Composición acuosa curable libre de formaldehído basada en alcohol polivinílico.

Una composición acuosa curable para un aglutinante de un material no tejido,

preparándose dicha composición acuosa curable mediante un proceso que comprende la combinación de los componentes siguientes:

(a) un polímero que contiene hidroxilo, el cual es una combinación del alcohol polivinílico y al menos uno seleccionado del grupo que consiste en almidón, almidón modificado y un azúcar;

(b) un agente reticulante multifuncional que es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en un poliácido no polimérico y un anhídrido y opcionalmente

(c) un catalizador;

en la que la relación de peso de (a): (b) es desde 95:5 hasta aproximadamente 35:65,

en la que la composición curable tiene un pH que aumenta hasta al menos 1,25 al añadir una base nitrogenada.

Composición acuosa curable libre de formaldehído basada en alcohol polivinílico Campo de la invención

La invención se refiere a composiciones acuosas curables, composiciones curadas hechas de las mismas, un proceso para la preparación de dichas composiciones curables y su uso como aglutinantes para artículos no tejidos, así como un método para la formación de un material no tejido.

Antecedentes de la invención

Las resinas basadas en formaldehído, p. ej. las resinas de fenol formaldehído (PF), melamina formaldehído (MF), urea formaldehído (UF) se usan ampliamente como aglutinantes de no tejidos para varias aplicaciones industriales como la industria de aislamiento de fibra de vidrio, impregnación de papel, medios de filtración y materiales para cubiertas. Estas resinas basadas en formaldehído son económicas, tienen baja viscosidad y se pueden curar para formar un polímero rígido, proporcionando así el producto acabado con excelentes propiedades físicas.

Los productos de aislamiento de fibra de vidrio consisten en fibras de vidrio enlazadas junto con resinas aglutinantes reticuladas covalentemente. Los procesos para realizar aislamiento de fibra de vidrio incluyen generalmente la conducción de corrientes fundidas de vidrio hacia ruecas donde se hilan como fibras por fuerza centrífuga. Entonces las fibras se soplan dentro de una cámara de moldeo, se pulverizan con un aglutinante acuoso y se depositan como una estera sobre una cinta transportadora. A continuación, la estera recubierta se transfiere a un horno de curado donde se sopla aire caliente a través de la estera para curar el aglutinante y unir rígidamente entre sí las fibras de vidrio.

Las resinas de PF, típicamente extendidas con urea, se usan ampliamente en la industria de aislamiento de fibra de vidrio.

Las resinas de PF se usan también como un aglutinante para medios de filtración no tejidos. Estos productos de filtración se realizan típicamente mediante una técnica de wet-laid en la que las fibras, p. ej. las fibras de vidrio o celulosa se dispersan en lodo aglutinante acuoso. Después, las fibras se depositan desde el lodo aglutinante sobre una pantalla convencional o rejilla como en una máquina Fourdrinier para formar una estera, la cual incluye una resina aglutinante, p. ej. una resina fenólica.

Las resinas de MF se usan en la fabricación de laminados de papel superpuesto. En general, un sustrato poroso como el papel o una malla de tela, se impregna con una resina de MF y se seca. El sustrato impregnado de resina seca, junto con otras capas, se comprime normalmente con calor para formar un laminado.

Las esteras de fibra de vidrio para la industria de cubiertas se realizan aplicando un aglutinante basado en UF a una estera de fibra de vidrio húmeda, seguido de secado y curado del aglutinante a temperaturas elevadas.

Una seria desventaja de las resinas de PF, MF y UF es la alta concentración de formaldehído libre, la cual no es deseable por razones ecológicas. Durante la reacción de curado, el formaldehído se volatiliza desde el aglutinante hacia el medio circundante. Aunque la adición de urea a las resinas de PF tiene como resultado una disminución de las emisiones de formaldehído, al mismo tiempo las emisiones de amoníaco y humo azul aumentan dramáticamente. Por consiguiente, hay una necesidad continua de aglutinantes de no tejidos alternativos que no emitan formaldehído al curarse.

Se han desarrollado numerosas composiciones libres de formaldehído para el uso como aglutinante para la fabricación de productos no tejidos.

El documento U.S. 4,76,917 da a conocer el uso de beta-hidroxialquilamidas para curar polímeros policarboxílicos como el ácido poliacrílico. Sin embargo, dicho sistema es demasiado viscoso para usarlo como un aglutinante de fibra de vidrio.

El documento U.S. 5,143,582 da a conocer artículos no tejidos resistentes al calor que contienen ácidos policarboxílicos neutralizados con amoníaco, tanto monoméricos como poliméricos, y beta-hidroxialquilamidas. Sin embargo, se cree que las composiciones de aglutinante liberan amoníaco al curarse. Las emisiones de amoníaco se están regulando cada vez con mayor intensidad.

Los documentos U.S. 6,221,973 y 6,331,35 describen un aglutinante de fibra de vidrio libre de formaldehído que incluye un poliácido, como ácido poliacrílico, y un poliol, con un peso molecular inferior a aproximadamente 1, como por ejemplo, glicerol, trietanolamina, sorbitol, o etilenglicol. Se usa un catalizador fosforoso para acelerar el curado de la composición.

El documento U.S. 5,932,689 describe una composición acuosa curable para el aislamiento de fibra de vidrio, la cual contiene (a) un poliácido que comprende al menos dos grupos ácido carboxílico, grupos anhídrido, o sales de los mismos; (b) un compuesto que contiene hidrógeno activo, como un poliol o poliamina, y (c) una cianamida, una dicianamida o una cianoguanidina. Los aceleradores adecuados incluyen sales fosforosas o de fluoroborato.

El documento WO 3/14284 describe un aglutinante de aislamiento tipo epóxido libre de formaldehído que contiene una mezcla, sustancialmente infinitamente dispersable o soluble en agua, de un epóxido y un reticulante multi- funcional, como un polímero de poliamidoamina.

A pesar de estas revelaciones, hay una creciente necesidad de nuevas composiciones acuosas libres de formaldehído para el uso como aglutinante para materiales de aislamiento de fibra de vidrio, de cubiertas y filtración, así como para impregnación de papel.

Algunos de los inconvenientes y limitaciones de los sistemas descritos arriba incluyen coste elevado, viscosidad elevada, bajo pH que causa corrosión de las partes metálicas a lo largo de las líneas de producción, y temperaturas de curado elevadas. Así, se desean nuevos aglutinantes libres de formaldehído con un coste menor y requerimientos de energía de curado similares a las resinas de fenol-formaldehído.

El alcohol polivinílico (PVOH) es un polímero soluble en agua conocido por tener varios usos en virtud de sus excelentes propiedades. PVOH es un polímero con elevada resistencia a la tracción, excelente flexibilidad, buena resistencia al agua y una capacidad aglutinante excepcional (Finch, C. A., Ed., Polyvinyl Alcohol: Properties and Applications, John Wiley & Sons, 1973, págs. 227-23). En vista de estas propiedades ventajosas, se usa PVOH en la industria de procesado de papel para el dimensionado superficial e interno del papel y para conferir al papel resistencia al agua. Las composiciones acuosas basadas en PVOH se usan también como soluciones de recubrimiento. Sin embargo, tales sistemas son generalmente demasiado viscosos para usarse como un aglutinante de fibra de vidrio.

La solicitud de patente estadounidense n° 238586 da a conocer el uso de PVOH como una solución aglutinante libre de formaldehído para esteras de fibra no tejida de bajo aglutinado útiles para la fabricación de productos laminados de madera. El aglutinante produce elevada resistencia de adhesión con madera y se caracteriza por una buena estabilidad de almacenamiento. El aglutinante se usa a una concentración del 5%.

El documento U.S. 6,444,75 describe una solución de recubrimiento acuosa curable basada en PVOH, para sustratos poliméricos. Los ácidos orgánicos como el ácido láctico, el ácido maleico y el ácido cítrico se usan como promotores de reticulación. El pH de las soluciones es 3,5 o menor, lo que proporciona sustancialmente un curado al 1% de PVOH al secarse. Las soluciones de recubrimiento muestran una estabilidad mejorada de la viscosidad. Sin embargo, los retlculantes que contienen formaldehído se usan como agente reticulante.

El documento U.S. 6,379,499 describe una composición acuosa para el tratamiento de papel que contiene PVOH, un aldehido multifunclonal y un catalizador. Se usa glutaraldehído y glioxal como agente reticulante a una concentración de aproximadamente 5% a aproximadamente 8% del peso de PVOH. Las composiciones acuosas para el tratamiento de papel contienen aproximadamente un 1% de PVOH. Tras el curado de las composiciones a una temperatura entre 1°C y 2°C durante ,5 - 5 minutos, el papel mostró una resistencia a la tracción y una resistencia de plegado mejoradas.

El documento U.S. 5,354,83 describe un aglutinante no tejido que contiene un copolímero de injerto de PVOH de peso molecular bajo o ultra bajo (12-35%) y un monómero vinílico y/o acríllco (65-88%). El aglutinante se usa como un látex (emulsión), el cual se aplica a la estera para cubiertas de poliéster no tejido. Tras curar las composiciones a una temperatura de 149-154°C durante 3-5 minutos, los productos no tejidos presentan una resistencia a la temperatura,... [Seguir leyendo]

1) Una composición acuosa curable para un aglutinante de un material no tejido, preparándose dicha composición acuosa curable mediante un proceso que comprende la combinación de los componentes siguientes:

(a) un polímero que contiene hidroxilo, el cual es una combinación del alcohol polivinílico y al menos uno seleccionado del grupo que consiste en almidón, almidón modificado y un azúcar;

(b) un agente reticulante multifuncional que es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en un poliácido no polimérico y un anhídrido y opcionalmente

(c) un catalizador;

en la que la relación de peso de (a): (b) es desde 95:5 hasta aproximadamente 35:65,

en la que la composición curable tiene un pH que aumenta hasta al menos 1,25 al añadir una base nitrogenada.

2) La composición acuosa curable de la reivindicación 1, con un pH en el intervalo de aproximadamente 2,5 hasta aproximadamente 6,5.

3) La composición acuosa curable de la reivindicación 1, en la que el pH de la composición acuosa curable se ajusta para estar en el intervalo de 3, - 4,.

4) La composición acuosa curable de la reivindicación 1, en la que el alcohol polivinílico tiene un peso molecular medio en número en un intervalo superior a 7.

5) La composición acuosa curable de la reivindicación 4, en la que el alcohol polivinílico tiene un peso molecular medio en número en el intervalo de 12 a 85.

6) La composición acuosa curable de la reivindicación 4, en la que el alcohol polivinílico tiene un peso molecular medio en número en el intervalo de más de 13 hasta 45.

7) La composición acuosa curable de la reivindicación 1, con un contenido en no volátiles superior al 3% en peso.

8) La composición acuosa curable de la reivindicación 1, con un contenido en no volátiles del 32-43% en peso.

9) La composición acuosa curable de la reivindicación 1, en la que dicho polímero que contiene hidroxilo es una combinación de alcohol polivinílico y almidón.

1) La composición acuosa curable de la reivindicación 9, en la que el alcohol polivinílico se forma hidrolizando acetato de polivinilo o un copolímero de etenol y acetato de vinilo, en la que el polímero final está hidrolizado un 7% molar hasta un 99% molar.

11) La composición acuosa curable de la reivindicación 1, en la que dicho polímero que contiene hidroxilo tiene una viscosidad de hasta 1 centipoises en una solución acuosa al 4% a 2°C.

12) Una composición curada de material no tejido que comprende una fibra no tejida y un aglutinante curado en el que la composición curada se forma en un proceso que comprende la combinación de fibras no tejidas con la composición acuosa curable de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 para formar una mezcla y el curado de la mezcla.

13) La composición curada de acuerdo con la reivindicación 12, en la que el proceso incluye una etapa de dilución de la composición acuosa curable con agua suficiente de manera que la composición acuosa curable tenga un 5% en peso de no volátiles antes de la etapa de curado.

14) La composición curada de acuerdo con la reivindicación 12, en la que la fibra no tejida es fibra de vidrio.

15) Un método de formación de una composición acuosa curable para un aglutinante de material no tejido, que comprende las etapas siguientes:

una etapa de combinación de (a) un polímero que contiene hidroxilo con (b) un agente reticulante multifuncional, el cual es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en un poliácido no polimérico y un anhídrido, y opcionalmente

(c) un catalizador para formar una composición acuosa curable; y

con la salvedad de que el método comprende además una etapa de adición suficiente de base nitrogenada para aumentar el pH hasta al menos 1,25;

en la que la relación de peso de (a): (b) es desde 95:5 hasta 35:65; y

en la que dicho polímero que contiene hidroxilo es una combinación de alcohol polivinílico y al menos uno seleccionado del grupo que consiste en almidón, almidón modificado y un azúcar.

16) El método de acuerdo con la reivindicación 15, en el que el alcohol polivinílico tiene un peso molecular medio en número en el Intervalo superior a 7.

17) El método de acuerdo con la reivindicación 15, en el que se añade suficiente base nitrogenada para aumentar el pH hasta el Intervalo de 3, - 4,.

18) Un método de formación de un material no tejido que comprende las etapas siguientes:

la combinación de (a) un polímero que contiene hidroxilo con (b) un agente reticulante multifuncional, el cual es al menos uno seleccionado del grupo que consiste en un poliácido no polimérico y un anhídrido, y opcionalmente

(c) un catalizador para formar una composición acuosa curable; y

con la salvedad de que el método comprende además una etapa de adición de suficiente base nitrogenada para aumentar el pH hasta al menos 1,25; y

la combinación de la composición acuosa curable con fibra no tejida, y

calentar la composición acuosa curable y la fibra no tejida a 13 °C hasta 25°C durante el tiempo suficiente para efectuar el curado,

en la que la relación de peso de (a): (b) es desde 95:5 hasta 35:65; y

en la que dicho polímero que contiene hidroxilo es una combinación de alcohol polivinílico y al menos uno seleccionado del grupo que consiste en almidón, almidón modificado y un azúcar.

19) El método para la preparación del material no tejido de la reivindicación 18, comprendiendo además una etapa de dilución de la composición acuosa curable con agua suficiente de manera que la composición acuosa curable tiene un 95% en peso de agua antes de la etapa de calentamiento.

2) El método para la preparación del material no tejido de la reivindicación 18, en la que la fibra no tejida es fibra de vidrio.

21) El método para la preparación del material no tejido de la reivindicación 18, en la que se añade base nitrogenada suficiente para aumentar el pH hasta el intervalo de 3, - 4,.

22) El uso de una composición de una composición acuosa curable según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11 como un aglutinante de material no tejido.

23) El uso según la reivindicación 22, caracterizado por que el material no tejido comprende fibra de vidrio.