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Bindemittel
Die Erfindung betrifft ein Bindemittel aus einer Mischung eines Kunstharzes und eines alkalischen Füllstoffes. Es handelt sich dabei insbesondere um Binde- oder Klebemittel, die zum Befestigen von Tafeln oder Platten an Wänden, Decken oder Fussböden geeignet sind.
Dekorative Tafeln oder Platten aus Plastik-Schichtstoffen, Hartfaserplatten, Spanplatten oder Sperrholz, die für die Verkleidung von Konstruktionselementen in Gebäuden besonders geeignet sind, werden gewöhnlich in relativ grossen Formaten, beispielsweise 2, 75 x 1, 25 m geliefert. Bekannte Verfahren, solche Platten zu befestigen, beruhen auf der Verwendung von channelierten Abschnitten, jedoch sind diese relativ teuer und erfordern fachmännische Anlagen und Bearbeitung. Klebstoffe können ebenfalls verwendet werden, jedoch ergeben die zur Verfügung stehenden Klebstoffe, die ausreichend billig sind, um für den genannten Zweck verwendet werden zu können, keine befriedigende Bindungsfestigkeit.
Es ist ein Ziel der Erfindung, ein billiges Binde- oder Klebmittel, im nachstehenden der Einfachheit halber als Bindemittel bezeichnet, zu entwickeln, das in seinem ungehärteten Zustand die als Klebkraft bezeichnete Eigenschaft aufweist und eine hohe strukturelle Festigkeit besitzt, wenn der Härtungsprozess abgeschlossen ist. Die Bindemittel sind besonders brauchbar, um Platten oder Tafeln an bauliche Konstruktionselemente, insbesondere an Ziegelsteinwände und Decken, zu binden, weil die Klebkraft des Bindemittels oft ausreicht, die Tafel oder Platte an ihrem Platz zu halten, während der Härtungsvorgang abläuft, und so umständliche Befestigungsmittel bzw. Haltevorrichtungen überflüssig macht.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Kunstharz ein Harnstoff-Formaldehyd-Kondensationsprodukt von einem solchen Kondensationsgrad ist, dass 1 Gew.-Teil des trockenen Harzes in Gegenwart von wenigstens 2 Gew.-Teilen Wasser eine opalisierende Lösung ergibt, jedoch in Gegenwart von mehr als 10 Gew.-Teilen Wasser Unverträglichkeit und beginnende Ausfällung mit gleichzeitiger Bildung eines opaken, in Wasser nur teilweise löslichen Systems zeigt, dass das Gewichtsverhältnis Harz : Füllstoff im Bereiche von 1 : 20 bis 1 : 1 liegt und dass die Mischung bei Zusatz von Wasser ein wässeriges, alkalisches Bindemittel ergibt, das bis zu seiner Härtung klebrig ist.
Bemerkenswert ist, dass die Härtung des Kunstharzes unter alkalischen Bedingungen stattfindet, während Harnstoff-Formaldehyd-Klebstoffe, die Füllmittel enthalten, gewöhnlich unter sauren Bedingungen gehärtet werden und in ungehärtetem Zustand nicht klebrig sind.
Das Härten von Kunstharzen unter neutralen oder basischen Bedingungen ist zwar bereits bekannt, doch würde die Verwendung eines Bindemittels aus einem beliebigen Kunstharz mit einem alkalischen Füllstoff, der für die nachfolgende Härtung alkalische Bedingungen schafft, nicht ausreichen, um ein für den beabsichtigten Verwendungszweck geeignetes Bindemittel zu ergeben. Eine wichtige Forderung an das Bindemittel ist, dass dasselbe eine genügende Klebkraft aufweisen muss, um ohne zusätzliche Haltevorrichtungen od. dgl. Platten oder Tafeln verschiedener Art schon vor dem vollständigen Härten auf der Unterlage zu fixieren.
Diese bevorzugte Eigenschaft des Bindemittels, die einen gegenüber dem Stand der Technik ganz neuen technischen Effekt darstellt, kann nur erreicht werden, wenn man aus der grossen Palette der Kunstharze ein solches Harz auswählt, das in Wasser nur teilweise löslich ist. Dabei kommt es nicht nur auf
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den chemischen Charakter des Kunstharzes an, erfindungsgemäss wird ein Harnstoff-Formaldehyd-Harz verwendet, sondern auch auf das Molekulargewicht, d. h. auf den Grad der bereits erfolgten Vorkondensation.
Es kommt daher für die Verwendung in dem erfindungsgemässen Bindemittel nur eine begrenzte, sehr kleine Gruppe von Kunstharzen in Frage. Das Kunstharz darf im Wasser nicht vollständig löslich sein, soll jedoch in Gegenwart von zwei oder mehr Gewichtsteilen Wasser löslich sein ; die Wasserlöslichkeit hängt vom Polymerisationsgrad ab, wobei Harze mit höherem Molekulargewicht in Gegenwart von etwa 4 Teilen Wasser gefällt werden, hingegen bei Harzen mit einem geeigneten, jedoch niedrigeren Molekulargewicht eine Unverträglichkeit in Gegenwart von 10 Teilen Wasser lediglich durch Bildung einer leichten Trübung auftritt.
Massen, die aus Harnstoff-Formaldehyd-Kondensaten relativ niedrigen Molekulargewichtes, die im Gemisch mit Füllstoffen der im vorstehenden angegebenen Arten vollständig wasserlöslich sind, hergestellt wurden, besitzen nicht die als Klebkraft bezeichnete Eigenschaft und liegen nicht im Bereich der Erfindung. Die Harnstoff-Formaldehyd-Harze, die zur Verwendung in dem Klebmittel gemäss der Erfindung geeignet sind, lassen sich durch Zugabe getrennter Mengen Wasser in eine Art Sirup umwandeln, jedoch zeigt sich die Unloslichkeit des Harzes, indem es ausfällt, wenn kleine Mengen des Sirups zu grossen Mengen Wasser zugesetzt werden.
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diechlorid oder Phosphat versetzt worden sind, können verwendet werden, jedoch wird die Säure des Härtungsmittels durch den alkalischen Füllstoff neutralisiert und erfüllt keinen brauchbaren Zweck.
Die Alkalitat der Mischung kann sich aus dem Füllstoff oder aus einer Komponente des Füllstoffes ergeben. Nach einem Merkmal der Erfindung enthält der Füllstoff Zement oder Kalk. Der Füllstoff kann jedoch gemäss der Erfindung auch aus einem inerten, wasserunlöslichen Material in Verbindung mit einem wasserlöslichen, alkalischen Stoff bestehen. Nach weiteren Merkmalen der Erfindung ist der wasserlösliche alkalische Stoff Natrium- oder Kaliumhydroxyd und der Füllstoff Zement und Sand oder Quarzmehl. Das Verhältnis von Sand oder Quarzmehl : Zement liegt vorteilhafterweise im Bereich von 1 : 1 bis 6 : l.
Die wasserunlösliche Komponente des Füllstoffes kann gewünschtenfalls ein Fasermaterial sein. Ferner kann das erfindungsgemässe Bindemittel ein wasserlösliches Zellulosederivat enthalten. Die Erfindung ist schliesslich dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis von Harz : Füllstoff im Bereich von 1 : 8 bis 1 : 1 liegt.
Es versteht sich, dass als Füllstoffe, die in Wasser keine alkalische Reaktion geben, statt Sand oder Quarzmehl auch Porzellanerde, Kreide, Gips oder Holzmehl verwendet werden können. Auch in diesen Fällen muss, wie schon erwähnt, eine alkalische Substanz, z. B. Natriumhydroxyd, der Mischung zugegeben werden. Es ist auch möglich, Füllstoffe, die in Wasser eine alkalische Reaktion geben und Füllstoffe, die in Wasser eine praktisch neutrale Reaktion zeigen, miteinander zu vermischen. Dabei kann es erforderlich sein, der verdünnenden Wirkung des neutralen Füllstoffes durch Zugabe von Alkali, z. B.
Natriumhydroxyd, zu der Mischung entgegenzuwirken. Der Ausdruck Zement soll Portlandzement, Ciment Fondu und "417" (Super Fast Setting) einschliessen.
Die bereits erwähnten, faserigen Füllstoffe, etwa Asbestfasern oder Zellulosefasern, dienen dazu, das Fliessen der ungehärteten Masse zu verzögern und sind besonders brauchbar, wenn dicke Schichten auf nicht horizontale Oberflächen aufzubringen sind. Die ebenfalls genannten, wasserlöslichen Zellulosederivate verstärken diesen Effekt.
Mischungen von trockenem Harz und Füllstoffen können gelagert werden, und das Bindemittel lässt sich bereiten, indem unmittelbar vor der Verwendung so viel Wasser zu der trockenen Mischung zugesetzt wird, dass eine Masse der geforderten Konsistenz entsteht, oder aber, indem der Füllstoff zu einem wässerigen Harz-Sirup zugesetzt wird.
Das Gewichtsverhältnis von trockenem Harz : Füllstoff, welches vorzugsweise zwischen l : l und 1 : 8 liegt, kann auch einen grösseren Bereich, etwa von 1 : 1 bis 1 : 20 umfassen. Wenn ein Harz-Sirup verwendet wird, muss das anwesende Wasser berücksichtigt werden, wenn das Gewicht an Füllstoff bestimmt wird, das zu der Gewichtseinheit Sirup zugesetzt werden soll.
Klebmittel gemäss der Erfindung sind besonders geeignet, um Tafeln, Platten od. ähnl. Materialien an Bauelemente zu binden, und die Verfahren zur Verwendung eines Klebmittels gemäss der Erfindung umfassen die Auftragung des Klebmittels auf ein Bauelement, worauf eine Tafel fest mit der behandelten Oberfläche in Berührung gehalten wird, bis die Masse hinreichend erstarrt bzw. ausgehärtet ist, um die Entfernung des Trägers zu ermöglichen, oder aber man trägt die Klebmasse auf die Tafel auf und hält die mit dem Bindemittel überzogene Platte mit dem Bauelement in Berührung, bis die Masse ausge-
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härtet ist. Bei kleineren oder leichteren Tafeln reicht die Klebkraft des Bindemittels aus, um die Tafel mit der behandelten Oberfläche in Kontakt zu halten, während die Masse ohne Träger aushärtet.
Das Bindemittel kann ganz über eine Oberfläche verstrichen werden, an die eine Platte oder Tafel befestigt werden soll, oder sie kann auch an einzelnen Stellen mit geeigneten Zwischenräumen aufgetragen werden. Jede Schichtstofftafel oder Faserplatte kann mit Hilfe der erfindungsgemässen Bindemittel an geeigneten Bauelementen befestigt werden.
Bindemittel gemäss der Erfindung lassen sich beim Bau an Stelle üblicher Sand-Zement-Gemische einsetzen.
Beispiel l : Zur Herstellung eines spezifischen Bindemittels gemäss der Erfindung werden 15 Gew.-Teile eines säurebildenden Härtungsmittels, das unter dem Handelsnamen L 38 von der Firma Ciba (A. R. L. ) Ltd. vertrieben wird, mit 100 Gew. -Teilen des Harnstoff-Formaldehyd-Kunstharzklebstoffes, der als wässerige sirupartige Lösung mit einem Feststoffgehalt von 690 ; 0 unter dem Markennamen AEROLITE KL vertrieben wird. Die Bestandteile wurden gründlich vermischt, die Mischung wurde dann durch Zugabe von Wasser auf das Doppelte ihres Volumens verdünnt und dazu benutzt. um eine Mischung von Sand und Zement im Verhältnis von 3 : I auf die normale Konsistenz eines Sand-Zement-Mörtels zu bringen.
Dieser Klebstoff wurde hierauf in einer entsprechenden Menge auf eine Ziegelsteinmauer aufgetragen, um Unebenheiten in deren Oberfläche auszugleichen, und eine Tafel, die aus einer Sperrholzplatte bestand, welche auf beiden Seiten mit Plastik-Schichtstoff-Tafeln bedeckt war und eine Grösse von 2, 75 x 1, 25 m aufwies, wurde aufgesetzt und in vertikaler Lage unterstützt, bis die Mischung hinreichend ausgehärtet war, dass der Träger beseitigt werden konnte.
Eine gleicherweise befriedigende Masse wurde hergestellt, indem das vorstehende Beispiel durch Weglassen des Härtungsmittels modifiziert wurde.
Beispiel 2 : Eine zweite Masse gemäss der Erfindung wurde hergestellt, indem die folgenden Bestandteile gründlich miteinander vermischt wurden :
60 Gew.-Teile tonfreier, gewaschener Quarzsand (Garside
5 CW)
25 Gew. - Teile Portlandzement
15 Gew.-Teile AEROLITE 306 (ein sprühgetrocknetes Harn- stoff-Formaldehyd-Harz der Ciba (A. R. L.) Ltd.
0, 5 Gew. - Teile Asbestfasern 0, 2 Gew.-Teile Cellofas"B" (Das Natriumsalz einer Carboxy- methylzellulose)
15 Gew. - Teile Wasser.
Ein Mass für die Haft- und Klebkraft dieser Masse nach der Härtung wurde erhalten, indem die ZugScherfestigkeit von Holz-Holzverbindungen gemessen wurde, die unter Verwendung der Masse als Klebmittel hergestellt worden waren. Verbindungen wurden hergestellt, indem die letzten 2 1/2 cm von Buchefurnier-Teststücken mit den Abmessungen 100 x 25 mm mit Klebstoff überzogen und die Stücke zusammengesetzt wurden, so dass eine Klebfläche von etwa 6 cm2 entstand. Nach dem Zusammenfügen
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Verbindungen be-Beispiel 3 : Eine dritte Masse gemäss der Erfindung wurde hergestellt, indem die folgenden Bestandteile gründlich miteinander vermischt wurden :
40 Gew.-Teile Quarzmehl
30 Gew.-Teile Portlandzement
30 Gew.-Teile AEROLITE 306 1, 0 Gew.-Teile Asbestfasern
0, 1 Gew.-Teile Cellofas"B"
17, 5 Gew.-Teile Wasser.
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Wie für das zweite Beispiel beschrieben, wurden unter Verwendung dieser Masse als Klebmittel Verbindungen hergestellt. Der Mittelwert der Zug-Scherfestigkeit von sechs solchen Verbindungenbetrug 38 kg/cm.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Bindemittel aus einer Mischung eines Kunstharzes und eines alkalischen Füllstoffes, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunstharz ein Harnstoff-Formaldehyd-Kondensationsprodukt von einem solchen Kondensationsgrad ist, dass 1 Gew. - Teil des trockenen Harzes in Gegenwart von wenigstens 2Gew. -Teilen Wasser eine opalisierende Lösung ergibt, jedoch in Gegenwart von mehr als 10 Gew.-Tei- len Wasser Unverträglichkeit und beginnende Ausfällung mit gleichzeitiger Bildung eines opaken, in Wasser nur teilweise löslichen Systems zeigt, dass das Gewichtsverhältnis Harz : Füllstoff im Bereiche von 1 : 20 bis 1 : 1 liegt und dass die Mischung bei Zusatz von Wasser ein wässeriges, alkalisches Bindemittel ergibt, das bis zu seiner Härtung klebrig ist.
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binder
The invention relates to a binder made from a mixture of a synthetic resin and an alkaline filler. These are in particular binders or adhesives that are suitable for attaching boards or panels to walls, ceilings or floors.
Decorative boards or panels made of plastic laminates, hardboard, chipboard or plywood, which are particularly suitable for cladding structural elements in buildings, are usually supplied in relatively large formats, for example 2.75 x 1.25 m. Known methods of attaching such panels rely on the use of channeled sections, but these are relatively expensive and require skilled equipment and machining. Adhesives can also be used, but the adhesives available which are cheap enough to be used for the stated purpose do not give satisfactory bond strength.
It is an object of the invention to develop an inexpensive binder or adhesive, hereinafter referred to as a binder for the sake of simplicity, which in its uncured state exhibits the property referred to as adhesive strength and which has high structural strength when the curing process is complete. The binders are particularly useful for bonding panels or panels to structural elements, particularly brick walls and ceilings, because the adhesive strength of the binder is often sufficient to hold the panel or panel in place while the curing process takes place, and so are cumbersome fasteners or holding devices superfluous.
The invention is characterized in that the synthetic resin is a urea-formaldehyde condensation product of such a degree of condensation that 1 part by weight of the dry resin in the presence of at least 2 parts by weight of water gives an opalescent solution, but in the presence of more than 10 parts by weight of water Intolerance and incipient precipitation with simultaneous formation of an opaque system that is only partially soluble in water shows that the weight ratio resin: filler is in the range from 1:20 to 1: 1 and that the mixture with the addition of water results in an aqueous, alkaline binder that is tacky until it hardens.
It is noteworthy that the curing of the synthetic resin takes place under alkaline conditions, whereas urea-formaldehyde adhesives containing fillers are usually cured under acidic conditions and are not tacky in the uncured state.
The curing of synthetic resins under neutral or basic conditions is already known, but the use of a binder made from any synthetic resin with an alkaline filler which creates alkaline conditions for the subsequent curing would not be sufficient to obtain a suitable binder for the intended use surrender. An important requirement of the binding agent is that it must have sufficient adhesive strength in order to be able to fix plates or panels of various types on the substrate without additional holding devices or the like, even before complete hardening.
This preferred property of the binder, which represents a completely new technical effect compared to the prior art, can only be achieved if a resin is selected from the wide range of synthetic resins that is only partially soluble in water. It doesn't just come up
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the chemical character of the synthetic resin, according to the invention a urea-formaldehyde resin is used, but also on the molecular weight, d. H. on the degree of precondensation that has already taken place.
Only a limited, very small group of synthetic resins are therefore suitable for use in the binder according to the invention. The synthetic resin must not be completely soluble in water, but should be soluble in the presence of two or more parts by weight of water; The water solubility depends on the degree of polymerization, resins with a higher molecular weight being precipitated in the presence of about 4 parts of water, whereas in the case of resins with a suitable but lower molecular weight, incompatibility in the presence of 10 parts of water occurs only through the formation of a slight cloudiness.
Compositions which have been produced from urea-formaldehyde condensates of relatively low molecular weight, which are completely soluble in water when mixed with fillers of the types indicated above, do not have the property referred to as adhesive strength and are not within the scope of the invention. The urea-formaldehyde resins which are suitable for use in the adhesive according to the invention can be converted into a type of syrup by adding separate amounts of water, but the insolubility of the resin is shown by precipitating when small amounts of the syrup are added large amounts of water are added.
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To which the chloride or phosphate has been added can be used, but the acid of the hardening agent is neutralized by the alkaline filler and serves no useful purpose.
The alkalinity of the mixture can result from the filler or from a component of the filler. According to one feature of the invention, the filler contains cement or lime. According to the invention, however, the filler can also consist of an inert, water-insoluble material in combination with a water-soluble, alkaline substance. According to further features of the invention, the water-soluble alkaline substance is sodium or potassium hydroxide and the filler is cement and sand or quartz powder. The ratio of sand or quartz powder: cement is advantageously in the range from 1: 1 to 6: 1.
The water-insoluble component of the filler can, if desired, be a fiber material. Furthermore, the binder according to the invention can contain a water-soluble cellulose derivative. The invention is finally characterized in that the ratio of resin: filler is in the range from 1: 8 to 1: 1.
It goes without saying that china clay, chalk, plaster of paris or wood flour can also be used as fillers that do not give an alkaline reaction in water, instead of sand or quartz flour. In these cases too, as already mentioned, an alkaline substance, e.g. B. sodium hydroxide, added to the mixture. It is also possible to mix fillers that give an alkaline reaction in water and fillers that show a practically neutral reaction in water. It may be necessary to reduce the thinning effect of the neutral filler by adding alkali, e.g. B.
Sodium hydroxide to counteract the mixture. The term cement is intended to include Portland cement, Ciment Fondu and "417" (Super Fast Setting).
The already mentioned fibrous fillers, such as asbestos fibers or cellulose fibers, serve to delay the flow of the uncured mass and are particularly useful when thick layers are to be applied to non-horizontal surfaces. The water-soluble cellulose derivatives also mentioned increase this effect.
Mixtures of dry resin and filler can be stored, and the binder can be prepared by adding enough water to the dry mixture just before use to create a mass of the required consistency, or by turning the filler into an aqueous resin Syrup is added.
The weight ratio of dry resin: filler, which is preferably between 1: 1 and 1: 8, can also include a larger range, for example from 1: 1 to 1:20. If a resin syrup is used, the water present must be taken into account when determining the weight of filler to be added to the unit weight of syrup.
Adhesives according to the invention are particularly suitable for attaching boards, panels or similar. To bond materials to structural members, and the methods of using an adhesive according to the invention comprise the application of the adhesive to a structural member, whereupon a panel is held firmly in contact with the treated surface until the mass is sufficiently solidified or hardened to the To enable removal of the carrier, or the adhesive is applied to the board and the board coated with the binder is held in contact with the component until the mass is
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is hardening. In the case of smaller or lighter boards, the adhesive strength of the binder is sufficient to keep the board in contact with the treated surface while the mass cures without a carrier.
The binding agent can be spread all over a surface to which a panel or board is to be attached, or it can be applied to individual locations with appropriate spaces. Each laminate board or fiber board can be attached to suitable structural elements with the aid of the binders according to the invention.
Binding agents according to the invention can be used in place of conventional sand-cement mixtures in construction.
Example 1: To produce a specific binder according to the invention, 15 parts by weight of an acid-forming hardener, which is available under the trade name L 38 from Ciba (A. R. L.) Ltd. is sold, with 100 parts by weight of the urea-formaldehyde synthetic resin adhesive, which is an aqueous syrupy solution with a solids content of 690; 0 is sold under the brand name AEROLITE KL. The ingredients were mixed thoroughly, the mixture was then diluted to twice its volume by adding water and used. to bring a mixture of sand and cement in the ratio of 3: I to the normal consistency of a sand-cement mortar.
This adhesive was then applied in an appropriate amount to a brick wall to level out unevenness in its surface, and a board, which consisted of a sheet of plywood, which was covered on both sides with plastic laminate boards and a size of 2.75 times 1.25 m, was placed on top and supported in a vertical position until the mixture was sufficiently hardened that the carrier could be removed.
An equally satisfactory composition was prepared by modifying the above example by omitting the curing agent.
Example 2: A second mass according to the invention was prepared by thoroughly mixing the following ingredients together:
60 parts by weight of clay-free, washed quartz sand (Garside
5 CW)
25 parts by weight of Portland cement
15 parts by weight of AEROLITE 306 (a spray-dried urea-formaldehyde resin from Ciba (A. R. L.) Ltd.
0.5 parts by weight of asbestos fibers 0.2 parts by weight Cellofas "B" (the sodium salt of a carboxymethyl cellulose)
15 parts by weight of water.
A measure of the adhesive strength and bond strength of this mass after curing was obtained by measuring the tensile shear strength of wood-wood joints which had been produced using the mass as an adhesive. Connections were made by covering the last 2 1/2 cm of beech veneer test pieces with the dimensions 100 x 25 mm with adhesive and putting the pieces together so that an adhesive area of about 6 cm2 was created. After joining
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Compounds in Example 3: A third composition according to the invention was prepared by thoroughly mixing the following ingredients together:
40 parts by weight quartz flour
30 parts by weight of Portland cement
30 parts by weight of AEROLITE 306 1, 0 parts by weight of asbestos fibers
0.1 parts by weight Cellofas "B"
17.5 parts by weight of water.
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As described for the second example, connections were made using this composition as an adhesive. The average tensile shear strength of six such joints was 38 kg / cm.
PATENT CLAIMS:
1. Binder made from a mixture of a synthetic resin and an alkaline filler, characterized in that the synthetic resin is a urea-formaldehyde condensation product of such a degree of condensation that 1 wt. - Part of the dry resin in the presence of at least 2 wt. Parts of water results in an opalescent solution, but in the presence of more than 10 parts by weight of water incompatibility and incipient precipitation with simultaneous formation of an opaque system that is only partially soluble in water shows that the resin: filler weight ratio is in the range of 1 : 20 to 1: 1 and that the mixture, when water is added, produces an aqueous, alkaline binder which is sticky until it hardens.