ES3040410T3 - Binder composition on an oligoester basis, production thereof, and use thereof for binding organic or mineral fibres - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a una composición aglutinante termoendurecible que contiene agua y un éster oligomérico soluble en agua de al menos un carbohidrato elegido entre los azúcares reductores, los azúcares no reductores y los azúcares hidrogenados, dichos azúcares hidrogenados elegidos del grupo que consiste en eritritol, arabitol, xilitol, sorbitol, manitol, iditol, maltitol, isomaltitol, lactitol, celobitol, palatinitol, maltotritol y los productos de hidrogenación de hidrolizados de almidón o materiales lignocelulósicos, y de al menos un ácido policarboxílico, dicha composición aglutinante tiene un contenido sólido de entre 50 y 80% en peso, el éster oligomérico soluble en agua representa al menos el 80% en peso, preferiblemente al menos el 90% en peso, de la materia sólida de la composición aglutinante termoendurecible, y la composición aglutinante termoendurecible contiene menos del 10% en peso, preferiblemente menos del 5% en peso, en relación con el contenido sólido, de sorbitol libre. La invención también se refiere a un método para utilizar este tipo de composición aglutinante para producir un producto a base de fibras minerales u orgánicas unidas por un aglutinante orgánico insoluble. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Composición aglutinante a base de oligoésteres, producción de la misma y uso de la misma para unir fibras orgánicas o minerales

La presente solicitud de patente se refiere a un aglutinante termoendurecible acuoso a base de ésteres oligoméricos solubles en agua obtenidos por reacción entre un carbohidrato y un ácido policarboxílico.

También se refiere al uso de un aglutinante de este tipo para unir fibras orgánicas o minerales, en particular fibras de lana mineral, en particular de lana de vidrio o de roca.

Se conoce desde hace varios años el uso de composiciones acuosas basadas en reactivos de base biológica, en particular a base de azúcares, como aglutinantes termoendurecibles para lanas minerales o productos no tejidos a base de fibras minerales.

Se ha propuesto en particular formar poliésteres termoestables haciendo reaccionar azúcares reductores y/o azúcares no reductores y/o azúcares hidrogenados, que comprenden grupos hidroxilo, con ácidos policarboxílicos en presencia de un catalizador, generalmente hipofosfito de sodio (Documentos WO 2009/080938, WO 2010/029266, WO 2013/014399, WO 2013/021112).

La solicitud internacional WO 2012/138723 describe composiciones de apresto basadas en carbohidratos oligoméricos y/o poliméricos (equivalente de dextrosa 2 — 20) y en un agente de reticulación elegido entre ácidos policarboxílicos. Estas composiciones también contienen un oligoéster que tiene un peso molecular promedio en peso de entre 1500 y 5000, obtenido por reacción de ácido policarboxílico y glicerol.

La solicitud FR2924719 describe una composición de apresto para productos aislantes a base de lana mineral, en particular lana de roca o de vidrio, caracterizada por que comprende al menos un monosacárido y/o al menos un polisacárido, y al menos un ácido policarboxílico orgánico que tiene una masa molar inferior o igual a 1000.

Las composiciones de apresto descritas en los documentos anteriormente mencionados son soluciones acuosas diluidas de baja viscosidad de reactivos monoméricos. Por lo general, se pulverizan sobre las fibras minerales aún calientes inmediatamente después de su formación. Inmediatamente después de la aplicación de la composición de apresto sobre las fibras, la fase acuosa comienza a evaporarse. Cuando las fibras se recogen y ensamblan en forma de estera sobre la cinta colectora, son pegajosas y la película de composición de apresto que envuelve las fibras de vidrio todavía contiene agua.

Solo cuando la estera de lana mineral aprestada entra en el horno de secado, típicamente controlada termostáticamente a temperaturas superiores a 180 °C, de hecho incluso superiores a 200 °C, se completa la evaporación del agua y comienza la reacción de esterificación entre los reactivos.

El calentamiento de la estera de fibras aprestadas a altas temperaturas durante unas pocas decenas o cientos de segundos da como resultado la reticulación del sistema reactivo por esterificación y la formación de un aglutinante insoluble en agua, pero también la descomposición térmica de algunos de los reactivos y la evaporación de los productos de descomposición resultantes. Los componentes gaseosos formados en el horno de secado se evacuan parcialmente a través de la pila. Los gases de escape, o gases de combustión, se tratan en un sistema de depuración y los licores de depuración acuosos se reciclan a continuación en un sistema cerrado.

Cuando la composición de apresto contiene ácidos carboxílicos, tales como ácido cítrico, los gases de combustión contienen muchos compuestos ácidos que deben neutralizarse mediante la adición de bases para evitar la degradación de la instalación por corrosión. Sin embargo, la adición de bases es problemática. Esto se debe a que, en las instalaciones para fabricar productos aislantes a base de lana de vidrio, los licores de depuración acuosos se reinyectan en el sistema y se usan en particular para la preparación de composiciones aglutinantes y compuestos aglutinantes. Sin embargo, es probable que la presencia de grandes cantidades de bases o sales en las composiciones de apresto aumente el pH e interfiera con la reacción de esterificación (reticulación).

Por lo tanto, el solicitante ha detectado, entre otras cosas, la presencia de ácido cítrico, ácido citracónico, ácido itacónico, ácido propiónico, ácido acético y trazas de ácido fórmico en los licores de depuración acuosos de los gases de escape de un sistema aglutinante a base de alcoholes de azúcar y ácido cítrico.

La presente invención se basa en el descubrimiento de que era posible limitar significativamente la emisión de componentes ácidos volátiles en la pila de un horno de curado de lana de vidrio, sometiendo el sistema reactivo de partida, basado en polioles y poliácidos, a una reacción de oligomerización preliminar por policondensación (esterificación) en un medio esencialmente anhidro. Los ésteres oligoméricos así preparados pueden usarse de la misma manera que los reactivos de los aglutinantes basados en azúcares y/o en alcoholes de azúcar y en ácidos. Son solubles en agua y estables en agua a temperatura ambiente, forman soluciones acuosas que son bombeables e infinitamente diluibles y tienen, en las concentraciones que se utilizan habitualmente para aglutinar los compuestos (del 2%al 6%en peso), viscosidades que son perfectamente compatibles con un sistema convencional de apresto mediante pulverización mediante boquillas (anillo de pulverización).

Además, el uso de oligómeros en lugar de los reactivos de poliol y poliácido tiene la ventaja de reducir significativamente la temperatura de comienzo de la reticulación del sistema reactivo y/o de acortar, para una temperatura de horno de secado dada, el tiempo requerido para un endurecimiento satisfactorio del aglutinante, lo que permite acelerar la línea de producción de lana de vidrio y/o ahorrar energía para calentar el horno.

Finalmente, la reducción en la pérdida de ácido cítrico por descomposición y emisión en los gases de combustión en la pila se refleja en un aumento en la eficiencia de la línea industrial (BLE,binder Une efficiency- eficiencia de la línea de aglutinante), que es la relación entre la cantidad de aglutinante endurecido en el producto final y la cantidad total de sólidos de aglutinante y aditivos rociados sobre las fibras.

La presente solicitud de patente se refiere a una composición aglutinante termoendurecible que contiene agua y un éster oligomérico soluble en agua de al menos un carbohidrato elegido entre azúcares reductores, azúcares no reductores y azúcares hidrogenados, seleccionándose los azúcares hidrogenados del grupo que consiste en eritritol, arabitol, xilitol, sorbitol, manitol, iditol, maltitol, isomaltitol, lactitol, celobitol, palitatinol, maltotritol y productos de hidrogenación de hidrolizados de almidón o de materiales lignocelulósicos, y de al menos un ácido policarboxílico, teniendo la composición de aglutinante un contenido de materia seca de entre el 40 % y el 80 % en peso y representando el éster oligomérico soluble en agua al menos el 80 % en peso, preferiblemente al menos el 90 % en peso, de la materia seca de la composición aglutinante termoendurecible.

En la presente solicitud de patente, el término “ sacárido” tiene un significado más amplio de lo habitual, ya que abarca no solo carbohidratos en sentido estricto, es decir, azúcares reductores o hidratos de carbono de fórmula Cn(H2Ü)p donde p = n (monosacáridos) o p = n-1 (oligo y polisacáridos) y que presentan al menos un grupo aldehído o cetona (grupo reductor), sino también los productos de hidrogenación de estos hidratos de carbono en los que el grupo aldehído o cetona se ha reducido a un alcohol. Estos productos de hidrogenación también se denominan alditoles, alcoholes azucarados o azúcares hidrogenados. El término “ sacárido” también abarca azúcares no reductores compuestos por varias unidades carbohidrato, cuyos carbonos que llevan el hidroxilo hemiacetal forman parte de enlaces glucosídicos que unen las unidades entre sí.

En la presente solicitud de patente, los términos “ composición aglutinante” y “ composiciones de apresto” no son sinónimos. El término “ composición aglutinante” indica soluciones acuosas concentradas, es decir, que tienen un alto contenido de materia sólida (varias decenas de valor porcentual). Estas composiciones pueden almacenarse y transportarse. Son lo suficientemente fluidas para ser bombeadas, pero demasiado viscosas para rociarlas tal cual sobre las fibras. El término “ composición de apresto” indica soluciones acuosas considerablemente menos concentradas, que tienen un contenido de materia seca inferior al 10 % en peso. Generalmente se obtienen diluyendo las composiciones aglutinantes con agua. Tienen viscosidades lo suficientemente bajas como para permitir su aplicación sobre fibras de lana de vidrio mediante pulverización por medio de boquillas.

La presente solicitud de patente también describe un proceso para preparar una composición aglutinante que comprende una etapa de síntesis de los oligómeros mediante esterificación de los reactivos en un medio esencialmente anhidro, seguida de una etapa de dilución del producto de reacción resultante con agua.

Más precisamente, el proceso para preparar las composiciones aglutinantes de la presente invención comprende

- el calentamiento de una mezcla de al menos un sacárido seleccionado entre azúcares reductores, azúcares no reductores y azúcares hidrogenados, de al menos un ácido policarboxílico y de al menos un catalizador de esterificación, a una temperatura de entre 105 °C y 170 °C, preferiblemente entre 120 °C y 150 °C, durante un período de entre 5 minutos y 10 horas, preferiblemente de entre 20 minutos y 2 horas, para formar un éster oligomérico, y

- la adición de una cantidad de agua suficiente para obtener una solución acuosa bombeable del éster oligomérico.

Como se ha explicado anteriormente, la mezcla de reacción de esta policondensación en masa es preferiblemente esencialmente anhidra, es decir, contiene preferiblemente menos del 2 % de agua, preferiblemente menos del 1 % de agua. En determinados casos, puede ser necesario añadir una pequeña cantidad de agua, generalmente inferior al 5 % en peso, para homogeneizar los reactivos en la mezcla de reacción. Esta agua requerida para la homogeneización se evapora bajo el efecto del calentamiento.

Una realización preferida del proceso para sintetizar los oligoésteres comprende el calentamiento del sacárido, en ausencia de disolvente, hasta que se haya fundido por completo, y a continuación la adición del ácido cítrico y del catalizador. Los tiempos de reacción dependen del cambio en la viscosidad del medio durante la síntesis.

La progresión de la reacción de oligomerización se puede controlar mediante viscosimetría de la siguiente manera: Se extrae una alícuota del medio de reacción y se diluye con agua destilada para obtener una solución que tenga un contenido de materia sólida (contenido de sólidos) igual al 70 %. Esta solución se introduce en un reómetro MCR302 de Anton Paar que tiene una geometría superior de cono/placa de 50 mm y una geometría inferior de placa de 50 mm, lo que hace posible una alta sensibilidad a bajas viscosidades. La viscosidad de los oligómeros se mide a temperatura ambiente para velocidades de cizallamiento que aumentan de 5 s-1 a 1000 s-1, reduciéndose de nuevo a continuación de 1000 s-1 a 5 s-1. Se observa que la viscosidad no depende de la velocidad de cizallamiento. Las soluciones de oligómeros son, por lo tanto, líquidos newtonianos. Los valores de viscosidad se leen a 20 °C a una velocidad de cizallamiento de 100 s-1.

El objetivo del estudio de la cinética de la reacción de oligomerización es encontrar el mejor compromiso entre, por un lado, una viscosidad aceptable, es decir, una viscosidad suficientemente baja para que las composiciones aglutinantes bastante concentradas permanezcan bombeables y, por otro lado, la temperatura de comienzo de reticulación más baja posible.

La temperatura de comienzo de reticulación se determina mediante un análisis mecánico-térmico dinámico (DMTA, por sus siglas en inglés), que permite caracterizar el comportamiento viscoelástico de un material polimérico. Se recortan y superponen dos tiras de papel fabricado de microfibras de vidrio. Treinta miligramos de composición aglutinante con un contenido de materia sólida del 30%se depositan homogéneamente sobre las tiras, que posteriormente se unen horizontalmente entre dos mordazas de un aparato RSAIII (Texas Instruments). Un componente oscilante provisto de un dispositivo para medir el esfuerzo en función de la deformación aplicada se dispone en la cara superior de la muestra. El dispositivo permite determinar el módulo de elasticidad E'. Se calienta la muestra hasta una temperatura que varía desde 20 hasta 250 °C a una velocidad de 4 °C/min. La curva de variación del módulo de elasticidad E' (en MPa) en función de la temperatura (en °C) se representa a partir de las mediciones, y el aspecto general de la curva se muestra en la figura 1.

Las curvas DMTA se modelan en tres segmentos de línea recta:

1) tangente a la curva antes del comienzo de la reacción,

2) pendiente de la línea recta durante el aumento del módulo durante la reacción,

3) tangente a la curva después del final del aumento del módulo.

La temperatura de comienzo de la reticulación (CST) es la temperatura en la intersección de las dos primeras líneas rectas.

Cuando se alcanza el grado deseado de oligomerización, se detiene el calentamiento y se añade agua a la mezcla de reacción para obtener las composiciones aglutinantes de la presente invención.

La viscosidad Brookfield de las composiciones aglutinantes, determinada a temperatura ambiente (20 °C) con un contenido de sólidos del 70 % en peso, está ventajosamente entre 0,25 y 4,0 Pa.s, preferiblemente entre 0,3 y 1,5 Pa.s y, en particular, entre 0,35 y 1,0 Pa.s.

La temperatura de comienzo de la reticulación de las composiciones aglutinantes de la presente invención, determinada de la manera descrita anteriormente, está ventajosamente entre 105 °C y 125 °C.

Para la preparación de las composiciones aglutinantes termoendurecibles de la presente invención, en principio es posible usar cualquier sacárido seleccionado entre azúcares reductores, azúcares no reductores y azúcares hidrogenados.

El significado que se pretender dar a “azúcar hidrogenado” es el de todos los productos resultantes de la reducción de un sacárido (carbohidrato) seleccionado entre monosacáridos, disacáridos, oligosacáridos y polisacáridos y mezclas de estos productos. Los azúcares hidrogenados también se denominan alcoholes de azúcar, alditoles o polioles. Se pueden obtener por hidrogenación catalítica de sacáridos. La hidrogenación puede llevarse a cabo mediante métodos conocidos, operando en condiciones de alta presión de hidrógeno y alta temperatura, en presencia de un catalizador elegido entre los elementos de los Grupos Ib, IIb, IVb, VI, VII y VIII de la Tabla Periódica de los Elementos, preferiblemente del grupo que consiste en níquel, platino, paladio, cobalto, molibdeno y las mezclas de los mismos. El catalizador preferido es níquel Raney.

El azúcar o azúcares hidrogenados se eligen del grupo que consiste en eritritol, arabitol, xilitol, sorbitol, manitol, iditol, maltitol, isomaltitol, lactitol, celobitol, palatinitol, maltotritol y productos de hidrogenación de hidrolizados de almidón o de hidrolizados de materiales lignocelulósicos, en particular de hemicelulosa, en particular de xilanos y xiloglucanos. Por consiguiente, los azúcares hidrogenados usados en la presente invención no abarcan ni el glicerol ni el poliglicerol.

Los hidrolizados de almidón son productos obtenidos por hidrólisis enzimática y/o ácida de almidón. El grado de hidrólisis se caracteriza, generalmente, por el equivalente de dextrosa (DE, del inglésdextrose equivalent),definido por la siguiente relación:

Inúmero de enlaces glucosídicos rotos DE = 100 x ----------------------------------------------------------------------------\ número de enlaces glicosídicos en el almidón inicial

Los hidrolizados de almidón preferidos tienen, antes de la etapa de hidrogenación, un DE de entre 5 y 99, y ventajosamente entre 10 y 80.

Se dará particular preferencia al uso de un azúcar hidrogenado elegido del grupo que consiste en maltitol, xilitol, sorbitol y productos de hidrogenación de hidrolizados de almidón o de materiales lignocelulósicos.

Entre los azúcares hidrogenados descritos anteriormente, el sorbitol es el más fácilmente disponible en el mercado y el más barato. Sin embargo, la empresa solicitante, durante sus ensayos destinados a desarrollar aglutinantes a base de ácidos policarboxílicos y azúcares hidrogenados, descubrió que este azúcar hidrogenado, cuando se usaba tal cual, no permitía obtener fácilmente productos aislantes que presentaran propiedades mecánicas satisfactorias (resistencia a la tracción, recuperación de espesor, resistencia a la flexión). Para conferir una determinada resistencia mecánica a los productos aislantes resultantes, fue necesario aumentar considerablemente la relación ácido policarboxílico/sorbitol de los compuestos aglutinantes. Sin embargo, dicho aumento presenta una triple desventaja: aumenta la naturaleza corrosiva de los compuestos aglutinantes, promueve la liberación de productos de degradación ácidos en la pila y reduce la eficiencia de la línea industrial (eficiencia de la línea aglutinante), en particular cuando el ácido usado es ácido cítrico, que sufre degradación térmica a temperaturas inferiores a 200 °C.

La presente invención permite evitar los inconvenientes descritos anteriormente que están relacionados con el uso de sorbitol como azúcar hidrogenado. Esto se debe a que la preoligomerización del sorbitol en un medio anhidro en presencia de ácidos policarboxílicos proporciona oligoésteres que tienen propiedades equivalentes a los basados en xilitol o en maltitol, por ejemplo.

A la luz de lo anterior, la obtención de productos aislantes a base de lana mineral y con propiedades mecánicas satisfactorias supone obviamente que no se añada, o solo muy poco, sorbitol libre a la composición aglutinante después del final de la etapa de esterificación. En otras palabras, la ventaja obtenida por la presente invención, es decir, la obtención de buenas propiedades mecánicas a pesar del uso de sorbitol, se perdería si se añadiera sorbitol libre en cantidades excesivas en el momento de la preparación de la composición de apresto mediante la dilución de la composición aglutinante de la presente invención.

La composición aglutinante y la composición de apresto de la presente invención contienen en consecuencia menos del 10 % en peso, preferiblemente menos del 5 % en peso, incluso más ventajosamente menos del 2 % en peso, de sorbitol libre, añadido después de la etapa de esterificación o que no ha reaccionado durante la esterificación. Estos porcentajes de sorbitol libre se expresan con respecto al contenido total de materia seca de la composición aglutinante o de la composición de apresto de la presente invención.

Los azúcares reductores se eligen preferiblemente de entre monosacáridos, tales como glucosa, galactosa, manosa y fructosa, disacáridos, tales como lactosa, maltosa, isomaltosa y celobiosa, e hidrolizados de almidón o de materiales lignocelulósicos descritos anteriormente. Se usarán preferiblemente glucosa y fructosa, en particular glucosa.

Los azúcares no reductores son preferiblemente disacáridos tales como trehalosa, isotrehalosas, sacarosa e isosacarosas. Se prefiere particularmente la sacarosa.

El ácido o ácidos policarboxílicos usados en la presente invención son ácidos policarboxílicos monoméricos. En otras palabras, en la presente invención, este término no abarca los polímeros obtenidos por polimerización de ácidos carboxílicos monoméricos, tales como homopolímeros o copolímeros de ácido acrílico o de ácido metacrílico.

Se utilizarán preferiblemente ácidos policarboxílicos elegidos del grupo que consiste en ácidos dicarboxílicos, ácidos tricarboxílicos y ácidos tetracarboxílicos. El ácido policarboxílico especialmente preferido es el ácido cítrico.

La empresa solicitante ha realizado numerosos ensayos para determinar las proporciones respectivas de sacáridos y de ácido policarboxílico que dan como resultado aglutinantes que, en estado reticulado, confieren las mejores propiedades mecánicas al producto final de lana de vidrio, en particular después de un envejecimiento acelerado en condiciones húmedas.

Estas pruebas han demostrado que la relación en peso carbohidrato/ácido cítrico está ventajosamente entre 25/75 y 55/45, preferiblemente entre 30/70 y 50/50.

La oligomerización en masa se puede llevar a cabo en presencia de un catalizador de esterificación conocido elegido, por ejemplo, entre ácidos fuertes, tales como ácido sulfúrico, ácido clorhídrico, ácido para-toluenosulfónico, ácido trifluorometanosulfónico y ácido trifluoroacético, y ácidos de Lewis comúnmente utilizados para la catálisis de reacciones de esterificación.

La reacción de oligomerización en masa, cuando usa ácido cítrico, también puede catalizarse con hipofosfito de sodio, que no es, estrictamente hablando, un catalizador de esterificación, pero se cree que promueve la formación de anhídridos de ácido cítrico. Estos últimos son más reactivos que el triácido y son capaces de reaccionar con los polioles.

Por lo tanto, uno u otro de estos dos tipos de catalizadores estará presente en la composición aglutinante termoendurecible. Cuando se usa un catalizador de esterificación, tal como un ácido fuerte, para la catálisis de la reacción de oligomerización, es deseable añadir a la composición aglutinante, antes o después de la dilución con agua con el fin de obtener el compuesto aglutinante, una cantidad eficaz de hipofosfito de sodio o de ácido hipofosforoso, por ejemplo, una cantidad de entre el 0,5 % y el 10 % en peso, preferiblemente de entre el 1,0 % y el 5 % en peso, con respecto al peso de la materia sólida de la composición aglutinante. Esto se debe a que, hasta la fecha, el hipofosfito de sodio y el ácido correspondiente son los compuestos que catalizan más eficazmente el curado de los oligómeros para dar un aglutinante termoestable insoluble en agua.

La viscosidad y las temperaturas de comienzo de la reticulación de las composiciones no son los únicos criterios que deben tenerse en cuenta para evaluar la calidad de las composiciones aglutinantes de la presente invención. Otro parámetro importante es el contenido residual de ácido policarboxílico libre, es decir, ácido que no ha reaccionado con un sacárido presente en la mezcla de reacción. Este contenido residual de ácido policarboxílico libre es preferiblemente el más bajo posible. Esto se debe a que, como se explica en la introducción, el ácido policarboxílico, y en particular el ácido cítrico, al entrar en el horno de secado y dentro del horno de secado, sufre una degradación térmica reflejada por emisiones de gases ácidos no deseadas.

El contenido residual de poliácido disminuye a medida que aumentan la relación poliol/poliácido y el grado de progreso de la reacción de oligomerización.

Las composiciones aglutinantes de la presente invención contienen ventajosamente menos del 20 % en peso, preferiblemente menos del 15 % en peso, más preferiblemente menos del 10 % en peso y, en particular, menos del 5 % en peso, con respecto al contenido total de materia sólida, de ácido policarboxílico libre residual.

Las composiciones aglutinantes de la presente invención deben poder almacenarse y transportarse, es decir, deben ser estables durante el almacenamiento a temperatura ambiente y no deben someterse a una hidrólisis sustancial de los oligoésteres para dar polioles y poliácidos, a pesar de la presencia de cantidades relativamente grandes de agua que pueden oscilar entre el 20 % y el 50 % en peso.

La empresa solicitante ha demostrado que se obtenía una buena estabilidad durante el almacenamiento de las composiciones cuando presentaban un pH neutro o ácido, preferiblemente de entre 1 y 7, más preferiblemente de entre 3 y 6.

Finalmente, la presente solicitud de patente se refiere a un proceso para la fabricación de un producto a base de fibras minerales u orgánicas que están unidas por un aglutinante orgánico insoluble, usando una composición aglutinante según la invención. Este proceso comprende las siguientes etapas sucesivas:

(a) preparación de una composición de apresto diluyendo una composición aglutinante termoendurecible como la descrita anteriormente con agua hasta un contenido de materia sólida de entre el 2 % y el 10 % en peso,

(b) aplicación del compuesto aglutinante a fibras minerales u orgánicas,

(c) la formación de una colección de fibras minerales u orgánicas aprestadas, y

(d) el calentamiento de la colección resultante de fibras minerales u orgánicas aprestadas hasta que el compuesto aglutinante se haya curado.

Para obtener productos de buena calidad, es necesario que la composición de apresto muestre una buena capacidad de pulverización y que pueda depositarse en forma de una película delgada en la superficie de las fibras para unirlas de manera eficiente. La capacidad de pulverización del compuesto aglutinante está directamente relacionada con la posibilidad de diluir la composición aglutinante concentrada con una gran cantidad de agua. El compuesto aglutinante diluido debe ser una solución, estable en el tiempo, que no dé lugar a fenómenos de separación.

La aptitud para la dilución se caracteriza por la “ capacidad de dilución” , que se define como el volumen de agua desionizada que es posible, a una temperatura dada, añadir a una unidad de volumen de la composición aglutinante antes de la aparición de turbidez permanente. En general, se considera que una composición aglutinante se puede usar como apresto cuando su capacidad de dilución es igual o mayor que 1000 %, a 20 °C.

Las composiciones aglutinantes de la presente invención tienen una capacidad de dilución superior al 2000 %. Por supuesto, es totalmente concebible implementar el proceso para la fabricación de un producto a base de fibras minerales u orgánicas de la presente invención preparando el compuesto aglutinante acuoso diluido directamente a partir del producto de oligomerización obtenido mediante la esterificación en masa del poliácido y del carbohidrato, sin la preparación de una solución intermedia concentrada (composición aglutinante). Esta variante del proceso puede ser útil cuando la síntesis del éster oligomérico tiene lugar en el mismo sitio que la fabricación del producto final a base de fibras minerales u orgánicas. Se considera completamente equivalente a la que comprende la preparación de una solución intermedia concentrada destinada al almacenamiento y/o transporte.

La etapa de preparación del compuesto aglutinante comprende ventajosamente la adición de uno o más aditivos conocidos comúnmente utilizados en el campo técnico de las lanas minerales. Estos aditivos se eligen, por ejemplo, entre aditivos que evitan la formación de polvo, siliconas y agentes de acoplamiento.

En una realización particularmente preferida del proceso de la invención, se evitará la adición a la composición aglutinante de grandes cantidades de monómeros capaces de reaccionar con los oligoésteres, tales como azúcares reductores, azúcares no reductores, azúcares hidrogenados u otros polioles, o incluso aminas, en particular alcanolaminas.

Por consiguiente, el compuesto aglutinante, cuando se aplica a las fibras minerales u orgánicas, comprende preferiblemente al menos el 80 % en peso, más preferiblemente al menos el 85 % en peso, de hecho incluso al menos el 90 % en peso, con respecto a su contenido total de materia sólida, de éster oligomérico soluble en agua. En una realización ventajosa del proceso de la invención, las fibras son fibras minerales y el conjunto de fibras es lana mineral.

Ejemplos

Síntesis de un oligómero de xilitol y de ácido cítrico

En un reactor controlado termostáticamente a 150 °C, se calientan 70 partes en peso de xilitol hasta que se funde por completo, a continuación, se añaden 30 partes en peso de ácido cítrico y 1 parte de hipofosfito de sodio de una vez con agitación. Se mantiene la agitación y se mantiene la temperatura de 150 °C durante toda la duración de la reacción. Después de 5, 10, 30, 60, 90 y 120 minutos, se retira una alícuota de la mezcla de reacción y se diluye con agua hasta un contenido de materia sólida del 70 % en peso.

Esta solución de oligómero concentrado se usa para la determinación de la viscosidad (reómetro Anton Paar MCR302, 20 °C, velocidad de cizallamiento de 100 s-1) y para la determinación de la temperatura de comienzo de la reticulación mediante análisis mecánico térmico dinámico (DTMA, por sus siglas en inglés).

La Figura 2 muestra el cambio en la viscosidad y en la temperatura de comienzo de la reticulación en función del tiempo de reacción.

Se observa que la viscosidad de una solución de oligómero concentrada (70 % en peso de materia sólida) aumenta de manera constante a lo largo de la reacción. Después de 2 horas, es superior a 1,6 Pa.s.

La temperatura de comienzo de la reticulación disminuye bruscamente durante la primera hora desde más de 130 °C hasta aproximadamente 115 °C, y a continuación parece alcanzar una meseta a aproximadamente 110 °C. La mezcla de reacción obtenida después de 60 minutos de oligomerización a 150 °C se usa para comparar su cinética de reticulación con la de una mezcla de xilitol/ácido cítrico/SHP (70/30/1).

Para ello, la mezcla de reacción se diluye en agua hasta obtener una solución diluida que tiene un contenido de materia sólida del 20 % en peso. Como comparación, se prepara una solución acuosa de xilitol/ácido cítrico/SHP no preoligomerizado (70/30/1) que tiene el mismo contenido de materia sólida.

Dos series de telas de vidrio se impregnan respectivamente con estos dos compuestos aglutinantes acuosos y a continuación las telas se pasan sobre un dispositivo de succión que permite eliminar el exceso de solución. Los tejidos de vidrio impregnados se endurecen posteriormente en un horno de secado controlado termostáticamente a 220 °C. Tras curar durante 18 segundos, 25 segundos, 35 segundos, 50 segundos y 70 segundos, una muestra se somete a una determinación de la resistencia a la tracción. Para ello, los tejidos se cortan en bandas (250 mm x 50 mm) y sus extremos se insertan en las mordazas de un dispositivo de ensayo de tracción.

La Figura 3 muestra el cambio en la resistencia a la tracción en función del tiempo de curado a 220 °C de los tejidos de fibras de vidrio impregnados con un compuesto aglutinante según la invención que contiene oligómeros de xilitol y de ácido cítrico y<s>H<p>, en comparación con los tejidos de vidrio impregnados con un compuesto aglutinante que contiene xilitol, ácido cítrico y SHP.

Se observa que la velocidad de reticulación del compuesto aglutinante según la invención es significativamente mayor que la de la composición no preoligomerizada comparativa. Después de 35 segundos, la resistencia a la rotura de la muestra según la invención presenta una resistencia a la tracción de aproximadamente 80 N, mientras que la de la muestra comparativa es de solo 20 N. Las dos curvas convergen después de 70 segundos de curado, es decir, las propiedades mecánicas finales son las mismas para ambos tejidos unidos por un aglutinante completamente endurecido.

Estos resultados muestran que, gracias a la preoligomerización del azúcar hidrogenado y del poliácido, es posible acortar el tiempo de curado del aglutinante, es decir, acelerar la línea o bien acortar las dimensiones del horno de curado, lo que en ambos casos representa un ahorro de energía.

Los mismos dos compuestos aglutinantes se usan para producir lana de vidrio en una línea piloto.

La lana de vidrio se fabrica mediante la técnica de centrifugación interna, en la que la composición de vidrio fundido se convierte en fibras utilizando una herramienta denominada hiladora de centrifugación, que comprende una bandeja que forma la cámara para recibir la composición fundida y una tira periférica perforada con una multitud de orificios: la hiladora se gira alrededor de su eje de simetría dispuesto verticalmente, la composición se expulsa a través de los orificios bajo el efecto de la fuerza centrífuga y el material que se escapa de los orificios se introduce en las fibras con la ayuda de una corriente de gas de extracción.

Convencionalmente, se dispone un anillo de pulverización de apresto debajo de la hiladora de fibrización para distribuir el compuesto aglutinante de manera uniforme sobre la lana de vidrio que se acaba de formar.

La lana mineral así aprestada se recoge en una cinta transportadora equipada con cámaras de succión internas que mantienen la lana mineral en forma de fieltro o de solapa en la superficie de la cinta transportadora. A continuación, el transportador circula en un horno de curado mantenido a 200 °C, donde los constituyentes del apresto se polimerizan para formar un aglutinante. El producto aislante obtenido presenta una densidad nominal igual a 10,5 kg/m3, un espesor nominal de aproximadamente 80 mm y una pérdida por ignición del orden del 5 %.

La Tabla 1, proporcionada a continuación, muestra las cantidades de diferentes especies químicas ácidas detectadas en las emisiones gaseosas capturadas en la pila que sobresale de la entrada del tanque de curado.

Tabla 1

Se observa que la preoligomerización de los reactivos reduce sustancialmente las emisiones de especies ácidas.

Claims (14)

1. REIVINDICACIONES

   i. Una composición aglutinante termoendurecible que contiene agua y un éster oligomérico soluble en agua

   -de al menos un sacárido seleccionado entre azúcares reductores, azúcares no reductores y azúcares hidrogenados, seleccionándose los azúcares hidrogenados del grupo que consiste en eritritol, arabitol, xilitol, sorbitol, manitol, iditol, maltitol, isomaltitol, lactitol, celobitol, palatinitol, maltotritol y productos de hidrogenación de hidrolizados de almidón o de materiales lignocelulósicos, y

   -de al menos un ácido policarboxílico,

   teniendo la composición aglutinante un contenido de materia seca de entre el 40 % y el 80 % en peso, representando el éster oligomérico soluble en agua al menos el 80 % en peso, preferiblemente al menos el 90 % en peso, del contenido de materia seca de la composición aglutinante termoendurecible, y conteniendo la composición aglutinante termoendurecible menos del 10 % en peso, preferiblemente menos del 5 % en peso, con respecto a su contenido de materia seca, de sorbitol libre.
2. 2. La composición aglutinante según la reivindicación 1,caracterizada por quelos azúcares reductores se eligen entre monosacáridos y disacáridos.
3. 3. La composición aglutinante según la reivindicación 1,caracterizada por quelos azúcares hidrogenados se eligen del grupo que consiste en xilitol, maltitol, sorbitol y productos de hidrogenación de hidrolizados de almidón o materiales lignocelulósicos.
4. 4. La composición aglutinante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,caracterizada por queel ácido o los ácidos policarboxílicos se eligen entre ácidos dicarboxílicos, ácidos tricarboxílicos y ácidos tetracarboxílicos.
5. 5. La composición aglutinante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,caracterizada por queel ácido policarboxílico es ácido cítrico.
6. 6. La composición aglutinante según la reivindicación 5,caracterizada por quela relación en peso de sacárido/ácido cítrico está entre 25/75 y 55/45, preferiblemente entre 30/70 y 50/50.
7. 7. La composición aglutinante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,caracterizada por quesu viscosidad Brookfield, determinada a 20 °C con un contenido de sólidos del 70 % en peso, está entre 0,25 y 4,0 Pa.s, preferiblemente entre 0,3 y 1,5 Pa.s, en particular entre 0,35 y 1,0 Pa.s.
8. 8. La composición aglutinante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,caracterizada por quepresenta un pH de entre 1 y 7.
9. 9. La composición aglutinante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,caracterizada por quecontiene menos del 10 % en peso, preferiblemente menos del 5 % en peso, con respecto al contenido de materia sólida, de ácido policarboxílico libre residual.
10. 10. La composición aglutinante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,caracterizada por quecomprende adicionalmente un catalizador de esterificación seleccionado entre ácidos fuertes y ácidos de Lewis.
11. 11. La composición aglutinante según la reivindicación 5,caracterizada por quecontiene además hipofosfito de sodio.
12. 12. Un proceso para la fabricación de un producto a base de fibras minerales u orgánicas que están unidas por un aglutinante orgánico, comprendiendo dicho proceso

    la preparación de una composición de apresto diluyendo una composición aglutinante termoendurecible según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 con agua hasta un contenido de materia sólida de entre el 2 % y el 10 % en peso,

    la aplicación de la composición de apresto a fibras minerales u orgánicas,

    la formación de una colección de fibras minerales u orgánicas aprestadas, y

    el calentamiento de la colección de fibras minerales u orgánicas aprestadas hasta que la composición de apresto se haya curado.
13. 13. El proceso según la reivindicación 12,caracterizado por quela etapa (a) de preparación de la composición de apresto comprende la adición de uno o más aditivos, preferiblemente elegidos entre aditivos que evitan la formación de polvo, siliconas y agentes de acoplamiento.
14. 14. El proceso según las reivindicaciones 12 o 13,caracterizado por quelas fibras son fibras minerales y por que la colección de fibras es lana mineral.

    El proceso según las reivindicaciones 12 a 14,caracterizado por quela composición de apresto, cuando se aplica a las fibras minerales u orgánicas, comprende al menos un 80 % en peso, con respecto a su contenido total de materia seca, de éster oligomérico soluble en agua.

    El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15,caracterizado por quela composición de encolado, cuando se aplica a las fibras minerales u orgánicas, comprende menos del 10 % en peso, preferiblemente menos del 5 % en peso, con respecto a su contenido total de materia seca, de sorbitol libre.