PT2993201T

PT2993201T - Método para aumentar a reactividade da lignina

Info

Publication number: PT2993201T
Application number: PT151918604T
Authority: PT
Inventors: Pietarinen Suvi; Ringena Okko; Eskelinen Kati; Valkonen Sanna
Original assignee: Upm Kymmene Corp
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2017-08-02
Also published as: FI123936B2; CA2856145A1; ES2567594T3; FI20125358L; CN104245799A; LT2993201T; US20160369141A1; EP2993201A1; EP2993201B1; US9464219B2; EP2758457A1; ES2635045T3; US20190177585A1; EP3211024A1; FI123936B; CN104245799B; CL2014002586A1; US11453810B2; PL2758457T3; PL2993201T3

Description

DESCRIÇÃO

MÉTODO PARA AUMENTAR A REACTIVIDADE DA LIGNINA

CAMPO DE INVENÇÃO A invenção refere-se a um método para aumentar a reactividade da lignina e para a utilização posterior de tal lignina.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO A lignina é um polímero natural, o qual pode ser extraído a partir, por exemplo, da madeira. Uma vez que a lignina é um biopolímero natural, a sua utilização tem sido investigada como componente em colas, em vez de materiais sintéticos, a fim de chegar a uma composição adesiva mais compatível com o ambiente.

Especialmente, a capacidade de substituir fenol sintético em resinas fenólicas, tal como resina fenol formaldeído, foi objecto da técnica anterior.

Diferentes tipos de composições adesivas, como colas fenólicas, podem ser usados com produtos de madeira. Exemplos de tais colas incluem composições que compreendem resina fenol formaldeído. Tradicionalmente, as resinas sintéticas fenol formaldeído são produzidas por polimerização de fenol e formaldeído na presença de um catalisador. Exemplos de tais catalisadores são o hidróxido de sódio (NaOH) e ácidos. 0 método para a produção de resina fenol formaldeído compreende a adição de formaldeído em etapas a uma composição de fenol e, posteriormente, aumentar a temperatura da composição formada até 80 - 90 °C. A composição é cozida a esta temperatura até que seja atingida uma viscosidade desejada da resina formada ou comprimento da cadeia do polímero. A lignina pode ser utilizada com a finalidade de diminuir a quantidade de fenol sintético numa composição de resina. A lignina foi utilizada anteriormente para substituir o fenol, durante a produção da resina de lignina-fenolformaldeido.

Foi possível substituir até 30% do fenol sintético na resina final, por exemplo, resina fenol formaldeído, com lignina, mas substituições mais elevadas resultam em propriedades insatisfatórias da cola produzida.

Os inventores reconheceram, portanto, uma necessidade de um método que resultaria numa substituição de fenol mais elevada na composição e, desse modo, numa composição de ligante mais compatível com o ambiente que tem propriedades adequadas para utilização em diferentes aplicações.

FINALIDADE DA INVENÇÃO A finalidade da invenção é proporcionar um novo método para aumentar a reactividade da lignina. Além disso, a finalidade da invenção é proporcionar um novo tipo de método, onde a lignina mais reactiva é utilizada para substituir pelo menos uma parte da quantidade de materiais sintéticos utilizados durante a produção de uma composição de ligante. Especialmente, a finalidade é produzir uma composição de ligante mais compatível com o ambiente para ser utilizada, por exemplo, em aplicações adesivas.

SUMÁRIO O método para aumentar a reactividade da lignina de acordo com a presente invenção é caracterizado pelo que é apresentado na reivindicação 1. A lignina que pode ser obtida pelo método de acordo com a presente invenção é caracterizada pelo que é apresentado na reivindicação 8. 0 método para a produção de uma composição de ligante de acordo com a presente invenção é caracterizado pelo que é apresentado na reivindicação 9. A composição de ligante de acordo com a presente invenção é caracterizada pelo que é apresentado na reivindicação 14. A composição adesiva de acordo com a presente invenção é caracterizada pelo que é apresentado na reivindicação 15.

As utilizações de acordo com a presente invenção são caracterizadas pelo que é apresentado nas reivindicações 16 e 17.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Os desenhos associados, que são incluídos para proporcionar uma maior compreensão da invenção e constituem uma parte desta memória descritiva, ilustram algumas formas de realização da invenção e juntamente com a descrição ajudam a explicar os princípios da invenção. Nos desenhos: A Fig. 1 é uma ilustração em diagrama de fluxo de um método para aumentar a reactividade da lignina e da utilização da lignina que tem reactividade aumentada de acordo com uma forma de realização da presente invenção; A Fig. 2 mostra o resultado da medição de uma composição de ligante (resina) por calorimetria de varrimento diferencial (DSC) produzida pela utilização de lignina alcalinizada de acordo com a presente invenção; e A Fig. 3 mostra o resultado da medição por DSC de uma composição de ligante (resina) produzida pela utilização de lignina tratada em conformidade com o exemplo comparativo 1.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a um método para aumentar a reactividade da lignina, cujo método compreende as seguintes etapas: a) formar, sob aquecimento a uma temperatura de 30 - 70 °C, uma dispersão aquosa que compreende álcali e lignina, em que o álcali compreende um hidróxido de um metal alcalino; e b) aquecer a dispersão formada na etapa a) a uma temperatura de 50-95 °C para produzir lignina alcalinizada.

Uma desvantagem de métodos diferentes para separar ou isolar a, por exemplo, de biomassa é que a lignina é condensada durante o procedimento devido ao ambiente de baixo pH utilizado. Desse modo, a lignina separada tem uma reactividade bastante baixa e uma natureza heterogénea, que afectam as reacções com outros componentes reagentes durante, por exemplo, a produção de uma composição de ligante. A baixa reactividade da lignina foi uma das razões que impede um nivel de substituição mais elevado de, por exemplo, fenol sintético em composições de ligantes com lignina de base biológica. Foi reconhecido que as propriedades das composições de ligantes actualmente disponíveis, em que até 50 - 60% do fenol sintético foram substituídos com lignina, não são aceitáveis, por exemplo, para aplicações de colagem. Por exemplo, a força das juntas coladas não atingem o nível exigido.

Os inventores constataram, surpreendentemente, que a reactividade da lignina pode ser aumentada pelo método da presente invenção e, ainda, que um nivel de substituição mais elevado de, por exemplo, fenol sintético em composições de ligante pode ser conseguido quando se usa este tipo de lignina activada durante a produção da composição de ligante. A expressão "lignina que tem reactividade aumentada" deve ser entendida na presente memória descritiva, a menos que indicado de outra forma, como referência à lignina que foi tratada pelo processo de acordo com a presente invenção. Tratar a lignina com o método de acordo com a presente invenção activa a lignina tornando-a mais adequada para uso em outras aplicações. A reactividade da lignina é, desse modo, aumentada em comparação com a lignina que não tenha sido tratada pelo método de acordo com a presente invenção.

Na presente memória descritiva, a menos que indicado de outra forma, a expressão "lignina" deve ser entendida como qualquer lignina adequada para ser usada na presente invenção. A lignina pode incluir essencialmente lignina pura, bem como derivados de lignina e modificações de lignina.

Pela expressão "lignina essencialmente pura" deve-se entender, pelo menos, 90% de lignina pura, de preferência pelo menos 95% de lignina pura. Numa forma de realização da presente invenção a lignina essencialmente pura compreende no máximo 10%, de preferência no máximo 5%, de outros componentes. Extractivos e hidratos de carbono, tais como hemiceluloses podem ser mencionados como exemplos de tais outros componentes.

Numa forma de realização da presente invenção, a lignina a ser tratada pelo método de acordo com a presente invenção é seleccionada de um grupo que consiste em lignina kraft, lignina proveniente de biomassa, lignina de processo de polpação alcalina, lignina do processo de soda, lignina de polpação com solvente orgânico e suas combinações.

Os diferentes componentes da lignina podem ter propriedades diferentes, por exemplo, peso molecular, massa molar, polidispersão, teores de hemicelulose e extractivos. Numa forma de realização da presente invenção a lignina inclui água, mas nenhum solvente.

Por "lignina kraft" deve ser entendido nesta memória descritiva, salvo indicação em contrário, a lignina que se origina de licor negro kraft. 0 licor negro é uma solução aquosa alcalina de resíduos de lignina, hemicelulose, e produtos químicos inorgânicos usados num processo de formação de pasta kraft. 0 licor negro do processo de polpação compreende componentes provenientes de diferentes espécies de coníferas e folhosas (softwoods e hardwoods) em várias proporções. A lignina pode ser separada do licor negro por diferentes técnicas, incluindo, por exemplo, precipitação e filtração. A lignina geralmente começa a precipitar a valores de pH inferiores a 11 - 12. Diferentes valores de pH podem ser utilizados a fim de precipitar as fracções de lignina com propriedades diferentes. Estas fracções de lignina diferem umas das outras por uma distribuição de peso molecular, por exemplo Mw e Mn, polidispersão, teores de hemicelulose e extractivos. A massa molar da lignina precipitada a um valor de pH mais elevado é maior do que a massa molar de lignina precipitada a um valor de pH mais baixo. Além disso, a distribuição de peso molecular da fracção de lignina precipitada a um valor de pH mais baixo é mais ampla do que da fracção de lignina precipitada a um valor de pH mais elevado. Desse modo, as propriedades da lignina podem variar, dependendo do uso final da aplicação de colagem. A lignina precipitada pode ser purificada de impurezas inorgânicas, hemicelulose e extractivos de madeira pela utilização de etapas de lavagem ácidas. A purificação adicional pode ser conseguida por meio de filtração.

Numa forma de realização da presente invenção, o teor de matéria seca da lignina é inferior a 98%, de preferência 40 - 80%, e mais preferencialmente 50 - 70%.

Numa forma de realização da presente invenção, a lignina é separada da biomassa pura. O processo de separação pode começar com liquefacção da biomassa com álcali forte seguido por um processo de neutralização. Após o tratamento alcalino a lignina pode ser precipitada de uma maneira semelhante à apresentada acima. Numa forma de realização da presente invenção, a separação da lignina da biomassa compreende uma etapa de tratamento com enzima. O tratamento com enzima modifica a lignina a ser extraída da biomassa. A lignina separada da biomassa pura não contém enxofre e, portanto, é valiosa no tratamento posterior. O álcali compreende um hidróxido de um metal alcalino. Numa forma de realização da presente invenção, o álcali é seleccionado de um grupo que consiste em hidróxido de sódio, hidróxido de potássio e suas misturas. Numa forma de realização da presente invenção, o álcali é hidróxido de sódio.

Numa forma de realização da presente invenção, a concentração de álcali é 5-50% em peso, e de preferência 10-25% em peso com base no peso total da dispersão na etapa a).

Numa forma de realização da presente invenção, a concentração de lignina na etapa a) é 10 - 50% em peso, de preferência 20 - 50% em peso, e mais preferencialmente 20 - 45% em peso com base no peso total da dispersão na etapa a).

Numa forma de realização da presente invenção, a temperatura na etapa a), é de preferência 50 - 65 °C.

Numa forma de realização da presente invenção, a temperatura na etapa b) é de preferência 60-75 °C.

Numa forma de realização da presente invenção a etapa b) é levada a cabo durante 15 minutos - 24 horas, de preferência durante não mais do que 5 horas, e mais preferencialmente durante 0,5 - 1,5 horas. O método de acordo com a presente invenção, e especialmente etapas de alcalinização a) e b) têm como resultado a activação da lignina. Como discutido acima, a lignina é condensada durante os processos de isolamento ou separação ácidas. Sem limitar a invenção a qualquer teoria especifica sobre a razão pela qual a alcalinização da lignina tem como resultado a formação de uma lignina mais reactiva, deve ser entendido que a alcalinização abre a estrutura macromolecular da lignina de modo que são removidos os impedimentos estéricos que geralmente desactivam os grupos reactivos nas estruturas de lignina. A alcalinização também pode adicionar grupos carregados à macromolécula de lignina. A vantagem de usar lignina alcalinizada, por exemplo, para a produção de uma composição de ligante é que compatibilidade e o comportamento de reacção é muito melhor do que num caso normal, em que uma lignina não-tratada foi usada no cozimento ou a fase de polimerização.

Numa forma de realização da presente invenção, o método compreende, antes da etapa a), a etapa i) de fazer reagir a lignina com um composto seleccionado da classe de fenóis. Numa forma de realização da presente invenção, o composto é seleccionado de um grupo que consiste em fenol, cresol, resorcinol e suas combinações. Numa forma de realização da presente invenção o composto é fenol. Permitir que a parte alifática de lignina reaja, por exemplo, com fenol aumenta o número de grupos OH fenólicos ligados à parte alifática de lignina. À medida que aumenta o número de grupos OH, aumenta a reactividade de lignina durante a etapa de cozedura, por exemplo, de um método de produção de ligante com os outros componentes do reagente. A vantagem de alcalinizar a lignina fenolizada é que, além de ter novos grupos OH fenólicos ligados à lignina a estrutura da lignina será aberta, como discutido anteriormente. 0 aumento da reactividade da lignina tem a vantagem de permitir a substituição de uma quantidade maior de reagentes sintéticos, tais como fenol com lignina de base biológica na composição de ligante final.

Numa forma de realização da presente invenção a etapa i) é efectuada a uma temperatura de 100 - 140 °C durante 1-3 horas, na presença de um catalisador. Numa forma de realização da presente invenção, o catalisador utilizado na etapa i) é um ácido, de preferência ácido sulfúrico (H2S04) .

Numa forma de realização da presente invenção, o método compreende, após a etapa b) , a etapa ii) de adição de um aldeído, um derivado de um aldeído, ou uma combinação dos mesmos à dispersão formada na etapa b). Numa forma de realização da presente invenção, o derivado de um aldeído é paraformaldeído. Numa forma de realização a lignina alcalinizada da presente invenção é feita reagir com um aldeído aromático, ou glioxal. Numa forma de realização da presente invenção, o aldeído aromático é aldeído furfurílico. Numa forma de realização da presente invenção, o aldeído é formaldeído.

Numa forma de realização da presente invenção a lignina alcalinizada é feita reagir com um aldeído, por exemplo formaldeído, a fim de formar lignina hidroximetilada. Permitir a reacção da lignina alcalinizada com, por exemplo, formaldeído aumenta ainda mais a reactividade de lignina à medida que aumentam os grupos hidroximetilo, cujos grupos reagem facilmente com outros componentes do reagente durante por exemplo, a etapa de cozedura da resina.

Numa forma de realização da presente invenção, na etapa ii) , a proporção em peso do aldeído para lignina na dispersão da etapa b) é de 0,2 - 0,7, e de preferência 0,3 - 0,6. A presente invenção refere-se ainda a lignina que pode ser obtida pelo método da presente invenção. Numa forma de realização da presente invenção, a lignina que pode ser obtida pelo método da presente invenção pode ser lignina que foi submetida a alcalinização; a fenolização e alcalinização; a alcalinização e hidroximetilação; ou a fenolização, alcalinização e hidroximetilação. A presente invenção refere-se ainda a um método para a produção de uma composição de ligante, em que o método compreende a etapa de: (iii) cozimento de uma composição aquosa que compreende os componentes reagentes, incluindo lignina tratada de acordo com a presente invenção, uma substância polimerizável e um agente de reticulação na presença de um catalisador a uma temperatura de 60-95 °C para polimerização dos componentes reagentes até que se forme uma composição de ligante com um valor de viscosidade pré-determinado .

Numa forma de realização da presente invenção a lignina utilizada no método para a produção de uma composição de ligante é a lignina que foi alcalinizada de acordo com a presente invenção. Numa forma de realização da presente invenção a lignina utilizada no método para a produção de uma composição de ligante é a lignina que foi submetida a fenolização e alcalinização de acordo com a presente invenção. Numa forma de realização da presente invenção a lignina utilizada no método para a produção de uma composição de ligante é a lignina, que foi submetida a alcalinização e hidroximetilação de acordo com a presente invenção. Numa forma de realização da presente invenção a lignina utilizada no método para a produção de uma composição de ligante é a lignina, que foi submetida a fenolização, alcalinização e hidroximetilação de acordo com a presente invenção.

Numa forma de realização da presente invenção, o valor de viscosidade pré-determinado da composição de ligante final é de pelo menos 40 cP, de preferência pelo menos 50 cP, e mais preferencialmente de pelo menos 80 cP. Numa forma de realização da presente invenção, o valor de viscosidade pré-determinado da composição de ligante final é pelo menos 40 mas não mais do que 250 cP, de preferência pelo menos 50 cP, mas não mais do que 150 cP, e mais preferencialmente pelo menos 80 mas não mais do que 120 cP.

Numa forma de realização da presente invenção, o valor de viscosidade pré-determinado da composição de ligante final é de, pelo menos, 250 cP, de preferência, pelo menos, 300 cP, e mais preferencialmente pelo menos 500 cP. Numa forma de realização da presente invenção, o valor de viscosidade pré-determinado da composição de ligante final é de, pelo menos, 250 cP, mas não mais do que 1500 cP, de preferência, pelo menos, 300 cP, mas não mais do que 1200 cP, e mais preferencialmente pelo menos 500, mas não mais do que 1000 cP. A viscosidade é medida a 25 °C utilizando um viscosimetro rotativo. O valor de viscosidade pré-determinado da composição de ligante final pode variar, dependendo da aplicação especifica em que a composição de ligante será usada. A ordem precisa de combinação e/ou adição dos componentes necessários para a produção da composição de ligante pode variar, dependendo, por exemplo, das propriedades requeridas da composição de ligante formada. A escolha da sequência da combinação e/ou adição dos componentes requeridos está dentro do conhecimento do especialista na matéria. A quantidade exacta dos componentes utilizados para a produção da composição de ligante pode variar e a escolha das quantidades dos diferentes componentes estão dentro do conhecimento do especialista na matéria com base na presente memória descritiva. A temperatura pode ser controlada durante a produção da composição de ligante por arrefecimento e/ou o aquecimento da composição. A caracteristica essencial do método de produção de ligante é que os componentes reagentes, por exemplo, a lignina tratada de acordo com a presente invenção, o agente de reticulação e a substância polimerizável, são deixados reagir uns com os outros num ambiente aquoso na presença de um catalisador e sob aquecimento de modo a que os componentes reagentes sejam verdadeiramente sintetizados juntos e não apenas fisicamente misturados uns aos outros. O método da presente invenção, surpreendentemente, resulta numa composição de ligante mais compatível com o ambiente uma vez que no método de produção de ligante, a lignina de polímero natural, que é um polímero fenólico, substituiu pelo menos uma parte da substância de fenol sintética que normalmente se utiliza na produção de composições fenólicas, tais como resina fenol formaldeido. Sem limitar a invenção a qualquer teoria especifica sobre a razão pela qual o processo da presente invenção resulta na vantagem acima mencionada, deve ser entendido que a adequação da substituição de pelo menos parte, por exemplo, do fenol pela lignina é devido ao facto da lignina, cuja reactividade foi aumentada pelo método da presente invenção, reage eficazmente com um aldeído, tal como formaldeido, de uma forma bastante semelhante ao fenol.

Numa forma de realização da presente invenção, a composição aquosa compreende ainda tanino como componente reagente.

Numa forma de realização da presente invenção, o tanino utilizado origina-se de quaisquer espécies de madeira. 0 tanino podem ter origem, por exemplo, de casca ou cerne. A árvore do quebracho, árvore de faia e árvore de acácia são apresentadas como exemplos de possíveis fontes de tanino. Numa forma de realização do presente invento o tanino utilizado origina a partir da casca de madeira macia. Numa forma de realização da presente invenção, o tanino é separado da casca de coníferas de unidades de descasque em serrações ou fábricas de pasta. 0 processo de separação pode ser combinado com um processo de extracção com etanol, um processo de extracção com água quente, um processo de extracção com vapor quente ou um processo de extracção com água-etanol de casca de coníferas. Numa forma de realização da presente invenção o tanino é tanino condensado. 0 tanino condensado tem um elevado teor de matéria seca e é, portanto, adequado para ser utilizado na presente invenção. 0 teor de matéria seca de tanino condensado pode variar entre 40 - 100% e é, adequadamente, entre 60 - 90% e de preferência entre 70 - 80%. O tanino com tal teor de matéria seca pode ser facilmente disperso, de modo que é conseguida uma boa reactividade com os outros componentes do reagente. 0 tanino também pode ser tanino hidrolisável.

Numa forma de realização da presente invenção a etapa (iii) compreende cozinhar a composição de preferência a uma temperatura de 65-90 °C, e mais preferencialmente a uma temperatura de 75 - 85 ° C.

Numa forma de realização da presente invenção, o agente de reticulação é seleccionado de um grupo que consiste num aldeído, um derivado de um aldeído, um composto formador de aldeído e suas combinações. Numa forma de realização da presente invenção, o derivado de um aldeído é hexametilenotetramina, paraformaldeído ou trioxano. Numa forma de realização da presente invenção, o agente de reticulação é seleccionado de um grupo que consiste num aldeído aromático, glioxal, compostos de álcool furfurílico, caprolactama e glicol. O aldeído pode ser formaldeído. O aldeído aromático pode ser aldeído furfurílico. Numa forma de realização da presente invenção, o agente de reticulação é um agente de reticulação de base biológica. Numa forma de realização da presente invenção, o agente de reticulação é um aldeído, e de preferência formaldeído.

Numa forma de realização da presente invenção, a substância polimerizável seleccionada de um grupo que consiste em fenol, cresol, resorcinol e suas combinações. Numa forma de realização da presente invenção, a substância polimerizável é fenol. Numa forma de realização da presente invenção, a substância polimerizável é seleccionada de um grupo que consiste em hidroxifenóis de base biológica e seus derivados. Numa forma de realização da presente invenção a substância polimerizável é uma substância polimerizável de base biológica. Numa forma de realização da presente invenção a substância polimerizável é seleccionada de um grupo que consiste em lignina e tanino.

Numa forma de realização da presente invenção, o catalisador na etapa iii) compreende um sal ou um hidróxido de um metal alcalino. Numa forma de realização da presente invenção, o catalisador na etapa iii) é seleccionado de um grupo que consiste em hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, ácidos e qualquer mistura dos mesmos. Numa forma de realização da presente invenção, o catalisador na etapa iii) é hidróxido de sódio.

Numa forma de realização da presente invenção, a relação entre as quantidades de lignina, catalisador/ solvente, substância polimerizável, e agente de reticulação, com base no seu conteúdo seco, utilizadas para a produção da composição de ligante é a seguinte: 18-70% em peso, de preferência 26-45% em peso, de agente de reticulação e catalisador/solvente, e 82-30% em peso, de preferência 74-55% em peso, da substância polimerizável e lignina. A presente invenção refere-se ainda a uma composição de ligante que pode ser obtida pelo método da presente invenção. A presente invenção refere-se ainda a uma composição adesiva que compreende a composição de ligante de acordo com a presente invenção. A composição adesiva pode ainda compreender um ou mais componentes adesivos seleccionados de um grupo que consiste noutros ligantes, extensores, aditivos, catalisadores e enchimentos. Um ligante é uma substância que é principalmente responsável pela criação de crescimento e reticulação do polímero e, desse modo, ajuda na cura de sistemas poliméricos. Um extensor é uma substância que auxilia o ligante por ajuste das propriedades físicas, por exemplo, por ligação de humidade. O aditivo pode ser um polímero ou um composto inorgânico, que ajuda em propriedades como enchimento, amolecimento, redução dos custos, ajuste da humidade, aumento da rigidez e aumento da flexibilidade. O catalisador é uma substância que geralmente aumenta e ajusta a velocidade de cura. Por "substância" deve ser aqui entendido como incluindo um composto ou uma composição. A composição de ligante da presente invenção pode servir como um ligante, um extensor, um aditivo, um catalisador e/ou um material de enchimento na composição adesiva. A presente invenção refere-se ainda à utilização da composição de ligante numa aplicação de impregnação, como revestimento, para reforço de plástico, para produzir um produto moldado por compressão, uma moldagem, um laminado ou uma laca, ou para colar um produto de madeira. A composição de ligante da presente invenção pode ainda ser utilizada para a colagem de combinações de plástico e madeira. A presente invenção refere-se ainda à utilização da composição adesiva da presente invenção para a colagem de um produto de madeira.

Numa forma de realização da presente invenção, o produto de madeira é seleccionado de um grupo que consiste numa placa de madeira, um folheado de madeira, e uma barra de madeira.

Numa forma de realização da presente invenção uma estrutura de compósito em camadas pode ser formada por duas ou mais camadas incluindo pelo menos uma camada de folheado de madeira, em que as camadas são dispostas uma por cima da outra e combinadas por meio de colagem com a composição de ligante de acordo com a presente invenção e/ou a composição de adesivo de acordo com a presente invenção. Na presente memória descritiva, a menos que indicado de outra forma, o termo "folheado de madeira" é utilizado para indicar um folheado, o qual pode ser formado de qualquer material, por exemplo, material à base de madeira, material de fibra, material compósito ou semelhantes. Neste contexto, a espessura do folheado de madeira pode variar. Tipicamente, a espessura do folheado de madeira é inferior a 3 mm.

Numa forma de realização da presente invenção, a estrutura de compósito em camadas é seleccionada de um grupo que consiste num produto de painéis de madeira, um produto de contraplacado, um produto compósito, e um produto de painel prensado. A estrutura de compósito em camadas pode ser formada de várias camadas, de preferência camadas de folheado em madeira, em que as camadas são colocadas umas sobre as outras e coladas umas às outras.

As formas de realização da invenção aqui descritas anteriormente podem ser utilizadas em qualquer combinação umas com as outras. Várias das formas de realização podem ser combinadas para formar uma forma de realização adicional da invenção. Um método, uma composição ou uma utilização, aos quais a invenção está relacionada, podem compreender, pelo menos, uma das formas de realização da invenção aqui descrita anteriormente.

Uma vantagem do método de acordo com a presente invenção é que a reactividade da lignina por exemplo, separada de biomassa pode ser marcadamente aumentada e também a natureza heterogénea da lignina pode ser diminuída.

Uma vantagem da presente invenção é que a reactividade da lignina pode ser aumentada pelo método, e especialmente a etapa alcalinização, de acordo com a presente invenção. A lignina tratada com o método de acordo com a presente invenção tem um aumento do número de grupos reactivos ao longo da estrutura da lignina, em comparação com a lignina não-tratada.

Uma vantagem do método de acordo com a presente invenção é que, utilizando a lignina, a reactividade que foi aumentada pelo método da presente invenção, como um componente do reagente durante a produção de uma composição de ligante, obtém-se uma composição de ligante compatível com o ambiente. Surpreendentemente, constatou-se que, quando se utiliza este tipo de lignina como um componente reagente a quantidade da substância polimerizável, tal como a substância fenólica sintética, por exemplo, fenol, pode ser marcadamente diminuída durante o processo de produção de ligante. Uma vez que o fenol é um composto sintético e lignina é um polímero natural, é vantajoso poder minimizar a quantidade de fenol presente na composição de ligante final. A vantagem de reduzir a quantidade de materiais sintéticos é que um nível mais elevado de componentes de base biológica é alcançado na composição de ligante final.

Uma vantagem da presente invenção é que, utilizando a lignina que tem uma reactividade aumentada em comparação com a lignina não-tratada, as propriedades da composição de ligante final são mais favoráveis para aplicações de colagem. A lignina tratada com o método de acordo com a presente invenção melhora o desempenho de cura, aderência e resistência à tracção da composição de ligante. Uma vantagem da presente invenção é que o desempenho de colagem da composição de ligante ou a composição adesiva produzida é apropriada para a utilização da composição, por exemplo, em aplicações exteriores.

Uma vantagem é que, ao usar a lignina, que tem reactividade mais elevada do que o normal, a lignina não-tratada resulta numa compatibilidade e comportamento de reacção ainda melhores do método de produção de ligante de acordo com a presente invenção.

EXEMPLOS

Referência será agora feita em detalhe às formas de realização da presente invenção, um exemplo da qual é ilustrado nos desenhos anexos. A descrição que se segue divulga algumas formas de realização da invenção em tal pormenor que um especialista na técnica é capaz de utilizar a invenção com base na descrição. Nem todas as etapas das formas de realização são discutidas em detalhe, uma vez que muitas das etapas serão óbvias para o especialista na técnica com base na presente memória descritiva. A Figura 1 ilustra um método de acordo com algumas formas de realização da presente invenção para aumentar a reactividade da lignina e a utilização posterior da lignina. A Fig. 1 apresenta diferentes combinações de etapas de tratamento, que podem ser utilizadas para aumentar a reactividade da lignina. A Fig. 1 ilustra a etapa de fenolização i) , as etapas de alcalinização a) e b) e a etapa de hidroximetilação ii) e suas combinações para o tratamento da lignina. A lignina que tem reactividade aumentada em comparação com a lignina não-tratada pode ser ainda utilizada na síntese de uma composição de ligante, etapa iii) da Fig. 1, ou pode ser utilizada para qualquer outra aplicação adequada, como ilustrado na Fig. 1.

Antes de qualquer das etapas de tratamento, escolhe-se a fonte de lignina. Como apresentado acima, a lignina pode ser seleccionada de lignina kraft, lignina proveniente de biomassa, lignina do processo de polpação alcalina, lignina do processo de soda, lignina de polpação com solvente orgânico e suas combinações. Do mesmo modo, são seleccionados os outros componentes e suas quantidades a serem utilizados no método de acordo com a presente invenção. Se necessário, os componentes usados no método da Fig. 1 podem ser pré-tratados para serem adequados para os processos de tratamento da lignina. A seguir às diversas preparações e pré-tratamentos, numa das formas de realização da presente invenção mostrada na Fig. 1, é realizada a etapa i) . A etapa i) compreende a reacção de lignina com um composto seleccionado da classe de fenóis na presença de um catalisador. Como resultado da etapa i) de fenolização, os grupos OH fenólicos reactivos são ligados à porção alifática da lignina.

Depois da etapa i) , deve ser realizada a etapa a) . Alternativamente, a lignina pode ser tratada directamente de acordo com a etapa a) sem antes ser tratada de acordo com a etapa i) como está ilustrado na Fig. 1. A etapa a) compreende a formação de uma dispersão aquosa que compreende álcali e lignina sob aquecimento. 0 álcali compreende um hidróxido de um metal alcalino. Em seguida, a etapa b) é realizada por aquecimento da dispersão formada a uma temperatura de 50-95 °C. A etapa a) e etapa b) resultarão na lignina sendo activada através de alcalinização.

Depois da etapa b) a fracção de lignina alcalinizada pode ser introduzida na etapa de cozimento do método de produção de composição de ligante, durante a qual a referida lignina é polimerizada com os outros componentes reagentes utilizados no método de produção de composição de ligante (etapa iii) da Fig. 1).

Alternativamente, a lignina alcalinizada da etapa b) pode ser ainda feita reagir com um aldeído na etapa ii) , antes de ser introduzida na síntese da composição de ligante. A etapa II) é realizada através da adição de formaldeido, por exemplo na dispersão de lignina alcalinizada da etapa b) , que resulta na formação de um produto hidroximetilado.

Como resultado da etapa iii) é produzida uma composição de ligante que tem propriedades desejadas e, especialmente, que é na sua maior parte com base em componentes de base biológica. Esta composição de ligante pode ser utilizada como tal, para aplicações de colagem ou pode ser adicionalmente tratada com outros componentes adesivos para produzir uma composição adesiva.

Como acima apresentado, para além de utilizar a lignina alcalinizada da etapa b) ou a lignina hidroximetilada da etapa ii) num método para a produção de uma composição de ligante, a lignina alcalinizada ou lignina hidroximetilada pode ser usada como tal em qualquer outra aplicação adequada. EXEMPLO 1 - Alcalinização

Neste exemplo, a reactividade da lignina foi aumentada por alcalinização da lignina. Foram utilizados os seguintes componentes e as suas quantidades:

Em primeiro lugar, água e NaOH foram misturados e o aquecimento da mistura foi iniciado. Em seguida, a lignina foi dispersa lentamente na mistura de álcali e água com agitação e, simultaneamente, a temperatura foi aumentada até 60 °C. Quando toda a lignina tinha sido dispersa, a dispersão foi aquecida a uma temperatura de cerca de 75 °C durante 1,5 horas. Como resultado, a lignina ficou alcalinizada. A lignina tratada de acordo com o Exemplo 1 foi depois utilizada para a produção de uma composição de ligante. 38 g de fenol (90%) foram misturados com 105 g de lignina alcalinizada, depois do que 7 9 g de formaldeido (37%) foram adicionados de uma forma gradual. NaOH foi utilizado como catalisador. A temperatura foi mantida abaixo de 75 °C. Em seguida, a cozedura foi mantida a 85-90 °C até que a viscosidade da composição formada fosse de cerca de 415 cp (medida a uma temperatura de 25 °C). A composição ou resina de ligante formada foi posteriormente submetida a medições de DSC, cujos resultados podem ser vistos na Fig. 2 .

Um exemplo comparativo 1 foi formado usando lignina que tinha sido tratada da seguinte forma:

Foram utilizados os seguintes componentes e as suas quantidades:

Em primeiro lugar, água e NaOH foram misturados e o aquecimento da mistura foi iniciado. Em seguida, a lignina foi dispersa lentamente na mistura de álcali e água com agitação e, simultaneamente, a temperatura foi aumentada até 95 °C. Quando toda a lignina tinha sido adicionada, a mistura foi aquecida a uma temperatura de cerca de 90 °C durante 1 hora. A lignina do exemplo comparativo 1, foi utilizada para a produção de uma composição comparativa 1 de ligante de um modo semelhante ao acima descrito. A composição comparativa de ligante formada também foi submetida a medições de DSC.

Os resultados das medições de DSC da composição comparativa 1 de ligante são apresentados na Fig. 3.

Como pode ser visto na Fig. 2, a composição de ligante formada usando lignina alcalinizada de acordo com a presente invenção mostra apenas um pico distinto. Pelo contrário, como pode ser visto na Fig. 3, a composição comparativa de ligante mostrou vários picos. O pico distinto da Fig. 2 indica que a lignina alcalinizada foi feita reagir com fenol e formaldeido formando uma estrutura polimérica homogénea e uniforme. Os vários picos distintos na Fig. 3 indicam que o fenol e o formaldeido reagem sem uma reacção com a lignina alcalinizada ou apenas parcialmente com a lignina alcalinizada.

Sem limitar a invenção a qualquer teoria especifica sobre a razão pela qual a alcalinização da lignina de acordo com a presente invenção tem este resultado vantajoso, deve ser considerado que a lignina alcalinizada em conformidade com o exemplo comparativo 1 permanece na sua forma de partícula original ou é agrupada em aglomerados maiores, pelo que o processo de alcalinização é capaz de afectar apenas a superfície de tais aglomerados ou partículas. A alcalinização da lignina de acordo com a presente invenção resulta na lignina sendo bem dispersa ou dissolvida quando começa o processo de alcalinização. Como uma maior parte ou área da lignina é alcalinizada, a reactividade da lignina é aumentada em comparação com a lignina submetida a alcalinização de acordo com o processo do exemplo comparativo. Como a lignina tem uma reactividade aumentada, irá reagir facilmente com os outros componentes dos reagentes durante a produção de composição de ligante. EXEMPLO 2 - Alcalinização, baixa temperatura

Em primeiro lugar, água e NaOH foram misturados e o aquecimento da mistura foi iniciado. Em seguida, a lignina foi dispersa lentamente na mistura de álcali e água com agitação e, simultaneamente, a temperatura foi aumentada até 60 °C. Quando toda a lignina tinha sido adicionada, a mistura foi aquecida a uma temperatura de cerca de 60 °C durante 1 hora. Como resultado da lignina ficou alcalinizada. EXEMPLO 3 - Alcalinização, alta temperatura

Em primeiro lugar, água e NaOH foram misturados e o aquecimento da mistura foi iniciado. Em seguida, a lignina foi dispersa lentamente na mistura de álcali e água com agitação e, simultaneamente, a temperatura foi aumentada até 60 - 70 °C. Quando toda a lignina tinha sido adicionada, a mistura foi aquecida a uma temperatura de cerca de 90 - 95 °C durante 1 hora. Como resultado da lignina ficou alcalinizada. EXEMPLO 4 - Fenolização em combinação com alcalinização e utilização de lignina tratada para a produção de uma composição de ligante

Neste exemplo, a reactividade da lignina foi aumentada por fenolização e alcalinização da lignina, em que posteriormente a lignina tratada foi usada para a produção de uma composição de ligante.

Em primeiro lugar foi realizada a fenolização. Foram utilizados os seguintes componentes e as suas quantidades:

A água, o fenol e a lignina foram misturados com agitação durante cerca de 5 - 10 minutos depois dos guais H2SO4 foi adicionado. Em seguida, a temperatura foi aumentada lentamente até 135 °C durante um período de cerca de três horas e mantida a essa temperatura durante cerca de uma hora. Em seguida, a mistura foi arrefecida e o tratamento terminou resultando em lignina fenolizada.

Em seguida, a lignina fenolizada foi alcalinizada. 430 g de lignina fenolizada foram misturados com 150 g de NaOH a 50,0% sob aquecimento. Em seguida, a dispersão foi aquecida a uma temperatura de 75 °C durante cerca de 1 hora.

Como resultado dos tratamentos acima, foi formada a lignina fenolizada e alcalinizada.

Após os tratamentos de fenolização e alcalinização, 38 g de água e 38 g de fenol (90%) foram adicionados à composição, após o que 368 g de formaldeído (39,3%) foram adicionados de uma forma gradual. A temperatura foi mantida abaixo de 75 °C. Em seguida, a cozedura foi mantida a 85 - 90 °C até que a viscosidade da composição formada fosse de cerca de 415 cp (medida a uma temperatura de 25 °C). EXEMPLO 5 - Alcalinização em combinação com hidroximetilação e utilização de lignina tratada para a produção de uma composição de ligante

Neste exemplo, a reactividade da lignina foi aumentada por alcalinização e hidroximetilação da lignina, em que depois a lignina tratada foi usada para a produção de uma composição de ligante. Foram utilizados os seguintes componentes e as suas quantidades:

Em primeiro lugar, água e NaOH foram misturados e o aquecimento da mistura foi iniciado. Em seguida, a lignina foi dispersa lentamente na mistura de álcali e água com agitação e, simultaneamente, a temperatura foi aumentada até cerca de 75 °C.

Quando toda a lignina tinha sido dispersa, a dispersão foi aquecida a cerca de 75 ° C durante aproximadamente 1 hora. Como resultado, a lignina ficou alcalinizada. Em seguida, formaldeido foi adicionado à dispersão e a reacção foi deixada continuar durante cerca de 1 hora, resultando na lignina sendo hidroximetilada. A lignina tratada foi utilizada para a produção de uma composição de ligante. 0 fenol foi adicionado à composição, seguido pela adição de formaldeido e, em seguida, NaOH. Cozedura da composição formada foi continuada, com a adição de NaOH, a uma temperatura de 70 - 90 °C até que a viscosidade da composição formada fosse de cerca de 300 cp (medida a uma temperatura de 25 °C) . EXEMPLO 7 - Preparação de uma composição adesiva

Neste exemplo foi utilizada a composição de ligante produzida no Exemplo 4 para a produção de uma composição adesiva. A composição de ligante foi misturada com extensores, enchimentos, catalisadores, aditivos, tais como, amido, farinha de madeira e endurecedor (por exemplo, tanino ou carbonatos) podem ser mencionados como exemplos, formando desse modo a composição adesiva. EXEMPLO 8 - Aplicação da composição de ligante para a produção de um produto de contraplacado

Folheados de madeira com uma espessura inferior a 3 mm, foram colados uns aos outros com a composição de ligante produzida no Exemplo 5 para a produção de um contraplacado de 7 camadas. Os resultados mostraram que o efeito de colagem era suficientemente bom para a colagem de folheados de madeira. EXEMPLO 9 - Aplicação da composição de adesivo para a produção de um produto de contraplacado

Neste exemplo, a composição adesiva do Exemplo 7 foi aplicada sobre folheados de madeira. Os folheados de madeira foram unidos pela composição adesiva, para formar um contraplacado. 0 teor de matéria seca da composição de adesivo era entre 45 e 55%. Os folheados de madeira com a composição de adesivo foram pressionados pela técnica de prensagem a quente a uma temperatura entre 120 -170 °C. A composição adesiva foi simultaneamente curada. A composição adesiva da presente invenção foi considerada adequada para a colagem de folheados de madeira e, por conseguinte, para o fabrico de contraplacado. EXEMPLO 10 - Aplicação da composição de ligante para a produção de laminados

Neste exemplo foi utilizada a composição de ligante tal como produzida no Exemplo 4 numa aplicação de impregnação. Durante a produção de laminados, papel foi impregnado com uma solução do álcool da composição de ligante, após o que as camadas impregnadas foram transferidos para um forno. O álcool foi volatilizado e a composição de ligante foi parcialmente curada. As camadas compreendendo esta composição semicurada foram dispostas uma por cima da outra e cozidas por uma técnica de prensagem a quente, a fim de formar placas mais espessas uniformes ou laminados.

No método de produção de ligante apresentado nos exemplos acima, são utilizados fenol e formaldeido. No entanto, qualquer outra substância polimerizável ou agente de reticulação pode ser igualmente utilizado no método de produção de composição de ligante, como será óbvio para o especialista na técnica com base na presente memória descritiva. É óbvio para um especialista na técnica que com o avanço da tecnologia, a ideia básica da invenção pode ser implementada de várias maneiras. A invenção e as suas formas de realização, portanto, não estão limitadas aos exemplos descritos acima; em vez disso, podem variar dentro do âmbito das reivindicações.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para aumentar a reactividade da lignina, caracterizado por o método compreender as seguintes etapas: a) formar, sob aquecimento a uma temperatura de 30 - 70 °C, uma dispersão aquosa que compreende álcali e lignina, em que o álcali compreende um hidróxido e um metal alcalino e em que a concentração de lignina é de 10 - 50% em peso com base no peso total da dispersão na etapa a) ; e b) aquecer a dispersão formada na etapa a) a uma temperatura de 50 - 95 °C para produzir a lignina alcalinizada.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a concentração de álcali ser de 5 - 50% em peso com base no peso total da dispersão na etapa a).
3. Método de acordo com qualquer uma das reivindicação 1 - 2, caracterizado por a concentração de lignina ser de 20 - 50% em peso, com base no peso total da dispersão na etapa a).
4. Método de acordo com qualquer uma das reivindicação 1 - 3, caracterizado por a temperatura na etapa a) ser 50 - 65 °C.
5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicação 1 - 4, caracterizado por a temperatura na etapa b) ser 60 - 75 °C.
6. Método de acordo com qualquer uma das reivindicação 1 - 4, caracterizado por o método compreender, antes da etapa a) , a etapa i) de fazer a lignina reagir com um composto seleccionado da classe de fenóis.
7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicação 1 - 4, caracterizado por o método compreender, antes da etapa b) , a etapa ii) de adicionar um aldeído, um derivado de um aldeído, ou uma sua combinação à dispersão formada na etapa b).
8. Lignina que pode ser obtida pelo método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 - 7.
9. Método de produção de uma composição de ligante, caracterizado por o método compreender as etapas de: (iii) cozimento de uma composição aquosa que compreende os componentes reagentes, incluindo lignina tratada que pode ser obtida pelo método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-7, uma substância polimerizável e um agente de reticulação na presença de um catalisador a uma temperatura de 60-95 °C para polimerização dos componentes reagentes até que se forme uma composição de ligante com um valor de viscosidade pré-determinado.
10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por a etapa (iii) compreender o cozimento da composição a uma temperatura de 65 - 90 °C.
11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 - 10, caracterizado por o agente de reticulação ser um aldeído.
12. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 - 11, caracterizado por a substância polimerizável ser seleccionada de um grupo que consiste em fenol, cresol, resorcinol e suas combinações.
13. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 - 12, caracterizado por o catalisador ser seleccionado de um grupo quer consiste em hidróxido de sódio, hidróxido de potássio e quaisquer misturas destes.
14. Composição de ligante que pode ser obtida pelo método de acordo com qualquer uma das reivindicações 9-13.
15. Composição adesiva que compreende a composição de ligante de acordo com a reivindicação 14.
16. Utilização da composição de ligante de acordo com a reivindicação 14 numa aplicação de impregnação, como revestimento, para reforço de plástico, para produzir um produto moldado por compressão, um laminado ou uma laca, ou para colar um produto de madeira.
17. Utilização de uma composição adesiva de acordo com a reivindicação 15 para colar um produto de madeira.