ES2997987T3 - Method for producing a wooden panel provided with a flame retardant - Google Patents
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Abstract
La presente invención se refiere a un procedimiento para producir un panel a base de madera provisto de un retardante de llama, en donde el al menos un retardante de llama comprende: al menos una sal de fosfato y/o sulfato, una mezcla de al menos un compuesto de fórmula general (I) R 1 a SiX (4-a) , en donde X es alcoxi, y R 1 es un radical orgánico seleccionado del grupo que comprende alquilo, cicloalquilo o fenilo, y a = 1, 2, 3, en particular 1 o 2, al menos un compuesto de fórmula general (II) SiX 4 , en donde X es alcoxi, y al menos un compuesto de fórmula general (III) R 2 SiX 3 , en donde X es alcoxi, y R 2 es un radical orgánico seleccionado del grupo que comprende alquilo C1-C10, que puede estar interrumpido por -O- o -NH-, y en donde R 2 tiene al menos un grupo funcional Q 1 que se selecciona de un grupo que contiene un metacrílico, metacriloxi, grupo vinilo y epoxi. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento para producir un tablero de materia derivada de la madera dotado de un agente ignífugo
La presente invención se refiere a un procedimiento para producir un tablero de materia derivada de la madera dotado de un agente ignífugo y a tableros de materia derivada de la madera que contiene este agente ignífugo.
Descripción
En los últimos años se han producido repetidamente graves incendios en edificios, a veces con víctimas considerables. Esto ha dado lugar a una normativa legal más estricta en materia de protección contra incendios. Al mismo tiempo, sin embargo, también se prohibieron ciertos agentes ignífugos o se reguló estrictamente su uso debido a preocupaciones ecológicas o sanitarias (como por ejemplo sales de boro). Además de los requisitos más estrictos resultantes en relación con la inflamabilidad/combustibilidad de los productos en determinadas aplicaciones, también existe una demanda de productos ignífugos en muchas aplicaciones en las que la protección contra incendios no es relevante. Esto también se aplica a las materias derivadas de la madera que se utilizan en el sector de la construcción para paredes, suelos o techos (construcción de casas prefabricadas) o en el sector de la decoración para suelos laminados, muebles, paneles, etc. A este respecto se usan el tablero OSB (Oriented Strand Board), el tablero contrachapeado y el tablero de virutas en el sector de la construcción, y el tablero MDF/HDF (tablero de fibras de densidad media/tablero de fibras con densidad aparente elevada) y el tablero de virutas en el sector de la decoración.
Generalmente se usan sales inorgánicas en la producción de materias derivadas de la madera ignífugas. Se trata casi exclusivamente de sulfatos, fosfatos y/o polifosfatos en forma de sales de amonio. La razón es que estas sales ofrecen resultados especialmente buenos en términos de baja inflamabilidad. Estas sales deben utilizarse en soluciones con concentraciones relativamente altas, ya que de lo contrario se producen problemas adicionales por el agua contenida en las suspensiones salinas utilizadas, de modo que el agua debe eliminarse del proceso.
En el documento DE 102006006655A1 se describe, por ejemplo, un material compuesto basado en un material que contiene celulosa o lignocelulosa y un aglutinante que puede obtenerse haciendo reaccionar silano, sol de sílice, ácido inorgánico y un reticulante que contiene Ti. Pueden añadirse otros componentes al material compuesto, como parafinas, ceras, agentes ignífugos, colorantes, pigmentos, biocidas y fragancias.
Si bien es relativamente fácil incorporar el agente ignífugo (FSM) a la matriz de madera cuando se producen tableros de virutas o de fibras ignífugas, hay problemas cuando se añade a las hebras de OSB. Las hebras son las virutas gruesas que se usan para producir OSB.
Sin embargo, estos OSB, originalmente producidos como productos de desecho de la industria de chapas y madera contrachapada, se utilizan cada vez más en la construcción de casas prefabricadas y de madera, dado que los OSB son ligeros y aún cumplen con los requisitos estáticos impuestos a los tableros de construcción. Así se usan OSB como tableros de construcción y como pared o revestimiento con tablas de techo o también en la zona del suelo.
La producción de los OSB tiene lugar en un proceso de varios pasos, en donde en primer lugar las virutas o hebras de madera en rollo descortezada, preferentemente madera de coníferas, se descortezan en dirección longitudinal mediante cuchillas giratorias. En el siguiente proceso de secado se reduce la humedad natural de las hebras a altas temperaturas. El grado de humedad de las hebras puede variar en función del adhesivo utilizado, en donde la humedad debe ser muy inferior al 10 % para evitar la rotura debida a una presión de vapor excesiva en el tablero durante el prensado posterior. Dependiendo del adhesivo puede ser más favorable una humectación sobre fibras más bien húmedas o sobre fibras secas.
A continuación del secado de las hebras se introducen éstas en un dispositivo de encolado en el que la cola o el adhesivo se aplican distribuidas finamente sobre las virutas. Para el encolado se usan predominantemente PMDI (difenilmetandiisocianato polimérico) o colas de MUPF (melamina-urea-fenol-formaldehído). Las colas pueden usarse en los OSB también de manera mezclada. Estas colas se utilizan dado que, como ya se ha mencionado, los OSB se usan con frecuencia para aplicaciones constructivas. Allí deben usarse colas estables frente al humedecimiento o bien frente a la humedad.
Después del encolado, las hebras encoladas se dispersan de manera alterna longitudinal y transversalmente a la dirección de producción en aparatos esparcidores, de modo que las hebras se disponen en forma de cruz en al menos tres capas (capa de cubierta inferior - capa central - capa de cubierta superior). La dirección de esparcimiento de la capa de cubierta inferior y superior es a este respecto la misma, pero se desvía de la dirección de esparcimiento de la capa central. También se diferencian las hebras usadas en la capa de cubierta y capa central una de otra. Así, las hebras usadas en las capas de cubierta son planas y las hebras usadas en la capa central son menos planas hasta forma de viruta. Habitualmente se conducen en la producción de los OSB dos tiras de material: una con hebras planas paras las posteriores capas de cubierta y una con "virutas" para la capa central. Por consiguiente, las hebras de la capa central pueden ser de peor calidad, dado que la resistencia a la flexión se genera esencialmente mediante las capas de cubierta. Por este motivo, los finos que se generan durante el arranque de virutas también se pueden usar en la capa central de los tableros OSB. A continuación del esparcimiento de las hebras tiene lugar un prensado continuo de las mismas a alta presión y alta temperatura de, por ejemplo, 200 a 250 °C.
Las hebras de OSB usadas en la producción tienen una superficie que dificulta la penetración de la solución acuosa del agente ignífugo. Esto conduce a que después de que el agua se haya evaporado, el agente ignífugo se encuentre esencialmente en forma de polvo, no unido, sobre las hebras. Dado que las hebras se frotan entre sí hasta que son dispersadas por el dispositivo de transporte, parte del agente ignífugo se desprende de las hebras. El agente ignífugo se pierde como consecuencia en el proceso o se encuentra en zonas del OSB donde no desempeña ningún papel para la inflamabilidad. Esto conduce a que debe aumentarse la dosis, con los consiguientes costes adicionales. Esto se nota, por ejemplo, en el hecho de que el FSM sólo se dosifica en la capa superior, pero luego también se encuentra en la capa intermedia del producto. Además, hay que tener en cuenta el aumento de la cantidad de agente ignífugo con más cola, ya que el agente ignífugo interfiere en el proceso de encolado.
Además, la producción de tableros de materia derivada de la madera ignífugos en general y de OSB en particular es muy compleja, ya que hay que añadir aproximadamente un 20 % en peso de agente ignífugo con respecto a la madera del tablero. A este respecto hay que tener en cuenta que al principio y al final de la producción hay que desechar cantidades considerables de producto porque las hebras aún no contienen o ya no contienen la cantidad necesaria de agente ignífugo. Esto conduce igualmente a un aumento de los costes y hace que el proceso sea inflexible, ya que siempre deben producirse las mayores cantidades posibles de tableros ignífugos para minimizar las pérdidas con respecto al volumen de producción.
Además, las soluciones del agente ignífugo habitualmente presentan aproximadamente el 50 % en peso de agente ignífugo. Las concentraciones más altas sólo son posibles calentando las soluciones, lo que no es técnicamente posible en muchas instalaciones. Esto también establece un límite a la cantidad de dosificación debido a la cantidad de agua que se introduce en el sistema, ya que una cantidad excesiva de agua conduce a una presión de vapor excesiva en el tablero y con ello a hendiduras. Naturalmente, esto tiene también como consecuencia que el agente ignífugo altamente concentrado se distribuya peor sobre las hebras que con una solución menos concentrada.
Otro problema es que ahora se instalan sistemas de inyección de vapor antes de las prensas Conti para aumentar la velocidad de producción. Este vapor sobrecalentado permite precalentar la torta de hebras y alcanzar más rápidamente la temperatura necesaria para el curado de la cola utilizada, como por ejemplo la cola PMDI. Este vapor, que se aplica a las hebras con alta presión, también arrastra de forma natural partes del agente ignífugo de las hebras.
Esto conlleva desventajas, en particular costes más elevados, mayores pérdidas y un proceso poco flexible.
Por lo tanto, la invención se basa en el objetivo técnico de resolver los problemas descritos anteriormente. Si es posible, esto debe hacerse sin grandes cambios en el proceso. La solución tampoco debe causar otros problemas, por ejemplo, por la adición de sustancias constitutivas críticas o disolventes. Las soluciones que posiblemente van a usarse deben ser compatibles con el agente ignífugo usado.
Este objetivo se soluciona de acuerdo con la invención mediante un procedimiento para producir un tablero de materia derivada de la madera dotado de un agente ignífugo con las características de la reivindicación 1.
De manera correspondiente se proporciona un procedimiento para producir un tablero de materia derivada de la madera, en donde al menos un agente ignífugo se aplica sobre las partículas de madera como suspensión acuosa en forma de un agente de pulverización durante el proceso de producción, y en donde el agente ignífugo comprende las siguientes partes constituyentes:
- al menos una sal de fosfato y/o sulfato y
- una mezcla de al menos un compuesto de fórmula general (I)
R1aSiX(4-a)(I),
en donde
- X es alcoxi y
- R1 es un resto orgánico seleccionado del grupo que comprende alquilo, cicloalquilo o fenilo y
- es a = 1,2, 3, en particular 1 o 2,
- al menos un compuesto de fórmula general (II)
SiX4 (II),
en donde X es alcoxi y
- al menos un compuesto de fórmula general (III)
R2bSiX3 (III),
en donde
- X es alcoxi y
- R2 es un resto orgánico seleccionado del grupo que comprende alquilo C1-C10, que puede estar interrumpido por -O- o -NH-, y
- en donde R2 presenta al menos un grupo funcional Q1 que se selecciona de un grupo que contiene un grupo metacrilo, metacriloxi, vinilo y epóxido,
- es b = 1,2, 3, en particular 1 o 2.
Según esto, se proporciona una composición de al menos un fosfato y una mezcla de silanos para su uso en tableros de materia derivada de la madera, en donde los silanos o la mezcla de silanos utilizados actúan como agente fijador del fosfato o sulfato sobre las partículas de madera utilizadas para los tableros de materia derivada de la madera; es decir, se aplica un agente fijador para el agente ignífugo sobre las partículas de madera con los silanos. Con ello debe evitarse o reducirse la separación por frotamiento/la caída del agente ignífugo tras su aplicación sobre las partículas de madera, como por ejemplo las hebras o virutas, hasta que las partículas de madera se prensan en tableros de materia derivada de la madera. Para este fin, la mezcla de silanos de tres silanos diferentes se añade al agente ignífugo antes de la dosificación sobre las partículas de madera. Esto puede realizarse en el tanque de almacenamiento o antes de aplicar el agente ignífugo sobre las partículas de madera.
Los silanos reaccionan, por un lado, con el agente ignífugo y, por otro, con la superficie de las partículas de madera. Debido a su reactividad con la superficie de la madera, los compuestos de silano mejoran la adhesión del fosfato a la superficie de madera de las partículas de madera. El compuesto de silano de fórmula (I) se une al agente ignífugo a través del resto orgánico. El compuesto de silano de fórmula (II) sirve para construir una red de SO2 mediante condensación de los grupos OH. Los grupos alquilo, como metilo, del compuesto de silano de fórmula (I) provocan un "aflojamiento" de la red tridimensional de SiO2, que se forma por condensación. Se crean estructuras de red más flexibles que no son demasiado frágiles. El compuesto de silano de fórmula (III) dispone de al menos un grupo funcional, como por ejemplo grupos isocianato o glicidilo, para unirse químicamente a grupos OH libres de la celulosa sobre la superficie de partículas de madera.
El uso de la presente composición como agente ignífugo ofrece diversas ventajas. De ese modo es posible dosificar el agente ignífugo con mayor precisión y por consiguiente reducir la cantidad necesaria de agente ignífugo, de manera que pueden reducirse los costes del agente ignífugo. También se posibilita un mejor aprovechamiento del material.
El resto X (hidrolizable) de los compuestos de silano de las fórmulas (I)-(III) se selecciona ventajosamente de un grupo que contiene alcoxi C1-6, en particular metoxi, etoxi, n-propoxi, i-propoxi y butoxi. Se prefieren especialmente metoxi y etoxi.
El resto orgánico R1 del compuesto de fórmula general (I) se selecciona preferentemente de un grupo que comprende alquilo C1-C10, preferentemente alquilo C1-C8, en particular preferentemente metilo, etilo, propilo, pentilo, hexilo, heptilo, octilo. El término "cicloalquilo" comprende los grupos ciclopropilo, ciclobutilo, ciclopentilo, ciclohexilo y cicloheptilo.
El compuesto de fórmula general (I) puede comprender en particular una de las siguientes fórmulas: R1SiX3 o R12SiX2 con R1 como grupo alquilo C1-C10 preferentemente metilo, etilo, propilo, pentilo, hexilo, heptilo, octilo, y con X como alcoxi, en particular metoxi, etoxi, n-propoxi o i-propoxi.
En una variante de la presente composición, los compuestos de fórmula general (I) de acuerdo con R^SiX^-a), en particular R1SiX3, pueden seleccionarse de metiltrietoxisilano, feniltrietoxisilano, dimetildietoxisilano, octiltrietoxisilano.
En una variante especialmente preferente de la presente composición, el compuesto de fórmula general (II) SiX4 comprende metoxi, etoxi, n-propoxi o i-propoxi y butoxi, como X. Se prefieren especialmente los compuestos tetrametoxisilano y tetraetoxisilano como compuesto de fórmula general (II).
El R2 orgánico del compuesto de fórmula general (III) se selecciona preferentemente de un grupo que comprende metilo, etilo, propilo, pentilo, hexilo, heptilo, octilo, que pueden estar interrumpidos por -O- o -NH-.
En una forma de realización de la presente composición, el al menos un grupo funcional Q1 del compuesto de fórmula general (III) se selecciona de un grupo que contiene epóxido, metacriloxi, amino y vinilo. Un grupo funcional Q1 especialmente preferido es glicidiloxi. El grupo funcional Q1 presenta ventajosamente un resto con un doble enlace o un grupo epóxido, que puede activarse y polimerizarse por medio de radiación UV.
Los grupos funcionales, a través de los cuales es posible una reticulación con la superficie de madera de las partículas de madera, comprenden en particular grupos polimerizables y/o policondensables, en donde por la reacción de polimerización debe entenderse también reacciones de poliadición. Los grupos funcionales se seleccionan preferentemente de modo que una reticulación orgánica entre el fosfato/sulfato como agente ignífugo y la superficie de la madera pueda realizarse a través de reacciones de polimerización y/o condensación dado el caso catalizadas.
En una variante especialmente preferida de la presente composición, el compuesto de fórmula general (III) comprende metoxi, etoxi, n-propoxi o i-propoxi y butoxi, como X, preferentemente metoxi y etoxi.
Se prefieren especialmente los compuestos glicidiloxipropiltrietoxisilano y glicidiloxipropiltrimetoxisilano como compuesto de fórmula general (III).
De acuerdo con una variante, la composición comprende una mezcla de silanos en la que un primer compuesto corresponde a la fórmula (I) R1aSiX(4-a) con a= 1, en donde X es metoxi, etoxi, n-propoxi o i-propoxi, R1 es metilo, etilo, n-propilo o n-butilo, un segundo compuesto corresponde a la fórmula (II) SiX4 con X alcoxi, en particular metoxi, etoxi, n-propoxi o i-propoxi, y un tercer compuesto corresponde a la fórmula (III) R2bSiX3 con b= 1, en donde X es metoxi, etoxi, n-propoxi o i-propoxi, R es metilo, etilo, n-propilo o n-butilo y Q es un grupo glicidilo o glicidiloxi.
Otros silanos que no entren en ninguna de las fórmulas (I)-(III) no forman parte constituyente de la composición de acuerdo con la invención y, por tanto, quedan excluidos.
En una forma de realización de la presente composición, la mezcla de silanos comprende del 5-25 % en peso, preferentemente del 10-20 % en peso de al menos un silano de fórmula (I), del 3-15 % en peso, preferentemente del 6-11 % en peso de al menos un silano de fórmula (II) y del 5-20 % en peso, preferentemente del 8-15 % en peso de al menos un silano de fórmula (III).
En una forma de realización preferida, la mezcla de silanos comprende del 5-15 % en peso, preferentemente del 8 12 % en peso de al menos un silano de fórmula (I), del 3-10 % en peso, preferentemente del 4-7 % en peso de al menos un silano de fórmula (II) y del 10-20 % en peso, preferentemente del 13-17 % en peso de al menos un silano de fórmula (III).
En otra forma de realización preferida, la mezcla de silanos comprende del 15-25 % en peso, preferentemente del 18 22 % en peso de al menos un silano de fórmula (I), del 5-15 % en peso, preferentemente del 10-13 % en peso de al menos un silano de fórmula (II) y del 5-10 % en peso, preferentemente del 7-9 % en peso de al menos un silano de fórmula (III).
En otra forma de realización de la presente composición, el al menos un fosfato es un monofosfato o polifosfato y se utiliza como sal de amonio o sal orgánica. Se prefieren los fosfatos sin halógenos, como por ejemplo el polifosfato de amonio, preferentemente se usa una mezcla de fosfatos y sulfatos.
En una forma de realización, la presente composición contiene al menos un alcóxido metálico, en particular un alcóxido de circonio, como n-propóxido de circonio. Preferentemente, la cantidad de alcóxido metálico asciende a del 1-3 % en peso, en particular a del 1-2% en peso. Los alcóxidos utilizados sirven como catalizador de condensación para conseguir el mayor grado de condensación posible incluso a bajas temperaturas.
En otra forma de realización, en la presente composición está contenido al menos un glicoléter. El glicoléter se añade a la composición como mezcla de agua y al menos un glicoléter, en particular en una relación de mezcla de 60 partes de agua y 40 partes de glicoléter. Como glicoléter se usan dipropilenglicolmonometiléter, tripropilenglicolmonometiléter, 1-metoxi-2-propanol, tripropilenglicolmonobutiléter, propilenglicolbutiléter, etilenglicolmonofeniléter, preferentemente dipropilenglicolmonometiléter. Los glicoléteres sirven como disolvente no inflamable, que combina bien tanto con el agua del agente ignífugo como con el alcohol del silano. Si se utiliza un glicoléter, puede suprimirse la etapa del alcohol que se produce en la producción del agente ignífugo, como se muestra a continuación.
En una forma de realización preferida, la presente composición comprende
- al menos un fosfato y/o sulfato,
- al menos un compuesto de fórmula general (I) de acuerdo con R1SiX3 o R12SiX2 con R1 como grupo alquilo C1-C10, preferentemente metilo, etilo, propilo, pentilo, hexilo, heptilo, octilo, y con X como alcoxi, en particular metoxi, etoxi, n-propoxi o i-propoxi;
- al menos un compuesto de fórmula general (II) de acuerdo con SiX4 con X como metoxi, etoxi, n-propoxi o i-propoxi y butoxi;
- al menos un compuesto de fórmula general (III) de acuerdo con R2SiX3 con R2 como metilo, etilo, propilo, pentilo, hexilo, heptilo, octilo, que pueden estar interrumpidos por -O- o -NH-, y funcionalizados con un grupo epóxido o vinilo como Q1, y X como metoxi, etoxi, n-propoxi, i-propoxi o butoxi; y
- al menos un alcóxido metálico, preferentemente alcóxido de circonio,
- opcionalmente, al menos un glicoléter y
- agua.
En otra forma de realización preferida, la presente composición comprende
- al menos un fosfato y/o sulfato,
- al menos un compuesto de fórmula general (I) de acuerdo con R1SiX3 o R12SiX2 con R1 como metilo, etilo, propilo, y con X como metoxi, etoxi;
- al menos un compuesto de fórmula general (II) de acuerdo con SiX4 con X como metoxi, etoxi;
- al menos un compuesto de fórmula general (III) de acuerdo con R2SiX3 con R2 como etilo, propilo, pentilo, que pueden estar interrumpidos por -O- o -NH-, y funcionalizado con un grupo epóxido o vinilo como Q1, y X como metoxi, etoxi; y
- al menos un alcóxido metálico, preferentemente alcóxido de circonio,
- opcionalmente, al menos un glicoléter y
- agua.
En otra forma de realización, la presente composición puede contener partículas inorgánicas, en particular nanopartículas a base de SiO2, tal como geles de sílice o zeolitas. Las partículas usadas preferentemente a este respecto presentan un tamaño entre 2 y 400 nm, preferentemente entre 2 y 100 nm, en particular preferentemente entre 2 y 50 nm. Mediante la adición de las partículas inorgánicas, la cantidad de principio activo absorbido puede incrementarse aún más.
El presente agente ignífugo puede producirse en un procedimiento que comprende las siguientes etapas:
a) facilitar una suspensión acuosa que contenga al menos un compuesto de fórmula general (I), al menos un compuesto de fórmula general (II) y al menos un compuesto de fórmula general (III);
b) añadir al menos un catalizador, en particular un compuesto básico, a la suspensión de al menos un compuesto de fórmula (I), de fórmula (II) y de fórmula (III);
c) calentar la mezcla de al menos un compuesto de fórmula (I), de fórmula (II) y de fórmula (III) y el al menos un catalizador;
d) añadir al menos un alcóxido metálico, en particular un alcóxido de circonio, a la mezcla, y
e l) o bien separar la fase alcohólica formada (por ejemplo, por evaporación) de la fase acuosa de la mezcla de al menos un compuesto de fórmula (I), de fórmula (II) y de fórmula (III) o bien
e2) añadir una mezcla de agua y al menos un glicoléter y
f) añadir al menos un fosfato y/o sulfato a la mezcla obtenida en la etapa e l) o etapa e2).
Los compuestos básicos, como soluciones de hidróxido como soluciones de NaOH, KOH o de hidróxido de amonio, son adecuados como catalizadores. Se utiliza preferentemente una solución de hidróxido sódico, en particular una solución de hidróxido sódico 0,1 molar.
En una variante, en la etapa f) se añade del 20-40 % en peso, preferentemente del 25-35 % en peso, de manera especialmente preferente el 30 % en peso de la mezcla obtenida en la etapa e l) o etapa e2) a una solución acuosa de fosfato, en particular una solución de fosfato con un contenido en sólidos del 50 % en peso. La cantidad de mezcla de silanos en la composición final se encuentra a este respecto preferentemente en del 2-10% en peso, preferentemente del 3-8 % en peso, en particular preferentemente en del 4-6 % en peso, por ejemplo en el 5 % en peso.
La suspensión acuosa preparada del agente ignífugo de tres silanos y fosfato y/o sulfato es estable y se aplica sobre las partículas de madera en forma de un agente de pulverización. La aplicación del agente ignífugo se realiza durante la producción de un tablero de materia derivada de la madera.
De manera correspondiente se proporciona igualmente un procedimiento para producir un tablero de materia derivada de la madera, que comprende las siguientes etapas:
- facilitar partículas de madera; en particular partículas de madera secadas;
- encolar las partículas de madera con un aglutinante adecuado,
- prensar las partículas de madera encoladas para formar un tablero de materia derivada de la madera,
en donde la al menos una composición de agente ignífugo descrita anteriormente se aplica, en particular se pulveriza, sobre las partículas de madera antes, con o después de la aplicación del aglutinante sobre las partículas de madera.
La cantidad de composición de agente ignífugo pulverizada sobre las partículas de madera se encuentra entre el 15 y el 30 % en peso, preferentemente entre el 20 y el 25 % en peso (sólido con respecto a madera absolutamente seca).
Los aglutinantes preferidos se seleccionan del grupo que contiene adhesivos de formaldehído, adhesivos de poliuretano, adhesivos de resina epoxídica, adhesivos de poliéster, en donde se usan principalmente adhesivos de formaldehído.
Como adhesivo de formaldehído puede usarse en particular un adhesivo de resina de fenol-formaldehído (PF), un adhesivo de resina de cresol/resorcina-formaldehído, adhesivo de resina de urea-formaldehído (UF) y/o adhesivo de resina de melamina-formaldehído (MF).
Como alternativas al adhesivo de formaldehído se ofrecen en menor medida adhesivos de poliuretano basados en poliisocianatos aromáticos, en particular polidifenilmetandiisocianato (PMDI), toluilendiisocianato (TDI) y/o difenilmetandiisocianato (MDI), en donde se prefiere especialmente PMDI.
Adicionalmente al aglutinante, en una forma de realización también se añaden parafinas (por ejemplo, el 3 % en peso de una emulsión de parafina al 50 % en peso) a las partículas de madera para reducir la absorción de agua y el hinchamiento. La emulsión de parafina se pulveriza preferentemente sobre las partículas de madera.
Los tableros de materia derivada de la madera producidos pueden ser un tablero de virutas gruesas (OSB), un tablero de virutas o un tablero de madera contrachapeada.
Preferentemente, se producen tableros OSB, en donde el procedimiento comprende las siguientes etapas:
a) producir hebras (hebras de OSB) a partir de maderas adecuadas,
b) dado el caso almacenar provisionalmente las hebras de madera, en particular en silos o búnkeres, c) secar las hebras de madera,
d) clasificar o cribar las hebras de madera de manera correspondiente al tamaño de las hebras de madera, e) encolar las hebras de madera con un aglutinante adecuado, en particular con al menos un isocianato;
f) aplicar las hebras de madera encoladas sobre una cinta transportadora mediante tamizado por viento y/o lanzamiento, y
g) prensar las hebras de madera encoladas dispuestas sobre la cinta transportadora,
en donde la al menos una composición de agente ignífugo descrita anteriormente se aplica, en particular se pulveriza, sobre las partículas de madera antes, con o después de la aplicación del aglutinante sobre las partículas de madera.
Como ya se ha mencionado, se producen tableros de virutas gruesas, también denominados OSB (oriented strand boards) a partir de virutas (hebras) largas en un proceso de múltiples etapas.
En una primera etapa, se pelan longitudinalmente hebras de madera en rollo descortezada, preferentemente maderas de coníferas, utilizando cuchillas giratorias.
Las hebras de madera así producidas pueden presentar una longitud entre 50 y 200 mm, preferentemente de 70 a 180 mm, en particular preferentemente de 90 a 150 mm; una anchura entre 5 y 50 mm, preferentemente de 10 a 30 mm, en particular preferentemente de 15 a 20 mm; y un grosor entre 0,1 y 2 mm, preferentemente entre 0,3 y 1,5 mm, en particular preferentemente entre 0,4 y 1 mm.
En una forma de realización, las hebras de madera presentan por ejemplo una longitud entre 150 y 200 mm, una anchura entre 15 y 20 mm, un grosor entre 0,5 y 1 mm y una humedad de como máximo el 50 %.
Los OSB están constituidos normalmente de dos capas de cubierta, que delimitan una capa intermedia, en donde las capas de cubierta y la capa intermedia pueden estar constituidas por distintos tipos de hebras de madera. De este modo pueden usarse hebras planas en las capas de cubierta, mientras que pueden usarse hebras cualitativamente peores (o también virutas) en la capa central. A este respecto se prefiere cuando las hebras de las capas de cubierta se mezclan, por ejemplo, se pulverizan, con el presente agente ignífugo.
Como aglutinantes para OSB se usan preferentemente isocianatos. En una forma de realización, el al menos un isocianato se basa en poliisocianatos aromáticos, en particular polidifenilmetandiisocianato (PMDI), toluilendiisocianato (TDI) y/o difenilmetandiisocianato (MDI), en donde se prefiere especialmente PMDI. Sin embargo, también pueden utilizarse colas de melamina-urea-formaldehído o colas fenólicas. Al igual que los PMDI, éstas tienen una gran resistencia al agua. Además se usa melamina también como agente ignífugo.
Como ya se ha indicado, el al menos un agente ignífugo puede aplicarse, en particular pulverizarse sobre las hebras de madera en un tambor de encolado (bobina) o en un mezclador de artesa junto con la adición del aglutinante.
Un equipo de encolado utilizado para el presente procedimiento en forma de una bobina está constituido por un cilindro y al menos una barra de alimentación para el suministro de adhesivo y aire comprimido con discos pulverizadores, para cuyo accionamiento se han previsto motores de accionamiento neumáticos dispuestos en carcasas. Un equipo de encolado de este tipo se ha descrito en el documento DE 102008046637 A1.
Una mezcladora de artesa adecuada se comercializa, por ejemplo, por la empresa Dieffenbacher. Debido a su gran volumen de cámara y al tiempo de permanencia óptimo del material, estas mezcladoras de cola garantizan una distribución uniforme de la cola. Para garantizar un resultado de encolado óptimo, el nivel de llenado constante de la mezcladora se mantiene mediante una trampilla de salida.
La composición de agente ignífugo puede utilizarse tanto en las capas de cubierta como también en la capa central, o también sólo en las capas de cubierta o sólo en la capa central del OSB.
Después de aplicar el aglutinante con el agente ignífugo sobre las hebras de madera, las hebra de madera encoladas se colocan sobre una cinta transportadora o se extienden y, a continuación, se prensan para formar un tablero de materia derivada de la madera OSB.
El prensado puede tener lugar a una temperatura de prensado entre 150 y 250 °C, preferentemente 180 °C y 220 °C, y un tiempo de prensado entre 30 y 240 s, preferentemente 100 y 210 s, en particular 150 y 180 s.
Los OSB producidos con el presente procedimiento presentan por consiguiente un aglutinante y la composición de agente ignífugo descrita anteriormente.
A este respecto se mostró que el contenido de agente ignífugo en las hebras tras el extendido y prensado en el OSB aumentaba hasta un 70 % cuando se utilizaban las mezclas de silanos como agentes de fijación en comparación con las muestras sin agente de fijación.
Los tableros de virutas gruesas (OSB) producidos con el procedimiento descrito presentan una resistencia a la tracción transversal superior a 0,3 N/mm2, preferentemente superior a 0,4 N/mm2, preferentemente superior a 0,45 N/mm2, en particular preferentemente superior a 0,5 N/mm2. La resistencia a la tracción transversal puede encontrarse en un intervalo entre 0,3 y 0,6 N/mm2, preferentemente entre 0,4 y 0,6 N/mm2, en particular preferentemente entre 0,45 y 0,55 N/mm2.
Además, los tableros de virutas gruesas (OSB) producidos con el procedimiento descrito presentan módulos de elasticidad en la dirección longitudinal de entre 3200 y 4000 MPa, preferentemente de entre 3400 y 3800 MPa, y módulos de elasticidad en la dirección transversal de entre 1400 y 1800 MPa, preferentemente de entre 1500 y 1600 MPa.
El presente tablero de materia derivada de la madera OSB puede presentar una densidad aparente entre 300 y 1000 kg/m3, preferentemente entre 500 y 800 kg/m3, en particular preferentemente entre 600 y 700 kg/m3.
El espesor del presente tablero de materia derivada de la madera OSB puede ascender a entre 5 y 50 mm, preferentemente entre 8 y 40 mm, en donde en particular se prefiere un espesor entre 8 y 30 mm.
Como ya se ha mencionado, también es posible sin embargo producir tableros de virutas de madera con el presente procedimiento.
De manera correspondiente se proporciona un procedimiento para producir tableros de virutas de madera, que comprende las siguientes etapas:
a) producir recortes de madera a partir de maderas adecuadas,
b) triturar los recortes de madera mediante mecanizado con arranque de virutas para obtener virutas de madera; c) encolar las virutas de madera con al menos un aglutinante;
d) aplicar las virutas de madera encoladas sobre una cinta transportadora con formación de una torta de virutas de varias capas; y
e) prensar la torta de virutas para formar un tablero de materia derivada de la madera,
en donde la al menos una composición de agente ignífugo descrita anteriormente se aplica, en particular se pulveriza, sobre las virutas de madera antes, con o después de la aplicación del aglutinante sobre las virutas de madera. Las virutas de madera producidas en el proceso de mecanizado con arranque de virutas se dividen en material de virutas fino y grueso, en donde las virutas de madera más grandes se utilizan preferentemente en la capa intermedia del tablero de virutas y las virutas de madera más pequeñas se utilizan preferentemente en las capas de cubierta. A este respecto se prefiere cuando las virutas de madera de las capas de cubierta se mezclan, por ejemplo, se pulverizan, con el presente agente ignífugo.
En el caso de los tableros de virutas de madera, se utilizan preferentemente aglutinantes a base de formaldehído, en donde se usan cantidades de aglutinante entre el 5 y el 8 % en peso, preferentemente entre el 6 y el 7 % en peso para la capa intermedia, y entre el 6 y el 10 % en peso, preferentemente entre el 8 y el 9 % en peso para la capa de cubierta.
Cuando se utiliza un aglutinante a base de poliuretano, como PMDI, en tableros de virutas de madera, la cantidad de aglutinante en la capa intermedia asciende a entre el 2 y el 5 % en peso, preferentemente al 3 % en peso, y en la capa de cubierta a entre el 4 y el 8 % en peso, preferentemente al 5 % en peso.
Tras el encolado, las virutas de madera encoladas se extienden sobre una cinta transportadora para formar una torta de virutas. En el caso de las virutas de madera, se trabaja habitualmente con una dispersión por el viento, en donde en primer lugar se dispersa una primera capa de cubierta, seguida de la capa intermedia y finalmente una segunda capa de cubierta.
A continuación, la torta de virutas se somete primero a un prensado previo y después a un prensado en caliente a temperaturas entre 100 °C y 250 °C, preferentemente entre 130 °C y 220 °C, en particular a 200 °C.
El presente tablero de materia derivada de la madera en forma de un tablero de virutas de madera puede presentar una densidad aparente entre 400 y 1200 kg/m3, preferentemente entre 500 y 1000 kg/m3, en particular preferentemente entre 600 y 800 kg/m3.
El grosor del presente tablero de materia derivada de la madera como tablero de virutas de madera puede ascender a entre 3 y 20 mm, preferentemente a entre 5 y 15 mm, en donde en particular se prefiere un grosor de 10 mm.
El presente tablero de virutas de madera está constituido por del 60 al 90 % en peso, preferentemente del 70 al 80 % en peso, de virutas de madera y del 5 al 20 % en peso, preferentemente del 10 al 15 % en peso, de aglutinantes.
La invención se explica en más detalle a continuación en varios ejemplos de realización.
Ejemplo de realización 1:
A un agente ignífugo a base de fosfato/polifosfato (contenido de sólidos: aprox. 50 % en peso) se añade el 5 % en peso de ino®dur GW80-N-D (30 % en peso).
Síntesis del aditivo ino®dur GW80-N-D:
Se hidrolizan los silanos de 15,23 g de glicidiloxipropiltrietoxisilano, 9,75 g de metiltrietoxisilano y 5,7 g de tetraetoxisilano con el uso de 1,67 g de una solución 0,1 molar de hidróxido sódico.
Tras un tiempo de agitación de 60 minutos a 40 °C a reflujo, se realiza una adición de 2,04 g de n-propóxido de circonio (70 % en iso-propanol). Tras un tiempo de agitación adicional de 60 minutos a temperatura ambiente, se añaden gota a gota 8,22 g de agua y se eliminan 7,1 g de etanol con ayuda de un evaporador rotativo (T=55 °C y pmin= 10,5 kPa (105 mbar)).
Síntesis más rentable: Debido a la presión de los precios, debía evitarse por un lado la etapa de trabajo de intercambio de disolventes mediante un evaporador rotativo y debía utilizarse por otro lado una mezcla de silanos más rentable. Para ello se adaptó la síntesis:
Ejemplo de realización 2:OSB ignífugo
A un agente ignífugo a base de fosfato/polifosfato (contenido de sólidos: aprox. 50 % en peso) se añade el 5 % en peso de ino®dur GW80-N-D5 (30 % en peso).
Síntesis del aditivo ino®dur GW80-N-D5:
Se hidrolizan los silanos de 7,61 g de glicidiloxipropiltrietoxisilano, 19,5 g de metiltrietoxisilano y 11,4 g de tetraetoxisilano con el uso de 1,92 g de una solución 0,1 molar de hidróxido sódico. Tras un tiempo de agitación de 60 minutos a 40 °C a reflujo, se realiza una adición de 1,24 g de n-propóxido de circonio (70 % en iso-propanol).
Tras un tiempo de agitación adicional de 60 minutos a temperatura ambiente, se añaden gota a gota 15,78 g de una mezcla que está constituida por 60 partes de agua y 40 partes de dipropilenglicolmetiléter y se agita durante 30 minutos adicionales a temperatura ambiente.
El aditivo acabado tiene ahora un punto de inflamación de aproximadamente 60 °C. También una adición del 25 % en peso al agente ignífugo acuoso (fosfato / polifosfato) da como resultado un punto de inflamación muy superior a 70 °C y por consiguiente puede utilizarse sin intercambio del disolvente.
A continuación, esta mezcla se pulveriza sobre las hebras de la capa de cubierta para un OSB en una bobina (tambor de encolado) en una cantidad del 24 % en peso (sólido con respecto a madera absolutamente seca). También se dosificaron el 5 % en peso de PMDI (al 100 %) y el 3 % en peso de emulsión de parafina (al 50 % en peso). Para la capa intermedia, se pulverizaron las hebras en otra bobina con un 3,5 % en peso de PMDI (al 100 %) y un 3 % en peso de emulsión de parafina (al 50 % en peso). Después de la dispersión de las hebras, se toman hebras de la capa de cubierta y se analiza para determinar el contenido de agente ignífugo. Se obtuvo como resultado un valor del 21 % en peso. Sólo se encontró un 15%en peso en una muestra cero sin agente de fijación. La estructura se pasó por una prensa Conti y se prensó bajo presión y temperatura para formar un OSB (22 mm). Se tomaron muestras de tablero detrás de la prensa y también se determinó el contenido de agente ignífugo. Esto dio un valor del 20 % en peso para la muestra con agente de fijación y un valor del 10 % en peso para la muestra sin agente de fijación.
Ejemplo de realización 3:Tablero de virutas ignífugo
A un agente ignífugo a base de fosfato/polifosfato (contenido de sólidos: aprox. 50 % en peso) se añade el 5 % en peso de ino®dur GW80-N-D5 (30 % en peso) (preparación como en el ejemplo de realización 2).
A continuación, esta mezcla se pulveriza en una mezcladora sobre las virutas de la capa de cubierta para un tablero de virutas en una cantidad del 20% en peso (sólido con respecto a madera absolutamente seca). También se añadieron un 15 % en peso de cola sólida de urea-formaldehído (como solución al 60 %) y un 2 % en peso de parafina caliente. La cola contenía un endurecedor a base de una sal de amonio en una cantidad del 5 % en peso sup./sup. (solución al 50 %).
Después de esparcir las capas de cubierta y la capa intermedia (encolado: 7 % en peso de cola de urea-formaldehído (sólido con respecto a madera absolutamente seca, solución al 60 % con endurecedor a base de sal de amonio (5 % en peso sup./con respecto a sup. de cola)). Igualmente se añadió el 2 % en peso de parafina caliente a las virutas de la capa intermedia. Al igual que con la capa de cubierta, el encolado se realizó en una mezcladora de artesa.
Después de esparcir las capas de cubierta e intermedia, se toman virutas de la capa de cubierta y se analizan para determinar el contenido de agente ignífugo. Se obtuvo como resultado un valor del 16 % en peso. Sólo se encontró un 13 % en peso en una muestra cero sin agente de fijación. Las virutas se prensaron para formar un tablero de virutas de tres capas (18 mm) en una prensa Conti. Se tomaron muestras de tablero detrás de la prensa y también se determinó el contenido de agente ignífugo. Esto dio un valor del 15 % en peso para la muestra de la capa de cubierta con agente de fijación y un valor del 12 % en peso para la muestra sin agente de fijación.
Claims (15)
1. Procedimiento para producir un tablero de materia derivada de la madera, en donde al menos un agente ignífugo se aplica sobre las partículas de madera como suspensión acuosa en forma de un agente de pulverización durante el proceso de producción, en donde la suspensión acuosa de agente ignífugo comprende
- al menos una sal de fosfato y/o sulfato,
- una mezcla de al menos un compuesto de fórmula general (I)
R1aSiX(4-a)(I),
en donde
- X es alcoxi y
- R1 es un resto orgánico seleccionado del grupo que comprende alquilo, cicloalquilo o fenilo y
- es a = 1, 2, 3, en particular 1 o 2,
- al menos un compuesto de fórmula general (II)
SiX4 (II),
en donde X es alcoxi y
- al menos un compuesto de fórmula general (III)
R2SiX3 (III),
en donde
- X es alcoxi y
- R2 es un resto orgánico seleccionado del grupo que comprende alquilo C1-C10, que puede estar interrumpido por -O- o -NH-, y
- en donde R2 presenta al menos un grupo funcional Q1 que se selecciona de un grupo que contiene un grupo metacrilo, metacriloxi, vinilo y epóxido.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,caracterizado por queX se selecciona de un grupo que contiene alcoxi C1-6, en particular metoxi, etoxi, n-propoxi, i-propoxi y butoxi.
3. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queR1 del compuesto de fórmula general (I) se selecciona de un grupo que comprende alquilo C1-C10, preferentemente alquilo C1-C8, en particular preferentemente metilo, etilo, propilo, pentilo, hexilo, heptilo, octilo.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queel compuesto de fórmula general (I) es R1SiX3 o R12SiX2 con R1 como grupo alquilo C1-C10, preferentemente metilo, etilo, propilo, pentilo, hexilo, heptilo, octilo, y con X como alcoxi, en particular metoxi, etoxi, n-propoxi o i-propoxi.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queR2 del compuesto de fórmula general (III) se selecciona de un grupo que comprende metilo, etilo, propilo, pentilo, hexilo, heptilo, octilo, que pueden estar interrumpidos por -O- o -NH-.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queel al menos un grupo funcional Q1 del compuesto de fórmula general (III) se selecciona de un grupo que contiene un grupo epóxido, amino y vinilo.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la mezcla de silanos comprende del 5-25 % en peso, preferentemente del 10-20 % en peso de al menos un silano de fórmula (I), del 3-15 % en peso, preferentemente del 6-11 % en peso de al menos un silano de fórmula (II) y del 5-20 % en peso, preferentemente del 8-15 % en peso de al menos un silano de fórmula (III).
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por quela al menos una sal de fosfato es un monofosfato o un polifosfato o una mezcla con un sulfato.
9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queestá contenido al menos un glicoléter, en particular dipropilenglicolmonometiléter, tripropilenglicolmonometiléter, 1-metoxi-2-propanol, tripropilenglicolmonobutiléter, propilenglicolbutiléter, etilenglicolmonofeniléter.
10. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado poral menos un alcóxido metálico, en particular un alcóxido de circonio, tal como el n-propóxido de circonio.
11. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queel al menos un tablero de materia derivada de la madera es un tablero de virutas gruesas (OSB), un tablero de virutas o un tablero de madera contrachapeada.
12. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,caracterizado porlas siguientes etapas:
- facilitar partículas de madera; en particular partículas de madera secadas;
- encolar las partículas de madera con un aglutinante adecuado,
- prensar las partículas de madera encoladas para formar un tablero de materia derivada de la madera,caracterizado por que
el al menos un agente ignífugo se aplica, en particular se pulveriza, sobre las partículas de madera antes, con o después de la aplicación del aglutinante sobre las partículas de madera.
13. Tablero OSB que puede producirse en un procedimiento según una de las reivindicaciones 1-12.
14. Tablero de virutas de madera que puede producirse en un procedimiento según una de las reivindicaciones 1-12.
15. Procedimiento para producir un agente ignífugo de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-12 que comprende las siguientes etapas:
a) facilitar una suspensión acuosa que contenga una mezcla de al menos un compuesto de fórmula general (I), al menos un compuesto de fórmula general (II) y al menos un compuesto de fórmula general (III);
b) añadir al menos un catalizador, en particular un compuesto básico, a la suspensión de al menos un compuesto de fórmula (I), de fórmula (II) y de fórmula (III);
c) calentar la mezcla de al menos un compuesto de fórmula (I), de fórmula (II) y de fórmula (III) y el al menos un catalizador;
d) añadir al menos un alcóxido metálico, en particular un alcóxido de circonio, a la mezcla, y
e1) o bien separar la fase alcohólica formada (por ejemplo, por evaporación) de la fase acuosa de la mezcla de al menos un compuesto de fórmula (I), de fórmula (II) y de fórmula (III) o bien
e2) añadir una mezcla de agua y al menos un glicolmetiléter y
f) añadir al menos un fosfato a la mezcla obtenida en la etapa e1) o etapa e2).
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