WO2018018106A1

WO2018018106A1 - Emulsões de cera associadas a compostos inorgânicos

Info

Publication number: WO2018018106A1
Application number: PCT/BR2016/050175
Authority: WO
Inventors: Giulio Pieter FORMENTI; Bruno Cesar Ortiz UGARTE
Original assignee: Isogama Industria Quimica Ltda
Current assignee: Isogama Industria Quimica Ltda
Priority date: 2016-07-28
Filing date: 2016-07-28
Publication date: 2018-02-01
Anticipated expiration: 2019-01-28
Also published as: EP3492541A1; BR112019001609A2; US20190256728A1; WO2018018122A1; CL2019000187A1; EP3492541A4

Abstract

Emulsões de cera adicionadas de compostos inorgânicos preferencialmente o agalmatolito, aluminosilicato de potássio, talco-silicato de magnésio, ou misturas destes, acrescentados antes ou depois da emulsificação das ceras, que conferem um efeito sinérgico de incremento da hidro-repelência dessas emulsões, aplicadas a painéis compósitos de madeira reconstituída, argamassas, texturas, gesso, tintas, dentre outras aplicações na construção civil.

Description

EMULSÕES DE CERA ASSOCIADAS A COMPOSTOS INORGÂNICOS

Campo de aplicação

[001] A presente invenção refere-se a emulsões de cera associadas a compostos inorgânicos, particularmente utilizadas no processo de manufatura de chapas de madeira reconstituída obtidas a partir de materiais de compósito de madeira, tais como, MDP (Médium Density Particleboard), MDF (Médium Density Fiberboard), OSB (Oriented Strand Board), HDF (High Density Fiberboard), dentre outros, especialmente emulsões monocomponentes preparadas a partir de ceras naturais ou sintéticas, associadas a determinados compostos inorgânicos, cujo efeito sinérgico confere um incremento substancial à hidro-repelência e, por conseguinte, uma redução significativa na absorção de água do substrato.

[002] A invenção abrange igualmente o uso destas emulsões no preparo das argamassas, texturas, gesso, tintas, dentre outras aplicações na construção civil.

[003] Ainda, a presente invenção abrange o uso destas emulsões em aplicações superficiais para diversos segmentos de mercado, tais como papel, papelão, embalagens dentre outros, visando à impermeabilização total ou parcial da superfície destes substratos, ou seja, criando uma barreira contra água. Histórico da Invenção

[004] É de conhecimento do homem da técnica, que os materiais de compósito de madeira são usados em uma grande variedade de aplicações, principalmente para materiais de construção comercial e residencial. Todas as partes das árvores, que é a principal matéria-prima em todos os produtos finais dessa indústria, têm algum uso e valor no processo. Depois que um corte de árvore é descascado, o mesmo pode ser convertido em um conjunto bastante diferenciado de formas, lascando-o e/ou cortando-o em diferentes tamanhos/consistências, ou combinando-o com alguma forma de resina, antes da prensagem/moldagem. O resultado final do processo é um compósito de madeira desenvolvido para aplicações específicas. [005] Tais compósitos de madeira, assim como para todas as aplicações citadas anteriormente a permeabilidade/porosidade destes substratos permitem que as moléculas de água penetrem pelos poros, resultando em problemas dimensionais, estruturais, de resistência mecânica, durabilidade, de aparência, entre outros.

[006] Estes problemas podem ser superados com o uso de formulações melhoradas ou modificadas a partir da escolha adequada de aditivos de diferentes composições de ceras, sendo necessário considerar reações das emulsificações, tamanho de partícula, bem como de modo geral o processo de fabricação.

[007] Dessa forma, para reduzir a permeabilidade desses materiais, principalmente os compósitos de madeira, normalmente recorre-se à aplicação de emulsões de cera, que pode ser seguida da aplicação de materiais inorgânicos, tais como aditivos à base de silano, separadamente, gerando uma barreira contra o avanço da umidade.

[008] Porém, de maneira desvantajosa, a aplicação das emulsões de cera e dos compostos inorgânicos de maneira separada, prejudica a homogeneidade da aplicação e, consequentemente, ocorre perda de eficiência na impermeabilidade e na estabilidade dimensional do substrato que recebe tais aplicações, ocorrendo desta forma redução de desempenho no produto final, além de resultar em maiores custos devido à existência de uma etapa adicional de aplicação.

[009] Assim, em aprofundada análise do estado da arte, foram localizadas emulsões que utilizam compostos com função hidro-repelente. Como resultado, pode-se notar que, por exemplo, o documento FR2952814, "Cold emulsified composition comprises fatty phase, aqueous phase and particulate phase comprising organically modified phyllosilicates able to be positioned itself at the oil water interface to exclusively generate oil in water emulsion", com prioridade de 23 de novembro de 2009, de Ephyla Sas, ensina uma composição emulsionada a frio que compreende uma fase graxa, uma fase aquosa e uma fase particulada que compreende filossilicatos organicamente modificados capazes de serem posicionados na interface água-óleo para gerar exclusivamente emulsão de óleo em água.

[0010] Tal documento revela uma emulsão óleo em água, particularmente utilizada para fins cosméticos, sendo que, desvantajosamente, não apresenta efeito hidro-repelente suficiente para aplicações em materiais de uso na construção civil.

[0011] Ainda, a proteção US2003176537, depositada em 18 de março de 2002, "Composite materiais with improved phyllosilicate dispersion" da University of Chicago, prevê filossilicatos de borda modificada com tensoativos aniônicos, materiais compósitos feitos a partir destes filossilicatos e métodos para produzir os mesmos. Em várias concretizações os filossilicatos se apresentam com superfície modificada com agentes modificadores de equilíbrio hidrofílico lipofílico (HLB), hidrótropos poliméricos e antioxidantes. A invenção também proporciona misturas daqueles filossilicatos e ceras semicristalinas. Os materiais compósitos são feitos por dispersão dos ditos filossilicatos com polímeros, em especial poliolefinas e elastômeros.

[0012] Dessa forma, esse documento de patente ensina tão somente a dispersão de filossilicatos em materiais poliméricos, afastando-se das características apresentadas pelo objeto da invenção que se propõe, pois não define qualquer composição conveniente para aplicação nos substratos citados anteriormente, de forma que a aplicação de tais filossilicatos resulte em efeitos potencializados de hidro-repelência nesses materiais.

[0013] Por fim, o documento US2003187120, "Coatings and films derived from clay/wax nanocomposites", da University of Chicago, de 20 de fevereiro de 2002, proporciona métodos para fazer os nanocompósitos de argila/cera e revestimentos e filmes do mesmo com melhores propriedades de resistência química e de barreira a gases. A invenção ainda proporciona métodos para produzir e utilizar tais emulsões de nanocompósitos de argila/cera. Tipicamente, uma argila organofílica é combinada a uma cera ou mistura de cera/polímero de tal modo que a energia de coesão da argila que corresponde a da cera ou mistura cera/polímero. Argilas organofílicas adequadas incluem mica e filossilicatos que foram tratadas com agentes modificadores de superfície. Os nanocompósitos resultantes têm aplicações em superfícies de metais, plásticos ou papeis, como revestimentos industriais e embalagens de proteção.

[0014] Assim, além desse documento de patente abordar o campo dos nanocompósitos, cujos processos de fabricação são de elevada complexidade e alto custo, desvantajosamente, também não são apresentadas composições convenientes para as diversas aplicações propostas pela invenção.

[0015] Percebe-se, pois, na técnica uma lacuna no que tange emulsões à base de cera adicionadas de compostos inorgânicos, em especial o agalmatolito, aluminosilicato de potássio, talco, silicato de magnésio, cujo efeito sinérgico de incremento da hidro-repelência dessas emulsões possibilite a redução da absorção de água em materiais compósitos de madeira reconstituída e demais aplicações citadas, uma vez que os meios atuais de redução de absorção de água, pelo uso de aditivos já conhecidos, como por exemplo, aditivos à base de silanos, além de terem um elevado custo de aquisição, geram também, um custo extra de manuseio.

[0016] Visando solucionar os citados, a presente invenção propõe emulsões à base de ceras associadas a compostos inorgânicos, que apresentam efeito sinérgico de incremento da hidro-repelência nestas emulsões.

[0017] Assim, é um objetivo da presente invenção contribuir na estabilidade dimensional do substrato, visando solucionar problemas de desempenho a um baixo custo quando comparado com emulsões e ou ceras convencionais com composições apenas à base de ceras.

[0018] Ainda, em função do alto desempenho hidro-repelente e melhor rendimento desta composição, outro objetivo da presente invenção é utilizar materiais inorgânicos que trazem benefícios económicos quando comparados aos produtos somente à base de ceras, pois dispensam a utilização de outros aditivos de maiores custos.

[0019] Vantajosamente, a presente invenção propõe a formação de um produto único, composto pela associação de ceras e compostos inorgânicos, capaz de proporcionar maior redução de absorção de água, diminuindo seu custo de produção e facilitando sua aplicação, aumentando, assim, seu desempenho. Breve descrição da invenção

[0020] A presente invenção trata de uma emulsão à base de ceras, ou composição de ceras, e um ou mais compostos inorgânicos, cujo objetivo é utilizar o sinergismo entre as ceras e os compostos inorgânicos com a finalidade de reduzir a absorção de água e melhorar a estabilidade dimensional do substrato.

[0021] As composições de ceras adicionadas dos referidos minerais têm como principal benefício reduzir a absorção de água, além de contribuir na estabilidade dimensional do substrato quando comparado com emulsões e ou ceras convencionais com composições apenas à base de ceras.

[0022] Em função do alto desempenho hidro-repelente e melhor rendimento destas composições, percebem-se facilmente os benefícios económicos quando comparados aos produtos somente à base de ceras.

[0023] A combinação do aditivo inorgânico com a emulsão à base de ceras e/ou uma composição de ceras tem um efeito sinérgico, o que confere um alto grau hidro-repelente ao substrato, com consequente redução de absorção de água, principalmente quando comparado aos meios atuais de redução da absorção d'água, por meio de aditivos à base de silanos, que além de terem um elevado custo, necessitam também, de etapas adicionais de manuseio.

[0024] Os compostos inorgânicos, na faixa de tamanho de partícula de 0,01 a Ι ΟΟΟμηη, preferencialmente de 20 a 60μηη, são provenientes de minerais que de modo sinérgico incrementam o efeito de hidro-repelência dessas emulsões, preferencialmente o agalmatolito, aluminosilicato de potássio, talco, silicato de magnésio, adicionados antes ou depois da emulsificação das ceras. Descrição detalhada da invenção

[0025] Emulsões de cera são adicionadas de compostos inorgânicos com faixa de tamanho de partícula de 0,01 a Ι ΟΟΟμηη, preferencialmente de 20 a 60μηη, provenientes de minerais que conferem um efeito sinérgico de incremento na hidro-repelência dessas emulsões, sendo que tal efeito se apresenta com maior intensidade quando o tamanho de cada partícula é de 20 a 60μηη, pois ocorre melhor distribuição dessas partículas no substrato. [0026] A associação dos compostos inorgânicos com as emulsões potencializa o efeito hidro-repelente das ceras devido à adsorção de forma orientada das moléculas de surfactante, onde a região polar ou hidrofílica da molécula ancora o composto inorgânico por meio de efeitos eletrostáticos, enquanto que a parte apolar tende a ficar na região externa associando-se às ceras presentes na emulsão. Este novo sistema, no momento da deposição do produto no substrato, especialmente na madeira particulada, aumenta o caráter hidrofóbico do substrato.

[0027] Preferencialmente, os ditos compostos inorgânicos são o agalmatolito, o aluminosilicato de potássio, o talco, o silicato de magnésio ou misturas destes, acrescentados antes ou depois da emulsificação das ceras, com intuito de que tais emulsões sejam aplicadas principalmente a painéis compósitos de madeira reconstituída.

[0028] Também de maneira preferencial, tal emulsão é produzida por meio da utilização de homogeneizadores e, a seguir, misturada com os compostos inorgânicos. A emulsão resultante deste processo é aplicada sobre a madeira particulada em processos de fabricação de painéis e, dessa forma, fica incorporada na estrutura do painel.

[0029] A emulsão é composta de: i. água, utilizada como veículo; ii. ceras, utilizadas como agentes de hidro-repelência podendo ser: minerais como vaselina, parafina, cera de petróleo microcristalina, slack wax, ozocerite, cera de linhita, cera de turfa; vegetais como de soja, de palma, de linhaça, de candelila, de carnaúba, de rícino, de oliva, ésteres; animais, como cera de abelha, lanolina, derivados do sebo bovino; ou sintéticas, como cera de polietileno e cera Fischer- Tropsch; iii. surfactantes, utilizados como agentes emulsificantes, podendo ser aniônicos como sabões sódicos, potássicos, amônios e outros de ácidos graxos; ácidos graxos e derivados de benzeno sulfatados, sulfonados, fosfatados, maleados; não iónicos, como derivados de polivinil, derivados de acrilatos, derivados da celulose, álcoois graxos etoxilados, derivados de benzeno sulfatados, sulfonados, fosforados e maleados etoxilados, etc; e catiônicos: derivados de aminas graxas terciárias; derivados de alquil benzeno aminas e seus similares etoxilados; iv. e compostos inorgânicos, utilizados como agentes de hidro-repelência, como carbonato de cálcio e magnésio, dolomita, calcário, barita, caulim, mica, pirofilita, agalmatólitos, silicato de magnésio e alumínio, gipsum, gesso, sulfato de cálcio, dióxido de titânio, dióxido de silício, óxidos de ferro, óxidos de cromo, óxidos de antimônio, óxidos e hidróxidos de alumínio, bentonita, montmorilonita, hectorita, saponita, e ilita, filossilicatos e suas variações, funcionalizado com agentes hidrofóbicos, sejam eles silanos, ácidos graxos de cadeia longa, compostos fluorados, polímeros.

[0030] Sua composição se apresenta nos limites de:

a) água, de 5 a 90%, preferencialmente 30 a 50%, em peso da mistura;

b) surfactantes de 0,01 a 20%, preferencialmente de 0,5 a 3%, em peso da mistura;

c) ceras (ex.: parafinas minerais, sintéticas, ceras vegetais, etc.) de 2 a 90%, preferencialmente de 35 a 60%, em peso da mistura;

d) compostos inorgânicos que conferem uma sinergia no efeito de hidro-repelência da emulsão de 2 a 90%, preferencialmente de 5 a 35%, em peso da mistura.

[0031] Assim, de maneira preferencial, os compostos inorgânicos são o silicato de alumínio, potássio e magnésio, filossilicatos, pirofilita, muscovita ou misturas destes, funcionalizados ou não com agentes hidrofóbicos, sejam eles, ácidos graxos de cadeia longa, compostos fluorados ou polímeros.

[0032] Ainda, os compostos inorgânicos são alternativamente definidos por carbonatos de cálcio e magnésio, dolomita, calcário, barita, caulim, mica, pirofilita, agalmatólitos, silicato de magnésio e alumínio, gipsum, gesso, sulfato de cálcio, dióxido de titânio, dióxido de silício, óxidos de ferro, óxidos de cromo, óxidos de antimônio, óxidos e hidróxidos de alumínio, bentonita, montmorilonita, hectorita, saponita, e ilita, filossilicatos e suas variações, ou misturas destes, funcionalizados ou não com agentes hidrofóbicos, sejam eles silanos, ácidos graxos de cadeia longa, compostos fluorados ou polímeros.

[0033] Um dos possíveis exemplos da invenção consiste em uma emulsão aquosa de parafina produzida conforme a seguinte formulação:

a) 48 partes água b) 35 partes parafina

c) 2 partes surfactante

d) 15 partes de compostos inorgânicos: filossilicatos, preferencialmente agalmatolito, aluminosilicato de potássio, talco e silicato de magnésio.

[0034] Esta invenção não se limita às representações aqui comentadas ou ilustradas, devendo ser compreendida em seu amplo escopo. Muitas modificações e outras representações da invenção virão à mente daquele versado na técnica à qual essa invenção pertence, tendo o benefício do ensinamento apresentado nas descrições anteriores e desenhos anexos. Além disso, entende-se que a invenção não está limitada à forma específica revelada, e que modificações e outras formas são entendidas como inclusas dentro do escopo das reivindicações anexas. Embora termos específicos sejam empregados aqui, eles são usados somente de forma genérica e descritiva e não como propósito de limitação.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Emulsões de cera associadas a compostos inorgânicos caracterizadas por os compostos inorgânicos serem preferencialmente os silicatos de alumínio, potássio e magnésio, os filossilicatos, a pirofilita, a muscovita ou misturas destes, alternativamente carbonatos de cálcio e magnésio, dolomita, calcário, barita, caulim, mica, pirofilita, agalmatólitos, silicato de magnésio e alumínio, gipsum, gesso, sulfato de cálcio, dióxido de titânio, dióxido de silício, óxidos de ferro, óxidos de cromo, óxidos de antimônio, óxidos e hidróxidos de alumínio, bentonita, montmorilonita, hectorita, saponita, e ilita, filossilicatos e suas variações, ou misturas destes, funcionalizados ou não com agentes hidrofóbicos, sejam eles ácidos graxos de cadeia longa, compostos fluorados ou polímeros, sendo que seu tamanho de partícula se encontra na faixa de 0,01 a Ι ΟΟΟμηη, preferencialmente de 20 à 60μηη, cuja composição é:

a. água, de 5 a 90%, preferencialmente 30 a 50%, em peso da mistura;

b. surfactantes, de 0,01 a 20%, preferencialmente de 0,5 a 3%, em peso da mistura;

c. ceras, de 2 a 90%, preferencialmente de 35 a 60%, em peso da mistura; e

d. os ditos compostos inorgânicos, de 2 a 90%, preferencialmente de 5 a 35%, em peso da mistura.

2. Emulsões de cera associadas a compostos inorgânicos, de acordo com a reivindicações 1 , caracterizada por apresentar:

a. 48 partes de água;

b. 35 partes de parafina;

c. 2 partes de surfactantes; e

d. 15 partes de compostos inorgânicos.

3. Emulsões de cera associadas a compostos inorgânicos, de acordo com as reivindicações de 1 e 2, caracterizada por ser produzida por meio da utilização de homogeneizadores.