Development of a bio-based binder for its application in the mineral wool insulation material

Resumen

A bio?based and non?toxic alternative to the phenolic resins traditionally used for the manufacturing of mineral wool insulation material has been developed. A systematic methodology has been applied all the along the thesis work to evaluate different compositions comprising maltodextrin and polycarboxylic acids. The analytical techniques used for that purpose were IR spectrometry, TGA, rheology and mechanical properties testing. Two different polycarboxylic acids were evaluated, achieving good understanding of their suitability in terms of reactivity with maltodextrin. From this evaluation, one of the polycarboxylic acids, citric acid, was selected as the most appropriate for the final application. The composition comprising maltodextrin and citric acid was further improved in terms of reactivity and mechanical performance of cured system by the addition of metal oxides, and also by the addition of sodium hypophosphite. Among the metal oxides studied, calcium oxide delivered the best results. Both compounds, calcium oxide and sodium hypophosphite lead to significant improvements, nevertheless their mechanism of action is different. This was concluded by the analysis done by IR and NMR spectroscopy. Among all the compositions studied, the one containing maltodextrin, citric acid and sodium hypophosphite was proposed to test in the industrial process of mineral wool manufacturing process. By applying this composition it was obtained successful glass wool product which complies with the specifications stated by the European norm for the mineral wool insulation material for building equipment and industrial applications. Se ha desarrollado una alternativa a las resinas fenólicas tradicionales, basada en fuentes renovables, para su aplicación en la fabricación de material de aislamiento de lana mineral. Para ello se ha utilizado una metodología sistemática a lo largo de todo el trabajo de tesis, para evaluar diferentes composiciones formadas por maltodextrina y ácidos policarboxílicos. Las técnicas analíticas empleadas para este propósito fueron espectroscopia de infrarrojo, TGA, reología y ensayos de propiedades mecánicas. Se evaluaron dos ácidos policarboxílicos diferentes, de manera que se consiguió un conocimiento sólido para distinguir cuál de ellos se comportaría mejor en cuanto a su reactividad con la maltodextrina. Basándose en los resultados obtenidos, se seleccionó el ácido cítrico como el más apropiado para la aplicación final. La composición consistente en maltodextrina y ácido cítrico se mejoró, en lo que se refiere a reactividad y propiedades mecánicas del sistema curado, mediante la adición de óxidos de metales y de hipofosfito de sodio. Entre los óxidos de metales estudiados, el óxido de calcio ha proporcionado los mejores resultados. Ambos compuestos, el óxido calcio y el hipofosfito de sodio, han proporcionado mejoras significativas, aunque el mecanismo de acción de cada uno de ellos es diferente. Esto último se ha podido concluir gracias al análisis hecho por espectroscopía de infrarrojo y resonancia magnética nuclear. Entre todas las composiciones estudiadas, la contiene maltodextrina, ácido cítrico e hipofosfito de sodio se propuso para evaluarla en el proceso industrial de fabricación de lana mineral. Mediante la aplicación de esta composición, se ha obtenido un producto de lana mineral bueno, que cumple con las especificaciones requeridas por la norma europea para producto de aislamiento de lana mineral, para equipamiento industrial y aplicaciones industriales.