ES2858467T3 - Composición de apresto para lana mineral que contiene un sacárido reductor y un sacárido hidrogenado, y productos aislantes resultantes - Google Patents

Composición de apresto para lana mineral que contiene un sacárido reductor y un sacárido hidrogenado, y productos aislantes resultantes Download PDF

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Abstract

Una composición aglutinante para aislar productos basados en lana mineral, notablemente lana de roca o lana de vidrio, caracterizada por que comprende - al menos un sacárido reductor seleccionado entre monosacáridos reductores que contienen de 3 a 8 átomos de carbono y dextrinas que tienen un equivalente de dextrosa mayor que o igual a 15 y menor que 100, - al menos un sacárido hidrogenado seleccionado entre eritritol, arabitol, xilitol, sorbitol, manitol, iditol, maltitol, isomaltitol, lactitol, celobitol, palatinitol, maltotritol y los productos de hidrogenación de hidrolizados de almidón, y - al menos un agente de reticulación polifuncional, representando el uno o más sacáridos hidrogenados del 40 al 90 % del peso total de uno o más sacáridos reductores y de uno o más sacáridos hidrogenados.

Description

DESCRIPCIÓN
Composición de apresto para lana mineral que contiene un sacárido reductor y un sacárido hidrogenado, y productos aislantes resultantes
La presente invención se refiere al campo de productos aislantes térmicos y/o acústicos, basados en lana mineral, notablemente de vidrio o de roca, y un aglutinante orgánico exento de formaldehído.
La invención se refiere más especialmente a una composición aglutinante reticulable para formar dicho aglutinante orgánico, que contiene un sacárido reductor, un sacárido hidrogenado y un agente de reticulación polifuncional.
La invención también se refiere a un método para preparar dicha composición aglutinante y los productos aislantes resultantes.
La fabricación de productos aislantes basados en lana mineral generalmente comprende una etapa de fabricación de la lana en sí, que se puede llevar a cabo mediante diversos métodos, por ejemplo, según la técnica conocida de producción de fibras por centrifugación interna o externa.
La centrifugación interna consiste en introducir el material mineral fundido (vidrio o roca) en una centrífuga que comprende una multitud de pequeños orificios, proyectándose el material contra la pared periférica del dispositivo bajo la acción de la fuerza centrífuga y saliendo del mismo en forma de filamentos. A la salida de la centrífuga, los filamentos se estiran y se dirigen a un dispositivo receptor mediante una corriente de gas a alta temperatura y alta velocidad formando una capa de fibras (o lana mineral).
La centrifugación externa involucra verter el material fundido sobre la superficie periférica externa de piezas rotatorias denominadas rotores, desde donde el material fundido se eyecta bajo la acción de la fuerza centrífuga. También se proporcionan medios para estirar mediante una corriente de gas y para recoger en un receptor.
Para asegurar que las fibras se reúnen y para proporcionar cohesión a la capa, se pulveriza una composición aglutinante que contiene una resina termoendurecible sobre las fibras, en su trayectoria desde la salida de la centrífuga al dispositivo receptor. La capa de fibras recubiertas con el aglutinante se somete a un tratamiento térmico, a una temperatura generalmente superior a 100 °C para efectuar la policondensación de la resina y así obtener un producto de aislamiento térmico y/o acústico que tiene propiedades específicas, notablemente estabilidad dimensional, resistencia a la tracción, recuperación del espesor después de la compresión, y color uniforme.
La composición aglutinante que se va a aplicar sobre la lana mineral generalmente se encuentra en forma de una solución acuosa que contiene la resina termoendurecible y aditivos tales como un catalizador de reticulación para la resina, un silano promotor de la adhesión, un aceite mineral antipolvo, etc. La composición aglutinante se aplica generalmente sobre las fibras mediante pulverización.
Las propiedades de la composición aglutinante dependen en gran medida de las características de la resina. Desde el punto de vista de la aplicación, la composición aglutinante debe tener una buena capacidad de pulverización y debe poderse depositar sobre la superficie de las fibras para unirlas eficazmente.
La resina debe ser estable durante un periodo de tiempo dado antes de usarla para conformar la composición aglutinante, preparándose generalmente dicha composición en el momento del uso, mezclando la resina y los aditivos mencionados anteriormente.
En términos normativos, la resina debe ser no contaminante, es decir, debe contener -y debería generar durante la etapa de unión o, posteriormente- la cantidad mínima posible de compuestos que puedan ser perjudiciales para la salud humana o el medio ambiente.
Las resinas termoendurecibles usadas más comúnmente son resinas fenólicas de la clase de los resoles. Aparte de su buena capacidad de reticulación en las condiciones térmicas mencionadas anteriormente, estas resinas son solubles en agua, tienen buena afinidad por las fibras minerales, notablemente fibras de vidrio y son relativamente económicas.
Los resoles más comunes se obtienen por condensación de fenol y formaldehído, en presencia de un catalizador básico. Al final, estos resoles contienen una determinada proporción de monómeros sin reaccionar, en particular formaldehído, cuya presencia es no deseable debido a sus efectos nocivos conocidos.
Por este motivo, las resinas basadas en resol se tratan generalmente con urea, que reacciona con el formaldehído libre, atrapándolo en forma de condensados de urea-formaldehído no volátiles. Además, la presencia de urea en la resina da cierta ventaja económica debido a su bajo coste, ya que se puede introducir en cantidades relativamente grandes sin afectar las cualidades de utilización de la resina, notablemente sin afectar negativamente las propiedades mecánicas del producto acabado, lo que reduce considerablemente el coste total de la resina.
No obstante, se ha observado que, en las condiciones de temperatura a las que se somete la capa para obtener reticulación de la resina, los condensados de urea-formaldehído son inestables; se descomponen dando formaldehído y urea nuevamente, degradándose esta última al menos parcialmente en amoniaco, y se liberan en la atmósfera de la fábrica.
Las normativas sobre la protección ambiental son cada vez más estrictas y obligan a los fabricantes de productos aislantes a encontrar soluciones mediante las que se puedan reducir aún más los niveles de emisiones no deseables, especialmente de formaldehído.
Las soluciones para sustituir los resoles en las composiciones de unión son conocidas y se basan en el uso de un ácido carboxílico y un alcohol.
En el documento US 5340868, el aglutinante comprende un polímero policarboxílico, una p-hidroxilamida y al menos un ácido carboxílico monomérico trifuncional.
También se han descrito composiciones aglutinantes que comprenden una alcanolamina que contiene al menos dos grupos hidroxilo y un polímero policarboxílico (documentos US 6071 994, US 6099773, US 6146746) que puede combinarse con un copolímero (documento US 6299936).
Se han propuesto también composiciones aglutinantes que comprenden un polímero policarboxílico y un poliol (documentos US 2002/0091185, US 2002/0091185). Estas composiciones pueden además contener un catalizador, que puede ser un compuesto que contiene fósforo (documentos US 5318 990, US 5661 213, US 6331 350, u S 2003/0008978), un fluoroborato (documento US 5977232), o una cianamida, una dicianamida o una cianoguanidina (documento US 5932689), o un tensioactivo catiónico, anfótero o no iónico (documento US 2002/0188055), o un agente de acoplamiento del tipo silano (documento US 2004/0002567).
El documento WO 2006/120523 describe una composición aglutinante que comprende (a) un poli(alcohol vinílico), (b) un agente de reticulación multifuncional seleccionado de poliácidos no poliméricos o sales de los mismos, anhídridos o un polialdehído no polimérico y (c) opcionalmente un catalizador, estando la relación de peso (a)/(b) en el intervalo de 95:5 a 35:65 y siendo el pH al menos igual a 1,25.
Del documento WO 2008/053332 se conoce, también, una composición aglutinante que comprende un aducto de (a) un polímero azucarado y (b) un agente de reticulación multifuncional seleccionado de poliácidos monoméricos o sales de los mismos y anhídridos, que se obtiene en condiciones tales que la relación de peso (a)/(b) está en el intervalo de 95:5 a 35:65.
Además, se han descrito composiciones aglutinantes en las que todo o parte del alcohol se sustituye por uno o más sacáridos.
En el documento US 2005/0215153, la composición aglutinante se forma a partir de un preaglutinante que contiene un polímero de ácido carboxílico y de un poliol, y una dextrina como coaglutinante.
En el documento US 5895804, la composición aglutinante comprende un polímero policarboxílico con un peso molecular de al menos 1000 y un polisacárido con un peso molecular de al menos 10.000.
En el documento WO 2009/080938, la composición aglutinante comprende al menos un ácido policarboxílico orgánico de peso molar inferior que o igual a 1000 y al menos un monosacárido y/o polisacárido.
Finalmente, se conoce una composición aglutinante del documento WO 2010/029266 que comprende al menos un azúcar hidrogenado y un agente de reticulación polifuncional.
El objetivo de la presente invención es mejorar las composiciones aglutinantes conocidas, notablemente las descritas en el documento WO 2009/080938, y/o los productos aislantes térmicos y/o acústicos obtenidos a partir de dichas composiciones.
Por lo tanto se ha descubierto que la aplicación de dichas composiciones aglutinantes sobre las fibras minerales mediante pulverización no era satisfactoria: muy pronto después de la pulverización, se elimina parte del agua contenida en las gotículas, lo que conduce a un aumento considerable en la viscosidad de la composición aglutinante. Como resultado, las gotículas se distribuyen menos eficazmente sobre la superficie de las fibras minerales y, por lo tanto, menos bien en los puntos de unión de las fibras de lo que se necesita.
Para superar este inconveniente, se debe añadir una cantidad adicional de agua a la composición aglutinante o por separado sobre las fibras en el momento de la pulverización. El aumento de la cantidad de agua durante la pulverización presenta problemas en el horno donde la capa de fibras minerales unidas se trata para obtener la reticulación del aglutinante. Para eliminar el exceso de agua, es necesario bien aumentar la temperatura del horno o bien aumentar el tiempo de residencia de la capa en el horno al reducir la velocidad de la línea de producción. Cualquiera que sea la solución seleccionada, hay un incremento en el coste del producto de aislamiento acabado.
Según la invención, parte del sacárido en la composición aglutinante conocida se sustituye por un sacárido hidrogenado, lo que disminuye la viscosidad de la composición aglutinante hasta un valor lo suficientemente bajo para que se pulverice correctamente sobre las fibras minerales sin tener que recurrir a la adición de agua adicional.
Otro objetivo de la invención es proponer una composición aglutinante que permita obtener una alta eficacia de la línea de aglutinante, como se explicará más adelante.
Para conseguir estos objetivos, la presente invención propone una composición aglutinante para aislar productos basados en lana mineral, notablemente lana de vidrio o lana de roca, que comprende
- al menos un sacárido reductor seleccionado entre monosacáridos reductores que contienen de 3 a 8 átomos de carbono y dextrinas que tienen un equivalente de dextrosa mayor que o igual a 15 y menor que 100, - al menos un sacárido hidrogenado seleccionado entre eritritol, arabitol, xilitol, sorbitol, manitol, iditol, maltitol, isomaltitol, lactitol, celobitol, palatinitol, maltotritol y los productos de hidrogenación de hidrolizados de almidón, y
- al menos un agente de reticulación polifuncional,
representando el uno o más sacáridos hidrogenados del 40 al 90 % del peso total de uno o más sacáridos reductores y de uno o más sacáridos hidrogenados.
La expresión “sacárido reductor” deberá entenderse en el sentido convencional, especialmente un monosacárido o un polisacárido que tiene un grupo OH exento de hemiacetal, teniendo dicho grupo notablemente una acción reductora sobre soluciones cupro-alcalinas.
Como ejemplos de monosacáridos reductores preferidos, se pueden mencionar las aldosas naturales (que pertenecen a la serie D), notablemente hexosas tales como glucosa, manosa y galactosa.
Las dextrinas son compuestos correspondientes a la fórmula general (C6H1üO5)n obtenida mediante la hidrólisis parcial del almidón. Son conocidos los métodos de preparación de las dextrinas. Por ejemplo, las dextrinas se pueden preparar calentando o secando a sequedad, un almidón, generalmente en presencia de un catalizador ácido, que conduce a la ruptura de las moléculas de amilosa y de la amilopectina de las que dicho almidón está constituido, a productos con un peso molar inferior. Las dextrinas se pueden obtener, además, al tratar el almidón enzimáticamente con una o más amilasas, notablemente amilasas microbianas, que son capaces de hidrolizar los enlaces del almidón. La naturaleza del tratamiento (químico o enzimático) y las condiciones de hidrólisis tienen influencia directa sobre el peso molar promedio y la distribución de los pesos molares de la dextrina.
Las dextrinas según la invención pueden obtenerse a partir de almidón o de derivados de almidón de origen vegetal variable, por ejemplo, derivados de tubérculos tales como, patata, mandioca, arrurruz y batata, derivados de granos tales como trigo, maíz, centeno, arroz, cebada, mijo, avena y sorgo, derivados de frutas, tales como castaña y avellana, o derivados de plantas leguminosas, tales como guisantes y frijoles.
Las dextrinas son especialmente preferidas por que tienen un equivalente DE de dextrosa mayor que o igual a 5, preferiblemente, mayor que o igual a 10, ventajosamente mayor que o igual a 15 y, mejor aún, menor que 100.
Convencionalmente, el equivalente DE de dextrosa se define mediante la siguiente relación:
número de enlaces glicósidos rotos
DE=100 x
número de enlaces glicósidos en el almidón inicial
“ Sacárido hidrogenado” significa todos los productos resultantes de la reducción, por cualquier medio, de un sacárido seleccionado de monosacáridos, oligosacáridos, polisacáridos, lineales, ramificados o cíclicos, y mezclas de estos productos, notablemente los hidrolizados de almidón.
La hidrogenación del sacárido puede realizarse por métodos conocidos, trabajando en condiciones de alta presión de hidrógeno y alta temperatura en presencia de un catalizador seleccionado de los grupos IB, IIB, IVB, V i, VII y VIII de la tabla periódica de los elementos, preferiblemente, del grupo que comprende níquel, platino, paladio, cobalto, molibdeno y mezclas de los mismos. El catalizador preferido es níquel Raney. La hidrogenación convierte el sacárido o la mezcla de sacáridos (por ejemplo, un hidrolizado de almidón) en los polioles correspondientes.
Aunque no se prefiere, la hidrogenación se puede llevar a cabo en ausencia de catalizador de hidrogenación, en presencia de una fuente de hidrógeno diferente a gas hidrógeno, por ejemplo, un borohidruro de un metal alcalino tal como borohidruro de sodio.
Como ejemplos de sacáridos hidrogenados, se pueden mencionar eritritol, arabitol, xilitol, sorbitol, manitol, iditol, maltitol, isomaltitol, lactitol, celobitol, palatinitol, maltotritol y los productos de hidrogenación de hidrolizados de almidón, notablemente los comercializados por la compañía Roquette con la designación de Polysorb®. Preferiblemente, se usan los productos de hidrogenación de hidrolizados de almidón, de forma ventajosa un jarabe de maltitol.
El sacárido hidrogenado según la invención tiene un peso molar promedio en número menor que 5000, más especialmente, menor que 1000 y, mejor aún, mayor que 150.
En la composición aglutinante, el uno o más sacáridos hidrogenados representan preferiblemente del 40 al 80 % del peso total del uno o más sacáridos reductores y del uno o más sacáridos hidrogenados, de forma ventajosa del 40 al 70 % y, mejor aún, del 40 al 60 %.
Como ya se ha mencionado, además de disminuir la viscosidad de la composición aglutinante, la sustitución de una proporción del sacárido con un sacárido hidrogenado tiene un efecto positivo en la eficacia de la línea de aglutinante en la fabricación del producto de aislamiento basado en la lana mineral. Esta eficacia se define como la relación entre la cantidad de aglutinante en el producto de aislamiento acabado y la cantidad de composición aglutinante (excluyendo agua) utilizada en la fabricación de dicho producto. La eficacia del aglutinante es superior, a un contenido total de sacárido constante, cuando la composición aglutinante contiene al menos un sacárido hidrogenado. Los inventores creen que el aumento de la eficacia resulta del hecho de que el sacárido hidrogenado no puede deshidratarse, a diferencia de los sacáridos que no están hidrogenados.
El agente de reticulación polifuncional puede reaccionar con los grupos hidroxilo del sacárido reductor y del sacárido hidrogenado bajo la acción de calor para formar enlaces éster, lo que conduce a la formación de una red polimérica en el aglutinante final. Esta red polimérica significa que se pueden establecer uniones en los puntos de unión de las fibras en la lana mineral.
El agente de reticulación polifuncional se selecciona de ácidos policarboxílicos orgánicos o sales de estos ácidos, anhídridos y polialdehídos.
“Ácido policarboxílico orgánico” significa un ácido orgánico que comprende al menos dos funciones carboxilo, preferiblemente como máximo 300, y de forma ventajosa como máximo 70, y mejor aún como máximo 15 funciones carboxilo.
El ácido policarboxílico orgánico puede ser un ácido no polimérico o polimérico; este tiene un peso molar promedio en número generalmente inferior que o igual a 50.000, preferiblemente inferior que o igual a 10.000 y de forma ventajosa inferior que o igual a 5000.
El ácido policarboxílico orgánico no polimérico es un ácido acíclico lineal o ramificado, saturado o insaturado, un ácido cíclico o un ácido aromático.
El ácido policarboxílico orgánico no polimérico puede ser un ácido dicarboxílico, por ejemplo ácido oxálico, ácido malónico, ácido succínico, ácido glutárico, ácido adípico, ácido pimélico, ácido subérico, ácido azelaico, ácido sebácico, ácido málico, ácido tartárico, ácido tartrónico, ácido aspártico, ácido glutámico, ácido fumárico, ácido itacónico, ácido maleico, ácido traumático, ácido alcanfórico, ácido ftálico y derivados de los mismos, notablemente que contienen al menos un átomo de cloro o de boro, ácido tetrahidroftálico y derivados de los mismos, notablemente que contienen al menos un átomo de cloro tales como ácido cloréndico, ácido isoftálico, ácido tereftálico, ácido mesacónico y ácido citracónico; un ácido tricarboxílico, por ejemplo ácido cítrico, ácido tricarbalílico, ácido 1,2,4-butanotricarboxílico, ácido aconítico, ácido hemimelítico, ácido trimelítico y ácido trimésico; un ácido tetracarboxílico, por ejemplo ácido 1,2,3,4-butanotetracarboxílico y ácido piromelítico.
Especialmente de forma ventajosa, el ácido policarboxílico orgánico no polimérico contiene de dos a cuatro funciones carboxilo.
Como ejemplos de ácido policarboxílico orgánico polimérico, se pueden mencionar los homopolímeros de ácido carboxílico insaturado tal como ácido (met)acrílico, ácido crotónico, ácido isocrotónico, ácido maleico, ácido cinámico, ácido 2 metilmaleico, ácido fumárico, ácido itacónico, ácido 2 metilitacónico, ácido a,p-metilenglutárico y monoésteres de ácido dicarboxílico insaturado, tales como maleatos y fumaratos de alquilo C1-C10, y copolímeros de al menos un ácido carboxílico insaturado mencionados anteriormente y al menos un monómero vinílico tal como estireno, o bien no sustituido, o sustituido con alquilo, hidroxialquilo o grupos sulfonilo, o con un átomo de halógeno, (met)acrilonitrilo, (met)acrilamida, o bien no sustituido, o sustituido con grupos alquilo C1-C10, (met)acrilatos de alquilo, notablemente (met)acrilato de metilo, (met)acrilato de etilo, (met)acrilato de n-butilo, y (met)acrilato de isobutilo, (met)acrilato de glicidilo, butadieno y un éster vinílico, notablemente acetato de vinilo.
Preferiblemente, la composición aglutinante comprende al menos un ácido policarboxílico orgánico no polimérico que tiene un peso molar promedio en número inferior que o igual a 1000, preferiblemente inferior que o igual a 750 y de forma ventajosa inferior que o igual a 500, mezclado opcionalmente con al menos un ácido orgánico polimérico.
El agente de reticulación polifuncional también puede ser un anhídrido, notablemente anhídrido maleico, anhídrido succínico o anhídrido ftálico. Sin embargo, la adición de un anhídrido a la composición aglutinante produce una caída pronunciada en el pH, lo que conduce a problemas de corrosión del equipo en la línea de producción y a la hidrólisis del sacárido hidrogenado. Al añadir una base, el pH de la composición aglutinante se puede aumentar lo suficiente para evitar estos problemas. El coste asociado con la adición extra de la base significa que no se prefiere el uso de anhídrido.
El agente de reticulación polifuncional también puede ser un polialdehído.
“ Polialdehído” significa un aldehído que comprende al menos dos funciones aldehído.
Preferiblemente, el polialdehído es un dialdehído no polimérico, por ejemplo glioxal, glutaraldehído, 1,6 hexanodial o dialdehído 1,4 tereftálico.
Los polialdehídos tienen una reactividad muy alta con respecto a los grupos hidroxilo del sacárido reductor y del sacárido hidrogenado pero también los grupos hidroxilo en general, que pueden presentar problemas, notablemente una disminución en la estabilidad y/o la pregelificación de la composición aglutinante antes del tratamiento de reticulación térmica. Para evitar estos problemas, las funciones aldehído del polialdehído se bloquean de forma ventajosa para evitar la reacción con los constituyentes presentes en la composición aglutinante antes de que la lana mineral entre en el horno. Como ejemplos de agentes para bloquear las funciones aldehído, se pueden mencionar urea y las ureas cíclicas.
Entre los agentes de reticulación polifuncionales anteriormente mencionados, se prefieren los ácidos policarboxílicos orgánicos.
En la composición aglutinante, el uno o más sacáridos reductores y el uno o más sacáridos hidrogenados representan del 10 al 90 % del peso de la mezcla que consiste en el uno o más sacáridos reductores, el uno o más sacáridos hidrogenados y el agente de reticulación polifuncional, preferiblemente del 20 al 85 %, ventajosamente del 30 al 80 %, mejor aún del 40 al 65 % y de forma especialmente ventajosa del 45 al 65 %.
Generalmente, la composición aglutinante según la invención no contiene monoalquilamina, dialquilamina o alcanolamina. De hecho, no es deseable que estos componentes (que pueden reaccionar con los otros constituyentes de la composición aglutinante) se incorporen a la red polimérica del aglutinante final.
La composición aglutinante puede comprender además un catalizador ácido o un catalizador básico que notablemente tiene la función de ajustar la temperatura del inicio de la reticulación.
El catalizador puede seleccionarse de bases y ácidos de Lewis, tales como arcillas, sílice o sílice coloidal, aminas orgánicas, aminas cuaternarias, óxidos metálicos, sulfatos metálicos, cloruros metálicos, sulfatos de urea, cloruros de urea y catalizadores basados en silicatos.
El catalizador puede ser, además, un compuesto que contiene fósforo, por ejemplo, una sal de hipofosfito de metal alcalino, un fosfito de metal alcalino, un polifosfato de metal alcalino, un fosfato de hidrógeno de metal alcalino, un ácido fosfórico o un ácido alquilfosfónico. Preferiblemente, el metal alcalino es sodio o potasio.
El catalizador puede ser, además, un compuesto que contiene flúor y boro, por ejemplo, ácido tetrafluoroborónico o una sal de este ácido, notablemente un tetrafluoroborato de un metal alcalino tal como sodio o potasio, un tetrafluoroborato de un metal alcalinotérreo tal como calcio o magnesio, un tetrafluoroborato de cinc o un tetrafluoroborato de amonio.
Preferiblemente, el catalizador es hipofosfito de sodio, fosfito de sodio y mezclas de estos compuestos.
La cantidad de catalizador añadida a la composición aglutinante puede representar hasta el 20 % del peso total del uno o más sacáridos reductores, del uno o más sacáridos hidrogenados y del agente de reticulación polifuncional, preferiblemente hasta el 10 % y, de forma ventajosa, es al menos igual al 1 %.
La composición aglutinante según la invención puede comprender además los siguientes aditivos convencionales en las proporciones siguientes calculadas sobre la base de 100 partes en peso de uno o más sacáridos reductores, de uno o más sacáridos hidrogenados y del agente de reticulación polifuncional:
- de 0 a 2 partes de silano, en particular un aminosilano o un epoxisilano,
- de 0 a 20 partes de aceite, preferiblemente de 4 a 15 partes,
- de 0 a 30 partes de urea, preferiblemente de 0 a 20 partes,
- de 0 a 5 partes de una silicona,
- de 0 a 20 partes de un poliol diferente de los sacáridos mencionados anteriormente,
- de 0 a 30 partes de un “extensor” seleccionado de derivados de lignina tales como lignosulfonato de amonio (ALS) o lignosulfonato de sodio, y proteínas animales o vegetales.
Se conoce el papel de los aditivos y se describirá brevemente recordando: el silano es un agente de acoplamiento entre las fibras y el aglutinante, y también juega un papel como agente antienvejecimiento; los aceites son antipolvo y son agentes hidrófobos; urea y glicerol desempeñan el papel de plastificantes y puede evitar la pregelificación de la composición aglutinante; la silicona es un agente hidrófobo, con la función de reducir la absorción de agua por el producto aislante; el “extensor” es una carga orgánica que es soluble o dispersable en la solución acuosa de composición aglutinante y permite de forma notable reducir el coste de la composición aglutinante.
El poliol añadido como aditivo es necesariamente diferente del sacárido reductor y del sacárido hidrogenado. Este poliol puede ser notablemente glicerol, un glicol tal como etilenglicol, propilenglicol, butilenglicol y poli(alquilen)glicoles basados en estos glicoles, u homopolímeros y copolímeros de alcohol vinílico.
Cuando el agente de reticulación polifuncional es un ácido policarboxílico orgánico, la composición aglutinante tiene un pH ácido, del orden de 1 a 5, dependiendo del tipo de ácido utilizado, preferiblemente mayor que o igual a 1,0. Ventajosamente, el pH se mantiene a un valor de al menos igual a 1,5 para limitar los problemas de inestabilidad de la composición aglutinante y la corrosión de la línea de producción, mediante la adición de un compuesto de amina que no puede reaccionar con el sacárido reductor y el sacárido hidrogenado, por ejemplo, una amina terciaria, notablemente trietanolamina. La cantidad de compuesto de amina puede representar hasta 30 partes en peso del peso total del uno o más sacáridos reductores y uno o más sacáridos hidrogenados y del ácido policarboxílico orgánico.
La composición aglutinante está destinada a aplicarse sobre fibras minerales, notablemente fibras de vidrio o de roca.
Convencionalmente, la composición aglutinante se proyecta sobre las fibras minerales a la salida de la centrífuga y antes de que se recojan en el dispositivo receptor en forma de una capa de fibras, que después se trata a una temperatura que permite la reticulación de la composición aglutinante y la formación de un aglutinante infusible. La reticulación de la composición aglutinante según la invención se efectúa a una temperatura comparable a la de una resina de fenol formaldehído convencional, a una temperatura mayor que o igual a 110 0C, preferiblemente mayor que o igual a 130 0C, y de forma ventajosa mayor que o igual a 140 °C.
Los productos de aislamiento acústico y/o térmico obtenidos a partir de estas fibras unidas constituyen también un objeto de la presente invención.
Estos productos generalmente están en forma de una capa o de un fieltro de lana mineral, vidrio o lana de roca o de una esterilla de fibras minerales, también fibras de vidrio o de roca, notablemente para formar una cubierta de superficie de dicha capa o de dicho fieltro.
Los siguientes ejemplos ilustran la invención pero sin limitarla.
En estos ejemplos, se miden los siguientes:
- la temperatura del inicio de la reticulación (Tr) mediante análisis mecánico dinámico (DMA), que caracteriza el comportamiento viscoelástico de un material polimérico. El procedimiento es el siguiente: se impregna una probeta de papel Whatman con la composición aglutinante (contenido de sólidos orgánicos del orden del 40 %) y después se fija horizontalmente entre las dos mordazas. Un elemento oscilante provisto de un dispositivo para medir el esfuerzo en función de la deformación aplicada se dispone en la cara superior de la probeta. El dispositivo permite calcular el módulo elástico E'. La probeta se calienta a una temperatura que varía de 20 a 250 0C a una velocidad de 4 0C/min. Las mediciones se usan para trazar la curva de la variación del módulo elástico E' (en MPa) en función de la temperatura (en 0C), cuya forma general se muestra en la Figura 1. Los valores correspondientes a la temperatura del inicio de la reticulación (Tr) en 0C se determinan a partir de la curva.
- la viscosidad, expresada en mPa.s, usando un reómetro del tipo placa-placa giratorio con cizallamiento de 100 s-1, a 20 0C.
- la resistencia a la tracción según la norma ASTM C 686-71T en una muestra recortada por estampación del producto aislante. La muestra tiene una forma toroidal con una longitud de 122 mm, una anchura de 46 mm, un radio de curvatura del recorte del borde exterior igual a 38 mm y un radio de curvatura del recorte del borde interior igual a 12,5 mm.
La muestra se coloca entre dos mandriles cilíndricos de una máquina de ensayo, uno de las cuales es móvil y se mueve a una velocidad constante. Se mide la fuerza de ruptura F (en Newton) de la muestra y se calcula la resistencia a la tracción TS, definida por la relación entre la fuerza de ruptura F y el peso de la muestra.
La resistencia a la tracción se mide después de la fabricación (resistencia a la tracción inicial señalada como TSfab) y tras un envejecimiento acelerado en un autoclave a una temperatura de 105 0C con 100 % de humedad relativa durante 15 minutos (TS15).
- el espesor inicial del producto aislante y el espesor después de la compresión para diferentes periodos de tiempo con un grado de compresión (definido como la relación entre el espesor nominal y el espesor bajo compresión) igual a 4,8/1 (ejemplos 7 a 12 y 15 a 17) y 8/1 (ejemplos 13 y 14). Las mediciones de espesor permiten apreciar el buen comportamiento dimensional del producto.
- la absorción de agua en las condiciones de la norma EN 1609, expresada como kg de agua absorbida por m2 del producto aislante. Se considera que los productos aislantes que presentan una absorción de agua inferior a 1 kg/m2 tienen un bajo índice de absorción de agua a corto plazo (24 horas): pertenecen a la categoría “WS” según la certificación ACERMI.
Ejemplos 1 a 6
Se preparan composiciones aglutinantes que comprenden los constituyentes presentados en la Tabla 1, expresados en partes en peso.
Se preparan las composiciones aglutinantes añadiendo sucesivamente a un recipiente que contiene agua, el sacárido reductor, el sacárido hidrogenado, ácido cítrico e hipofosfito de sodio (catalizador), agitando vigorosamente hasta que los constituyentes se hayan disuelto completamente.
Las propiedades de las composiciones aglutinantes proporcionadas en la Tabla 1 se evaluan en comparación con una composición aglutinante convencional que contiene una resina de fenol formaldehído y urea (Referencia) preparada según el ejemplo 2, ensayo 1 del documento WO 01/96254 A1 y con una composición que no contiene sacárido hidrogenado (ejemplo comparativo 6).
Las composiciones aglutinantes de los ejemplos 1 a 5 tienen una temperatura del inicio de la reticulación (T R) que es comparable a la del ejemplo comparativo 6 y de la Referencia.
El pH de las composiciones aglutinantes según la invención es similar al del ejemplo comparativo 6.
Las viscosidades de los ejemplos 1 a 5 son, independientemente del extracto seco, menores que las del ejemplo comparativo 6. De forma notable, las composiciones del ejemplo 4 con 70 y 75 % de extracto seco tienen una viscosidad que es aproximadamente 3 veces más baja.
Ejemplos 7 a 14
Estos ejemplos ilustran la fabricación de productos aislantes en una línea industrial.
La lana de vidrio se produce de manera continua sobre una línea con una anchura de 2,4 m mediante la técnica de centrifugación interna en la que la composición de vidrio fundida se convierte en fibras por medio de una herramienta denominada disco de centrifugación, que comprende una cesta que forma una cámara para recibir la composición fundida y una banda periférica perforada por una multitud de orificios: el disco se hace girar en torno a su eje de simetría colocado verticalmente, la composición se expulsa a través de los orificios bajo el efecto de la fuerza centrífuga y el material que escapa de los orificios de dispone en fibras con la ayuda de una corriente de gas de arrastre.
De forma convencional, se coloca un anillo de pulverización por tamaño bajo el disco de formación de fibras para distribuir de forma uniforme la composición de apresto sobre la lana de vidrio que se ha formado recientemente.
La lana mineral, así dimensionada, se recoge en una cinta transportadora equipada con cajas de extracción internas que mantienen la lana mineral en forma de una trama o un fieltro en la superficie del transportador mecánico. El transportador mecánico pasa continuamente a través de un horno mantenido a 270 0C, donde los constituyentes del apresto polimerizan para formar un aglutinante.
El producto aislante obtenido al final del horno tiene una densidad nominal de 17,5 kg/m3 y un espesor nominal de 75 mm (ejemplos 7 a 12) o una densidad nominal de 10,6 kg/m3 y un espesor nominal de 80 mm (ejemplos 13 y 14).
Las composiciones aglutinantes usadas se proporcionan en la Tabla 2, expresándose las cantidades en partes en peso. Se preparan simplemente mezclando los constituyentes en agua con agitación intensa hasta que los constituyentes se hayan dispersado o disuelto completamente.
Las propiedades de los productos aislantes se evalúan comparativamente en las siguientes composiciones aglutinantes: - composición aglutinante según el ejemplo 6 (comparativo) a la que se añaden aditivos (silano y aceite mineral): ejemplo 11;
- composición aglutinante que comprende la resina formofenólica y urea (Referencia) mencionadas en los ejemplos 1 a 6, sulfato de amonio y los aditivos anteriormente mencionados: ejemplos 12 y 14.
Los productos de los ejemplos 7 a 10 según la invención se obtienen utilizando una composición aglutinante que tiene un extracto seco en el anillo de pulverización del 6,0 %, superior a la del ejemplo comparativo 11, igual al 5,1 %. La resistencia a la tracción y el espesor tras la compresión de los productos según los ejemplos 7 a 10 son similares a las del ejemplo 11.
Los espesores de los productos según los ejemplos 7 a 10 y 13 también son respectivamente similares a los del producto según los ejemplos comparativos 12 y 14 utilizando una resina formofenólica. La resistencia a la tracción, aunque inferior que la de los ejemplos comparativos 12 y 14, es aceptable.
Ejemplos 15 a 17
Los productos aislantes que tienen una densidad nominal de 17,5 kg/m3 y un espesor nominal de 75 mm se producen en las condiciones descritas en los ejemplos 7 a 12, modificados para que la pérdida en ignición se reduzca al 5,2 %.
Las composiciones aglutinantes usadas se proporcionan en la Tabla 3 así como las propiedades de los productos aislantes así obtenidos.
Los productos según los ejemplos 15 y 16 tienen espesores tras la compresión que son bastante similares a los del producto del ejemplo comparativo 17. La resistencia a la tracción de estos ejemplos es casi tan alta como la del ejemplo 17.
La absorción de agua es baja y permanece bajo el límite máximo de 1 kg/m2.
Tabla 1
Figure imgf000009_0001
(1) dextrina derivada de almidón de maíz; peso molecular promedio ponderado: 3510; índice de polidispersión PI: 5.2; equivalentes de dextrosa DE: 30; comercializado por ROQUETTE FRERES
(2) D-maltitol cristalino; comercializado por TEREOS
(3) jarabe de maltitol al 75 % de materia seca que contiene 55 % de maltitol; comercializado por TEREOS
(4) solución con 30 % de sólidos
Tabla 2
Figure imgf000009_0002
Figure imgf000010_0001
(1) dextrina derivada de almidón de maíz; peso molecular promedio ponderado: 3510; índice de polidispersión PI: 5.2; equivalentes de dextrosa DE: 30; comercializado por ROQUETTE FRERES
(2) jarabe de maltitol al 75 % de materia seca que contiene 55 % de maltitol; comercializado por TEREOS n.d.: no determinado
Tabla 3
Figure imgf000010_0002
(1) dextrina derivada de almidón de maíz; peso molecular promedio ponderado: 3510; índice de polidispersión PI: 5.2; equivalentes de dextrosa DE: 30; comercializado por ROQUETTE FRERES
(2) jarabe de maltitol al 75 % de materia seca que contiene 55 % de maltitol; comercializado por TEREOS

Claims (18)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Una composición aglutinante para aislar productos basados en lana mineral, notablemente lana de roca o lana de vidrio, caracterizada por que comprende
    - al menos un sacárido reductor seleccionado entre monosacáridos reductores que contienen de 3 a 8 átomos de carbono y dextrinas que tienen un equivalente de dextrosa mayor que o igual a 15 y menor que 100,
    - al menos un sacárido hidrogenado seleccionado entre eritritol, arabitol, xilitol, sorbitol, manitol, iditol, maltitol, isomaltitol, lactitol, celobitol, palatinitol, maltotritol y los productos de hidrogenación de hidrolizados de almidón, y
    - al menos un agente de reticulación polifuncional,
    representando el uno o más sacáridos hidrogenados del 40 al 90 % del peso total de uno o más sacáridos reductores y de uno o más sacáridos hidrogenados.
  2. 2. La composición según la reivindicación 1, caracterizada por que el sacárido reductor se selecciona de monosacáridos reductores que contienen de 5 a 7 átomos de carbono.
  3. 3. La composición según la reivindicación 2, caracterizada por que el monosacárido reductor es una aldosa.
  4. 4. La composición según la reivindicación 3, caracterizada por que la aldosa es una hexosa tal como glucosa, manosa y galactosa.
  5. 5. La composición según la reivindicación 1, caracterizada por que el sacárido hidrogenado es un producto de hidrogenación de un hidrolizado de almidón, preferiblemente un jarabe de maltitol.
  6. 6. La composición según la reivindicación 1, caracterizada por que el sacárido hidrogenado tiene un peso molar promedio en número menor que 5000, más particularmente, menor que 1000 y, mejor aún, mayor que 150.
  7. 7. La composición según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por que el uno o más sacáridos hidrogenados representan del 40 al 60 % del peso total de uno o más sacáridos reductores y de uno o más sacáridos hidrogenados.
  8. 8. La composición según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada por que el agente de reticulación polifuncional se selecciona entre ácidos policarboxílicos orgánicos o sales de estos ácidos, anhídridos y polialdehídos.
  9. 9. La composición según la reivindicación 8, caracterizada por que el ácido policarboxílico orgánico comprende al menos dos funciones carboxilo, preferiblemente como máximo 300, y ventajosamente como máximo 70, y mejor aún como máximo 15 funciones carboxilo.
  10. 10. La composición según la reivindicación 9, caracterizada por que el ácido policarboxílico orgánico es un ácido no polimérico o polimérico y por que tiene un peso molar promedio en número generalmente inferior que o igual a 50.000, preferiblemente inferior que o igual a 10.000 y de forma ventajosa inferior que o igual a 5000.
  11. 11. La composición según la reivindicación 9 o 10, caracterizada por que el ácido policarboxílico orgánico es no polimérico y contiene de dos a cuatro funciones carboxilo.
  12. 12. La composición según la reivindicación 8, caracterizada por que el anhídrido es anhídrido maleico, anhídrido succínico o anhídrido ftálico.
  13. 13. La composición según la reivindicación 8, caracterizada por que el polialdehído es un dialdehído no polimérico, tal como glioxal, glutaraldehído, 1,6-hexanodial o dialdehído 1,4-tereftálico.
  14. 14. La composición según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizada por que el uno o más sacáridos reductores y el uno o más sacáridos hidrogenados representan del 10 al 90 % del peso de la mezcla que consiste en el uno o más sacáridos reductores, el uno o más sacáridos hidrogenados y el agente de reticulación polifuncional, preferiblemente del 20 al 85 %, ventajosamente del 30 al 80 %, mejor aún del 40 al 65 % y de forma especialmente ventajosa del 45 al 65 %.
  15. 15. La composición según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizada por que comprende además un catalizador seleccionado de ácidos y bases de Lewis, conteniendo los compuestos fósforo y conteniendo los compuestos flúor y boro.
  16. 16. La composición según la reivindicación 15, caracterizada por que el catalizador representa hasta el 20 % del peso total del uno o más sacáridos reductores, del uno o más sacáridos hidrogenados y del agente de reticulación polifuncional, preferiblemente hasta el 10 % y de forma ventajosa es al menos igual al 1 %.
  17. 17. La composición según una de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizada por que comprende además los siguientes aditivos en las proporciones siguientes calculadas sobre la base de 100 partes en peso de uno o más sacáridos reductores y del agente de reticulación polifuncional:
    - de 0 a 2 partes de silano, en particular un aminosilano o un epoxisilano,
    - de 0 a 20 partes de aceite, preferiblemente de 4 a 15 partes,
    - de 0 a 30 partes de urea, preferiblemente de 0 a 20 partes,
    - de 0 a 5 partes de una silicona,
    - de 0 a 20 partes de un poliol diferente de los sacáridos mencionados anteriormente,
    0 a 30 partes de un “extensor” seleccionado entre derivados de lignina tales como lignosulfonato de amonio (ALS) o lignosulfonato de sodio, y proteínas animales o vegetales.
  18. 18. Un método de fabricación de un producto de aislamiento acústico y/o térmico basado en lana mineral o de una esterilla de fibras minerales, según la cual se fabrican lana mineral o fibras minerales, se pulveriza una composición aglutinante sobre dicha lana o dichas fibras y dicha lana o dichas fibras se tratan a una temperatura que permite la reticulación de la composición aglutinante y la formación de un aglutinante infusible, caracterizado por que la composición aglutinante es una composición aglutinante según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17.
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