Procedimiento para preparar una resina de formaldehído de baja emisión para fibras minerales.

Un procedimiento para preparar una resina resólica soluble en agua y que tiene un pH de entre 5 y 9,

para fibras minerales, de tal manera que el procedimiento comprende hacer reaccionar tres componentes: (1) al menos un compuesto aromático con función hidróxido, (2) al menos un aldehído reactivo y (3) al menos un catalizador de polimerización básico, de tal manera que la relación molar del al menos un aldehído reactivo con respecto al al menos un compuesto aromático con función hidróxido es de 2,5:1 a 5,0:1; de tal modo que el procedimiento incluye:

a) preparar una mezcla acuosa inicial que incluye al menos un compuesto aromático con función hidróxido y un segundo componente seleccionado del grupo que comprende (1) al menos un aldehído reactivo y (2) al menos un catalizador de polimerización básico;

b) suministrar el tercer componente a la mezcla acuosa inicial mientras la temperatura de la mezcla acuosa se mantiene entre 50ºC y 75ºC; de tal manera que la relación molar del catalizador total con respecto al compuesto aromático con función hidróxido total es al menos 17 moles de catalizador por cada 100 moles de compuesto aromático con función hidróxido;

c) mantener la temperatura de la mezcla acuosa dentro de un intervalo entre 50ºC y 75ºC hasta que se alcanza un punto final predeterminado, que se determina midiendo la tolerancia al agua salada de la mezcla de reacción, para un contenido total de sólidos de entre el 40% y el 50%, de manera que se encuentra entre el 260 por ciento y el 170 por ciento;

d) enfriar la mezcla acuosa; y

e) opcionalmente, neutralizar la mezcla acuosa mediante la adición de un material o sustancia ácida

Procedimiento para preparar una resina de formaldehído de baja emisión para fibras minerales.

1. Campo de la invención

La presente invención se refiere a la fabricación de materiales de aislamiento de fibras minerales y, más particularmente, a la preparación de resina fenólica para fibras de vidrio.

2. Breve descripción de la técnica anterior

Las dispersiones acuosas de resinas resólicas se utilizan frecuentemente en la fabricación de materiales de aislamiento de fibras minerales, tales como placas o losas aislantes de fibra de vidrio, instaladas en tejados y techos, cubiertas aislantes para tuberías y elementos similares. Típicamente, una vez que se ha formado la fibra de vidrio, la fibra es rociada, aún caliente, con una dispersión aglomerante acuosa dentro de una cámara o campana de formación, de tal manera que las fibras se recogen sobre una cinta transportadora en forma de una masa similar a la lana, asociada con el agente aglomerante. En algunos casos, se rocía una banda de fibra de vidrio con la dispersión acuosa. Tanto las resinas resólicas como las resólicas modificadas con urea se han venido empleando para este propósito, de modo que la urea contribuye a la resistencia a la "tostadura" o calcinación del agente aglomerante (es decir, la resistencia a la descomposición exotérmica a temperaturas elevadas) y reduce las sustancias volátiles liberadas cuando la resina se cura o solidifica a una temperatura elevada. Un problema que aparece en ocasiones en este proceso es la "presolidificación" o solidificación prematura del agente aglomerante. Idealmente, primero se volatiliza el agua asociada con el agente aglomerante, dejando tras ella el agente aglomerante resinoso, y, a continuación, el agente aglomerante se solidifica o cura. Si el agente aglomerante se solidifica demasiado rápido, el subsiguiente secado del producto puede verse dificultado, de manera que se requiere energía adicional y disminuye la calidad del producto.

Se utiliza, por lo común, un exceso de formaldehído sobre el fenol con el fin de minimizar el fenol libre en el producto de reacción. Subsiguientemente, pueden incluirse otros componentes (por ejemplo, urea y/o amoniaco) para la eliminación selectiva del formaldehído libre.

Con frecuencia, en la fabricación de materiales de aislamiento de fibras minerales, la resina resólica acuosa se prepara por adelantado a la preparación del agente aglomerante, o bien se suministra por un fabricante de resina y se almacena hasta poco antes de su uso. La sustancia resólica se prepara, tí picamente, por reacción del fenol y el formaldehído en condiciones básicas, de manera que la mezcla de reacción resultante se neutraliza hasta tener un pH ligeramente básico mediante la adición de un ácido fuerte, al objeto de proporcionar una sustancia resólica soluble en agua. Si bien la resina resólica acuosa puede ser almacenada a una temperatura reducida, la resina contiene especies químicamente reactivas que continúan reaccionando durante el almacenamiento de la resina, con lo que se incrementa el peso molecular promedio de la resina y disminuye la solubilidad en agua de la resina. Si la resina se almacena durante un periodo de tiempo demasiado largo, puede quedar inutilizable como consecuencia del peso molecular incrementado y de la solubilidad en agua reducida. Por otra parte, a menos que la resina se haya hecho, en efecto, en el lugar donde va a ser utilizada o cerca de él, es inevitable algún almacenamiento y transporte. La minimización de las emisiones de monómeros de las resinas que deben ser almacenadas durante periodos de tiempo prologados presenta problemas significativos. Si se permite que la resina se "cueza" hasta que los niveles o cantidades de monómeros se minimicen, la susceptibilidad para el almacenamiento puede verse seriamente comprometida. Por otra parte, el hecho de que finalice pronto la reacción de condensación puede proporcionar una buena estabilidad en el almacenamiento, pero es probable que las concentraciones de monómeros residuales sigan siendo altas. Una buena estabilidad en el almacenamiento y emisiones de monómeros bajas parecen ser objetivos mutuamente contradictorios.

El agente aglomerante se prepara añadiendo a la resina resólica un catalizador ácido para solidificar la resina, agua para diluir la dispersión y, opcionalmente, otros componentes, tales como un agente favorecedor de la adhesión a vidrio de silano, un lubricante de emulsión de aceite u oleosa, y urea para reducir los materiales volátiles liberados durante el endurecimiento. Alternativamente, puede prepararse una "premezcla" para el agente aglomerante mediante la mezcla de la resina con un agente de eliminación selectiva de formaldehído, tal como urea y/o amoniaco, previamente a la adición de los componentes que restan del agente aglomerante.

La Patente norteamericana N° 5.296.584 divulga dispersiones de melamina resólica para uso como adhesivos a alta temperatura, en las cuales la melamina se disuelve en un material de fundición de resina resólica con bajo contenido de formaldehído y que tiene una alta relación básica o alcalina. Las composiciones resinosas no solidificadas resultantes muestran una solubilidad en agua mejorada.

La reducción del formaldehído libre residual puede conseguirse mediante una "sobrecondensación" de la resina, tal y como se divulga en la Solicitud de Patente Internacional WO 9903906.

El documento EP O 913 413 divulga resinas de melamina resólica que tienen propiedades funcionales similares a las proporcionadas en la Patente norteamericana N° 5.296.584 anteriormente citada, pero que son solubles en agua y

estables en el almacenamiento.

La mencionada resina es el producto de reacción de (A) una resina de fenol-formaldehído, acuosa y alcalina, que contiene aproximadamente entre el 0, 5% y el 2, 5% de formaldehído libre, y (8) de 1 a 12 partes de una triacina simétrica seleccionada de entre el grupo consistente en melamina y amelina. La resina contiene menos del 0, 7% de formaldehido libre.

La Patente norteamericana N° 4.663.419 divulga una resina líquida soluble en agua y estable en el almacenamiento, destinada a ligar o aglomerar fibras minerales. Dicha resina se obtiene por condensación de fenol, formaldehído y urea en presencia de un catalizador básico. Dicha resina contiene menos del 3% en peso de formaldehído libre.

El documento EP O 253 488 divulga una composición fenólica de urea resólica soluble en agua, que es ilimitadamente soluble en agua y está libre de sedimentos tras un almacenamiento de un mes a o°c.

Dicha composición de resina se obtiene por reacción de la urea con el formaldehído libre en una sustancia resólica, en condiciones ácidas, seguida de la adición de urea en condiciones neutras o ligeramente básicas.

Dado el gran volumen de composiciones de agentes aglomerantes resinosos requerido en la en la producción de aislamientos de fibra de vidrio y para otros usos, y la necesidad de minimizar las perjudiciales emisiones de formaldehído y de otros compuestos durante la fabricación, sigue existiendo la necesidad de composiciones de resina de fenol-formaldehído que presenten bajas emisiones durante su solidificación y que, con todo, muestren una buena estabilidad en su almacenamiento.

SUMARIO DE LA INVENCiÓN

La presente invención proporciona un método o procedimiento mejorado para preparar una resina fenólica destinada a utilizarse como agente aglomerante para fibras minerales, y que proporciona emisiones más bajas durante la cura o solidificación que los procedimientos de la técnica anterior, así como una resina mejorada y un agente aglomerante mejorado, y productos de fibra mineral fabricados utilizando el agente aglomerante mejorado.

Ventajosamente, el presente procedimiento proporciona una reducción tanto en la proporción o cantidad del formaldehído residual como en el de fenol residual, al tiempo que conserva la solubilidad en agua y la estabilidad en el almacenamiento de la resina fenólica resultante en altas proporciones, con un pH neutro. La presente invención proporciona un producto que tiene un buen equilibrio entre su vida en almacén, unas emisiones de monómeros reducidas, buenas características de tratamiento o procesamiento y facilidad de uso, así como eficiencia como agente aglomerante, al tiempo que minimiza los costes globales de producción. En comparación con los procedimientos de la técnica anterior, tanto el fenol libre residual como el formaldehído libre residual son, ventajosamente, reducidos en virtud del... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para preparar una resina resólica soluble en agua y que tiene un pH de entre 5 y 9, para fibras minerales, de tal manera que el procedimiento comprende hacer reaccionar tres componentes: (1) al menos un compuesto aromático con función hidróxido, (2) al menos un aldehído reactivo y (3) al menos un catalizador de polimerización básico, de tal manera que la relación molar del al menos un aldehído reactivo con respecto al al menos un compuesto aromático con función hidróxido es de 2, 5:1 a 5, 0:1; de tal modo que el procedimiento incluye:

a) preparar una mezcla acuosa inicial que incluye al menos un compuesto aromático con función hidróxido y un segundo componente seleccionado del grupo que comprende (1) al menos un aldehído reactivo y (2) al menos un catalizador de polimerización básico;

b) suministrar el tercer componente a la mezcla acuosa inicial mientras la temperatura de la mezcla acuosa se mantiene entre 50°C y 75°C; de tal manera que la relación molar del catalizador total con respecto al compuesto aromático con función hidróxido total es al menos 17 moles de catalizador por cada 100 moles de compuesto aromático con función hidróxido;

c) mantener la temperatura de la mezcla acuosa dentro de un intervalo entre 50°C y 75°C hasta que se alcanza un punto final predeterminado, que se determina midiendo la tolerancia al agua salada de la mezcla de reacción, para un contenido total de sólidos de entre el 40% y el 50%, de manera que se encuentra entre el 260 por ciento y el 170 por ciento;

d) enfriar la mezcla acuosa; y e) opcionalmente, neutralizar la mezcla acuosa mediante la adición de un material o sustancia ácida.

2. . Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual el primer componente es fenol, el segundo componente es al menos un catalizador de polimerización básico y el tercer componente es formaldehído.

3. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual el primer componente es fenol, el segundo componente es formaldehído y el tercer componente es al menos un catalizador de polimerización básico.

4. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual la temperatura de la mezcla acuosa se mantiene al tiempo que se suministra el tercer componente, mediante el control del caudal másico con el que se está suministrando el tercer componente.

5. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual la relación molar del catalizador total con respecto al compuesto aromático con función hidróxido total es de 17 a 40 moles de catalizador por cada 100 moles de compuesto aromático con función hidróxido.

6. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, en el cual la relación molar del catalizador total con respecto al compuesto aromático con función hidróxido total es de 17, 6 moles de catalizador por cada 100 moles de compuesto aromático con función hidróxido.

7. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual el al menos un catalizador de polimerización básico comprende una mezcla de catalizadores básicos.

8. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, en el cual la mezcla de catalizadores básicos comprende una mezcla de hidróxido de sodio e hidróxido de potasio.

9. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 8, en el cual la mezcla de hidróxido de sodio e hidróxido de potasio tiene una relación molar de entre 0, 25:1, 00 de hidróxido de potasio I hidróxido de sodio y 4:1 de hidróxido de potasio I hidróxido de sodio.

10. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, en el cual la mezcla de hidróxido de sodio e hidróxido de potasio tiene una relación molar de entre 0, 5:1, 00 de hidróxido de potasio I hidróxido de sodio y 2:1 de hidróxido de potasio I hidróxido de sodio.

11. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 10, en el cual la mezcla de hidróxido de sodio e hidróxido de potasio tiene una relación molar de 1:1 de hidróxido de potasio I hidróxido de sodio.

12. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, en el cual la temperatura de la mezcla acuosa se mantiene entre 60°C y 700C mientras se está suministrando el formaldehído.

13. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 12, en el cual la temperatura de la mezcla acuosa se mantiene entre 60°C y 65°C mientras se está suministrando el formaldehído.

14. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 13, en el cual la temperatura de la mezcla acuosa se mantiene a 63°C mientras se está suministrando el formaldehído.

15. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual la temperatura de la mezcla acuosa se mantiene entre 60°C y 7Doe hasta que se alcanza un punto final predeterminado.

16. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 15, en el cual la temperatura de la mezcla acuosa se mantiene entre 60°C y 65°C hasta que se alcanza un punto final predeterminado.

S 17. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 16, en el cual la temperatura de la mezcla acuosa se mantiene a 63°C hasta que se alcanza un punto final predeterminado.

18. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual la tolerancia al agua salada de la mezcla de reacción es del 230 por ciento al 200 por ciento.

19. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2, en el cual el producto de resina tiene la suficiente solubilidad en agua como para poder ser diluido con agua en una proporción de 20:1 para un pH neutro, después de al menos tres semanas de almacenamiento a una temperatura de 13°C, y tiene un contenido de formaldehído libre menor que el 12 por ciento en peso de los sólidos de resina, y un contenido de fenol libre no mayor que el 0, 50 por ciento en peso de los sólidos de resina.

20. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual la relación molar del aldehído reactivo con 15 respecto al compuesto aromático con función hidróxido es de 3, 0:1 a 4, 5:1.

21. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 20, en el cual la relación molar del aldehído reactivo con respecto al compuesto aromático con función hidróxido es de 3, 2:1 a 4, 1 :1.

22. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual la mezcla acuosa se neutraliza utilizando al menos un ácido seleccionado de entre el ácido sulfámico, el ácido sulfúrico, el ácido fórmico, el ácido acético, el ácido bórico y el ácido fosfórico, y sales de los mismos.

23. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 22, en el cual la mezcla acuosa se neutraliza con ácido sulfámico y ácido sulfúrico.

24. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 23, en el cual la mezcla acuosa se neutraliza con una carga dividida de ácido sulfúrico y ácido sulfámico, de manera que la proporción entre el ácido sulfúrico y el ácido sulfámico es 1:3 sobre una base equivalente.