Formulaciones adhesivas de proteína con aditivos de amina-epiclorhidrina e isocianato.

Una composición adhesiva que comprende una fuente de proteínas, un aducto de amina-epiclorhidrina (AE) y un isocianato.

Formulaciones adhesivas de proteína con aditivos de amina-epiclorhidrina e isocianato Campo de la invención Esta invención se refiere a composiciones adhesivas que comprenden una combinación de una fuente de proteína, un aducto de amina-epiclorhidrina (AE) y un material funcional de isocianato.

Antecedentes de la invención Los adhesivos derivados de harina de soja que contiene proteína comenzaron a ser de uso general primero durante los 1920s (patentes de EE.UU. Nos. 1.813.378, 1.724.695 y 1.994.050) . La harina de soja apropiada para su uso en adhesivos se obtenía, y aún se obtiene, retirando algo o la mayor parte del aceite de la soja, dando una harina de soja residual que se molía subsecuentemente en forma de harina de soja extremadamente fina. Típicamente se usa hexano para extraer la mayoría de los aceites no polares de la soja molida, aunque son también medios apropiados de retirada de aceite los métodos de extrusión/extracción. La harina de soja resultante se desnaturalizó a continuación (es decir, las estructuras secundarias, terciarias y/o cuaternarias de las proteínas se alteraron para exponer los grupos funcionales polares adicionales capaces de enlace) con un agente alcalino y, hasta cierto punto, se hidrolizaron (es decir, los enlaces covalentes se rompieron) para dar adhesivos para pegar madera en condiciones secas. Sin embargo, estos primeros adhesivos de soja exhibían pobre resistencia al agua, y su uso estaba estrictamente limitado a aplicaciones de interior, de este modo, fueron generalmente desplazados por los adhesivos de combustibles fósiles que estaban principalmente basados en formaldehido. Más recientemente, se ha necesitado en la industria de adhesivos de madera producir productos más respetuosos con el medioambiente, tales como aquellos que tienen niveles disminuidos de emisiones de formaldehído. Los adhesivos de proteínas de nuevo se convierten en una opción, con tal de que su resistencia al agua se pudiera mejorar. Los adhesivos de aducto de amina-epiclorhidrina/soja “AE/soja” llenan una necesidad en el mercado de adhesivos sin formaldehido añadido (NAF) que cumplen las leyes que regulan las emisiones de formaldehído en productos de madera (California Air Resource Board, “AIRBORNE TOXIC CONTROL MEASURE TO REDUCE FORMALDEHYDE EMISSIONS FROM COMPOSITE WOOD PRODUCTS”, 26 Abril de 2007, y el Formaldehy de Standards for Composite Wood Productos Act, 7 de Julio, 2010) y para cumplir los estándares voluntarios para construcción medioambientalmente responsable tales como el U.S. Green Building Council’s (USGBC) Leadership in Energy and Environmental Design (LEED) Rating System. Los adhesivos de AE/soja también tienen una notable mejora en resistencia al agua comparados con los tradicionales adhesivos basados en soja.

Los polímeros de amina-epiclorhidrina (polímeros AE) se han usado en combinación con proteínas como adhesivos para productos de madera (Patentes de EE.UU. Nos. 7.060.798 y 7.252.735; solicitudes de patente 2008/0021187, 2008/0050602 y 2008/0292886) . Se ha demostrado que las combinaciones de AE/soja son adhesivos efectivos y robustos para madera contrachapada en sistemas comerciales que muestran un rendimiento enormemente mejorado frente a los adhesivos tradicionales basados en soja en condiciones tanto húmedas como secas. Se ha demostrado que los adhesivos de AE/soja son recambios efectivos para los adhesivos basados en formaldehído tales como los adhesivos de urea-formaldehído (UF) . Sin embargo, hay aún algunas áreas en las que el rendimiento de estos materiales se puede mejorar. En particular, la resistencia de adhesión con ciertos tipos de madera difíciles de pegar ha sido un reto con estos adhesivos. Algunos de los tipos de madera que pueden ser problemáticos para pegar son arce, pacana y abedul amarillo ahumado. Otras áreas en las que el rendimiento de los adhesivos de AE/soja se puede beneficiar de la mejora adicional es en el área de mayor resistencia a la flexión y rigidez cuando se usa como resina aglomerante para tablero de partículas (PB) o aglomerado de densidad media (MDF) y también para la mejora de la resistencia de las uniones adhesivas en general en condiciones humedad. También es deseable reducir el nivel del aditivo de AE en un adhesivo de AE/soja dado que el aditivo de AE es un ingrediente más caro que la harina de soja.

Los adhesivos de madera basados en la combinación de soja y resinas de AE son bien conocidos (Patente de EE.UU. 3.494.750; Patente de EE.UU. No.7.252.735; Patente de EE.UU. 7.060.798) . Se han presentado varias solicitudes de patente que describen mejoras de esta tecnología tales como las que usan resinas de PAE de baja viscosidad (publicación de patente de EE.UU. número 20080050602) , la preparación y uso de adhesivos pulverizables para PB y MDF (publicaciones de patente de EE.UU. números 2007/073771, 2009/0098387, y 2010/046898) , y el uso de aditivos que previenen las manchas (publicación de patente de EE.UU. número 2008/0292886) . Aunque se ha demostrado que las combinaciones de AE/soja son adhesivos robustos y efectivos para madera contrachapada, PB y MDF en sistemas comerciales hay aún algunas áreas en las que el rendimiento de estos materiales se puede mejorar.

Breve sumario de la invención La presente invención se refiere a una composición adhesiva que comprende un componente de proteína, un componente de aducto de AE y un componente de isocianato. La presente invención se refiere también a un composite y a un método para fabricar un composite que comprende un substrato y la composición adhesiva de la presente invención.

Un aducto de AE es un producto de reacción de epiclorhidrina con un material funcional de amina.

Sorprendentemente, se ha visto que las combinaciones de aducto de AE/proteína/isocianato proporcionan unión mejorada de chapas difíciles de unir tales como abedul amarillo ahumado y excelente unión a capas más fácilmente unibles con un nivel menor de aditivo total en la formulación adhesiva, comparado con un aducto de AE usado por sí mismo como aditivo. Para los propósitos de esta invención el componente de aducto de AE y el componente de isocianato son aditivos. Un ejemplo de un aducto de AE es poliamidoamina epiclorhidrina (PAE) . Además, se ha visto que las combinaciones de aducto de AE/proteína/isocianato proporcionan mejorada resistencia a la flexión y rigidez cuando se usa como aglomerante en tablero de partículas (PB) o aglomerado de densidad media (MDF) . La soja es una fuente de proteína preferida.

Se ha descubierto que el uso de un isocianato en un adhesivo de PAE/soja puede proporcionar una mejora significativa en las propiedades de unión del adhesivo. Los isocianatos alifáticos dispersables en agua son preferidos a los isocianatos aromáticos debido a la mucho menor viscosidad de las formulaciones preparadas con isocianatos alifáticos comparado con los isocianatos aromáticos, pero cualquiera de ellas es beneficiosa.

Descripción detallada de la invención La presente invención proporciona una composición adhesiva que comprende (a) un componente de proteína, (b) un componente de aducto de AE y (c) un componente de isocianato. La presente invención se refiere también a un composite y a un método para fabricar un composite que comprende un substrato y la composición adhesiva de la presente invención.

En particular, la resistencia adhesiva con ciertos tipos de madera difíciles de unir ha sido un reto con estos adhesivos. Algunos de los tipos de madera que pueden ser problemáticos para la unión son arce, pacana y abedul amarillo ahumado. Otras áreas en las que el rendimiento de los adhesivos de AE/soja se pueden beneficiar de mejora adicional es en el área de mayor resistencia a la flexión y rigidez cuando se usa como resina aglomerante para tablero de partículas (PB) o aglomerado de densidad media (MDF) y también para la mejora de la resistencia de las uniones adhesivas en general en condiciones húmedas. También es deseable reducir el nivel del aditivo de AE en un adhesivo de AE/soja dado que el aditivo de AE es un ingrediente más caro que la harina de soja.

Las proteínas apropiadas para su uso en la presente invención incluyen caseína, harina de sangre, harina de plumas, queratina, gelatina, colágeno, gluten, gluten de trigo (proteína de trigo) , proteína de suero de leche, zeina (proteína de maíz) , harina de colza, harina de girasol y proteína de soja. Preferentemente la proteína es una proteína basada en plantas.

La soja es una fuente de proteína preferible de la presente invención. La soja se puede usar en la forma de aislados de proteína de soja, concentrados de soja, harina de soja, sémola de soja o soja tostada. La harina de soja apropiada para su uso en adhesivos se puede... [Seguir leyendo]

1. Una composición adhesiva que comprende una fuente de proteínas, un aducto de amina-epiclorhidrina (AE) y un isocianato.

2. La composición de la reivindicación 1, en la que el aducto de AE comprende un polímero de poliamidoaminaepiclorhidrina (PAE) .

3. La composición de la reivindicación 1, en la que el isocianato es dispersable en agua.

4. La composición de la reivindicación 1, en la que el isocianato comprende poli (diisocianato de hexametileno) [pHDI].

5. La composición de la reivindicación 1, en la que la relación del peso en seco de la fuente de proteína al peso en seco combinado de aducto de AE e isocianato es de 1:2 a 1000:1.

6. La composición de la reivindicación 5, en la que la relación del peso en seco de la fuente de proteína al peso en seco combinado de aducto de AE e isocianato es de 1:2 a 10:1.

7. La composición de la reivindicación 1, en la que la relación del peso en seco de aducto de AE a peso en seco de isocianato es de 100:1 a 1:10.

8. La composición de la reivindicación 7, en la que la relación del peso en seco de aducto de AE a peso en seco de isocianato es de 10:1 a 1:1.

9. La composición de la reivindicación 1, en la que el aducto de AE comprende un polímero de poliamidoaminaepiclorhidrina (PAE) ; el isocianato comprende un isocianato dispersable en agua preparado de poli (diisocianato de hexametileno) [pHDI] o poli (diisocianato de metilendifenilo) ; y la relación del peso en seco de aducto de AE a peso en seco de material de isocianato es de 10:1 a 1:2.

10. La composición de la reivindicación 1, en la que el aducto de AE comprende un polímero de poliamidoaminaepiclorhidrina (PAE) ; el isocianato comprende un isocianato dispersable en agua preparado de poli (diisocianato de hexametileno) [pHDI]; la fuente de proteína comprende harina de soja, y la relación del peso en seco de aducto de AE a peso en seco de isocianato es de 10:1 a 1:2.

11. Un composite lignocelulósico que comprende la composición de la reivindicación 1 y un substrato lignocelulósico.

12. El composite de la reivindicación 11, en el que la proteína comprende soja, el aducto de AE comprende un polímero de poliamidoamina-epiclorhidrina (PAE) y el isocianato comprende un isocianato dispersable en agua.

13. Un método para fabricar un composite que comprende las etapas de a) proporcionar un substrato lignocelulósico, b) aplicar la composición adhesiva de la reivindicación 1 al substrato, y c) someter la combinación de substrato/adhesivo a calor y presión para formar el composite.

14. El método de la reivindicación 13, en el que la proteína comprende soja, el aducto de AE comprende un polímero de poliamidoamina-epiclorhidrina (PAE) y el isocianato comprende un isocianato dispersable en agua.

15. Un método para fabricar un composite que comprende a) proporcionar un substrato lignocelulósico, b) aplicar el isocianato al substrato, c) aplicar una mezcla de aducto de AE y fuente de proteína al substrato, y d) someter la combinación de substrato/adhesivo a calor y presión para formar el composite.

16. El método de la reivindicación 15, en el que la proteína comprende soja, el aducto de AE comprende un polímero de poliamidoamina-epiclorhidrina (PAE) y el isocianato comprende un isocianato dispersable en agua.