Escalado de la síntesis de una resina del tipo resol por reemplazo parcial de fenol con lignina y su uso en la producción industrial de laminados de alta presión

Abstract

Los laminados de alta presión (HPL) son materiales compuestos constituidos por un núcleo de papeles Kraft impregnados con una resina de fenol-formaldehído (PF) del tipo resol y una superficie decorativa de papel saturado con resina de melamina-formaldehído. La principal aplicación de los HPL es en la industria del mueble y la construcción. La producción industrial de HPL consta de tres etapas básicas: (i) síntesis de las resinas base (prepolímeros), (ii) impregnación y secado de los papeles saturados con los prepolímeros, y (iii) curado del conjunto de papeles mediante moldeo por compresión a alta presión y alta temperatura. La sustitución de fenol (P) derivado del petróleo por polifenoles renovables supone grandes beneficios económicos y medioambientales. Este trabajo involucra el diseño, la optimización y el escalado del proceso de hidroximetilación de una Lignina (L) Kraft de eucalipto para la síntesis de resol y la producción industrial de HPL. Durante la optimización de la hidroximetilación en laboratorio se estudiaron variables tales como el pH, la temperatura y el orden de acondicionamiento de los reactivos para favorecer la disolución y aumentar la reactividad de la L. La síntesis del resol se llevó a cabo en un reactor de 3000 L perteneciente a la empresa Centro S.A. (San Francisco, Córdoba, Argentina) por reemplazo del 30% de P con L Kraft. Las resinas fueron empleadas para la impregnación industrial de papel Kraft y su posterior curado en prensa a 150 °C. La caracterización de las resinas y de los papeles impregnados involucró mediciones espectroscópicas (FT-IR) y térmicas (TGA y DSC). Se realizaron ensayos de resistencia al agua hirviendo, tracción y flexión para los HPL modificados y convencionales. En los ensayos de flexión el módulo y la resistencia a la rotura para los HPL con un 30% de L Kraft en sustitución de P exhibieron incrementos del 34% y 22%, respectivamente. No se observaron diferencias estadísticamente significativas en los módulos medidos en tracción (@ 10 GPa). Actualmente no se produce L en Argentina. El uso de L en la producción de materiales compuestos representa un elemento crucial en el desarrollo de una biorrefinería sostenible basada en biomasa lignocelulósica que facilite la transición de la matriz energética.