DISPERSIONES CERACEAS NANOPARTICULARES, PROCEDIMIENTO PARA SU OBTENCION, 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

Tipo: Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: W07000570DE.

Solicitante: SASOL WAX GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: WORTHDAMM 13-27,20457 HAMBURG.

Inventor/es: BUCHHOLZ, THOMAS, SCHEIDAT,HANS,JORG.

Fecha de Publicación: 21 de Enero de 2010.

Fecha Concesión Europea: 29 de Julio de 2009.

Clasificación Internacional de Patentes:

B27N1/00B
C08L91/06 QUIMICA; METALURGIA. › C08 COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION O PRODUCCION QUIMICA; COMPOSICIONES BASADAS EN COMPUESTOS MACROMOLECULARES. › C08L COMPOSICIONES DE COMPUESTOS MACROMOLECULARES (composiciones basadas en monómeros polimerizables C08F, C08G; pinturas, tintas, barnices, colorantes, pulimentos, adhesivos D01F; filamentos o fibras artificiales D06). › C08L 91/00 Composiciones de aceites, grasas o ceras; Composiciones de sus derivados. › Ceras.
C08L91/08 C08L 91/00 […] › Ceras minerales.
C08L97/02 C08L […] › C08L 97/00 Composiciones de materiales que contienen lignina (de polisacáridos C08L 1/00 - C08L 5/00). › Material ligno-celulósico, p. ej. madera, paja o bagazo.
D21H17/60 TEXTILES; PAPEL. › D21 FABRICACION DEL PAPEL; PRODUCCION DE LA CELULOSA. › D21H COMPOSICIONES DE PASTA; SU PREPARACION NO CUBIERTA POR LAS SUBCLASES D21C, D21D; IMPREGNACION O REVESTIMIENTO DEL PAPEL; TRATAMIENTO DEL PAPEL TERMINADO NO CUBIERTO POR LA CLASE B31 O LA SUBCLASE D21G; PAPEL NO PREVISTO EN OTRO LUGAR. › D21H 17/00 Materiales no fibrosos añadidos a la parte caracterizados por su constitución; Materiales de impregnación del papel caracterizados por su constitución. › Ceras.

Clasificación PCT:

B27K3/36 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES. › B27 TRABAJO O CONSERVACION DE LA MADERA O DE MATERIALES SIMILARES; MAQUINAS PARA CLAVAR, GRAPAR O COSER EN GENERAL. › B27K PROCEDIMIENTOS, EQUIPOS O EMPLEO DE SUSTANCIAS ESPECIFICAS PARA LA IMPREGNACION, LA COLORACION, EL TINTE O EL BLANQUEO DE LA MADERA, O PARA EL TRATAMIENTO DE LA MADERA CON LIQUIDOS POR PENETRACION, NO PREVISTO EN OTRO LUGAR; TRATAMIENTO QUIMICO O FISICO DEL CORCHO, DE LA CAÑA, DEL JUNCO, DE LA PAJA O DE MATERIALES SIMILARES. › B27K 3/00 Impregnación de la madera p. ej. para protección (impregnación y secado combinados B27K 5/04). › Compuestos alifáticos.
C08J3/03 C08 […] › C08J PRODUCCION; PROCESOS GENERALES PARA FORMAR MEZCLAS; TRATAMIENTO POSTERIOR NO CUBIERTO POR LAS SUBCLASES C08B, C08C, C08F, C08G o C08H (trabajo, p. ej. conformado, de plásticos B29). › C08J 3/00 Procesos para el tratamiento de sustancias macromoleculares o la formación de mezclas. › en medio acuoso.
C08L91/06 C08L 91/00 […] › Ceras.
C08L97/02 C08L 97/00 […] › Material ligno-celulósico, p. ej. madera, paja o bagazo.

Fragmento de la descripción:

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

La presente 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 productos de papel/cartón, 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 Roffael, 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, 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 la dispersión cerácea según la invención, o bien el procedimiento reivindicado según reivindicaciones independientes. Formas de ejecución preferentes son objeto de las subreivindicaciones, o se describen a continuación.

Las dispersiones ceráceas según la invención presentan:

menos de un 70% en peso a un 30% 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 20 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 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:

₂

₃

₂

₃

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...

Reivindicaciones:

1. 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,

circ

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 y/o celulosas 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

11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque se emplea una dispersión cerácea que 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,

circ

12. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 10 u 11, caracterizado porque la puesta en contacto de fibras, virutas o hebras en forma susceptible de esparcido se efectúa mediante pulverizado de la dispersión cerácea.

13. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 10 u 11, 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.

14. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 10 a 13, 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.

15. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizado porque los materiales que contienen fibras, virutas y/o hebras son cartón, masa de fibra de cartón o papel.

16. Procedimiento según al menos una de las reivindicaciones 10 a 15, caracterizado porque se ha introducido un 0,1 a un 5% en peso, en especial un 0,5 a un 2,5% en peso de substancias sólidas ceráceas, referido al peso seco del material.

17. Procedimiento para la obtención de una dispersión cerácea que contiene

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,

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 de substancia sólida, caracterizado porque las partículas de substancia sólida presentan un diámetro medio de partícula de 10 a menos de 500 nm, el procedimiento comprende el calentamiento de una mezcla previa que contiene al menos agua, el emulsionante y cera por encima del punto de fusión de la cera/de las ceras, y la emulsión de la cera fundida con un dispersor de contrachorro y/o un dispersor de chorro, seguido de enfriamiento bajo el punto de solidificación.

18. Procedimiento según la reivindicación 17, caracterizado porque la dispersión cerácea presenta

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

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

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

19. Procedimiento según la reivindicación 17, caracterizado porque se emplea un dispersor de contrachorro.

20. 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.

21. Composición según la reivindicación 20, 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.

22. Composición según la reivindicación 20 o 21, caracterizada porque los materiales, independientemente entre sí, son

(a) placas de fibras de densidad media, placas de fibras de densidad elevada, OSB (Oriented Strand Boards), o placas de virutas;

(b) cartón, masa de fibra de cartón o papel, o

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