Estudo da reação de cura de resinas uréia-formol por espectrometria de Ressonância Magnética Nuclear

Abstract

Resumo: Resinas uréia-formol são os principais adesivos usados na fabricação de painéis de madeira processada. Apesar de sua ampla importância econômica e de sua longa história de utilização, apenas a partir do desenvolvimento de técnicas de RMN 13C, a sua complexa química começou a ser compreendida. Sendo um adesivo termofixo, o entendimento das características de cura da resina uréia-formol é fundamental para um aprimoramento de processos de fabricação e aplicação em painéis. Resinas uréia-formol foram analisadas por RMN 13C, durante sua síntese e durante processos de cura controlados. As principais alterações durante a cura envolvem a formação de pontes metileno, a redução do teor de uréia monomérica, a degradação de pontes metileno-éter e o consumo de hidroximetilas. Ocorre crescimento das cadeias oligoméricas, com pouca formação de novas ramificações. Foi estudada a influência da temperatura de cura nas alterações de estrutura. Aparentemente, o aumento de temperatura de cura acelera o mecanismo de cura, sem alterá-lo significativamente. Foram analisadas resinas de relações molares formol/uréia de polimerização 1,80, 2,10 e 2,40. A resina de relação molar 1,80 apresentou maior teor de metilenos e testes físico-mecânicos, em painéis produzidos em escala piloto, indicaram que a resina com maior teor de pontes metileno produz painéis de maior resistência mecânica. Foi estudada a influência de dois aditivos (melamina e bórax) e um catalisador (sulfato de amônio) na formação de pontes metileno. A melamina aumentou o teor de metilenos, enquanto que o bórax aumentou o teor de hidroximetilas. Testes físico-mecânicos em painéis mostraram que a aditivação com melamina aumentou a resistência mecânica, enquanto que a aditivação com bórax aumentou a emissão de formol. O sulfato de amônio aumentou a velocidade de cura sem alterar seu mecanismo, e esta aceleração foi proporcional à dosagem de sulfato de amônio

Abstract: Urea-formaldehyde resins are the main adhesives used in wood processed panel manufacturing. Although its high economic relevance and long history, only after the development of 13C NMR techniques its complex chemistry began to be understood. Being a thermosetting adhesive, the understanding of the urea-formaldehyde curing characteristics is fundamental to manufacturing and application process improvement. Urea-formaldehyde resins were analyzed by 13C NMR during its synthesis and during controlled curing experiments. The main alterations during curing involve methylene bridge formation, monomeric urea decrease, methyleneether degradation and hydroxymethyl decrease. Oligomeric chains grow with few new side-chains formation. The influence of curing temperature on structure modifications was studied. It seems that the temperature raise accelerates the curing mechanism, without modifying it. Resins with urea/formaldehyde polymerization mol ratio of 1.80, 2.10 and 2.40 were analyzed. The resin with mol ratio 1.80 showed higher methylene levels and physical-mechanic tests on pilot scale panels made with this resin showed higher mechanic resistance. The influence of two additives (melamine and borax) and one catalyst (ammonium sulphate) on methylene bridge formation was studied. Melamine addition raised the methylene levels and borax raised the hydroxymethyl levels. Physical-mechanic tests done on pilot-scale production panels showed that the resin with melamine had more methylene bonds and the resin with borax had higher formaldehyde emission. Ammonium sulphate accelerated the cure and its acceleration was proportional to ammonium sulphate dosage