, ablandamiento o degradacion de manera que las fibras puedan volverse moviles en el equipo de procesado de plasticos, tal como en el tambor de un extrusor, y formar una mezcla uniforme con el material termoplastico con que se esta mezclando. El aglutinante puede anadirse a solidos de bajas cargas de fibra. Preferentemente el aglutinante actuara para mejorar la compatibilidad entre la fibra y la matriz de plastico basica. Preferentemente las fibras recubiertas de aglutinante se prensan bajo calor para formar una lamina con suficiente integridad para aguantar los procesos de corte y granulado. Esto tambien puede dar o retener la mezcla, contacto o union mtima del aglutinante/compatibilizador con la fibra y/o eliminar algo de la humedad.

El proceso puede realizarse tipicamente en muchos molinos de MDF o aglomerado convencionales en donde las fibras se refinan y se impregnan en la lmea de soplado o instalaciones similares, se prensan bajo calor, aunque, en el proceso de la invencion, despues se rajan y cortan en granulados y, preferentemente, la resina aglutinante es un sistema de resina que es compatible con la ultima matriz termoplastica de eleccion y procesable en maquinaria de plasticos tales como moldeo por extrusion o inyeccion. Por consiguiente, es factible que los molinos de MDF o similares convencionales, o sus productos, puedan adaptarse para producir concentrados de fibra para el moldeo por extrusion o inyeccion de plasticos u otros procesos de moldeo, para fabricar compuestos de fibra-plastico. La formulacion aglutinante puede comprender ademas otros aditivos tales como estabilizadores, plastificadores, auxiliares de procesado, retardantes de llama, promotores de adhesion, colorantes, lubricantes, agentes anti-estaticos, compuestos bioactivos, aditivos lfquidos o solidos diffciles de introducir en el extrusor o necesarios a bajos niveles totales y pueden incluir tambien resinas reactivas o funcionales tales como resinas epoxi. El prensado de las laminas intermedias puede realizarse en un intervalo de densidades de lamina. La granulacion de dichas laminas puede realizarse por una variedad de metodos y puede usarse un intervalo de longitudes y dimensiones y formas de granulado. El pre-modelado o impresion de las laminas puede realizarse durante o despues de la fabricacion de la lamina para ayudar a la posterior fabricacion del granulado.

Los granulados o granulos de fibra de madera o el producto en otra forma intermedia solida pueden usarse para alimentar el equipo de procesado termoplastico, tal como extrusores o moldeadores por inyeccion. Cuando se mezclan los granulados ricos en fibra con los granulados de plastico y/u otros aditivos en un extrusor son factibles varias combinaciones de enfoques de mezcla y posiciones relativas de introduccion. El granulado de fibra puede anadirse directamente a una maquina de moldeo por inyeccion o extrusion de plasticos, con granulados de plastico anadidos, esencialmente sin dano a al menos una fraccion principal de la fibra de manera que la fibra se dispersa a traves de material plastico fundido en la maquina, para formar un producto compuesto de plasticos-fibra. Un agente de acoplamiento entre las fibras y el material plastico en la maquina puede introducirse tambien en la maquina de extrusion o moldeo de plasticos para mezclarse con las fibras. Adecuado como un agente de acoplamiento puede ser cualquiera o mas de un acido organico, poliolefina con maleato, silano, silicato, titanato, clorotriazina, anhfdrido, epoxido, isocianato, acrilato, amida, imida, o acido abietico. Los agentes de acoplamiento preferidos incluyen cualquiera o mas de una poliolefina con maleato que incluyen un antudrido o acido maleico, un silano, politetrafluoroetileno modificado con acnlico o una cloroparafina.

Ademas se ha encontrado sorprendentemente que los productos solidos formados por el proceso de la invencion con modificacion termoplastica de un aglutinante de resina termoendurecible pueden tener propiedades mecanicas superiores tales como resistencia a la tension y/o dureza por ejemplo, de manera que los productos solidos pueden ser utiles como productos finales, tales como paneles o como repuestos compuestos para molduras de tablero de fibra de densidad media por ejemplo.

Ejemplos

La siguiente descripcion del trabajo experimental ilustra adicionalmente la invencion, aunque no se va a considerar de ninguna forma limitante y pueden hacerse modificaciones con respecto a la invencion por un experto en la tecnica.

Ejemplo 1 - resina UF modificada termoplastica

Materiales

- Resina de urea formaldetudo (UF) E0 con 65% de contenido en solidos (con base de agua).

- Emulsion de etileno acetato de vinilo (EVA) DA-101 (con base de agua) con 55% de contenido en solidos.

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- Polvo de acetato de vinilo etileno (VAE) 100% en solidos.

- Emulsion de polipropileno con anhndrido maleico (MAPP) (con base de agua) con 40% de contenido en solidos.

- Dispersion de etileno acido acnlico (EAA) (con base de agua) con 25% de contenido en solidos.

- Matriz de polipropileno con MFI 25 (230°C/2,16 kg).

- Polipropileno con anhndrido maleico (MAPP).

- Fibra de madera refinada procedente de astillas de pino radiata.

Formulaciones de aglutinante

Se anadieron de forma separada cuatro polfmeros termoplasticos diferentes a UF a 20 y 40% de carga en base solida. Se prepararon nueve disoluciones aglutinantes. Estas se enumeran en la Tabla 1.

Tabla 1: Composicion de las diferentes formulaciones de polfmero termoplastico UF

Composicion (% en base solida): Contenido en solidos (%)

20% de EVA + 80% de UF: 62,75

40% de EVA + 60% de UF: 60,6

20% de EAA + 80% de UF: 44,8

40% de EAA + 60% de UF: 39,63

20% de VAE + 80% de UF: 58,2

40% de VAE + 60% de UF: 53,1

20% de MAPP + 80% de UF: 57,8

40% de MAPP + 60% de UF: 52

100% de UF: 65

Todas las formulaciones de aglutinante se prepararon juntando los componentes y agitando con un mezclador de alta cizalladura a 8000 rpm durante 2 minutos, y se pulverizaron “en fresco” en la fibra de madera, inmediatamente despues de la mezcla o con un retraso de menos de una hora. El polvo de VAE se puso en suspension de agua a un 37,5% de contenido en solidos antes de mezclarse con la resina UF.

Paneles de MDF y granulados de madera

Se hicieron paneles MDF a una escala de laboratorio cada uno como sigue: fibras de madera con un contenido de humedad inicial de 8,5% se introdujeron en un mezclador y 5% de aglutinante (en una base solida), en base a fibra de madera seca en horno y dejando el 58% de perdidas en la pistola de pulverizado, se pulverizo en las fibras. Las fibras de madera recubiertas se formaron en una estera de 278x255 mm, con 170 g de fibra OD por estera. La estera se prenso en caliente a 180°C entre dos placas de prensa con un espaciador de 3,05 mm en ambos lados del panel durante 3 minutos a 120 kilo-Newtons. Una densidad de 750 kg/m3 se fijo como objetivo para cada panel. Diez muestras de panel MDF se hicieron con las nueve formulaciones de aglutinante preparadas como se describe anteriormente mas un panel MDF sin ninguna resina en la fibra considerado como una referencia. Los paneles se cortaron en granulados de 5*5 mm. Una tira de 50 mm se corto en la mitad de cada panel para ensayos de union interna. Todas las muestras se cribaron para eliminar y medir el polvo provocado por la etapa de corte.

Compuestos

Los granulados de madera MDF y MAPP se secaron en horno a 100°C y 60°C respectivamente toda la noche (~16 horas) antes de la extrusion. Las fibras MDF se combinaron con el polfmero en un extrusor Labtech™ de doble husillo tipo LTE 26-40 (tornillos co-rotatorios de 26 mm; l/d=40) con un respiradero. Una premezcla de 40% en peso de granulados MDF/57% en peso de PP/3% en peso de MAPP se alimento “corriente arriba” en el extrusor por la tolva principal. El compuesto paso a traves de una matriz de cuatro hebras y se enfrio con agua antes de hacerse granulado. Se usaron condiciones de extrusiones de baja cizalladura para evaluar la capacidad de los granulados MDF para “liberar” las fibras en el polfmero. Los ajustes del extrusor se esbozan en la Tabla 2 y la Tabla 3.

Tabla 2: Temperatura del tambor del extrusor

Zona: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Matriz

T (°C): 180 180 180 180 180 180 180 180 180 180

Tabla 3: Ajustes del extrusor

Velocidad del tornillo rotacional (rpm): Velocidad del tornillo de tolva (rpm)

100: 40

5 Los parametros de extrusion monitorizados para cada compuesto se presentan en la Tabla 4; la temperatura del fundido se mantuvo por debajo de 200°C.

Tabla 4: Parametros de extrusion

: Temperatura de fusion (°C)

Etiqueta: Torque (%) Presion de la matriz (bar) 1 2 3 4 Matriz

20EVA: 48 68 173 179 176 177 184

40EVA: 48 60 172 178 174 175 182

20EAA: 48 67 165 173 169 171 176

40EAA: 48 60 166 169 168 169 174

20VAE: 48 62 176 179 178 179 187

40VAE: 48 59 175 180 177 179 186

20MAPP: 0* 0* 0 0 0 0 0

Resina UF pura: 48 57 166 174 168 170 175

Sin aglutinante “H2O”: 0* 0* 0 0 0 0 0

Las diez muestras de granulados de madera-plastico se secaron en un horno a 60°C toda la noche y despues se 10 moldearon por inyeccion usando las cavidades de molde de muestras de tension y flexion como en la Tabla 5 posterior.

Temperaturas del tambor (Celsius)

Boquilla: 3 2 1

180
180
180
180

Temperatura del molde (Celsius)

30

Posicion del tambor (mm)

6: 5 4 3 2 1

4: 5 6 7 8 40

5

10

15

20

25

Velocidad del tornillo (rpm)

2: 1

50: 75

Velocidad de inyeccion (mm/s)

3: 2 1

44: 58 80

Presion de inyeccion (bar)

2: 1

85: 75

Tiempo de retencion (s)

3: 2 1

2: 1,2 0,5

Presion de retencion (bar)

4: 3 2 1

25
25
25: 30

Tabla 5: parametros de moldeo por inyeccion

Todos los granulados MDF se alimentaron facilmente a traves del extrusor aparte de los granulados “sin aglutinante”. La integridad del granulado se mantuvo, y las fibras se liberaron totalmente en el extrusor bajo condiciones de extrusion de baja cizalladura. Se observaron buenas propiedades mecanicas de los compuestos relevantes.

Ejemplo 2 - resina UF modificada termoplastica con agente de acoplamiento

La influencia de la relacion compuesto termoplastico:UF en las propiedades de los paneles MDF se investigo y el efecto en el proceso de granulado del panel en granulados. Se reconoce en la industria de paneles MDF que se necesita una resistencia cohesiva minima del panel para poder fabricarlo en una lmea de produccion que usa una prensa caliente continua. El panel abandona la prensa mientras esta aun caliente lo que podna comprometer la union con la presencia de compuestos termoplasticos porque aun puede estar blando a esta temperatura. Como resultado, el riesgo de hacer explotar el panel podna ser cntico. Ademas, el adhesivo debe mantener las fibras juntas durante el granulado o de otra forma una gran cantidad de material se desperdiciana y un riesgo de incendio y problema de salud surgina con la cantidad de polvo que se generana.

Materiales

- Resina de urea formaldehudo (UF) E0 con 65% de contenido en solidos (con base de agua).

- Matriz de polipropileno con MFI 25 (230°C/2,16 kg).

- Polietileno de alta densidad (HDPE) con MFI 18.

- Polipropileno con anhfdrido maleico (MAPP).

- Polietileno con anhndrido maleico (PEAM).

- Fibra de madera refinada procedente de astillas de pino radiata.

Formulaciones aglutinantes

La resina UF se modifico anadiendo las emulsiones de EVA o EAA a diferentes relaciones, 5, 10, 20 y 40% en peso 5 en una base solida. Estas se enumeran en la Tabla 6. Todas las formulaciones se prepararon anadiendo juntos los componentes y agitando a 8000 rpm durante 2 minutos, y se pulverizaron en la fibra de madera “fresca”, inmediatamente despues de mezclar o con un retraso menor de una hora.

Tabla 6: Composicion de las diferentes formulaciones de UF-polfmero termoplastico

Composicion (% en peso en base de solidos): Contenido en solidos (%)

3% de resina UF: 65,0

6% de resina UF: 65,0

12% de resina UF: 65,0

3% de EVA: 55,0

6% de EVA: 55,0

12% de EVA: 55,0

3% de EAA: 25,0

6% de EAA: 25,0

12% de EAA: 25,0

3% (5% de EVA + 95% de UF): 64,5

3% (10% de EVA + 90% de UF): 63,8

3% (20% de EVA + 80% de UF): 62,7

3% (40% de EVA + 60% de UF): 60,6

6% (5% de EVA + 95% de UF): 64,5

6% (10% de EVA + 90% de UF): 63,8

6% (20% de EVA + 80% de UF): 62,7

6% (40% de EVA + 60% de UF): 60,6

12% (5% de EVA + 95% de UF): 64,5

12% (10% de EVA + 90% de UF): 63,8

12% (20% de EVA + 80% de UF): 62,7

12% (40% de EVA + 60% de UF): 60,6

3% (5% de EAA + 95% de UF): 60,2

3% (10% de EAA + 90% de UF): 56,0

3% (20% de EAA + 80% de UF): 49,2

3% (40% de EAA + 60% de UF): 39,0

6% (5% de EAA + 95% de UF): 60,2

6% (10% de EAA + 90% de UF): 56,0

6% (20% de EAA + 80% de UF): 49,2

6% (40% de EAA + 60% de UF): 39,0

12% (5% de EAA + 95% de UF): 60,2

12% (10% de EAA + 90% de UF): 56,0

12% (20% de EAA + 80% de UF): 49,2

12% (40% de EAA + 60% de UF): 39,0

Paneles MDF y granulados de madera

Los paneles MDF se hicieron en una escala de laboratorio generalmente como se describe en el ejemplo 1 anterior, con las formulaciones enumeradas en la Tabla 6. Se corto una tira de 50 mm en la mitad de cada panel para el ensayo 5 de union interna. El resto de los paneles MDF se cortaron en granulados de 5*5 mm con la maquina cortadora. Todas

las muestras se cribaron para eliminar y medir el polvo provocado por el proceso de granulado.

Compuestos

Los granulados se introdujeron en un extrusor generalmente como se describe en el ejemplo 1 anterior. Una premezcla de 40% en peso de granulado MDF con 57% en peso de PP o HDPE, con 3% en peso de MAPP o PEAM (Tabla 7 y 10 8) respectivamente se alimento en el extrusor. Se usaron condiciones de extrusion de baja cizalladura para evaluar la

capacidad de los granulados para liberar las fibras en el polfmero bajo mezcla suave. Algunas de las formulaciones se replicaron sin un agente de acoplamiento. Los WPC hechos a partir de granulados MDF con 3 y 6% en peso de EVA en las fibras fueron diffciles de alimentar en el extrusor porque la premezcla tema que empujarse a traves de los tornillos con un palo de madera ya que el material se acumulaba en el puerto de alimentacion. Este efecto estaba 15 provocado por los granulados MDF que eran mas voluminosos/esponjosos que los demas (los granulados no mantuvieron la integridad despues del cortado).

Tabla 7: Compuestos de madera y plastico con base de PP con agente de acoplamiento

40% en peso de refuerzo Carga de resina en MDF Composicion de la resina

3% en peso en MDF: 100% de UF

5% de EAA/95% de UF

10% de EAA/90% de UF

20% de EAA/80% de UF

40% de EAA/60% de UF

100% de EAA

6% en peso de MDF: 100% de UF

5% de EAA/95% de UF

10% de EAA/90% de UF

20% de EAA/80% de UF

40% de EAA/60% de UF

100% de EAA

12% en peso en MDF: 100% de UF

5% de EAA/95% de UF

10% de EAA/90% de UF

20% de EAA/80% de UF

57% en peso de matriz

3% en peso de agente de acoplamiento

PP

MAPP

: 40% de EAA/60% de UF

100% de EAA

3% en peso en MDF: 5% de EVA/95% de UF 10% de EVA/90% de UF

20% de EVA/80% de UF

40% de EVA/60% de UF

100% de EVA

6% en peso de MDF: 5% de EVA/95% de UF

10% de EVA/90% de UF

20% de EVA/80% de UF

40% de EVA/60% de UF

100% de EVA

12% en peso de MDF: 5% de EVA/95% de UF

10% de EVA/90% de UF

20% de EVA/80% de UF

40% de EVA/60% de UF

100% de EVA

Tabla 8: Compuestos de madera y plastico con base de HDPE con agente de acoplamiento

40% en peso de refuerzo Carga de resina en MDF Composicion de la resina: 57% en peso de matriz 3% en peso de agente de acoplamiento

: 100% de UF

3% en peso de MDF: 20% de EAA/80% de UF

40% de EAA/80% de UF

: 100% de EAA

: 100% de UF

6% en peso de MDF: 20% de EAA/80% de UF

40% de EAA/60% de UF

: 100% de EAA HDPE PEAM

: 100% de UF

12% en peso de MDF: 20% de EAA/80% de UF

40% de EAA/60% de UF

: 100% de EAA

: 20% de EVA/80% de UF

3% en peso de MDF: 40% de EVA/60% de UF

: 100% de EVA

20% de EVA/80% de UF

6% en peso de MDF 40% de EVA/60% de UF

100% de EVA

20% de EVA/80% de UF

12% en peso de MDF 40% de EVA/60% de UF

100% de EVA

Tabla 9: Compuestos de madera y plastico con base de PP sin agente de acoplamiento

40% en peso de refuerzo Carga de resina en MDF Composicion de la resina

3% en peso en MDF: 100% de UF

20% de EAA/80% de UF

100% de EAA

6% en peso en MDF: 100% de UF

20% de EAA/80% de UF

100% de EAA

12% en peso en MDF: 100% de UF

20% de EAA/80% de UF

100% de EAA

3% en peso en MDF: 20% de EVA/80% de UF

100% de EVA

6% en peso en MDF: 20% de EVA/80% de UF

100% de EVA

12% en peso en MDF: 20% de EVA/80% de UF

100% de EVA

60% en peso de matriz

PP

Tabla 10: Compuestos de madera y plastico con base de HDPE sin agente de acoplamiento

40% en peso de refuerzo Carga de resina en MDF Composicion de la resina: 60% en peso de matriz

3% en peso en MDF: 100% de UF HDPE

20% de EAA/80% de UF

100% de EAA

6% en peso en MDF: 100% de UF

20% de EAA/80% de UF

100% de EAA

5

10

15

20

25

30

35

: 100% de UF

12% en peso en MDF: 20% de EAA/80% de UF

: 100% de EAA

3% en peso en MDF: 20% de EVA/80% de UF

100% de EVA

6% en peso en MDF: 20% de EVA/80% de UF

100% de EVA

12% en peso en MDF: 20% de EVA/80% de UF

100% de EVA

Las muestras de granulados de WPC se secaron en un horno a 60°C toda la noche y despues se moldearon por inyeccion.

Ensayo

Perfil de densidad

Un perfilador de densidad Proscan se uso para medir el perfil de densidad de cada muestra ensayada para la resistencia de la union interna (union interna). La densidad promedio de la muestra se midio, ademas del perfil de densidad a traves de la seccion transversal de la muestra. Todos los paneles MDF teman una densidad promedio cercana a los 750 kg/m3 que eran objetivo.

Union interna

Dos de los cuatro paneles hechos para cada formulacion se ensayaron para la union interna en una maquina de ensayo universal Zwick 1445 con un movimiento de cruceta de 1 mm/min y precarga de 10 Newtons. La fuerza de union interna mas baja fue del panel MDF hecho de resina EVA pura, especialmente a baja carga. Todas las demas formulaciones teman un valor de union interna por encima de 0,5 Mpa lo que indica una union de fibra suficientemente alta para producir un panel MDF en una lmea comercial.

Dispersion de fibra

La resina UF modificada incorporando un polfmero termoplastico en ella dio por resultado una dispersion y distribucion mas sencilla y mejor de los granulados de fibra durante la formacion del compuesto por extrusion con plastico.

Se tomaron fotos de la muestra de ensayo de tension moldeado por inyeccion para evaluar visualmente la dispersion de los granulados MDF en fibras individuales en la matriz de plastico despues del procesado.

A una relacion de 20% en peso de compuesto termoplastico y particularmente a una relacion de 40% en peso del compuesto termoplastico pudo verse una alta dispersion de fibra en las superficies de los WPC moldeados por inyeccion.

Generacion de polvo

Los paneles MDF se cortaron en granulados cuadrados de 5x5 mm con una maquina de corte neumatica. Se realizo una medida de polvo en los granulados de madera MDF recogidos; los granulados de madera se introdujeron en una caja de cribado con un tamano de malla de 2 mm y se agitaron a mano durante un minuto. Las partfculas que pasaron a traves de la malla se pesaron y se convirtieron en un “porcentaje de polvo” de la masa de granulado original. Algo de polvo se genero durante la formacion de granulados de los paneles MDF en granulados de madera MDF. El polvo estaba compuesto de finos de madera y fibras sueltas. Para un manejo seguro, los granulados MDF necesitan tener bajo polvo residual. Los granulados de madera MDF con 3% en peso de adhesivo EVA puro teman el nivel mas alto de polvo generado por formacion de granulado con 6,6% y eran menos que optimos para el manejo y alimentacion en el extrusor. Aparte de para las formulaciones de 3 y 6% en peso de EVA, todos los granulados mDf mostraron buena integridad de granulado y permitinan un facil manejo de granulados para el transporte y facil alimentacion en un extrusor.

Agente de acoplamiento

El uso de un agente de acoplamiento es ventajoso para alcanzar las propiedades mecanicas optimas cuando se formula plastico reforzado con fibra natural. El agente de acoplamiento crea un puente entre la fibra y el plastico;

reacciona con la superficie de la fibra y es compatible con la matriz de plastico asegurando as^ una buena transferencia de tension entre los dos componentes.

Ejemplo 3 - Resina de isocianato modificada con compuesto termoplastico Materiales

5 - Resina de diisocianato de metilendifenilo (MDI), 100% solida, forma lfquida.

- Emulsion de polietileno (PE) (con base acuosa) con 40% de contenido en solidos.

- Matriz de polipropileno con MFI 25 (230°C/2,16 kg).

- Polipropileno con anhfdrido maleico.

- Fibra de madera refinada a partir de astillas de pino radiata.

10 Carga de resina en MDF y mezclas de relacion MDI/PEAM

Se propusieron dos formulaciones MDI-PE como en la Tabla 1 generalmente como se describe en los ejemplos anteriores y se anadieron a la fibra de madera MDF para hacer paneles MDF como se describe anteriormente. La resina MDI se modifico anadiendo 20% en peso de emulsion de PE en ella, en una base solida.

Tabla 8: Composicion de las diferentes formulaciones MDI-compuesto termoplastico

Composicion (% en peso en base solida): Contenido en solidos (%)

1% (20% de PE + 80% de MDI): 73,2

3% (20% de PE + 80% de MDI): 73,2

15

Union interna

Ambas formulaciones aglutinantes produjeron un valor de union interna por encima de 0,5 Mpa que indica una union de fibra suficientemente alta para producir un panel MDF en una lmea comercial.

Dispersion de fibra

20 La resina MDI modificada incorporando un polfmero termoplastico en ella dio por resultado una dispersion y distribucion mas sencilla y mejor de los granulados de fibra durante la formacion de compuesto por extrusion con plastico.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

REIVINDICACIONES

1. Un proceso para producir un producto que comprende fibras de un material lignocelulosico o fibras naturales, para usar como o en la formacion de una materia prima en la fabricacion de plasticos, que comprende aplicar a fibras sueltas o divididas o haces de fibra, producidas por rotura de forma mecanica o termomecanica o quimio- termomecanica o quimio-mecanica de un material lignocelulosico, o fibras naturales, una formulacion aglutinante Kquida o particulada que comprende una resina termoendurecible y un polfmero, monomero u oligomero termoplastico, consolidar las fibras en un producto solido, y romper dicho producto solido en granulados o granulos que pueden romperse posteriormente para liberar una fraccion principal de las fibras, comprendiendo la resina termoendurecible un polfmero con base de formaldetudo o un isocianato, comprendiendo el producto solido menos de 10 partes de la resina termoendurecible combinada y modificar el componente termoplastico por 100 partes de fibra de madera en peso seco y de aproximadamente 0,3 a aproximadamente 5 partes de la resina termoendurecible por 100 partes de fibra de madera en peso seco.
2. Un proceso segun la reivindicacion 1 en donde la formulacion aglutinante comprende menos de 10, 8, 6, 5, 4, 3 o 2 partes por 100 partes de fibra en peso seco.
3. Un proceso segun la reivindicacion 1 o 2 en donde el polfmero, monomero u oligomero termoplastico esta presente respecto a la resina termoendurecible en una relacion de peso hasta 50:50, 40:60, 20:80 o 10:90.
4. Un proceso segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 en donde la formulacion aglutinante comprende una mezcla de la resina termoendurecible y polfmero, monomero u oligomero termoplastico.
5. Un proceso segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 que comprende aplicar de forma separada los componentes de la resina termoendurecible y el polfmero, monomero u oligomero termoplastico de la formulacion aglutinante a las fibras.
6. Un proceso segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 que comprende aplicar la formulacion aglutinante o componentes de la misma a las fibras mientras se transportan las fibras en una corriente de aire seca o humeda.
7. Un proceso segun las reivindicaciones 1 a 6 en donde las fibras tienen una longitud de fibra o longitud de haz de fibras promedio de al menos 0,8 mm o al menos 1 mm.
8. Un proceso segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde una fraccion principal de las fibras tienen una relacion de aspecto de al menos 10:1,20:1 o 25:1.
9. Un proceso segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 en donde la resina termoendurecible comprende urea formaldehudo.
10. Un proceso segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el polfmero termoplastico esta basado en polietileno, polipropileno, poliestireno, poli(alcohol de vinilo), poli(acetato de vinilo), poli(butirato de vinilo), poliester, poliacrilato o almidon, o es un polfmero o copolfmero con uno o mas de un co-monomero con grupo funcional acido, antudrido, epoxi, amina, isocianato, silano o silanol, o es un copolfmero o terpolfmero u otro polfmero de etileno y/o propileno y/o butadieno y/o estireno y/o acrilonitrilo, y uno o mas de acetato de vinilo, butirato de vinilo, antudrido/acido maleico, acido acnlico o metacnlico o sus esteres, metacrilato o acrilato de glicidilo.
11. Un proceso segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10 que incluye formar las fibras en un producto solido prensando las fibras a un producto solido en forma plana en una prensa caliente.
12. Un proceso segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 que incluye romper dicho producto solido a dichos granulados o granulos cortando o serrando el producto solido.
13. Los granulados o granulos producidos mediante el proceso segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12.
14. Un proceso para la fabricacion de productos plasticos o intermedios que incluye introducir granulados o granulos formados mediante el proceso segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13 como una materia prima en una maquina de extrusion o moldeo de plasticos, preferiblemente ademas introducir en la maquina de extrusion o moldeo de plasticos para mezclar con las fibras un agente de acoplamiento entre las fibras y el material plastico, seleccionandose el agente de acoplamiento preferiblemente de cualquiera de uno o mas de un acido organico, poliolefina con maleato, un antudrido o acido maleico, silano, silicato, titanato, clorotriazina, antudrido, epoxido, isocianato, acrilato, amida, imida, politetrafluroetileno modificado con compuesto acnlico, una cloroparafina o acido abietico.
15. Un producto compuesto de fibra-plasticos producido mediante el proceso segun la reivindicacion 14.