Dispersiones ceráceas nanoparticulares, procedimiento para su obtención, y procedimiento para el hidrofobizado de materiales con las mismas.

Empleo de una dispersión cerácea como agente de hidrofobizado para lignocelulosas y/o celulosas en forma de fibras,

virutas o hebras, presentando la dispersión cerácea

- menos de un 60% en peso a un 20% en peso de agua como fase continua,

- mas de un 0,5 a un 10% en peso de al menos un emulsionante, y

- mas de un 40 a un 80% en peso de ceras que forman la fase dispersa,

- siendo las ceras en más de un 85% en peso, preferentemente en más de un 99,8% en peso, uno o varios hidrocarburos de cadena larga con más de 20 átomos de carbono en promedio,

- presentando las ceras un punto de solidificación mayor que 40 a 150ºC, y

- presentando las ceras dispersadas como partículas de producto sólido un diámetro medio de partícula de 10 a menos de 500 nm.

Dispersiones ceráceas nanoparticulares, procedimiento para su obtención, y procedimiento para el hidrofobizado de materiales con las mismas.

La invención se refiere a dispersiones ceráceas nanoparticulares, a un procedimiento para su obtención, y a un procedimiento para el hidrofobizado de materiales a base de lignocelulosas y/o celulosas mediante contacto con las dispersiones ceráceas.

Frecuentemente es deseable reducir absorción de agua y tendencia al hinchamiento de materiales absorbentes, como materiales de madera, o los requisitos legales, o también por parte de clientes, hacen necesario el paso a un nivel inferior de valores límite para la absorción de agua y el poder de hinchamiento de tales materiales, o también sus productos de elaboración subsiguiente. Según normas válidas en Europa (DIN EN 622 y DIN EN 312) , por ejemplo materiales de madera deben cumplir determinados requisitos respecto al hinchamiento de grosor en el caso de almacenaje bajo agua, y respecto a la absorción de agua.

Para cumplir los valores límite requeridos, muchos materiales absorbentes se dotan de agentes de hidrofobizado en el proceso de producción. En este caso, el agente de hidrofobizado por su parte no debe hacer necesaria una entrada de agua no requerida, ni impedir la elaboración subsiguiente del material, en especial si las substancias de empleo hidrofobizadas se presentan en forma de virutas, hebras o fibras, y los productos de elaboración subsiguiente se obtienen mediante unión de las hebras, virutas o fibras, por ejemplo por medio de fraguado térmico, prensado o pegado con agentes aglutinantes correspondientes.

La aplicación de ceras sobre, o bien en tales materiales, o bien sus substancias de empleo que contienen, o bien que están constituidas por lignocelulosas y/o celulosas como agentes de hidrofobizado, también en forma de dispersiones acuosas, es conocida en sí. La optimización de la acción de hidrofobizado de dispersiones ceráceas en el caso de empleo, por ejemplo en materiales de madera, se ocasionó hasta la fecha esencialmente mediante modificación de la composición de la fase cerácea (véase la EP 1 448 345-B1) .

Para el hidrofobizado de materiales de madera constituidos por lignocelulosas con parafina son conocidas una serie de investigaciones. A tal efecto se debe remitir, por ejemplo, al artículo de Raffael, E., Schriever, E., May, H-A, Adhäsion 11 (1982) , páginas 10-19, “hidrofobizado de placas de virutas con parafina”, parte 1, y a la publicación de May, H-A y Roffael, E. “Hidrofobizado de placas de virutas con parafinas”, parte 4 (Adhäsion 28, (1, 2) , 17-21) . No obstante, son deseables otras mejoras.

Es tarea de la presente invención desarrollar un agente de hidrofobizado en forma de una dispersión cerácea de base acuosa para empleo en materiales de madera, que posibilite una mayor acción de hidrofobizado con la misma cantidad de adición de cera, en comparación con dispersiones ceráceas convencionales, o bien una adición reducida de agente de hidrofobizado con el mismo hidrofobizado conseguido. Las dispersiones ceráceas basadas en agua presentarán simultáneamente una fracción ponderal elevada de fase cerácea dispersa, y serán estables al almacenaje y al cizallamiento.

El anterior problema se soluciona mediante el objeto de las reivindicaciones independientes. Formas de ejecución preferentes son objeto de las sub-reivindicaciones, o se describen a continuación.

Las dispersiones ceráceas según la invención presentan:

menos de un 60 % en peso a un 20 % en peso de agua como fase continua,

mas de un 0, 5 a un 10 % en peso de al menos un emulsionante, y

mas de un 40 a un 80 % en peso de ceras que forman la fase dispersa, siendo las ceras en más de un 85 % en peso, preferentemente en más de un 99, 8 % en peso, uno o varios hidrocarburos de cadena larga con más de 20 átomos de carbono en promedio,

presentando las ceras un punto de solidificación mayor que 40 a 150ºC, y

presentando las ceras dispersadas como partículas de producto sólido un diámetro medio de partícula de 10 a menos de 500 nm.

Son especialmente apropiadas las anteriores dispersiones ceráceas con menos de un 60 a un 20 % en peso, en especial menos de un 50 a un 30 %, o incluso apenas un 40 a un 20 % en peso de agua como fase continua,

más de un 0, 5 a un 6 % en peso de un emulsionante, y

más de un 40 a un 80 % en peso, en especial más de un 50 a un 70 % en peso, o incluso un 60 a un 80 % en peso de substancias sólidas ceráceas como fase dispersa.

El emulsionante comprende o está constituido preferentemente por uno o varios emulsionantes aniónicos. Estos pueden ser ácidos grasos, ácidos grasos saponificados y/o derivados de ácidos grasos que presentan grupos carboxilo, en caso dado saponificados.

La fase continua de las dispersiones ceráceas es agua, la fase discontinua es la cera, estando constituida la cera esencialmente, de modo preferente por completo, por hidrocarburos de cadena larga. Hidrocarburos en el sentido de la presente invención son compuestos que están constituidos exclusivamente por carbono e hidrógeno, y presentan puntos de solidificación de más de 40 a 150ºC, preferentemente 40 a 100ºC (a presión normal) , en especial con números de C medios de 20 a 100 átomos de carbono, en especial 20 a 50 átomos de carbono. Como hidrocarburos entran en consideración hidrocarburos saturados o insaturados, preferentemente hidrocarburos saturados.

La cera puede ser una cera de parafina basada en petróleo, una cera Fischer-Tropsch, una cera de poliolefina, estar constituida por mezclas de las mismas y/o ser un producto refinado de las mismas. A continuación se describen tipos apropiados para el empleo según la invención.

Los hidrocarburos alifáticos saturados se denominan frecuentemente ceras de parafina. Las ceras de parafina empleadas habitualmente en la industria son productos del refinado de petróleo, y están constituidas principalmente por mezclas de n- e iso-alcanos sólidos a más de 40ºC, de diferentes proporciones cuantitativas.

Las ceras de parafina empleadas habitualmente en la industria se pueden clasificar en ceras macro-y microcristalinas. Las ceras macrocristalinas están constituidas predominantemente por hidrocarburos saturados, de cadena lineal, no ramificados (n-alcanos) , y poseen un peso molecular que se sitúa aproximadamente entre 280 y 700 (g/mol) (número de átomos de carbono en la cadena entre 20 y aproximadamente 50) .

A diferencia de las parafinas macrocristalinas, las parafinas microcristalinas están constituidas predominantemente por alcanos ramificados (iso-alcanos) e hidrocarburos saturados cíclicos (cicloalcanos) . El intervalo de fusión se sitúa entre 60ºC y 90ºC. Las parafinas microcristalinas son también accesibles mediante hidroisomerizado de ceras Fischer-Tropsch.

La dispersión se estabiliza con un emulsionante. Los emulsionantes son substancias tensioactivas anfóteras o substancias de peso molecular elevado. El emulsionante puede ser aniónico, catiónico, no ionógeno, o de estructura tipo betaína, preferentemente aniónico. Como emulsionantes cítense:

-polietilenglicoléteres de alcohol, por ejemplo aquellos de la fórmula general R-O- (R1-O) n-H,

-polietilenglicoléteres de éster de ácido graso, por ejemplo aquellos de la fórmula general R-COO- (R1-O) n-H,

-etercarboxilatos de alquilpolialquilenglicol, por ejemplo aquellos de la fórmula general R-O- (R1-O) n-CH2- COOH,

o bien sus sales de alcanolamonio, metales alcalinos o alcalinotérreos,

-alquilamidobetaínas, por ejemplo aquellas de la fórmula general R-CONH- (CH2) uN+ (CH3) 2-CH2-COO-,

-óxidos de amina, por ejemplo aquellos de la fórmula general R-NO- (CH3) 2,

representando respectivamente R un resto hidrocarburo ramificado o lineal, saturado o insaturado con 8 a 20 átomos de carbono, o bien 7 a 19 átomos de carbono,

n un número de 2 a 20,

R1 un resto alquileno con 2 a 4 átomos de carbono, por ejemplo –C2H4- o –C3H6-, en caso dado diferente para cada n, y u un número de 1 a 10,

-productos de alcoxilado de triglicéridos, que están completa o parcialmente esterificados con ácidos grasos con 6 a 22 átomos de carbono, empleándose por mol de triglicérido 2 a 40 moles de agente de alcoxilado,

-glicéridos parciales parcialmente neutralizados de ácidos carboxílicos mono o polivalentes con 2 a 22 átomos de

carbono, como por ejemplo ácido linoleico, ácido esteárico, ácido isoesteárico, ácido palmítico, ácido láurico, ácido caprílico, ácido caprínico, ácido cítrico, y/o ácido láctico,... [Seguir leyendo]

1. Empleo de una dispersión cerácea como agente de hidrofobizado para lignocelulosas en forma de fibras, virutas o hebras, presentando la dispersión cerácea

• menos de un 60 % en peso a un 20 % en peso de agua como fase continua,

• mas de un 0, 5 a un 10 % en peso de al menos un emulsionante, y

• mas de un 40 a un 80 % en peso de ceras que forman la fase dispersa,

• siendo las ceras en más de un 85 % en peso uno o varios hidrocarburos de cadena larga con más de 20 átomos de carbono en promedio,

• presentando las ceras un punto de solidificación mayor que 40 a 150ºC, y

• presentando las ceras dispersadas como partículas de producto sólido un diámetro medio de partícula de 10 a menos de 500 nm,

• obteniéndose, bajo puesta en contacto de fibras, virutas o hebras con la dispersión cerácea para la aplicación de la cera como productos sólidos ceráceos sobre las fibras, virutas o hebras, y prensado, un material de madera que contiene las fibras, virutas o hebras, y en caso dado otros componentes, e introduciéndose un 0, 1 a un 5 % en peso de productos sólidos de cera, referido al peso anhidro del material de madera.

2. Empleo de la dispersión cerácea según la reivindicación 1, caracterizado porque la dispersión cerácea presenta

• menos de un 50 a un 30 % en peso de agua como fase continua,

• más de un 0, 5 a un 6 % en peso de un emulsionante, y

• más de un 50 a un 70 % en peso de substancias sólidas ceráceas como fase dispersa.

3. Empleo de la dispersión cerácea según al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las ceras son hidrocarburos saturados de cadena larga, ceras Fischer-Tropsch, ceras de poliolefina y/o ceras de parafina obtenidas a partir de petróleo.

4. Empleo de la dispersión cerácea según al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los hidrocarburos son n-alcanos en más de un 60 % en peso, preferentemente en más de un 80 % en peso.

5. Empleo de la dispersión cerácea según al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las substancias sólidas ceráceas presentan un punto de solidificación de más de 40 a 100ºC.

6. Empleo de la dispersión cerácea según al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los emulsionantes son emulsionantes aniónicos, preferentemente a base de ácidos grasos, ácidos grasos saponificados y/o derivados de ácidos grasos, en caso dado saponificados.

7. Empleo de la dispersión cerácea según al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque las partículas de substancia sólida con un diámetro medio de partícula de 10 a menos de 250 nm, en especial 100 a 200 nm, están dispersadas en la fase continua.

8. Empleo de la dispersión cerácea según al menos una de las reivindicaciones precedentes, que contiene más de un 0, 5 a menos de un 6 % en peso de emulsionante.

9. Empleo de la dispersión cerácea según al menos una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los emulsionantes empleados están constituidos, preferentemente por completo, por ácidos carboxílicos con 6 a 32 átomos de carbono en más de un 50 % en peso, referido a los emulsionantes y/o agentes tensioactivos empleados, completa o parcialmente, en especial completamente saponificados, preferentemente con aminas o compuestos de amina.

10. Procedimiento para el hidrofobizado de materiales obtenidos bajo empleo de fibras, virutas o hebras que contienen, o constituidas respectivamente por lignocelulosas con una dispersión cerácea, caracterizado porque la dispersión cerácea contiene agua, emulsionante y ceras con un punto de solidificación de más de 40 a 150ºC,

comprendiendo las ceras uno o varios hidrocarburos de cadena larga con más de 20 átomos de carbono en media, y estando dispersadas en la fase continua en forma de partículas sólidas con un diámetro medio de partícula de 10 a menos de 500 nm, y comprendiendo el procedimiento los siguientes pasos:

(a) puesta a disposición de la dispersión cerácea,

(b) puesta en contacto de las fibras, virutas o hebras con la dispersión cerácea para la aplicación de la cera sobre las fibras, virutas o hebras, y

(c) prensado para dar el material que contiene las fibras, virutas o hebras, y en caso dado otros componentes,

estando presente, referido al peso seco de material de madera, un 0, 1 a un 5 % en peso de productos sólidos ceráceos, y empleándose una dispersión cerácea que presenta

• menos de un 60 % en peso a un 20 % en peso de agua como fase continua,

• más de un 0, 5 a un 10 % en peso de al menos un emulsionante, y

• más de un 40 a un 80 % en peso de ceras que forman la fase dispersa,

• siendo las ceras en más de un 85 % en peso uno o varios hidrocarburos de cadena larga con una media de más de 20 átomos de carbono.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque la puesta en contacto de fibras, virutas o hebras en forma susceptible de esparcido se efectúa mediante pulverizado de la dispersión cerácea.

12. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque la puesta en contacto de las fibras, virutas o hebras se efectúa mediante introducción, o bien suspensión en agua, y en caso dado la dispersión cerácea se desintegra para la adición a las fibras, virutas o hebras.

13. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado porque los materiales que contienen fibras, virutas y/o hebras son placas de fibras de densidad media, placas de fibras de densidad elevada, OSB (Oriented Strand Boards) , o placas de virutas.

14. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizado porque, respecto al peso anhidro del material de madera, está presente un 0, 5 a un 2, 5 % en peso de productos sólidos ceráceos.

15. Composición para la obtención de materiales, presentando la composición

• fibras, virutas o hebras que contienen, o constituidas por lignocelulosas y/o celulosas,

• al menos un agente aglutinante para la unión de fibras, virutas o hebras, y

• al menos un agente de hidrofobizado, caracterizada porque el agente de hidrofobizado presenta

• menos de un 60 % en peso a un 20 % en peso de agua como fase continua,

• mas de un 0, 5 a un 10 % en peso de al menos un emulsionante, y

• mas de un 40 a un 80 % en peso de ceras que forman la fase dispersa,

• siendo las ceras en más de un 85 % en peso uno o varios hidrocarburos de cadena larga con más de 20 átomos de carbono en promedio,

• presentando las ceras un punto de solidificación mayor que 40 a 150ºC, y

• presentando las ceras dispersadas como partículas de producto sólido un diámetro medio de partícula de 10 a menos de 500 nm,

• estando presente un 0, 1 a un 5 % en peso de productos sólidos ceráceos, respecto al peso anhidro del material de madera.

16. Composición según la reivindicación 15, caracterizada porque el agente aglutinante comprende resinas de urea-formaldehído endurecibles por ácido, resinas de fenol-formaldehído endurecibles en medio alcalino, PMDI o resinas de tanino-formaldehído.