UFPR. Resinas para Painéis de Madeira 28/08/2014

Transcrição

1 UFPR Resinas para Painéis de Madeira 28/08/2014 Eng. Químico Daniel Saks 1

2 Resinas Conceito: Adesivo capaz de promover a junção de duas superfícies. Painéis de Madeira: 1 - Compensados; 2 - Reconstituídos (particulados); 3 Colados por borda. Dois tipos de aplicação: 1 - Linha contínua (aspersão, cortina, rolo,...); 2 Linha descontínua (aspersão). 2

3 Tipos: 1. Resinas Uréicas 2. Resinas Fenólicas 3. Resina Resorcínicas 4. Resinas Melamínicas 5. Isocianato 3

4 Histórico Resinas Fenólicas: 1872 von Bayer massa avermelhada intratável; 1907 Bakeland Produto conformável com calor; 1910 Bakelite Primeira produção sintética. Resinas Uréicas: 1880 produtos resinosos; 1884 Tollens estudou a condensação UF; 1887 patente de Goldschmidt. 4

5 Histórico anos 70 até hoje: Pressões ambientais e dos usuários: Marcada pela redução drástica de formol : E1, E0, super E0; Linhas de alta performance; Produtos de baixo consumo. Isso provocou um novo interesse pela química das resinas UF ao mesmo tempo que surgiram novas técnicas analíticas. Novas formulações reduziram emissões de formol em até 10 vezes. 5

6 Caracterização Polímeros termofixos. Após curados não são mais afetados pelo calor e/ou solventes (orgânicos ou água). Estas características de insolubilidade e infusibilidade são inerentes às resinas sintéticas formadas por ligações cruzadas. 6

7 Matérias Primas Formol Uréia UFC (concentrado de uréia formol) Melamina Fenol Resorcina 7

8 Matérias Primas NH 2 N NH 2 N NH 2 N H 2 N C NH2 8

9 Matérias - Primas 9

10 Aplicações Particulados; Compensados; Laminados; Painéis de Fibra; Etc. 10

11 Vantagens Resinas PF Alta Durabilidade Polimerização e cura muito controladas Curam por ação de calor Estocagem relativamente fácil Alta resistência a água Resistência de adesão Ausência de emissão de formol 11

12 Desvantagens das Resinas PF Solubilidade baixa, necessita de artifícios Cor escura Velocidade relativamente baixa Não responde diretamente a catalisadores Maior custo em relação às resinas UF 12

13 Custo relativamente baixo Vantagens Resinas UF Cor clara Alto teor de sólidos Curam por ação de calor e ácidos Muito rápidas e controladas 13

14 Desvantagens das Resinas UF Susceptíveis à degradação Emitem formaldeído Baixa resistência à água 14

15 Movimentos de Adesão Fluidez Transferência Penetração Umedecimento Endurecimento 15

16 Aplicação SB 16

17 Aplicação Compensado 17

18 Aplicação Serrado SB 18

19 Química das reações e Processos de Fabricação Consiste na polimerização e condensação do formol, e metilóis de fenol e uréia, e monômeros, conforme resumidamente são fabricados mediante duas etapas: Metilolação Condensação 19

20 Reações Metilolação: H C + H N H C H N C H C H H H H N H H N H FRML URÉIA MNMETILLURÉIA FRML URÉIA MNMETILLURÉIA FRML DIMETILLURÉIA FRML TRIMETILLURÉIA 20

21 Metilolação HN-CH2H HN-CH2H C + H C C NH2 H HN-CH2H monometilol uréia formol dimetilol uréia 21

22 Polimerização H 2 N NHCH 2 H Urea/H+ H 2 N NHCH 2 HN NH 2 MethylolUrea/H + H 2 N NHCH 2 H H 2 N NHCH 2 H 2 CHN NH 2 22

23 Condensação HN C NH H-CH2-NH-C-NH-CH2-N-C-NH-CH2- CH2 CH2 -H2 condensação H2C H H n H-CH2-N-C-NH-CH2-N-C-NH-CH2- H2C resina uréia formaldeído 23

24 1 CH 2 H NH N H 2 H C 7 N N CH 2 NH CH 2 N 11 2 CH 2 H HN C H2 CH 2 H N H C H2 N H N H 12,5 Polímero UF 3 4 N N C H N H 2 C H2 NH 2 N H HN 0,5 8 CH 2 NH 12 C H2 N CH2 H CH 2 H CH 2 H 5 6 N H NHCH N N 2 H CH C 2 H2 CH 2 NH NH 9 10 HN N CH2 H CH 2 H CH 2 H Fig. 6 Uma estrutura polimérica esquemática da amostra 2.10b como uma molécula de 12,5 meros com 7,5 grupos terminais. s grupos terminais são 4,0 grupos metilol tipo I, 2,0 metilóis do tipo II, 1,0 metilol do tipo IIi e 0,5 grupo amida livre. Para a amostra 2.10d, todos os metilóis estão reduzidos e os grupos amida aumentados. 24

25 Metilolação e Pré-Polimerização do Fenol 25

26 Condensação da Resina Fenólica 26

27 Polímero MUF CH 2 H N N H 2 N NCH 2 HN N N NHCH 2 CH 2 HN N N NHCH 2 HN NHCH 2 HN NH 2 CH 2 N NHCH 2 N NHCH 2 HN N N NHCH 2 CH 2 NH NH 2 27

28 Ligações Cruzadas (Cross-links) Se toparem faremos uma rápida prática agora. 1 Polímero Linear; 2 Nível de Resistência; 3 Polímero Reticulado. 28

29 Ligações Cruzadas Reticulados tridimensionais 29

30 Rapidez; Estabilidade; Fluidez; Resistência; Durabilidade; Aderência; Tempo de Estoque. Requisitos de uma Resina: 30

31 Propriedades Resinas Viscosidade; Tensão Superficial; Teor de Sólidos; Capacidade Tampão; Relação Molar; ph; Tempo de Gel; Solubilidade; Tack; Tamanho Molecular. 31

32 Relação Molar É uma relação numérica obtida dividindo-se o número de moles de formaldeído pelo número de moles de uréia e melamina, ou fenol, contidos nas resinas. Ex: Massa molecular Formaldeído (CH 2 ) = 30 g/mol Uréia C(NH 2 ) 2 = 60 g/mol Fenol C 6 H 5 H = 94 g/mol Se uma resina contém 28% de formaldeído e 50% de uréia, temos : Número de moles de formol : 28/30 = 0.93 Número de moles de uréia : 50/60 = 0.83 Então a relação molar é 0.93 / 0.83 =

33 Relação Molar Tem relação direta com a performance da resina e a emissão de formol. Durante a produção se faz um trabalho com relações molares na condensação para manipulação de propriedades como: < solubilidade da resina < distribuição do peso molecular < poder de tack < transparência da resina < características de estocagem 33

34 ph da resina É um indicativo prático do nível de acidez ou alcalinidade de soluções aquosas. A escala completa vai de ph =0 a ph=14 ph < 7 a solução é ÁCIDA ph = 7 a solução é NEUTRA ph > 7 a solução é ALCALINA ph da resina é muito importante devido a sua influência na estabilidade e reatividade 34

35 EFFECT F ph N GEL TIM E UF RESIN Gel 100 C, min ph 35

36 Teor de sólidos É a medida da quantidade de sólidos do polímero UF presente na resina. É expresso como a porcentagem em peso %p/p. Uma resina UF típica tem um teor de sólidos em torno de 60-66%, e uma fenólica em torno de 45 50%. teor em sólidos da resina é uma propriedade importante devido: - influência no preço - ter correlação com as taxas de aplicação no produto É possível estabelecer uma correlação entre teor em sólidos e peso específico (densidade). 36

37 SPECIFIC G RAVITY vs SLIDS UF RESIN Specific Gravity % R esin Solids 37

38 Viscosidade É a medida da consistência ou fluidez da resina; A Viscosidade da resina é afetada pelo teor em sólidos, grau de polimerização, estrutura molecular (cadeias e ligações) e idade da resina; É um parâmetro de controle operacional da resina e indica como a resina será aplicada; Importância da viscosidade : Parâmetro de controle operacional da resina Fornece informações sobre a fluidez Indica como a resina será pulverizada, ou seja aplicada ao meio 38

39 VISCSITY vs TEMPERATURE UF RESIN VISCSITY vs SLIDS UF RESIN Viscosity, cp Viscosity, cps Temperature C % Resin Solids 39

40 Cura da resina Cura da resina ou geleificação é a continuação do processo de polimerização, ou o movimento de endurecimento da resina conduzindo à completa solidificação da mesma. Fatores que aceleram a cura da resina ; - baixo ph - alta temperatura - catalisadores - relação molar - teor de formol livre (no caso das uréicas) A velocidade de cura da resina é conhecida como gel time e pode ser medido através do teste de gel time à temperatura de ebulição. 40

41 Effect of Catalyst on Gel Time BWG Time, sec ,5 2 2,5 3 Catalyst % Ammonium Chloride Aluminum Sulfate 41

42 Estabilidade de estocagem Fatores de controle temperatura de estocagem ph tamponamento razão molar teor de sólidos 42

43 UREA FRMALDEHYDE RESIN TYPICAL STRAGE LIFE 25 C (mpa.s Storage 24 C 32 C Temperature TIME (DAYS) 43

44 Considerações Finais A engenharia de resinas busca adequar o produto à aplicação e estocagem; Para cada cliente no Brasil há um sistema diferente de resina; Normalmente para 9 clientes e 14 linhas uma resina nova é desenvolvida pelo menos a cada 3 meses. As alterações incluem interações entre as matériasprimas e condições de reação. 44