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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
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CNH2
O
H2N
N N
N NH2
NH2
NH2 O
NH2 NH2
(a) (b)
Matérias – Primas
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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
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Aplicação OSB
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Aplicação Compensado
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Aplicação
18
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
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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
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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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30
Requisitos de uma Resina:
• Rapidez;• Estabilidade;• Fluidez;• Resistência;• Durabilidade;• Aderência;• Tempo de Estoque.
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31
Propriedades Resinas
• Viscosidade;• Tensão Superficial;• Teor de Sólidos;• Capacidade Tampão;• Relação Molar;• pH;• Tempo de Gel;• Solubilidade;• Tack;• Tamanho Molecular.
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32
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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33
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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34
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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35
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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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 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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37
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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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 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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40
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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41
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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43
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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