PROCESSO PARA A FABRICAçãO DE ΌΜ PRODUTO DE GESSO E PRODUTO
DE GESSO [001] A presente invenção se refere a um aditivo de emulsão ceroso útil para melhorar a resistência à água de produtos de gesso tais como placa de gesso e produtos de gesso e fibras lenhosas. A presente invenção se refere ainda a um processo de fabricação de produtos de gesso empregando aditivos em emulsão. [002] Determinadas propriedades do gesso (sulfato de cálcio diidratado) o tornam muito popular para ser usado na produção de produtos industriais e de construção, especialmente de painéis contendo gesso. O gesso é uma matéria prima abundante e geralmente barata que, por um processo de desidratação e reidratação, pode ser vazada, moldada ou de outro modo qualquer formada em formatos úteis. O material base a partir do qual a placa de gesso é fabricada é a forma hemi-hidratada de sulfato de cálcio (gesso), habitualmente denominado estuque, que é produzido pela conversão térmica do diidratado do qual foi removida a fase aquosa. Os produtos de gesso na indústria de placas em painéis, incluem, sem limitação, placa de gesso com fundo de papel, especialmente placa de gesso reforçada com esteiras de fibra de vidro e, conforme será descrito com mais detalhes abaixo, produtos de fibras lenhosas e gesso que incorporam fibras lenhosas ou de lignina e outros produtos. [003] Um produto de fibra lenhosa com gesso (GWF) difere de produtos de painéis de gesso convencionais pelo fato de que GWF incorpora à pasta estabelecida tanto gesso como material lignocelulósico, isto fibras lenhosas. A proporção de fibras lenhosas ou de outro material lignocelulósico pode consistir em aproximadamente 50% em peso a aproximadamente 95% em peso, com base no peso combinado do gesso e do material lignocelulósico. Um produto tipico de GWF pode compreender aproximadamente 80% de fibras lenhosas em peso, com base no peso combinado do gesso e de fibras lenhosas. O material lignocelulósico é habitualmente denominado na técnica como aparelhamento lenhoso. As fontes de aparelhamento lenhoso incluem, sem limitação, coníferas tais como pinheiros, tuias e zimbros, e angiospermas tais como carvalhos, bordos, eucaliptos, choupos, bétulas e choupos. Estes produtos, como placa de parede de gesso, lajota de gesso, bloco de gesso, peças moldadas de gesso e semelhantes têm uma resistência relativamente pequena a água. [004] Os produtos de gesso absorvem água, o que reduz sua resistência. Os produtos da técnica anterior, tais como a placa de gesso ordinária, lajota de gesso, bloco de gesso, peças moldadas de gesso e semelhantes têm uma resistência relativamente pequena à água. Os testes reais demonstraram que quando um cilindro de material de amostra de placa de gesso de 5,08 cm por 10,16 cm era imerso em água a aproximadamente 21°C o cilindro acusava uma absorção de água de 36% depois de uma imersão de 40 minutos. Quando uma placa de gesso ordinária é imersa em água, a placa rapidamente absorve uma quantidade considerável de água, e perde uma grande quantidade da sua resistência. Em cada um dos produtos de gesso mencionados acima, é desejável, portanto, se controlar a absorção de água. A água também torna os produtos de gesso suscetíveis de desenvolverem bolor, míldio, fungos e outros agentes biológicos. [005] Historicamente, os produtos acrescentados a uma pasta de gesso para conferir um grau de resistência à água no processo de fabricação de placas incorporavam asfalto, cera fundida, cera/asfalto emulsifiçados, cera emulsificada e diversos produtos de silicone. Todos estes sistemas da técnica anterior demonstraram inconvenientes em uma série de áreas correlatas de desempenho. Estes inconvenientes incluem, sem limitação, sólidos inconsistentes, instabilidade das emulsões, limites amplos em viscosidade aparente, um pH cáustico que exige uma rotulação de risco, riscos à saúde devido à emissão de gases hidrogênio e sulfeto de hidrogênio. Um aditivo é necessário que possa solucionar os problemas citados acima e conferir a um produto uma resistência à água. [006] A patente U.S. No. 6.663.707 concedida a Wantling et al, datada de 16 de dezembro de 2003 (publicada em 17 de julho de 2003) instrui sobre a incorporação de uma espécie genérica de amido proveniente de milho, sagu, trigo, arroz etc., com um agente complexador tal como borato de sódio em combinação com outros compostos químicos, especificamente lignossulfato de sódio, e alquil fenol polimerizado de C24 ou mais e diversas formas de ceras que formam uma emulsão de cera praticamente estável, adequada para ser incorporada a uma pasta de gesso para conferir uma resistência a água.
Embora este sistema apresente vantagens significativas em comparação com emulsões de cera anteriormente disponíveis, ele apresenta uma série de deficiências que incluem: a degradação do pH devido à atividade bacteriológica que resulta da decomposição do lignossulfato de sódio em armazenagem a longo prazo, alterações da viscosidade à medida que ocorrem calor e envelhecimento, manifestando-se em forma de uma ligeira separação na interface água/cera, e taxas de uso abaixo de previsíveis no misturador devido às alterações que ocorrem individualmente ou em combinação. [007] A patente U.S. No. 6.010.596 concedida a Song instrui sobre a adição de uma emulsão de cera que contém uma combinação de um hidrocarboneto parafínico, cera montana, álcool polivinílico, água e emulsificantes a uma pasta quente contendo gesso triturado e fibras lenhosas. Os emulsificantes incluem tensoativos não iônicos e catiônicos. Enquanto ainda está quente, a pasta é descarregada através de uma caixa de cabeceira sobre uma esteira de enfeltramento contínua, tal como a do tipo usado nas operações de fabricação de papel para formar um bolo de filtro e remover a quantidade máxima possível de água não combinada. [008] Conseqüentemente, há a necessidade de um aditivo que seja útil para conferir resistência à água a produtos de gesso e que seja de aplicação econômica. Há a necessidade de um aditivo de resistência à água que não exija o uso de componentes dispendiosos tais como polissiloxano. Há ainda a necessidade de um aditivo de resistência a água que seja estável à temperatura ambiente e que não exija um aquecimento antes da sua aplicação a uma solução de gesso. Há ainda uma outra necessidade de um aditivo estável de resistência a água que não exija uma mistura ou agitação contínua para manter a sua estabilidade. Conseqüentemente, há a necessidade de um processo para se fabricar produtos de gesso que solucionem um ou mais problemas de absorção de água, controle de viscosidade, estabilidade e fluidez de pasta quando usados para a fabricação de produtos de gesso. Naturalmente um tal aditivo deve desempenhar estas funções sem afetar a fluidez, capacidade de formação de espuma, tempo de pré- pega ou tempo de pega.
Sumário da Invenção: [009] Vem descrito no presente documento um processo para a fabricação de um produto de gesso que compreende a formação e uma pasta que compreende gesso, água e uma emulsão que compreende uma cera não saponificável, uma cera saponifiçada, um componente alquil fenólico, um dispersante/tensoativo, um componente carbóxi-metil- celulose e água. em uma modalidade especifica, a cera não saponificável pode constituir aproximadamente 33% a aproximadamente 35% da emulsão, em peso, a cera saponificada pode constituir de aproximadamente 3% a aproximadamente 5% da emulsão, em peso, o componente alquil fenólico pode constituir de aproximadamente 0,5% a aproximadamente 2,5% da emulsão, em peso, o dispersante pode constituir de aproximadamente 0,5% a aproximadamente 2% da emulsão em peso e o componente carbóxi-metil-celulose pode constituir de aproximadamente 0,2% a aproximadamente 5% da emulsão, em peso. Opcionalmente as emulsões podem compreender um conservante, um biocida (um exterminador de mildio, fungicida etc.), por exemplo. Em diversas modalidades, o produto de gesso pode compreender uma placa de gesso ou um produto de gesso e fibras lenhosas. Também são descritos no presente documento produtos de gesso que compreendem gesso, um componente de cera compreendendo uma cera não saponif icável e uma cera saponif içada, um componente alquil fenólico, um dispersante/tensoativo e um componente carbóxi-metil-celulose. [010] As características descritas acima e outras são exemplificadas pela descrição detalhada que segue.
Descrição Detalhada: [011] A fabricação de produtos de gesso que incluem placas de gesso e compósitos fabricados empregando gesso, tais como compósitos de gesso e fibras, produtos de gesso com carga de fibra de vidro, produtos de gesso e fibras lenhosas etc. (a que se refere coletivamente como "produtos de gesso"), podem empregar emulsões descritas no presente documento para conferir uma resistência à água (hidrofobicidade) a tais produtos. Quando se empregam estas emulsões, o máximo de absorção de água realizado por tais produtos é reduzido em comparação com produtos em que tais emulsões não são usadas, isto é, as emulsões melhoram a característica de resistência a água dos produtos.
Melhorando-se a resistência a água dos produtos de gesso, estas emulsões reduzem os efeitos nocivos que a água absorvida pode ter sobre tais produtos, que incluem provocar uma instabilidade dimensional (inflação), perda de resistência mecânica e degradação biológica. As emulsões podem também servir como veículos para aditivos tais como retardantes de fogo e conservantes que em si não são repelentes de água. [012] A fabricação de produtos de gesso geralmente compreende a preparação de pasta contendo gesso que contém gesso e outros componentes do produto acabado, processando- se então a pasta para se remover a água e formar e secar os sólidos restantes em um formato desejado. Na fabricação de placa de gesso, o gesso é transformado em uma pasta que deve correr sobre um substrato de papel. A combinação pasta/substrato é então dimensionado em um processo continuo fazendo-se passar esta combinação entre cilindros.
Simultaneamente com esta etapa de dimensionamento, um fundo de papel é posicionado sobre a pasta de gesso dimensionada, conseqüentemente, a pasta de gesso deve possuir uma fluidez suficiente para que possa ser produzida uma placa de gesso de dimensões adequadas. Fluidez significa a capacidade que a pasta de gesso tem de escorrer. [013] É também importante para a fabricação da placa de gesso que se possa fazer a pasta de gesso espumar até um certo ponto. A capacidade de espumar se refere a esta capacidade de se fazer o gesso espumar. Quando se faz passar a pasta de gesso e o substrato de papel através de cilindro de dimensionamento, uma determinada quantidade da pasta de gesso deve escorrer de volta e se acumular na passagem entre os cilindros de modo que é fornecido um fluxo constante de gesso aos cilindros de dimensionamento. A capacidade de espumar é importante para esta capacidade da pasta de gesso escorrer de volta na passagem entre cilindros. Podem se usar chapas de formação, eliminando-se assim o uso de um cilindro mestre, mas a espuma é importante para controlar a densidade do produto acabado. [014] A fabricação da placa de gesso é um processo de fabricação continuo em que a pasta de gesso corre para um substrato que se faz então passar através de cilindros de dimensionamento. Portanto, o ponto até o qual a pasta de gesso escorre depois de ter sido dimensionada é critico para a conservação das dimensões do produto acabado da placa de gesso. 0 intervalo de tempo entre o momento em que a pasta é dimensionada e o momento em que a pasta de gesso cessa de escorrer é denominado tempo de pré-pega. Portanto, o tempo de pré-pega é uma propriedade importante da pasta de gesso. 0 tempo de pega da pasta de gesso é também uma propriedade importante. 0 tempo de pega se refere à quantidade de tempo que é necessário para que a pasta de gesso seque, por efeito de calor, transformando-se em uma placa de gesso sólida acabada. Conforme é bem conhecido na técnica, em um processo continuo de fabricação de placas de gesso, é importante que a pasta de gesso possua um tempo de pega consistente. [015] Ao contrário do que ocorre com a produção da placa de gesso, a produção de um produto GWF é facilitada através de um processo convencional de fabricação de papel. O processo de se extrair a água por feltro de dispersões aquosas diluídas de diversos materiais fibrosos é um processo comercial bem conhecido para a fabricação de muitos tipos de produtos de papel e papelão. Neste processo, faz-se correr uma dispersão aquosa de fibras, aglutinante e outros ingredientes, conforme for desejado ou necessário, sobre uma tela de suporte foraminosa móvel, tal como a de uma máquina de formação de esteiras Fourdrinier® ou Oliver®, para a extração da água. A dispersão pode ter primeiro a água extraída por gravidade, tendo então a água extraída por meio de sucção a vácuo; a esteira úmida é então comprimida até uma espessura especificada entre cilindros e a tela de suporte para se remover a água adicional. A esteira comprimida é então secada em fornos de secagem aquecidos de convecção ou de ar forçado, e o material secado é cortado nas dimensões desejadas. A fabricação de produtos de gesso e fibras lenhosas pode ser conduzida de modo semelhante, utilizando-se um mecanismo de distribuição de caixa de cabeceira da seção de extremidade úmida distribuindo-se a pasta de gesso e fibras lenhosa sobre uma tela à vácuo para a formação inicial de esteira e uma desidratação seguida por compressão através de uma série de cilindros de correias a vácuo e para dentro de um forno para uma desidratação final. A adição da emulsão não produz a formação de placas de cera nem a sua quebra sobre a correia a vácuo. As fibras lenhosas com gesso da presente invenção não incorporam papel de frente e de fundo mas tem um núcleo sem papel que tem um desempenho análogo e usos comparáveis aos produtos de invólucro convencionais atualmente disponíveis. [016] Uma emulsão conforme descrita no presente é usada na fabricação de um produto de gesso (placa de gesso, produtos de gesso com fibras lenhosas etc.) pela incorporação da emulsão à pasta contendo gesso que é usada para fabricar o produto de gesso. Tal emulsão pode compreender um componente de cera compreendendo uma cera não saponif icável e uma cera saponificada (que pode ser formada durante a preparação da emulsão pela reação de uma cera saponificável com um saponificador), um componente alquil fenólico, um dispersante/tensoativo, um componente carbóxi-metil-celulose e água. Ao contrário da emulsão descrita na patente U.S. No. 6.663.707, estas emulsões são opcionalmente livres de amido tal como um amido complexado e/ou livre de co-tensoativos tais como lignossulfonato de cálcio, lignossulfonato de sódio e/ou fosfato trissódico. A emulsão tipicamente é acrescentada numa proporção projetada para proporcionar aproximadamente 1,5% em peso (a aproximadamente 3% em peso de cera no produto acabado.
Acredita-se que o processamento da pasta quebre a emulsão que libera as ceras contidas nela e permite que as ceras migrem para a superfície do produto, melhorando assim as características de resistência à água. Como a água é o contribuinte mais importante para a atividade biológica, o uso destas emulsões reduz e pode, em alguns casos, eliminar, a atividade biológica no produto de gesso, sem que haja necessidade de um biocida. Opcionalmente, no entanto, as emulsões descritas no presente documento podem ser adjuvantes para a impregnação com conservantes dos produtos de gesso em quantidades efetivas para inibir uma atividade biológica, isto é, uma degradação biológica, tal como o desenvolvimento de míldio, bolores, fungos etc. [017] As emulsões descritas no presente documento compreendem um componente de cera que compreende uma cera não saponif icável e uma cera saponif içada. A cera não saponificável pode compreender uma cera que tem um ponto de fusão acima de aproximadamente 49°C, de aproximadamente 49°C a aproximadamente 74°C, opcionalmente de aproximadamente 49°C a aproximadamente 66°C, e de preferência de aproximadamente 57°C a aproximadamente 63°C. (Todos os limites descritos no presente são inclusivos e combináveis, os limites de "de aproximadamente 49°C a aproximadamente 74°C, opcionalmente de 57°C a 63°C" incluem os pontos extremos e todos os valores intermediários dos limites e suas combinações, incluindo, por exemplo, de aproximadamente 49°C a aproximadamente 63°C, de aproximadamente 54°C a aproximadamente 65°C etc). As ceras não saponificáveis adequadas incluem ceras parafinicas, ceras de "slack" e ceras de "scale". Tais ceras são comercialmente conhecidas como tendo baixa volatilidade, apresentando uma perda inferior a aproximadamente 10% em peso durante a análise termogravimétrica padrão. Além disso, o teor de óleo destas ceras é tipicamente inferior a aproximadamente 5% em peso, de preferência inferior a aproximadamente 1% em peso. Algumas destas ceras são de um peso molecular relativamente alto, tendo um comprimento de cadeia médio de C36, que é um comprimento de cadeia de 36 carbonos, ou mais. As ceras parafinicas derivam tipicamente de destilados de óleo lubrificante leve e são predominantemente hidrocarbonetos de cadeia reta tendo um comprimento médio de cadeia de 20 a 30 átomos de carbono.
As ceras parafinicas adequadas incluem Wax 3816® disponível de Honeywell/Astor de Duluth, Geórgia. As ceras de slack são ceras de petróleo tendo um teor de óleo de 3% em peso a 50% em peso. As ceras de slack adequadas incluem Exxon 600 Slack Wax® e Ashland 200 Slack Wax® e uma combinação de 50 partes de Exxon 600 Slack Wax® e 50 partes de Ashland 200 Slack Wax®. [018] Uma cera saponificável adequada tem um valor ácido ou um valor de saponificação e um ponto de fusão acima de aproximadamente 82°C. As ceras saponificáveis incluem ceras provenientes da liquefação do carvão, ceras vegetais e ceras oxidadas resultando do processamento e/ou refinamento de cera de "slack", cera de "scale" ou de petróleo bruto. As ceras saponificáveis incluem, por exemplo, cera montana, cera de carnaúba, cera de abelha, cera de "bayberry-myrtle", cera de candelila, cera de caranday, cera de caroço de mamona, cera de grama esparto, cera de Japão, cera ouricuri, cera retamo-ceri mimbi, goma laca, cera de espermacete, cera de cana de açúcar, cera de lanolina e outras. Um exemplo de uma cera saponificável útil é uma cera montana® tendo um ponto de fusão de aproximadamente 88 °C a aproximadamente 93°C. A saponificação de tais ceras ocorre como resultado da cominação da cera com um saponificador, isto é, com material extremamente básico tal como hidróxido de amônio ou um hidróxido de metal alcalino tal como hidróxido de sódio ou hidróxido de potássio. a quantidade de saponificador necessária para se saponificar uma cera pode ser calculado com base no valor de saponificação da cera. 0 valor de saponificação dividido por 1000, por exemplo, é igual ao número de gramas de hidróxido de potássio a ser acrescentado por grama de cera. [019] É preferível que as ceras não contenham mais de aproximadamente 5% (em peso) de compostos polares como impurezas. [020] O componente de cera pode estar presente em uma proporção de aproximadamente 25% em peso a aproximadamente 50% em peso, com base no peso total da emulsão, de preferência de aproximadamente 30% em peso a aproximadamente 40% em peso. É preferível que o componente de cera compreenda uma combinação de uma cera não saponificável tendo um ponto de fusão acima de aproximadamente 49°C ou igual a 49°C e uma cera saponificável. A cera não saponificável pode constituir de aproximadamente 25% em peso a aproximadamente 44% em peso do peso total da emulsão e a cera saponif icável pode constituir de aproximadamente 0,5% em peso a aproximadamente 5% em peso do peso total da emulsão. Uma combinação preferida de ceras é uma combinação de uma cera parafinica tal como Honeywell 3816® como a primeira cera e uma cera saponif icável tal como cera montana®. em uma modalidade, o componente de cera compreende cera parafinica numa proporção de aproximadamente 25% em peso a aproximadamente 45% em peso, de preferência de aproximadamente 30% em peso a aproximadamente 40% em peso e a cera saponificável numa proporção de aproximadamente 2,5% em peso a aproximadamente 5% em peso, de preferência de aproximadamente 3,5% em peso a aproximadamente 4,5% em peso com base no peso total da emulsão. [021] Um composto extremamente básico é acrescentado à mistura de emulsão para saponificar a cera saponificável. O saponificador pode compreender, por exemplo, hidróxido de amônio ou um hidróxido de metal alcalino, tal como hidróxido de sódio ou hidróxido de potássio, por exemplo. O hidróxido do metal alcalino pode ser provido na forma de uma solução aquosa concentrada que pode compreender aproximadamente 45% de hidróxido de metal alcalino, em peso. O hidróxido de amônio pode ser provido na forma sólida. Parte do saponificador ou todo ele pode também reagir com o dispersante e/ou com outros ingredientes componentes da emulsão, in situ. Embora às vezes se façam objeções ao hidróxido de amônio devido ao odor de amoníaco que ele produz, acredita-se que o hidróxido de amônio seja vantajoso, pois, além de saponificar a cera, o amoníaco pode servir como um coletor para o aldeido fórmico na resina com o qual a emulsão é usada e pode assim reduzir a emissão do aldeido fórmico do produto compósito acabado. A combinação de hidróxido de amônio com aldeido fórmico também melhora o odor do hidróxido de amônio, de modo que em algumas modalidades, o aldeido fórmico pode ser acrescentado à emulsão para este fim, em uma proporção de aproximadamente 0,02 a aproximadamente 0,1% em peso, por exemplo. Além disso o hidróxido de amônio é especialmente vantajoso quando a emulsão é usada com materiais lignocelulósicos compreendendo espécies de árvores no norte, isto é, pinheiro Douglas, choupo e semelhantes. [022] O saponificador pode ser provido numa proporção de aproximadamente 0,15% a aproximadamente 4,5% opcionalmente de aproximadamente 0,5% a aproximadamente 3%, da emulsão, em peso. Opcionalmente o saponificador aquoso concentrado pode ser provido numa proporção de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 3% em peso da emulsão; o hidróxido de amônio pode ser acrescentado na forma sólida numa proporção de aproximadamente 0,15 a aproximadamente 3% em peso da emulsão. Pode-se fazer variar a proporção do saponif icador com o tipo de cera saponificável usada, o com o tipo de madeira. Dependendo do saponificador, uma emulsão conforme descrita no presente, pode ter um pH de aproximadamente 8,5 a aproximadamente 12,5, um pH de aproximadamente 8,5 a aproximadamente 9,5, por exemplo. [023] Os materiais de carbóxi-metil-celulose exemplares úteis nestas emulsões têm comprimentos de cadeia de carbono molecular de aproximadamente 20 a aproximadamente 50 carbonos. Um exemplo de uma carbóxi-metil-celulose adequada é carbóxi-metil-celulose sódica, disponível de Penn Carbose, Somerset, Pensilvânia, com a denominação comercial LT30, que é descrita como tendo comprimentos de cadeia carbônica de aproximadamente 26 a 30 átomos de carbono.
Outros materiais de carbóxi-metil-celulose incluem LT-20 e LT-42 de Penn Carbose. Refere-se à carbóxi-metil-celulose e ao produto da sua reação com o saponificador ou com qualquer outro componente na emulsão no presente documento como "componente de carbóxi-metil-celulose". [024] Um sal de ácido polinaftaleno-sulfônico é útil nas emulsões descritas no presente documento, e sem que se deseje ser cerceado pela teoria, acredita-se que atue como um dispersante/tensoativo. O sal pode ser o produto de uma reação in-situ do ácido polinaftaleno-sulfônico com um saponificador, com um hidróxido de metal alcalino, por exemplo. Um ácido polinaftaleno-sulfônico disponível no comércio é DISAL GPS® que pode ser obtido de Handy Chemical, Montreal, Quebec, Canadá. O ácido e o sal do ácido são denominados coletivamente como um componente de ácido polinaftaleno-sulfônico ou, em linhas mais amplas (para incluir materiais substitutos) como dispersante/tensoativo. O dispersante/tensoativo pode constituir de aproximadamente 0,1% a aproximadamente 5% da emulsão em peso, opcionalmente de aproximadamente 0,25% em peso a aproximadamente 5% em peso. [025] Foi descoberto que a incorporação de um alquil fenol ás emulsões facilita a obtenção de uma fraca absorção de água no produto compósito lignocelulósico final.
Conforme empregado no presente, "alquil fenol" se refere a um composto fenólico que tem um grupo alquila de cadeia longa. 0 grupo alquila de cadeia longa pode ser de cadeia reta ou ramificada. 0 grupo alquila de cadeia longa pode ser C2o-C42 (tendo um comprimento de cadeia de 20 a 42 carbonos) , tal como C24-C34, de preferência C24-C28· Tais alquil fenóis incluem alquil fenol polimerizado acoplado com metileno, sais fenato, fenatos de cálcio, alquil fenóis cálcicos de cadeia ramificada longa, alquil fenóis cálcicos de cadeia longa reta e polímeros complexos do ácido maléico com ou sem uma substituição do grupo amina. O grupo alquila de cadeia longa pode ser um grupo polimérico tal como um grupo polietileno, polipropileno ou polibutileno, por exemplo. Os substituintes de alquila podem ser uma mistura de diferentes comprimento de cadeia como é freqüentemente o caso de materiais disponíveis no comércio. É preferível que o alquil fenol seja escolhido de modo tal que o comprimento médio da cadeia carbônico da porção alquila corresponda, isto é, seja aproximadamente a mesma ou próxima, ao comprimento médio de cadeia carbônica da carbóxi-metil- celulose. Um alquil fenol de comprimento de cadeia médio, por exemplo, na faixa de C24 a aproximadamente C34 pode ser usado em uma emulsão que compreende uma carbóxi-metil- celulose que tem um comprimento de cadeia médio de aproximadamente 26 a aproximadamente 32 carbonos, tal como a carbóxi-metil-celulose LT-30® de Carbose. [026] O grupo alquila do alquil fenol pode ser derivado de uma olefina correspondente; um grupo alquila C26#· por exemplo, é derivado de um alqueno C26#· de preferência um 1- alqueno, um grupo alquila C34 é derivado de um alqueno C34 e grupos de comprimento mistos são derivados de mistura correspondente de olefinas. Quando grupo alquila é um grupo alquila que tem pelo menos aproximadamente 30 átomos de carbono, no entanto, ele pode ser um grupo alifático (ou uma mistura de tais grupos) constituídos por homo- ou inter polímeros (tais como copolímeros terpolímeros) de mono e diolefinas que tem de 2 a 10 átomos de carbono, tais como etileno, propileno, buteno-1, isobuteno, butadieno, isopreno, 1-hexeno, e 1-octeno. Os grupos hidrocarbila alifáticos podem também ser derivados de halogenados (clorados ou bromados, por exemplo) análogos de tais homo ou inter polímeros. Tais grupos podem, no entanto, ser derivados de outras fontes, tais como alquenos monoméricos de alto peso molecular (tais como 1-tetraconteno) e análogos clorados e análogos cloridratados seus, frações alifáticas de petróleo, especialmente ceras parafínicas e análogos fracionados e clorados e análogos cloridratados seus, óleos brancos, alquenos sintéticos, tais como os produzidos pelo processo Ziegler-Natta (graxas de poli(etileno), por exemplo) e outras fontes conhecidas dos versados na técnica. A insaturação nos grupos hidrocarbila pode ser reduzida ou eliminada, se for desejado, por hidrogenação, de acordo com os procedimentos conhecidos na técnica. A preparação por métodos e materiais que são substancialmente isentos de cloro ou de outro halogênio é às vezes preferida por motivos ambientais. [027] Mais de um grupo alquila pode estar presente, mas geralmente não mais de 2 ou 3 estão presentes por cada núcleo aromático no grupo aromático. O mais típico é que somente um grupo hidrocarbila se encontre presente por porção aromática, especialmente nos casos em que o fenol substituído cora hidrocarbila é baseado era ura único anel benzênico. [028] Refere-se ao alquil fenol e ao produto da reação de um alquil fenol com um saponificador ou com qualquer outro componente da emulsão como componente de alquil fenol. [029] A quantidade de componente de alquil fenol presente na emulsão é de aproximadamente 0,25% em peso a aproximadamente 10% era peso, opcionalmente de aproximadamente 0,5% era peso a aproximadamente 2,5% em peso [030] Um exemplo de um componente de alquil fenol útil nas composições da presente invenção é disponível no comércio com a denominação comercial de 319H'" de Lubrizol Chem. Corp. Wycliffe, Ohio, sendo tal material descrito como alquil feno acoplado a metileno polimerizado C;<-Cü.
Diversos outros alquil fenóis disponíveis no comércio que podem ser usados nestas emulsões incluem os seguintes (identificados por números de identificação arbitrários) na Tabela 1 abaixo: [031] Um processo de fabricaçao para as emulsões tempo, energia, operadores e produção- O processo abrange a mistura dos ingredientes da emulsão em um recipiente único e transportando-se então a mistura de um homogeneizador em condigões tais como as seguintes. Uma vantagem deste ingredientes da emulsão em recipientes separados antes de combiná-los entre si. [032] Em uma modalidade de um método "de um único recipiente", a cera não saponi f icável (cera 3816'', por exemplo, descrita com mais detalhes abaixo) é fundida e armazenada na forma fundida, a aproximadamente 5,5°C acima do seu ponto de fusão, por exemplo, e fornece-se água a uma temperatura que não produzirá a solidificação da cera. 0 recipiente é então carregado do seguinte modo ilustrativo: a. Carregar a cera não saponificável fundida, cera 3816®, por exemplo, a uma temperatura de aproximadamente 87°C a aproximadamente 89°C); b. Iniciar calor e agitação; c. Carregar cera saponificável fundida e alquil fenol com agitação continua; d. Carregar a maior parte da água, 95%, por exemplo, e continuar com a agitação;. e. Carregar o dispersante/tensoativo (o ácido polinaftaleno-sulfônico DISAL, por exemplo, descrito com mais detalhes em outro ponto do presente documento), carbóxi-metil-celulose e saponificador; f. Carregar a água restante - de preferência incluindo a água usada para enxaguar os tubos calculada e subtraída do total; g. Levar o tanque até a uma temperatura de aproximadamente 88°C a aproximadamente 100°C, por exemplo. h. Continuar com a agitação, mantendo-se a temperatura durante aproximadamente 30 a aproximadamente 150 minutos; i. Passar pelo homogeneizador a uma pressão de aproximadamente 10 MPa a aproximadamente 24 MPa; j. Resfriar, opcionalmente no processo que proporciona duas exotermas, incluindo uma primeira exoterma entre a temperatura de saída do homogeneizador até uma temperatura acima da ambiente, e uma segunda exoterma até a temperatura ambiente (de armazenagem). Faz-se passar a composição da emulsão, por exemplo, do homogeneizador para um resfriador para se obter uma primeira exoterma de aproximadamente 5,5°C a aproximadamente 11°C, por exemplo abaixo da temperatura de saida do homogeneizador, e em seguida a um tanque de resfriamento para se obter uma segunda exoterma de aproximadamente 2,7°C a aproximadamente 8,3°C, por exemplo, abaixo, opcionalmente com agitação. Em uma modalidade, a primeira exoterma pode ocorrer por resfriamento de aproximadamente 54,4°C para aproximadamente 43,3°C e a segunda exoterma pode ocorrer por resfriamento de aproximadamente 43,3°C para aproximadamente 21°C. [033] Sem que se deseje ser cerceado por qualquer teoria especifica, o emprego de um processo de resfriamento de duas exotermas permite um processo gradual da formação da emulsão para que se processe até o seu término. Resulta disso que a viscosidade da emulsão é mais estável com o decorrer do tempo e emulsão é mais estável quando submetida a uma agitação de cisalhamento do que caso se usasse um processo de resfriamento de uma única exoterma. em um processo alternativo de preparação da emulsão, pode ser usado um processo de bateladas em que pode ser preparada uma primeira pré-mistura compreendendo as ceras fundidas e o alquil fenol e uma segunda pré-mistura (uma pré-mistura aquosa) compreendendo a água, a carbóxi-metil-celulose e o ácido polinaftaleno-sulfônico e saponificador, e a primeira e a segunda pré-misturas podem ser combinadas em um tanque de mistura durante um tempo suficiente pelo menos para que as ceras fossem saponifiçadas, durante uma a três horas, por exemplo, fazendo-se então a mistura resultante passar por um homogeneizador e resfriador, conforme foi descrito acima. [034] Os limites ilustrativos dos ingredientes em algumas modalidades de emulsões descritas no presente documento são dadas na Tabela 2 abaixo.
TABELA 2: MODALIDADES ILUSTRATIVAS [03b] A Tabela 3 abaixo dá proporções exemplares de ingredientes em uma modalidade específica de uma emulsão conforme descrita no presente documento.
TABELA 3: EMULSãO ILUSTRATIVA INCLUINDO ÁCIDO
POLINAFTALENO-SULFÔNICO [036] Uma emulsão conforme descrita aqui pode ter uma viscosidade de aproximadamente 10 a aproximadamente 100 centipoise, medida em um viscõmetro Brookfield. Uma emulsão de amostra tinha uma viscosidade de 9 cp com aproximadamente 40% de sólidos. A estabilidade e o desempenho de cisalhamento e a falta de geração de espuma aumenta ainda mais a capacidade de se receber estas emulsões. Uma amostra de emulsão, por exemplo, continuou intacta mesmo depois de quatro minutos de agitação em um liquidificador. Modalidades destas emulsões demonstraram que não contribuem para uma atividade biológica. [037] Uma série de emulsões de amostra foi preparada de ácido polinaftaleno-sulfônico (ou, nos casos em que foi observado 2,5%); 0,5% de carbóxi-metil-celulose. As diversas emulsões foram preparadas com a quantidade de saponificador, ceras não saponificáveis e com componentes adicionais nas proporções lançadas na Tabela 4 abaixo com a água constituindo o resto até 100. As amostras da Tabela 4 foram preparadas usando-se o processo de bateladas descrito acima. Em emulsões B e E, o aldeido fórmico indicado foi o aldeido fórmico indicado foi acrescentado à emulsão depois da emulsão ter sido formada com os demais componentes.
Tabela 4: 'A emulsão g continha 2,5% de ácido polinaftaleno- sulfônico. ':Prowax 56Γ' e 32l” sâo ceras parafínicas duras disponíveis no comércio de ExxonMobil Corporation. [038] A utilidade de emulsões descritas no presente documento em placa de gesso foi demonstrada do seguinte [039] Foram preparadas pastas de amostra de teste misturando-se 50 gramas de gesso, 35,97 gramas de água, e 1,92 gramas de uma emulsão lançada na Tabela <3. Em uma misturados entre si e deixou-se em repouso durante um minuto. Esta mistura foi então misturada durante outros 30 segundos. Depois desta segunda mistura, as pastas de amostra foram submetidas a teste de fluidez. [040] As pastas de amostra foram vertidas sobre uma superfície chata e foi medido o diâmetro da panqueca resultante ("tamanho de assentamento”). O diâmetro de uma panqueca é ura índice da fluidez da amostra. Quanto maior o diâmetro, mais fluida a amostra. Os resultados foram lançados na Tabela 5 abaixo, em que as pastas de amostra são identificadas de acordo com a emulsão que elas continham. [041] O teste de formação de espuma é usado para se determinar o efeito de uma emulsão de cera sobre a estabilidade da espuma em uma pasta de gesso. Neste teste, 0,60 gramas de um espumante disponível no comércio e 2 gramas de emulsão de cera são pesados. O espumante e a emulsão são colocados em um misturador juntamente com 100 gramas de água e mistura-se intimamente durante 20 segundos. No fim desta etapa de mistura, a espuma é imediatamente vertida do copo do misturador em um copo de 150 ml revestido com alcatrão até transbordar. Qualquer excesso é eliminado do copo. Qualquer espuma que permanece no copo de misturador é deixada de lado. A densidade da espuma é determinada pesando-se a espuma no copo de 150 mL.
Dois minutos depois da mistura ter sido interrompida, qualquer líquido na espuma restante no copo do misturador é drenada e descartada. Um copo, tarado e limpo de 150 mL revestido com alcatrão é enchido com a espuma restante até transbordar e o excesso é eliminado. Uma segunda densidade de espuma é determinada conforme se acabou de descrever. As pastas que contêm emulsões da tabela 4 deram densidades de espuma que eram aceitáveis (isto é, se compararam favoravelmente com o controle) e variavam de aproximadamente 40 a aproximadamente 65 gramas por 150 mL, para as medições feitas aos 20 segundos, e de aproximadamente 10 a aproximadamente 45 gramas por 150 mL, para as medições feitas aos 2 minutos. [042] As panquecas preparadas no Teste de fluidez foram secadas durante pelo menos 24 horas a 43,3°C. No fim deste tempo, as panquecas foram pesadas e o peso foi registrado.
As panquecas secas foram então imersas em água durante duas horas. No fim de duas horas de imersão, pesaram-se as panquecas e este peso úmido foi registrado. A porcentagem de retenção de água foi então calculada com base na diferença entre estes dois pesos registrados. Os resultados foram lançados na tabela 5 abaixo, em que as pastas de amostra são identificadas de acordo com a emulsão que Tabela 5: [ 04 3 J Conforme se pode ver dos dados na tabela 5, as pastas de amostra todas apresentaram fluidez comparável à do controle; todas eram adequadaraente fluidas. Além disso, a porcentagem de absorção de água para os produtos de gesso produzidos com emulsões de cera foi muito significativamente reduzida a partir da absorçào de água de 35% do produto de gesso produzido sem as emulsões de cera. [044] Uma modalidade de um processo para a fabricação de um produto de gesso com fibras lenhosas compreende: (a) misturar-se uma pasta contendo aproximadamente 95 partes a aproximadamente 50 partes de uma fibra lenhosa (em peso), aproximadamente 5 partes a aproximadamente 50 partes de gesso, de aproximadamente 1 pare a aproximadamente 3 partes de emulsão, sendo o resto constituído por água; (c) secar-se parcialmente a esteira da etapa (b); (d) comprimir-se a esteira da etapa (c) através de uma série de cilindros de correias a vácuo, e (e) secar-se a esteira comprimida da etapa (d) em um forno. [045] A proporção de água na pasta é uma quantidade suficiente para facilitar o depósito da pasta sobre uma tela à vácuo para a formação de uma esteira. Diversos artigos de gesso com fibra lenhosa podem ser produzidos por [046] Estas emulsões de cera em água podem ser acrescentados a uma pasta de gesso sem afetar de modo adverso as propriedades da pasta que são necessárias para a fabricação dos produtos de gesso, isto é, fluidez, formação de espuma, tempo de pega etc. Em modalidades opcionais, é útil um auxiliar de dispersão ou um modificador de fluidez para conservar a fluidez da mistura de gesso/emulsão. Tais agentes dispersantes são lipófilos fortes que são, portanto, bons eliminadores de espuma. Um tal agente dispersão é, alfafenil-omega-hidróxi estirenato de poli(óxi-1,2-etanodila). [047] O uso das emulsões descritas no presente documento proporciona um desempenho significativamente melhor tanto em absorção de água como na inflação das bordas e do centro em diversos produtos de gesso, permite condições de armazenagem com tolerância do produto de gesso acabado, acrescenta uma menor quantidade de cera e de outros componentes de emulsão ao produto de gesso do que outras emulsões com taxas de resistência a água comparável para as quais os produtos finais devem conter de aproximadamente 5% em peso a aproximadamente 6% em peso de cera. Não somente isso leva ao uso de menos material, também produz um produto de gesso que emite uma quantidade menor de voláteis do que os produtos de gesso que contém uma quantidade maior de cera. Além disso, estas emulsões são anfóteras e, portanto, serão estáveis dentro de limites amplos de pH. [048] Um ou mais conservantes, bactericidas/fungicidas, anti-mildio, ou outros biocidas, podem opcionalmente ser incluídos em um produto de gesso pela incorporação do conservante à emulsão ou à pasta contendo gesso. Um exemplo de um conservante adequado para produtos de gesso é o bactericida/fungicida conhecido no comércio como METASOL D3TA que compreende 3,5-dimetil-tetraidro-l,3,5,2H- tiadizino-2-tiona. METASOL D3TA® pode ser obtido de Ondo- Nalco, , Houston, Texas. 0 anti-míldio pode incluir qualquer anti-míldio disponível no comércio que inclui aldeído fórmico. Outros biocidas adequados incluem bis-tio-benzeno, propiconazol e óxido de bis(tributil estanho).
Opcionalmente um ou mais destes biocidas ou outros mencionados abaixo podem ser incorporados à pasta contendo gesso numa proporção calculada para se de aproximadamente 0,0025% a aproximadamente 0,2% em peso do produto, opcionalmente na emulsão em uma proporção de aproximadamente 0,1% a aproximadamente 2% em peso da emulsão. [049] Para se avaliar a capacidade das emulsões descritas no presente documento de ajudar a conservar os conservantes absorvidos (anti-míldio, fungicidas etc.) para conferir resistência ao desenvolvimento de bolor nos produtos de gesso, foi preparada e testada de acordo com o procedimento descrito em ASTM D3273® uma série de produtos de gesso. Painéis separados de gesso foram preparados empregando-se emulsões constituídas para replicar a emulsão (Tabela 4), emulsões diferindo da emulsão g pelo uso de 0,1% de aldeído fórmico em vez de 2,5%, e emulsões que diferiam da emulsão G pela ausência de aldeído fórmico.
Além disso, os painéis de gesso foram produzidos com diversas amostras destas emulsões que também incluíam propiconazol, óxido de bis(tributil estanho), ou METASOL D3TA® em proporções de 0,2% em peso, 0,5% em peso, 0,75% em peso e 1% em peso. Resumindo, o teste descrito em ASTM D32- 73 abrange a preparação de uma câmara de teste que incluía um tanque medindo aproximadamente 4 6 cm por 46 cm por 61 cm ao qual se acrescentou água até uma profundidade de aproximadamente 50 a 75 milímetros. A câmara é conservada a uma umidade relativa de 95 a 98% a uma temperatura de 32,5°C. A câmara é ainda preparada para o teste colocando- se uma travessa de solo para vasos da categoria de estufa na câmara acima da água, e inoculando-se o solo com culturas de Aureobasidium pullulans, Aspergillus niger e Penicillium. Permitiu-se que o bolor lançasse esporos e se equilibrasse com a câmara durante aproximadamente duas semanas. Os painéis de teste podem então ser pendurados na câmara com a parte de baixo aproximadamente 75 milímetros acima do solo inoculado. O desenvolvimento de bolor na superfície dos painéis é observado semanalmente durante quatro semanas. Em um tal teste se um painel sustenta um desenvolvimento de bolor, um desenvolvimento moderado de bolor é evidente dentro de 2 a 3 semanas. Depois das duas semanas iniciais do período de teste, nenhuma das amostras apresentou sinais de desenvolvimento de bolor. Isto indica que a resistência à água conferida pelas emulsões descritas no presente leva a uma inibição significativa de bolor e de outros organismos biológicos. É de se esperar que as amostras que contêm conservantes biocidas resistirão ao desenvolvimento biológico por um período mais longo do que aquelas que não contêm conservantes biocidas. [050] Os conservantes adequados que podem ser incorporados aos produtos de gesso com uma emulsão descritos no presente podem ser inorgânicos ou orgânicos e incluem, por exemplo, biocidas tais como anti-mildio e fungicidas e suas combinações. 0 biocida pode ser escolhido de acordo com (1) o organismo alvo; (2) características de solubilidade; (3) estabilidade à temperatura e ao pH; e outras condições encontradas na fabricação do produto de gesso. Os biocidas incluem substâncias que eliminam ou inibem o desenvolvimento de microorganismos tais como bolores, míldio, limo, fungos, bactérias etc. Os fungicidas incluem substâncias que eliminam ou inibem o crescimento de fungos. Exemplos mais específicos de biocidas incluem, sem limitação, hidrocarbonetos clorados, organometálicos, compostos liberadores de halogênio, sais metálicos compostos orgânicos de enxofre e fenólicos. [051] Os fungicidas adequados incluem, por exemplo, dimetil ditiocarbamato de zinco, 2-metil-4-t-butilamino-6- ciclopropilamino-s-triazina, 2,4,5,6-tetracloro-isoftalo- nitrila, Ν,Ν-dimetil diclorofenil uréia, tiocianato de cobre, N-(flúor-diclorometiltio)ftalimida, N,N-dimetil-N'- fenil-N'-flúor-diclorometil-tiossulfamida; sais de cobre, sódio e zinco de 2-piridinotiol-l-óxido; dissulfeto de tetrametil tiuram, 2,4,6-tricloro fenil-maleimida, 2,3,5,6- tetracloro-4-(metilsulfonil)-piridina, diiodometil-tolil sulfona, dicloreto de fenil (bispiridil)bismuto, 2-(4- tiazolil)-benzimidazol, piridino trifenil borano, fenilamidas, compostos de halopropargil, propiconazol, ciproconazol, tebuconazol e 2-halo-alcóxi-aril-3- isotiazolonas (tais como 2-(4-triflúor-metóxi-fenil)-3- isotiazolona, 2-(4-triflúormtx-fenil)-5-cloro-3- isotiazolona, 2-(4-triflúor-metóxi-feil)-4,5-dicloro-3- isotiazolona) e combinações compreendendo um ou mais dos fungicidas acima. [052] O fungicida pode ser um fungicida agrícola tal como, por exemplo, ditiocarbamato e derivados tais como ferbam, ziram, maneb (etileno-bisditio-carbamato de manganês), mancozeb, zineb (etileno-bisditio carbamato de zinco), propineb, metam, tiram, o complexo e zineb e dissulfeto de pilietileno tiuram, dazomet, e misturas destes com sais de cobre; derivados de nitrofenol derivados tais como dinocap, binapacril e carbonato de 2-sec-butil- 4,6-dinitrofenil isopropila; estruturas heterocíclicas tais como captan folpet, gliodine, ditianon, tioquinox, benomil, tiabendazol, vinolozolin, iprodione, procimidone, triadimenol, triadimefon, bitertanol, flúor-imida, triarimol, ciclo-heximida, etirimol, dodemorf, dimetomorf, tifluzamida e quinometionato; fungicidas variadso halogenados tais como: cloranil, diclone, cloroneb, tricamba, dicloran e policloro-nitrobenzenos; antibióticos fungicidas tais como: griseofulvina, casugamicina e streptomicina; fungicidas variados tais como difenil sulfona, dodine, metoxil, l-tiociano-2,4-dinitrobenzeno, 1- fenil-tio-semicarbazida, tiofanatometil e cimoxanil; acil- alaninas tais como furalaxil, ciprofuram, ofurace, benalaxil, e oxadixil; fluazinam, flumetover, derivados de fenilbenzamida tais como os descritos em EP 578.586-A, derivados de aminoácidos tais como derivados de valina descritos em EP 550.788-A, metóxi-acrilatos tais como metil (E)-2-(2-(6-(2-ciano-fenóxi)pirimidin-4-ilóxi)fenil) -3- metóxi-acrilato, S-metil éster do ácido benzo(1,2,3)tiadia- zol-7-carbotióico, propamocarb, imazalil, carbendazim, miclobutanil, fenbu-conazol, tridemorf, pirazofos, fenarimol, fenpiclonil, pirimetanil, e combinações compreendendo um ou mais dos fungicidas acima. [053] Além dos conservantes biocidas, pode ser desejável se tratar os produtos de gesso com substâncias quimicas retardantes de fogo tais como bórax/ácido bórico, guaniluréia, ácido fosfato-bórico, diciano-diamida ácido fosfórico aldeido fórmico, aminometil fosfato de dietil- N,N-bis(2-hidróxi-etila) e combinações compreendendo um ou mais dos aditivos acima. Estes retardantes de fogo são facilmente incorporados às nanoparticulas formadas a partir de polivinil-piridina ou de cloreto de polivinila, por exemplo. Outros aditivos que conferem características desejáveis e que podem ser acrescentados às composições incluem repelentes de água, colorantes, inibidores de UV, catalisadores adesivos e combinações compreendendo um ou mais dos aditivos acima. [054] Embora determinadas modalidades e o melhor modo da implementação da presente invenção tenham sido descritos no presente documento, estas modalidades são simplesmente ilustrativas. Será evidente aos versados na técnica que modificações podem ser introduzidas nela sem que haja desvio do espirito da invenção e do âmbito das reivindicações apensas.