ES2897025T3 - Composición de apresto para lana mineral basada en un azúcar hidrogenado y productos aislantes obtenidos - Google Patents
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Abstract
Una composición de apresto para aislar productos basados en lana mineral, particularmente lana de roca o lana de vidrio, caracterizada por que comprende -al menos un azúcar hidrogenado, -al menos un agente de reticulación polifuncional elegido de ácidos orgánicos policarboxílicos o sales de estos ácidos, y anhídridos de los mismos, y -ácido hipofosforoso, y que está libre de azúcares reductores o contiene como máximo 10 % en peso de azúcares reductores.
Description
DESCRIPCIÓN
Composición de apresto para lana mineral basada en un azúcar hidrogenado y productos aislantes obtenidos
La presente invención se refiere al campo de productos de aislamiento térmico y/o acústico, basados en lana mineral, notablemente de vidrio o de roca, y un aglutinante orgánico libre de formaldehído.
Más particularmente, la invención se refiere a una composición de apresto que puede reticularse térmicamente para formar dicho aglutinante orgánico, que se basa en al menos un azúcar hidrogenado, al menos un agente de reticulación polifuncional seleccionado de ácidos orgánicos policarboxílicos, sales de estos ácidos y anhídridos de los mismos, y ácido hipofosforoso, a un método para fabricar productos aislantes basados en fibras minerales unidas por un aglutinante orgánico que usa esta composición de apresto y a los productos aislantes que resultan de los mismos.
La fabricación de productos aislantes basados en lana mineral generalmente comprende una etapa de fabricación de la lana en sí, que se puede llevar a cabo mediante diversos métodos, por ejemplo, según la técnica conocida de producción de fibras por centrifugación interna o externa.
La centrifugación interna consiste en introducir el material mineral fundido (vidrio o roca) en una centrífuga que comprende una multitud de pequeños orificios, proyectándose el material contra la pared periférica del dispositivo bajo la acción de la fuerza centrífuga y saliendo del mismo en forma de filamentos. Al salir del dispositivo centrífugo, los filamentos se estiran y se llevan hacia un elemento de recepción mediante una corriente de gas que tiene una temperatura alta y una velocidad alta, para formar una banda de fibras (o lana mineral).
La centrifugación externa involucra verter el material fundido sobre la superficie periférica externa de piezas rotatorias denominadas rotores, desde donde el material fundido se eyecta bajo la acción de la fuerza centrífuga. También se proporcionan medios para estirar por medio de una corriente de gas y para recoger sobre un elemento de recepción.
Para garantizar que las fibras se reúnen y para proporcionar cohesión a la banda, se pulveriza una composición de apresto que contiene una resina termoendurecible sobre las fibras, en su trayectoria desde la salida de la centrífuga hasta el dispositivo de recepción. La banda de fibras recubiertas con la composición de apresto se somete a un tratamiento térmico, a una temperatura generalmente superior a 100 0C, con el fin de llevar a cabo la reticulación de la resina y así obtener un producto de aislamiento térmico y/o acústico que tiene propiedades específicas, en particular una estabilidad dimensional, una resistencia a la tracción, una recuperación del grosor después de la compresión y un color uniforme.
La composición de apresto que se va a aplicar sobre la lana mineral está generalmente en forma de una disolución acuosa que contiene la resina termoendurecible y aditivos tales como un catalizador de reticulación para la resina, un silano promotor de la adhesión, un aceite mineral antipolvo, etc. La composición de apresto se aplica generalmente sobre las fibras mediante pulverización.
Las propiedades de la composición de apresto dependen en gran medida de las características de la resina. Desde el punto de vista de la aplicación, la composición de apresto debe tener una buena capacidad de pulverización y debe poderse depositar sobre la superficie de las fibras para unirlas eficazmente.
La resina debe ser estable durante un periodo de tiempo dado antes de usarla para formar la composición de apresto, preparándose generalmente dicha composición en el momento del uso, mezclando la resina y los aditivos mencionados anteriormente.
En términos normativos, la resina debe ser no contaminante, es decir, debe contener (y debe generar durante la etapa de apresto o posteriormente) la mínima cantidad posible de compuestos que puedan ser perjudiciales para la salud humana o el medio ambiente.
Las resinas termoendurecibles usadas más comúnmente son resinas fenólicas de la clase de los resoles. Aparte de su buena capacidad de reticulación en las condiciones térmicas mencionadas anteriormente, estas resinas son solubles en agua, tienen buena afinidad por las fibras minerales, notablemente fibras de vidrio y son relativamente económicas.
Estos resoles se obtienen mediante la condensación de fenol y formaldehído, en presencia de un catalizador básico, en una razón molar de formaldehído/fenol superior a 1 para favorecer la reacción entre el fenol y el formaldehído y para reducir el contenido en fenol residual en la resina. La reacción de condensación entre el fenol y el formaldehído se realiza al tiempo que se limita el grado de condensación de los monómeros, con el fin de evitar la formación de cadenas largas que no son muy solubles en agua y que reducen la capacidad de dilución. Por consiguiente, la resina contiene una cierta proporción de monómero sin reaccionar, en particular el formaldehído, cuya presencia no se desea debido a sus efectos nocivos demostrados.
Por este motivo, las resinas basadas en resol se tratan generalmente con urea, que reacciona con el formaldehído libre, atrapándolo en forma de condensados de urea-formaldehído no volátiles. Además, la presencia de urea en la resina da cierta ventaja económica debido a su bajo coste, ya que se puede introducir en cantidades relativamente grandes sin afectar las cualidades de utilización de la resina, notablemente sin afectar negativamente las propiedades mecánicas del producto acabado, lo que reduce considerablemente el coste total de la resina.
No obstante, se ha observado que, en las condiciones de temperatura a las que se somete la banda con el fin de obtener la reticulación de la resina, los condensados de urea-formaldehído no son estables; se descomponen para dar nuevamente formaldehído y urea (que a su vez se degrada al menos parcialmente para dar amoníaco), que se liberan en la atmósfera de la fábrica.
Las normativas sobre la protección ambiental son cada vez más estrictas y obligan a los fabricantes de productos aislantes a encontrar soluciones mediante las que se puedan reducir aún más los niveles de emisiones no deseables, especialmente de formaldehído.
Se conocen soluciones en las que se sustituyen los resoles en las composiciones de apresto y se basan en el uso de un polímero de ácido carboxílico, en particular de ácido acrílico, y de un compuesto hidroxilado.
En el documento US-5 340 868, el apresto comprende un polímero policarboxílico, una p-hidroxilamida y un ácido carboxílico monomérico al menos trifuncional.
Se han propuesto composiciones de apresto que comprenden un polímero policarboxílico, un poliol y un catalizador, catalizador que es un catalizador que contiene fósforo (documentos US-5 318 990, US-5 661 213, US 6 331 350, US-2003/0008978), un fluoroborato (documento US-5 977 232) o una cianamida, una dicianamida o una cianoguanidina (documento US-5 932 689).
También se han descrito composiciones de apresto que comprenden una alcanolamina que contiene al menos dos grupos hidroxilo y un polímero policarboxílico (documentos US-6071 994, US-6 099 773, US-6 146746) combinada con un copolímero (documento US-6 299 936).
En el documento US-2002/0188055, la composición de apresto comprende un polímero policarboxílico, un poliol y un tensioactivo catiónico, anfótero o no iónico.
En el documento US-2004/0002567, la composición de apresto contiene un polímero policarboxílico, un poliol y un agente de acoplamiento tipo silano.
El documento US-2005/0215153 describe una composición de apresto formada a partir de un preaglutinante que contiene un polímero de ácido carboxílico y a partir de un poliol, y a partir de una dextrina como coaglutinante.
Otras soluciones para sustituir a los resoles se basan en el uso de un poliácido monomérico y de un poliol.
El documento WO 2006/120523 describe una composición de apresto que comprende (a) un poli(alcohol vinílico), (b) un agente de reticulación multifuncional elegido de poliácidos no poliméricos o sales de los mismos, anhídridos o un polialdehído no polimérico y (c) opcionalmente un catalizador, oscilando la razón en peso (a):(b) de 95:5 a 35:65 y siendo el pH al menos igual a 1,25.
En el documento WO 2008/053332 se propone una composición de apresto que comprende un aducto (a) de un polímero de azúcar y (b) de un agente de reticulación multifuncional elegido de poliácidos monoméricos o sales de los mismos y anhídridos, que se obtiene en condiciones tales que la razón en peso (a):(b) oscila de 95:5 a 35:65. Los documentos US-2013/140481 y US-2016/177057 describen composiciones de apresto basadas en azúcares no hidrogenados.
El solicitante ha propuesto composiciones de apresto que contienen un azúcar hidrogenado y una mezcla de azúcares hidrogenados que contiene al menos el 25 % en peso de maltitol y un agente de reticulación polifuncional polimérico o no polimérico, opcionalmente un catalizador (documentos WO 2010/029266 y WO 2013/014399). En estas composiciones, el catalizador preferido es hipofosfito de sodio, fosfito de sodio y mezclas de estas composiciones. Sin embargo, debido a la naturaleza higroscópica de este tipo de catalizador, se desprende que los productos aislantes basados en lana mineral obtenidos a partir de las composiciones de apresto que la contienen tienen una alta tendencia a absorber agua.
El objetivo de la presente invención es proporcionar una composición de apresto mejorada que haga posible obtener productos aislantes basados en lana mineral que tengan una capacidad de retención de agua menor que los descritos en las solicitudes mencionadas anteriormente por el solicitante.
Otro objetivo es proporcionar una composición de apresto que haga posible mejorar las propiedades mecánicas de los productos aislantes después del envejecimiento en condiciones húmedas, en particular su resistencia a la tracción.
Para conseguir estos objetivos, la presente invención propone una composición de apresto para productos aislantes basados en lana mineral, notablemente lana de vidrio o lana de roca, que comprende
- al menos un azúcar hidrogenado,
- al menos un agente de reticulación polifuncional seleccionado de ácidos orgánicos policarboxílicos, sales de estos ácidos y anhídridos de los mismos, y
- ácido hipofosforoso,
y que está libre de azúcares reductores o contiene como máximo el 10 % en peso de azúcares reductores. Se pretende que el término “azúcar hidrogenado” signifique, en el presente documento, todos los productos resultantes de la reducción, de cualquier manera, de un azúcar elegido de monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos que son lineales, cíclicos o ramificados, y mezclas de estos productos, en particular hidrolizados de almidón.
Los hidrolizados de almidón que pueden usarse para obtener la mezcla de azúcares hidrogenados según la invención se obtienen de una manera conocida en sí misma, por ejemplo mediante hidrólisis enzimática y/o ácida de uno o más almidones. El grado de hidrólisis del almidón se caracteriza, generalmente, por el dextrose equivalent (equivalente de dextrosa - DE), definido por la siguiente relación:
número de enlaces glicosídicos rotos
DE = 100x
número de enlaces glicosídicos en el almidón inicial.
El DE de hidrolizados de almidón varía según el método de hidrólisis usado (tipo de enzima(s), por ejemplo) y el grado de hidrólisis: la distribución de productos que tienen diversos grados de polimerización puede variar en gran medida.
Los hidrolizados de almidón preferidos tienen un DE de entre 5 y 99, y ventajosamente entre 10 y 80.
La hidrogenación del azúcar tal como se definió anteriormente puede llevarse a cabo mediante métodos conocidos realizados en condiciones de alta presión de hidrógeno y alta temperatura y presión, en presencia de un catalizador elegido de los grupos IB, IIB, IVB, VI, VII y VIII de la tabla periódica de los elementos, preferiblemente del grupo que comprende níquel, platino, paladio, cobalto y molibdeno y mezclas de los mismos. El catalizador preferido es níquel Raney. La hidrogenación convierte el azúcar o la mezcla de azúcares (hidrolizado de almidón) en los polioles correspondientes.
Aunque no se prefiere, la hidrogenación se puede llevar a cabo en ausencia de catalizador de hidrogenación, en presencia de una fuente de hidrógeno diferente a gas hidrógeno, por ejemplo, un borohidruro de un metal alcalino tal como borohidruro de sodio.
A modo de ejemplos de azúcares hidrogenados, se pueden mencionar eritritol, arabitol, xilitol, sorbitol, manitol, iditol, maltitol, isomaltitol, lactitol, celobitol, palatinitol, maltotritol y los productos de hidrogenación de hidrolizados de almidón, en particular comercializados por la compañía Roquette con el nombre Polysorb®.
El azúcar hidrogenado según la invención tiene un peso molecular promedio en número de menos de 100.000 g/mol, preferiblemente menos de 50.000 g/mol, ventajosamente menos de 5000 g/mol, incluso mejor todavía de más de 180 g/mol.
El azúcar hidrogenado según la invención puede contener azúcares reductores en una proporción baja que no supera el 5 % en peso de sólidos, preferiblemente el 1 % e incluso mejor todavía el 0,5 %. Generalmente, el azúcar hidrogenado no contiene azúcares reductores.
Preferiblemente, se hace uso de maltitol y mezclas que comprenden maltitol y productos de hidrogenación de hidrolizados de almidón, siendo ventajosamente predominante el maltitol en dichas mezclas, es decir, representa más del 50 % en peso. Particularmente se prefiere maltitol.
El agente de reticulación polifuncional puede reaccionar con los grupos hidroxilo del azúcar hidrogenado bajo el efecto del calor para formar enlaces éster que dan como resultado la producción de una red polimérica en el aglutinante final. Esta red polimérica significa que se pueden establecer uniones en los puntos de unión de las fibras en la lana mineral.
El agente de reticulación polifuncional se elige de ácidos orgánicos policarboxílicos o sales de estos ácidos y anhídridos de los mismos.
Se pretende que el término “ácido orgánico policarboxílico” signifique un ácido orgánico que comprende al menos dos funciones carboxílicas, preferiblemente como máximo 300, ventajosamente como máximo 70 e incluso mejor todavía como máximo 15 funciones carboxílicas.
El ácido orgánico policarboxílico puede ser un ácido no polimérico o polimérico; tiene un peso molecular promedio en número generalmente inferior o igual a 50.000 g/mol, preferiblemente inferior o igual a 10.000 g/mol y ventajosamente inferior o igual a 5000 g/mol.
El ácido orgánico policarboxílico no polimérico es un ácido lineal, opcionalmente ramificado, saturado o insaturado, un ácido cíclico o un ácido aromático.
El ácido orgánico policarboxílico no polimérico puede ser un ácido dicarboxílico, por ejemplo ácido oxálico, ácido malónico, ácido succínico, ácido glutárico, ácido adípico, ácido pimélico, ácido subérico, ácido azelaico, ácido sebácico, ácido málico, ácido tartárico, ácido tartrónico, ácido aspártico, ácido glutámico, ácido fumárico, ácido itacónico, ácido maleico, ácido traumático, ácido alcanfórico, ácido ftálico y sus derivados, en particular que contienen al menos un átomo de cloro o de boro, ácido tetrahidroftálico y sus derivados, en particular que contienen al menos un átomo de cloro tales como ácido cloréndico, ácido isoftálico, ácido tereftálico, ácido mesacónico y ácido citracónico; un ácido tricarboxílico, por ejemplo ácido cítrico, ácido tricarbalílico, ácido 1,2,4-butanotricarboxílico, ácido aconítico, ácido hemimelítico, ácido trimelítico y ácido trimésico; o un ácido tetracarboxílico, por ejemplo ácido 1,2,3,4-butanotetracarboxílico y ácido piromelítico.
La composición de apresto puede comprender uno o más ácidos dicarboxílicos, tricarboxílicos y/o tetracarboxílicos.
Preferiblemente el ácido orgánico policarboxílico no polimérico es ácido cítrico.
A modo de ejemplo de un ácido orgánico policarboxílico polimérico, pueden mencionarse homopolímeros de ácido carboxílico insaturado tales como ácido (met)acrílico, ácido crotónico, ácido isocrotónico, ácido maleico, ácido cinámico, ácido 2-metilmaleico, ácido fumárico, ácido itacónico, ácido 2-metilitacónico y ácido a,p-metilenglutárico, o de un monoéster de ácido dicarboxílico insaturado, tal como un maleato o fumarato de alquilo C1-C10; copolímeros de ácidos carboxílicos insaturados, en particular de los ácidos mencionados anteriormente, en particular copolímeros de ácido (met)acrílico/ácido maleico; y copolímeros de al menos un ácido carboxílico insaturado, en particular de ácido carboxílico insaturado mencionado anteriormente, y de al menos un monómero de vinilo, tal como estireno opcionalmente sustituido con grupos alquilo, hidroxilo o sulfonilo o con un átomo de halógeno, (met)acrilonitrilo, (met)acrilamida sustituida o no con grupos alquilo C1-C10, (met)acrilatos de alquilo, en particular (met)acrilato de metilo, (met)acrilato de etilo, (met)acrilato de n-butilo y (met)acrilato de isobutilo, (met)acrilato de glicidilo, butadieno y un éster vinílico, en particular acetato de vinilo.
Preferiblemente, la composición de apresto comprende al menos un ácido orgánico policarboxílico no polimérico que tiene un peso molecular promedio en número inferior o igual a 1000 g/mol, preferiblemente inferior o igual a 750 g/mol y ventajosamente inferior o igual a 500 g/mol, opcionalmente como mezcla con al menos un ácido orgánico polimérico.
El agente de reticulación polifuncional puede ser un anhídrido, en particular anhídrido maleico, anhídrido succínico o anhídrido ftálico.
El agente de reticulación polifuncional que se prefiere particularmente es ácido cítrico.
En la composición de apresto, el azúcar hidrogenado representa de 10 a 90 % del peso de la mezcla que consiste en el azúcar hidrogenado y el agente de reticulación polifuncional, preferiblemente de 20 a 85 %, ventajosamente de 30 a 80 % e incluso mejor todavía de 45 a 65 %.
La composición de apresto también comprende ácido hipofosforoso que actúa como catalizador para la reacción de esterificación entre el azúcar hidrogenado y el agente de reticulación polifuncional, y contribuye a un mejor ajuste de la temperatura al comienzo de la reticulación de la composición de apresto.
El ácido hipofosforoso se introduce en la composición de apresto en una proporción de desde 0,1 partes hasta 10 partes en peso por 100 partes en peso del azúcar hidrogenado y del agente de reticulación polifuncional, preferiblemente de 1 a 5 partes en peso.
Ventajosamente, el ácido hipofosforoso se usa en forma de una disolución acuosa al 50 % en peso de dicho ácido.
Cuando sea apropiado, puede usarse hipofosfito de sodio junto con el ácido hipofosforoso, en una proporción baja, en particular como máximo igual a 3 partes en peso por 100 partes en peso del azúcar hidrogenado y del agente de reticulación polifuncional y ventajosamente como máximo 1 parte. En general, la composición de apresto no contiene hipofosfito de sodio.
La composición de apresto es una composición acuosa que tiene preferiblemente un contenido en sólidos de entre el 3 % y el 30 % en peso, preferiblemente de 4 % a 20 % en peso, representando el azúcar hidrogenado, el agente de reticulación polifuncional y el ácido hipofosforoso juntos al menos 70 %, preferiblemente al menos 80 % de los sólidos de la composición de apresto.
La composición de apresto según la invención también puede comprender los siguientes aditivos convencionales en las siguientes proporciones calculadas sobre la base de 100 partes en peso de azúcar hidrogenado y de agente de reticulación polifuncional:
- de 0 a 5 partes de silano, en particular un aminosilano o un epoxisilano,
- de 0 a 20 partes de aceite, preferiblemente de 4 a 15 partes,
- de 0 a 5 partes de un agente hidrófobo, en particular una silicona,
- de 0 a 20 partes de un poliol distinto de los azúcares hidrogenados, en particular glicerol o un poliglicerol. La función de los aditivos se conoce y se resume brevemente: el silano es un agente para el acoplamiento entre las fibras y el aglutinante, y también actúa como agente antienvejecimiento; los aceites son agentes antipolvo hidrófobos.
La preparación de la composición de apresto se lleva a cabo simplemente mezclando los constituyentes mencionados anteriormente.
Cuando el agente de reticulación polifuncional es un poliácido no polimérico, puede ser ventajoso someter la composición de apresto a un tratamiento térmico para hacer reaccionar una porción del azúcar hidrogenado con dicho poliácido. Gracias a este tratamiento térmico, se reduce el contenido de poliácidos libres de bajo peso molecular en la composición de apresto, lo que tiene el efecto de limitar las emisiones de gas generadas durante la cocción de la composición de apresto en el horno de secado. El tratamiento térmico se lleva a cabo a una temperatura que puede oscilar de 40 a 150 °C. La composición de apresto está destinada a aplicarse sobre fibras minerales, notablemente fibras de vidrio o de roca.
Convencionalmente, la composición de apresto se proyecta sobre las fibras minerales a la salida de la centrífuga y antes de que se recojan en el dispositivo de recepción en forma de una capa de fibras, que después se trata a una temperatura que permite la reticulación de la composición de apresto y la formación de un aglutinante no fundible. La reticulación de la composición de apresto según la invención se lleva a cabo a una temperatura comparable a la de una resina de fenol-formaldehído convencional, a una temperatura mayor de o igual a 110 °C, preferiblemente mayor de o igual a 130 0C y ventajosamente mayor de o igual a 140 °C.
Los productos de aislamiento acústico y/o térmico obtenidos a partir de estas fibras con apresto también constituyen un objeto de la presente invención.
Estos productos generalmente están en forma de una capa o de un fieltro de lana mineral, vidrio o lana de roca o de una esterilla de fibras minerales, también fibras de vidrio o de roca, notablemente para formar una cubierta de superficie de dicha capa o de dicho fieltro. Estos productos tienen un color blanco particularmente ventajoso.
Además, los productos aislantes muestran una alta resistencia al crecimiento de microorganismos, particularmente de mohos, lo que se debe a la naturaleza no fermentable del azúcar hidrogenado.
Los siguientes ejemplos ilustran la invención pero sin limitarla.
En estos ejemplos, se miden los siguientes:
- la resistencia a la tracción, según la norma ASTM C 686-71T, en una muestra recortada por estampación en el producto aislante. La muestra tiene una forma toroidal de 122 mm de longitud, 46 mm de anchura, con un radio de curvatura del recorte del borde exterior igual a 38 mm y un radio de curvatura del recorte del borde interior igual a 12,5 mm.
La muestra se coloca entre dos mandriles cilíndricos de una máquina de ensayo, uno de las cuales es móvil y se mueve a una velocidad constante. Se mide la fuerza de ruptura F (en Newton) de la muestra y se calcula la resistencia a la tracción TS, definida por la razón de la fuerza de ruptura F con respecto al peso de la muestra (en Newton/gramo).
La resistencia a la tracción se mide inmediatamente después de la fabricación (TSm), después de un envejecimiento acelerado en un autoclave a una temperatura de 105 0C al 100 % de humedad relativa durante 15
minutos (TS15) o en las condiciones de la prueba “ Florida” , y después del envejecimiento en un cobertizo de almacenamiento cerrado durante 1 mes (envejecimiento natural).
La prueba “ Florida” se lleva a cabo en las siguientes condiciones: se coloca el producto en una cámara climática y se somete 21 veces a los 4 ciclos de temperatura y humedad relativa tal como se define en la siguiente tabla, llevándose a cabo las variaciones de temperatura y humedad relativa a velocidades constantes.
- la flexión determinada según un método interno del solicitante, expuesto esquemáticamente en la Fig. 1, en la que la parte superior es una vista en sección del dispositivo de prueba adecuado y la parte inferior es una vista de este mismo dispositivo desde arriba.
Los productos sometidos a prueba están en forma de una muestra de 1200 mm x 600 mm cortada a partir del producto aislante. Se coloca la muestra 1 en la parte superior de la superficie 2 del tamaño adecuado, horizontalmente, de manera que un extremo 3 se extiende libremente más allá del borde de la mesa 4, en una longitud de 580 mm. A continuación, se coloca una placa 5 de carga sobre la muestra de manera que el borde de la placa 5 está a nivel con el borde de la superficie 4, teniendo la placa un tamaño de 500 mm x 500 mm y un peso de 2765 g que corresponde a una carga de 0,109 kN/m2. Se llevan a cabo cuatro mediciones en la muestra 1, en el centro 6, en las caras superior e inferior. El valor medio de las 4 mediciones representa la flexión 7 (en mm) de la muestra. La flexión proporcionada en las Tablas 1 y 2 es un valor medio medido en 4 muestras.
- la absorción de agua en las siguientes condiciones: Se colocan de 20 a 50 mg de muestra (peso inicial) en la barquilla de una balanza contenida en una cámara climática que se mantiene a 25 0C y a una humedad relativa igual al 75 % o al 95 %. El peso de la muestra se mide cuando este último se estabiliza (peso final). La absorción de agua (como %) se calcula según la siguiente fórmula:
(peso final - peso inicial) / peso inicial x 100
Ejemplos 1 a 3
Se preparan composiciones de apresto que comprenden los constituyentes facilitados en la Tabla 1, expresados en partes en peso.
Se preparan las composiciones de apresto mediante la introducción de los constituyentes en un recipiente que contiene agua, con agitación vigorosa. El extracto seco de las composiciones de apresto es igual al 5 % en peso.
Se usan las composiciones de apresto para formar productos aislantes basados en lana de vidrio.
Se fabrica lana de vidrio mediante la técnica de centrifugación interna en la que la composición de vidrio fundida se convierte en fibras por medio de una herramienta conocida como disco de centrifugación, que comprende una cesta que forma una cámara para recibir la composición fundida y una banda periférica perforada por una multitud de orificios: se hace girar el disco alrededor de su eje vertical de simetría, se expulsa la composición a través de los orificios bajo el efecto de la fuerza centrífuga y se estira el material que escapa de los orificios para dar fibras con la ayuda de una corriente de gas de estiramiento. La finura de las fibras de vidrio, medida mediante el valor de su micronaire en las condiciones descritas en la solicitud de patente FR-2 840 071, es igual a 15,8 l/min. Existe una relación de correspondencia entre el valor de micronaire y el diámetro medio de las fibras.
De forma convencional, se coloca un anillo de pulverización por tamaño bajo el disco de formación de fibras para distribuir de forma uniforme la composición de apresto sobre la lana de vidrio que se ha formado recientemente.
La lana mineral así unida se recoge en una cinta transportadora que tiene una anchura de 2,40 m, equipada con cajas de succión internas que mantienen la lana mineral en forma de un fieltro o una banda en la superficie del transportador. Después se desplaza el transportador al interior de un horno mantenido a 240 °C, en donde los constituyentes de la composición de apresto se polimerizan para formar un aglutinante. El producto aislante obtenido tiene una densidad igual a 27,0 kg/m3, un grosor de aproximadamente 80 mm inmediatamente después de la fabricación y una pérdida por ignición igual al 5,5 %.
Las propiedades de los productos aislantes se facilitan en la Tabla 1.
Los productos aislantes fabricados con las composiciones de apresto de los Ejemplos 1 y 2 según la invención tienen mejores propiedades que el producto del Ejemplo comparativo 3 que contiene hipofosfito de sodio.
La resistencia a la tracción es mayor en los Ejemplos 1 y 2 que en el Ejemplo comparativo 3, tanto antes del envejecimiento (TSm) como después del envejecimiento en un autoclave (TS15) o en las condiciones de la prueba “ Florida” .
La flexión de los productos según los Ejemplos 1 y 2, que es menor que la del Ejemplo comparativo 3, corresponde a una mayor rigidez de los productos.
La absorción de agua de los productos según los Ejemplos 1 y 2 es menor que la del Ejemplo comparativo 3, en particular en condiciones de humedad relativa muy alta (95 %).
Ejemplos 4 a 8
Estos ejemplos se llevan a cabo en las condiciones descritas en los Ejemplos 1 a 3, modificados porque las composiciones de apresto contienen los constituyentes descritos en la Tabla 2, en proporciones expresadas en partes en peso, y porque la lana de vidrio tiene un valor de micronaire igual a 17,1 l/min, que corresponde a un diámetro medio más alto de las fibras de vidrio que en los ejemplos anteriores.
La resistencia a la tracción es mayor en los Ejemplos 5 y 6 que en los Ejemplos comparativos 7 y 8, tanto antes del envejecimiento (TSm) como después del envejecimiento en un autoclave (TS15) o envejecimiento natural.
Tabla 1
(1) comercializado con la referencia HW88 por SASOL
(2) comercializado con la referencia A1100 por MOMENTIVE
(3) comercializado con la referencia BS5137 por WACKER
Los resultados de la Tabla 1 muestran que reemplazar el catalizador de la técnica anterior (hipofosfito de sodio) por el catalizador de la invención (ácido hipofosforoso) mejora los rendimientos mecánicos y, en particular, la resistencia a la tracción antes y después del envejecimiento, sólo cuando el aglutinante se basa esencialmente en azúcar hidrogenado (maltitol) (véase la comparación de los Ejemplos 1 y 2 con el Ejemplo comparativo 3). Cuando el aglutinante contiene una mezcla de azúcar hidrogenado y de azúcares reductores, reemplazar el hipofosfito de sodio por ácido hipofosforoso no tiene ningún efecto significativo sobre la resistencia a la tracción de los productos obtenidos (véase la comparación de los Ejemplos comparativos 4 y 5).
Tabla 2
(1) comercializado con la referencia HW88 por SASOL
(2) comercializado con la referencia A1100 por MOMENTIVE
(3) comercializado con la referencia BS5137 por WACKER
Los resultados de la Tabla 2 anterior muestran que la mejora en la resistencia a la tracción de los productos aislantes depende de la concentración de ácido hipofosforoso: cuanto mayor es esta concentración, mejor es la resistencia a la tracción de los productos (véanse los Ejemplos 6, 7 y 8).
Claims (15)
- REIVINDICACIONESi. Una composición de apresto para aislar productos basados en lana mineral, particularmente lana de roca o lana de vidrio, caracterizada por que comprende-al menos un azúcar hidrogenado,-al menos un agente de reticulación polifuncional elegido de ácidos orgánicos policarboxílicos o sales de estos ácidos, y anhídridos de los mismos, y-ácido hipofosforoso,y que está libre de azúcares reductores o contiene como máximo 10 % en peso de azúcares reductores.
- 2. La composición según la reivindicación 1, caracterizada por que el azúcar hidrogenado se elige de los productos de hidrogenación de monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos que son lineales, cíclicos o ramificados.
- 3. La composición según la reivindicación 1 o 2, caracterizada por que el azúcar hidrogenado es eritritol, arabitol, xilitol, sorbitol, manitol, iditol, maltitol, isomaltitol, lactitol, celobitol, palatinitol, maltotritol o los productos de hidrogenación de hidrolizados de almidón.
- 4. La composición según la reivindicación 3, caracterizada por que el azúcar hidrogenado es maltitol, o una mezcla que comprende maltitol y productos de hidrogenación de hidrolizados de almidón, preferiblemente que contienen más de 50 % en peso de maltitol.
- 5. La composición de apresto según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que tiene un contenido en sólidos de entre 3 % y 30 % en peso, preferiblemente de 4 % a 20 % en peso, representando el azúcar hidrogenado, el agente de reticulación polifuncional y el ácido hipofosforoso juntos al menos 70 %, preferiblemente al menos 80 % de los sólidos de la composición de apresto.
- 6. La composición según la reivindicación 1, caracterizada por que el ácido orgánico policarboxílico comprende al menos dos funciones carboxílicas, preferiblemente como máximo 300 funciones carboxílicas, ventajosamente como máximo 70 e incluso mejor todavía como máximo 15.
- 7. La composición según la reivindicación 6, caracterizada por que el ácido orgánico policarboxílico se elige de ácidos orgánicos policarboxílicos no poliméricos lineales, opcionalmente ramificados y saturados o insaturados, ácidos cíclicos y ácidos aromáticos.
- 8. La composición según la reivindicación 7, caracterizada por que el ácido orgánico policarboxílico se elige de ácidos dicarboxílicos, en particular ácido oxálico, ácido malónico, ácido succínico, ácido glutárico, ácido adípico, ácido pimélico, ácido subérico, ácido azelaico, ácido sebácico, ácido málico, ácido tartárico, ácido tartrónico, ácido aspártico, ácido glutámico, ácido fumárico, ácido itacónico, ácido maleico, ácido traumático, ácido alcanfórico, ácido ftálico y sus derivados, en particular que contienen al menos un átomo de cloro o de boro, ácido tetrahidroftálico y sus derivados, en particular que contienen al menos un átomo de cloro, ácido isoftálico, ácido tereftálico, ácido mesacónico y ácido citracónico, ácidos tricarboxílicos, en particular ácido cítrico, ácido tricarbalílico, ácido 1,2,4-butanotricarboxílico, ácido aconítico, ácido hemimelítico, ácido trimelítico y ácido trimésico, y ácidos tetracarboxílicos, en particular ácido 1,2,3,4-butanotetracarboxílico y ácido piromelítico.
- 9. La composición según la reivindicación 1, caracterizada por que el ácido orgánico policarboxílico se elige de ácidos orgánicos policarboxílicos poliméricos, en particular homopolímeros de ácido carboxílico insaturado o de un monoéster de ácido dicarboxílico insaturado, copolímeros de ácidos carboxílicos insaturados, y copolímeros de al menos un ácido carboxílico insaturado y de al menos un monómero de vinilo.
- 10. La composición según la reivindicación 9, caracterizada por que el ácido carboxílico insaturado es ácido (met)acrílico, ácido crotónico, ácido isocrotónico, ácido maleico, ácido cinámico, ácido 2-metilmaleico, ácido fumárico, ácido itacónico, ácido 2-metilitacónico, ácido a,p-metilenglutárico y monoésteres de ácidos dicarboxílicos insaturados, y el monómero de vinilo es estireno opcionalmente sustituido con grupos alquilo, hidroxilo o sulfonilo, o con un átomo de halógeno, (met)acrilonitrilo, (met)acrilamida opcionalmente sustituida con grupos alquilo C1-C10, (met)acrilatos de alquilo, (met)acrilato de glicidilo, butadieno y un éster vinílico.
- 11. La composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizada por que el azúcar hidrogenado representa de 10 a 90 % del peso de la mezcla que consiste en el azúcar hidrogenado y el agente de reticulación polifuncional, preferiblemente de 20 a 85 %, ventajosamente de 30 a 80 % e incluso mejor todavía de 45 a 65 %.
- 12. La composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada por que el ácido hipofosforoso representa de 0,1 partes a 10 partes en peso por 100 partes en peso del azúcar hidrogenado y del agente de reticulación polifuncional, preferiblemente de 1 a 5 partes.
- 13. La composición según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizada por que comprende además los siguientes aditivos en las siguientes proporciones calculadas sobre la base de 100 partes en peso de azúcar hidrogenado y de agente de reticulación polifuncional:-de 0 a 5 partes de silano, en particular un aminosilano o un epoxisilano,-de 0 a 20 partes de aceite, preferiblemente de 4 a 15 partes,-de 0 a 5 partes de un agente hidrófobo, en particular una silicona,-de 0 a 20 partes de un poliol distinto de los azúcares hidrogenados, en particular glicerol o un poliglicerol.
- 14. Un método para fabricar un producto aislante basado en fibras minerales unidas por un aglutinante orgánico, que comprende-la aplicación de una composición acuosa de apresto según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores a fibras minerales,-la evaporacion de la fase de disolvente de la composición acuosa de apresto y someter a curado térmico el residuo no volátil de la composición.
- 15. Un producto aislante basado en fibras minerales unidas por un aglutinante orgánico, obtenido por medio del método según la reivindicación 14.
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