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UFPR

Resinas para Painéis de Madeira

28/08/2014

Eng. Químico Daniel Saks

AT-106 PAINÉIS DE MADEIRA IPROF PRATA 2014

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Resinas

Conceito: Adesivo capaz de promover a junção de duassuperfícies.

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).


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Tipos:1. Resinas Uréicas2. Resinas Fenólicas3. Resina Resorcínicas4. Resinas Melamínicas5. Isocianato


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Histórico

Resinas Fenólicas:1872 von Bayermassa avermelhada intratável;1907 Bakeland Produto conformável com calor;1910 Bakelite Primeira produção sintética.

Resinas Uréicas:1880 produtos resinosos;1884Tollens estudou a condensação UF;1887 patente de Goldschmidt.


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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 mesmotempo que surgiram novas técnicas analíticas. Novas formulaçõesreduziram emissões de formol em até 10 vezes.

Histórico


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Caracterização Polímeros termofixos.

Após curados não são mais afetados pelo calor e/ousolventes (orgânicos ou água).

Estas características de insolubilidade e infusibilidade sãoinerentes às resinas sintéticas formadas por ligaçõescruzadas.


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Matérias – Primas

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


CNH2

O

H2N

N N

N NH2

NH2

NH2 O

NH2 NH2

(a) (b)

Matérias – Primas

AT-106 PAINÉIS DE MADEIRA IPROF PRATA 2014 8

Matérias - Primas


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


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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


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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


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Vantagens Resinas UF

Custo relativamente baixo

Cor clara

Alto teor de sólidos

Curam por ação de calor e ácidos

Muito rápidas e controladas


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Desvantagens das Resinas UF

Susceptíveis à degradação

Emitem formaldeído

Baixa resistência à água


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Movimentos de Adesão

• Fluidez

• Transferência

• Penetração

• Umedecimento

• Endurecimento


Aplicação OSB

16AT-106 PAINÉIS DE MADEIRA IPROF PRATA 2014

Aplicação Compensado

17AT-106 PAINÉIS DE MADEIRA IPROF PRATA 2014

Aplicação

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Serrado

OSB


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Química das reações e Processos de Fabricação

Consiste na polimerização e condensação do formol, emetilóis de fenol e uréia, e monômeros, conformeresumidamente são fabricados mediante duas etapas:

• Metilolação• Condensação


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Reações

CH

HO

NHH

CN

HH

O

NHH

CN

CH

H

H

OH

O+

MONOMETILOLURÉIAFORMOL URÉIA

Metilolação:

MONOMETILOLURÉIAFORMOL

URÉIAFORMOL

DIMETILOLURÉIAFORMOL

TRIMETILOLURÉIA


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HN-CH2OH

C O

NH2

+ H C

O

HC O

HN-CH2OH

HN-CH2OH

dimetilol uréiamonometilol uréia formol

Metilolação


Polimerização

MethylolUrea/H +

Urea/H+H2N NHCH2OH

O

HN NH2

O

H2N NHCH2

O

H2N NHCH2OH

O

H2N NHCH2O

O

H2CHN NH2

O


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HN C

CH2

OH

O

NH

CH2

OH

n

-H2O

condensação

HO-CH2-NH-C-NH-CH2-N-C-NH-CH2-

O OH2C

HO-CH2-N-C-NH-CH2-N-C-NH-CH2-

OH2C

resina uréia formaldeído

Condensação


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Polímero UF

O

CH2

NH

O

N CH2OHCH2OH

NH

NH

CH2OHNH

ONH C

H2

N

O

NH C

H2

NH

O

NCH2

CH2

NH

O

NCH2OH

CH2

N

O

NH

CH2

NCH2

O

NHCH2OH

NH

O

N CH2OHCH2OH

CH2

NH

O

NH

CH2OH

CH2

O

CH2

N

ONH

CH2OH

N

NH

CH2

NH

O

NH2

CH2OH

0,512,5

1

2 3 45 6

7 89 10

1112

Fig. 6 Uma estrutura polimérica esquemática da amostra 2.10b como uma moléculade 12,5 meros com 7,5 grupos terminais. Os grupos terminais são 4,0 grupos metiloltipo I, 2,0 metilóis do tipo II, 1,0 metilol do tipo IIi e 0,5 grupo amida livre. Para aamostra 2.10d, todos os metilóis estão reduzidos e os grupos amida aumentados.


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Metilolação e Pré-Polimerização do Fenol


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Condensação da Resina Fenólica


Polímero MUF

NN

NNHCH2

N

HNN

NN

NHCH2

NHCH2

OCH2HN

NN

NNHCH2

NHCH2O

HN

HN NHCH2

O

HN NH2CH2O

O

H2N NCH2

O

CH2NH NH2

O

CH2OH


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Ligações Cruzadas (Cross-links)

Se toparem faremos uma rápida prática agora.

1 – Polímero Linear;

2 – Nível de Resistência;

3 – Polímero Reticulado.


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Reticulados tridimensionais

Ligações Cruzadas


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Requisitos de uma Resina:

• Rapidez;• Estabilidade;• Fluidez;• Resistência;• Durabilidade;• Aderência;• Tempo de Estoque.


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Propriedades Resinas

• Viscosidade;• Tensão Superficial;• Teor de Sólidos;• Capacidade Tampão;• Relação Molar;• pH;• Tempo de Gel;• Solubilidade;• Tack;• Tamanho Molecular.


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Relação Molar

É uma relação numérica obtida dividindo-se o número de moles de formaldeídopelo número de moles de uréia e melamina, ou fenol, contidos nas resinas.

Ex:Massa molecular

Formaldeído (CH2O) = 30 g/molUréia CO(NH2)2 = 60 g/molFenol C6H5OH = 94 g/mol

Se uma resina contém 28% de formaldeído e 50% de uréia , temos :

Número de moles de formol : 28/30 = 0.93Número de moles de uréia : 50/60 = 0.83

Então a relação molar é

0.93 / 0.83 = 1.12


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Tem relação direta com a performance da resina e a emissãode formol.

Durante a produção se faz um trabalho com relações molaresna condensação para manipulação de propriedades como:

<solubilidade da resina<distribuição do peso molecular<poder de tack< transparência da resina<características de estocagem

Relação Molar


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pH da resina

• É um indicativo prático do nível de acidez oualcalinidade de soluções aquosas.

• A escala completa vai de pH =0 a pH=14pH < 7 a solução é ÁCIDApH = 7 a solução é NEUTRApH > 7 a solução é ALCALINA

• O pH da resina é muito importante devido a suainfluência na estabilidade e reatividade


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EFFECT OF pH ON GEL TIMEUF RESIN

0

5

10

15

20

25

30

3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8pH

Gel T

ime @

100 °

C, m

in.


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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 teorde sólidos em torno de 60-66%, e uma fenólica em torno de 45 – 50%.

• O 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).


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SPECIFIC GRAVITY vs SOLIDSUF RESIN

1.180

1.200

1.220

1.240

1.260

1.280

1.300

45 50 55 60 65% Resin Solids

Spec

ific G

ravit

y


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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 seráaplicada;

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


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VISCOSITY vs TEMPERATUREUF RESIN

0

100

200

300

400

500

600

5 10 15 20 25 30Temperature °C

Vis

co

sit

y,

cp

s

VISCOSITY vs SOLIDSUF RESIN

0

50

100

150

200

250

45 50 55 60 65% Resin Solids

Vis

co

sit

y, c

ps


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Cura da resina

Cura da resina ou geleificação é a continuação do processo de polimerização, ouo movimento de endurecimento da resina conduzindo à completa solidificação damesma.

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 medidoatravés do teste de gel time à temperatura de ebulição.


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Effect of Catalyst on Gel Time

20

25

30

35

40

45

50

55

1 1,5 2 2,5 3

Catalyst %

BW

G T

ime,

sec

.

Ammonium ChlorideAluminum Sulfate


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Estabilidade de estocagem

Fatores de controle

temperatura de estocagem pH tamponamento razão molar teor de sólidos


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UREA FORMALDEHYDE RESINTYPICAL STORAGE LIFE

0

500

1000

1500

2000

2500

0 5 10 15 20 25 30 35TIME (DAYS)

VIS

CO

SIT

Y @

25°

C (

mP

a.s) 24°C 32 °C

Storage

Temperature


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Considerações Finais

• A engenharia de resinas busca adequar o produto àaplicação e estocagem;

• Para cada cliente no Brasil há um sistema diferente deresina;

• Normalmente para 9 clientes e 14 linhas uma resinanova é desenvolvida pelo menos a cada 3 meses.

• As alterações incluem interações entre as matérias-primas e condições de reação.


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