Procédé continu pour la préparation d'une composition granulée
à base de résine aminoplaste.
La présente invention concerne un procédé continu pour la préparation d'une composi- tion granulée à base de résine aminoplaste, destinée principalement au moulage.
Selon certains procédés connus utilisés pour la fabrication de compositions de moulage pulvérisées faisant prise à chaud, le produit résineux est combiné avec une charge cellulosique, séché et ensuite broyé dans un broyeur à boulets pour former une poudre de moulage. Si la matière est insuffisamment broyée, la poudre contient une forte proportion de grosses particules qui produisent fré- quemment des imperfections dans le produit moulé. Par contre, si le broyage est poussé jusqu'à obtenir une fine poudre floconneuse, cette poudre fine ne permet pas l'agglomé- ration aisée et la quantité d'air relativement importante retenue par la poudre fine produit éventuellement des boursouflures ou des taches sur les objets moulés.
Le présent procédé permet de surmonter les difficultés rencontrées jusqu'à présent dans la fabrication des compositions de moulage granulées à base de résines aminoplastes, par exemple de résines urée-formaldéhyde. Ce procédé permet de préparer des compositions granulées perfectionnées convenant bien au moulage et pouvant tre obtenues en une opération continue et non pas par charges successives.
Le procédé selon l'invention pour la préparation continue d'une composition granulée à base de résine aminoplaste, à partir d'une poudre d'une composition à base de résine aminoplaste, est caractérisé en ce que l'on chauffe ladite poudre sous une pression si basse que la poudre reste sous forme non compacte, en ce qu'on fait ensuite passer la poudre plastique ainsi obtenue, à l'état chaud, entre des cylindres de pression, à une tem pérature inférieure à celle de chauffage préalable et sous une pression suffisante pour former de cette poudre une feuille légèrement agglomérée se supportant elle-mme, et en ce que l'on granule ensuite cette feuille.
La composition granulée peut ensuite. tre tamisée pour obtenir un produit d'une densité et d'une dimension uniforme des particules. La composition convient particulièrement bien pour le moulage du fait qu'elle contient, à part des particules uniformes, très peu de particules fines, et elle possède en mme temps la densité optimum désirée.
Il est préférable que le produit granulé contienne un maximum de particules relativement grosses, avec une proportion minimum ou nulle de fines , et que ce produit soit en mme temps maintenu à la densité appropriée.
La densité de la poudre non tassées est déterminée en introduisant un échantillon pesé dans une mesure graduée et en tapotant cette mesure une ou deux fois pour niveler la surface. La densité de la poudre tassée est déterminée en tapotant la mesure jusqu'à ce qu'il ne se produise plus aucun tassement de la matière. Une densité convenant bien pour une matière granulée est par exemple 0,550 à l'état non tassé et 0,650 à l'état tassée.
Dans une forme d'exécution préférée du procédé, on préchauffe la poudre de résine aminoplaste en la faisant passer à travers des cylindres de pression entraînés à des vitesses périphériques différentes.
Les résines aminoplastes qui peuvent tre utilisées pour former des compositions granulées de moulage, suivant la présente invention, comprennent les résines à base d'aminotriazine et d'aldéhyde, par exemple les résines de mélamine et de formaldéhyde, les résines de dicyandiamide et d'aldéhyde, les résines de dicyandiamide modifiée par la mélamine et de formaldéhyde, les résines d'urée et d'aldé- hyde, les résines de thiourée, d'urée et d'aldéhyde, les résines à base de mélamine, d'urée et de formaldéhyde, les résines d'urée et d'aldé- hyde éthérifiées, les résines de mélamine et cl'aldéhyde éthérifiées, etc., de mme que différents mélanges de ces résines entre elles,
ou de ces résines avec d'autres produits capables de réagir, avant ou pendant la condensation, avec une aldéhyde.
Dans la fabrication courante de composi- tions de moulage aminoplastes, par exemple d'une composition de moulage à base d'urée et de formaldéhyde, on fait réagir l'urée et la formaldéhyde de la manière usuelle pour obtenir un produit de condensation. On combine une charge cellulosique avec le produit liquide avant ou après la condensation, mais avant le séchage, et la masse liquide contenant la charge est ensuite séchée par exemple sur un séchoir à tablier sans fin. Après séchage, la masse est broyée dans un broyeur à boulets jusqu'à la consistance d'une poudre fine floconneuse. Jusqu'à ce stade de la fabrication, le procédé ne se différencie pas de celui généralement employé dans l'industrie.
Mais au lieu d'augmenter la densité de la poudre dans un mélangeur du type Banbury, ainsi qu'on le fait habituellement, on chauffe préalablement la poudre, on la transforme ensuite en une feuille légèrement agglomérée se supportant elle-mme, et on granule finalement cette feuille.
En se reportant maintenant à la figure, la poudre fine floconneuse 10 est chargée dans une trémie 12 et on la fait passer entre des cylindres 14. Ces cylindres tournent à des vitesses différentes et ils sont de préférence chauffés par l'intérieur à une température élevée. Cette température et la pression existante sont insuffisantes pour transformer la poudre en une feuille se supportant elle-mme.
La poudre adhère généralement un peu aux cylindres et elle en est détachée par des raclettes 16 qui empchent également la prise de la poudre sur ces cylindres. La matière est réchauffée jusqu'à ce qu'elle devienne pâteuse et conserve l'empreinte des doigts, sans eependant former des morceaux très durs.
Un des cylindres 14 ou les deux peuvent tre cannelés.
De préférence, on maintient la pression pendant le chauffage préalable à la pression atmosphérique, pour obtenir la poudre sortant du chauffage préalable sous forme non compacte.
Au lieu d'utiliser des cylindres 14, la poudre peut tre chauffée au préalable en la faisant passer sur une courroie sans fin dans une chambre de chauffage, ou à travers un four incliné, par exemple du type utilisé pour la fabrication du ciment ; on peut également employer le chauffage par induction.
Après chauffage préalable, on fait passer la matière entre deux cylindres de pression qui peuvent tre chauffés tous les deux, mais, dans un mode de réalisation avantageux, un seul des cylindres est chauffé, l'autre étant sensiblement non chauffé. Le cylindre ehaud est porté à une température juste suffisante pour que la matière préalablement chauffée forme une feuille légèrement agglomérée et se supportant elle-mme, mais cette température est inférieure à la température de chauffage préalable. Au cours de son passage entre les cylindres presseurs, la feuille de matière ainsi formée tend à adhérer au cylindre chaude.
Pour empcher la feuille de s'enrouler eom plètement sur le cylindre, cette feuille 20 en est détachée par une raclette 22. La densité de la matière en feuille est déterminée par la pression appliquée par les cylindres.
La feuille laminée détachée des cylindres presseurs 1 8 passe ensuite dans un appareil à granuler, par exemple un coupoir muni de lames fixes 24 et de couteaux tournants 26.
Les particules 30 tombent à travers un crible 28 sur un tamiseur 32 à trois étages. Les fines sont reeueillies sur le plan inférieur 34 et glissent dans un bac 36, tandis que les gros morceaux 38 sont recueillis dans un autre bac 40. La composition de moulage granulée retenue sur le tamis 42 est recueillie dans un récipient approprié 44. Les fines peuvent tre renvoyées dans la trémie 12 pour repasser dans l'appareil, tandis que les morceaux recueillis dans le bac 40 peuvent tre réintroduits dans le coupoir.
Le tamis 39 comporte de préférence 4 mailles par cm, tandis que les mailles du tamis 42 sont un peu plus petites, par exemple 8 mailles par em, de sorte que la matière granulée a un calibre d'environ 2,5 mm.
La grosseur des particules peut tre modifiée par un choix approprié des tamis. On peut également faire tourner le coupoir à une vitesse plus réduite ; on peut aussi utiliser un coupoir de construction différente dans le mme but.
Une matière granulée avantageuse se compose de particules passant au tamis de 4 mailles par em dans laquelle 55 /o en poids sont retenus par un tamis de 8 mailles par em, 75 /o sont retenus par un tamis de 16 mailles par em, 830/o restent sur un tamis de 32 mailles par em et 91 O/o sur un tamis de 55 mailles par em ; le reste (9 /o) étant eonstitué par une poudre plus fine que celle traversant le tamis de 55 mailles par em.
Les exemples suivants montreront bien comment l'invention peut tre réalisée.
Exemple 1 :
On prépare un produit de condensation de l'urée et de la formaldéhyde, contenant une charge, à l'aide du procédé décrit dans le brevet américain No 2338464, selon lequel on forme une résine en faisant réagir de l'urée sur de la formaldéhyde, le rapport des poids des matières étant supérieur à 105 moléculesl grammes d'urée pour 2 moléculesgrammes de formaldéhyde, mais insuffisant pour former à la température ambiante un précipité blane volumineux, puis en ajoutant une quantité suffisante d'ammoniaque pour porter le plI du mélange à 6,5.
Une demi-heure après la réaction, on mélange le produit avec de la pâte à papier et on sèche la composition à une température de 30 à 60 . On broie la matière sèche dans un broyeur à boulets jusqu'à ce qu'elle soit réduite en une poudre fine floeonneuse.
On soumet cette poudre à un chauffage préalable en la faisant passer entre des cylindres de pression tournant à des vitesses différentes. Le cylindre tournant rapidement est porté à une température de 114 à 121 environ, tandis que le cylindre tournant plus len tement est porté à la température de 104 , les cylindres étant maintenus à 0,75 mm l'un de l'autre. On fait ensuite passer la matière préalablement chauffée entre un deuxième jeu de cylindres tournant à des vitesses différentes, cylindres qui sont portés à des températures peu différentes, d'environ 60 , par exemple l'un à 62 et l'autre à 58 .
Ces deux cylindres exercent sur la matière une pression supérieure à celle des cylindres du premier groupe, pour former une feuille de 3 mm d'épaisseur environ. La matière laminée ne présente aucune tache brillante. La feuille est détachée du cylindre le plus chaud et on l'introduit dans un cou- poir ; les particules sortant de ce dernier sont classées dans un tamis à deux étages.
Exemple II :
On prépare une résine de mélamine et de formaldéhyde en faisant réagir 240 parties de formaline (37 /o en poids de formaldéhyde) avec 126 parties de mélamine ayant un pH de 6,8. On fait réagir le mélange à une température d'environ 65 pendant 70 minutes environ. A la fin de la réaction, le plI est de 7,5 environ. On mélange une charge celle- losique avec la masse liquide, et on sèche l'en- semble dans un four à une température d'environ 75 pendant une durée approximative de 20 minutes. On broie la matière séchée dans un broyeur à boulets jusqu'à ce qu'elle soit réduite en une poudre fine et floconneuse.
La poudre est alors chauffée à 110 pendant plusieurs minutes, et on la fait immédiatement passer entre des cylindres tournant, à des vitesses différentes, le cylindre tournant le plus rapidement étant porté à une température de 65 environ, la pression appliquée étant telle qu'il se forme une feuille légèrement agglo- mérée se supportant elle-mme et ayant environ 3 mm d'épaisseur. On racle la matière laminée sur les cylindres de façon à l'empcher de s'enrouler complètement sur ces cylindres.
La matière détachée des cylindres est introduite dans un coupoir et on la tamise comme dans l'exemple I. Les ébauches et les objets moulés avee cette composition granulée sont durables, uniformes et ne se brisent pas facilement.
On a constaté qu'il était très avantageux d'incorporer une proportion ne dépassant pas 5 /o de lubrifiant de moulage, tel que le stéa- rate de zinc, à la matière résineuse avant ou pendant le traitement sur les cylindres, afin d'empcher la matière de coller aux cylindres.
Pour accélérer la prise de la composition au cours du moulage, on peut former au sein de cette composition, ou combiner avec la résine des catalyseurs latents divers avant, pendant ou après la granulation. On peut également ajouter des colorants à une phase quel- conque du procédé, avant ou après la prépa- ration de la composition granulée. De mme, on peut ajouter dans la composition des charges différentes à un moment quelconque, par exemple de la farine de bois, de la cellulose alpha, du papier, du coton, de la toile, de l'amiante, des paillettes de mica, des déchets de nacre, des fibres textiles synthétiques ou naturelles, des fibres de verre, des tissus, etc.
L'utilisation du procédé conforme à la pré sente invention procure de nombreux avan- tages : le plus important est la production de grandes quantités d'une composition aminoplaste de moulage granulée avant une densité et une grosseur de particules uniformes, con trairement aux compositions granulées obtenues avec les procédés discontinus. De plus, étant donné que le procédé suivant l'invention est continu, il assure une économie sensible de temps, de main-d'oeuvre et d'équipement.
Continuous process for the preparation of a granulated composition
based on aminoplast resin.
The present invention relates to a continuous process for the preparation of a granulated composition based on an aminoplast resin, intended primarily for molding.
According to some known methods used for the manufacture of spray hot setting molding compositions, the resinous product is combined with a cellulosic filler, dried and then ground in a ball mill to form a molding powder. If the material is insufficiently ground, the powder contains a high proportion of coarse particles which frequently produce imperfections in the molded product. On the other hand, if the grinding is carried out until a fine fluffy powder is obtained, this fine powder does not allow easy agglomeration and the relatively large quantity of air retained by the fine powder possibly produces blisters or spots on the powder. molded objects.
The present process makes it possible to overcome the difficulties encountered heretofore in the manufacture of granulated molding compositions based on aminoplast resins, for example urea-formaldehyde resins. This process makes it possible to prepare improved granulated compositions which are very suitable for molding and which can be obtained in a continuous operation and not by successive charges.
The process according to the invention for the continuous preparation of a granulated composition based on aminoplast resin, from a powder of a composition based on aminoplast resin, is characterized in that said powder is heated under a pressure so low that the powder remains in a non-compact form, in that the plastic powder thus obtained is then passed, in the hot state, between pressure cylinders, at a temperature lower than that of prior heating and under sufficient pressure to form from this powder a slightly agglomerated sheet supporting itself, and in which this sheet is then granulated.
The granulated composition can then. be sieved to obtain a product with a uniform density and particle size. The composition is particularly suitable for molding owing to the fact that it contains, apart from uniform particles, very few fine particles, and at the same time it has the optimum desired density.
It is preferable that the granulated product contains a maximum of relatively large particles, with a minimum or zero proportion of fines, and that this product is at the same time maintained at the appropriate density.
The density of the loose powder is determined by introducing a weighed sample into a graduated measure and tapping this measure once or twice to level the surface. The density of the packed powder is determined by tapping the measurement until no further settling of the material occurs. A suitable density for a granulated material is, for example, 0.550 in the unpacked state and 0.650 in the packed state.
In a preferred embodiment of the process, the aminoplast resin powder is preheated by passing it through pressure cylinders driven at different peripheral speeds.
The aminoplast resins which can be used to form granulated molding compositions, according to the present invention, comprise resins based on aminotriazine and aldehyde, for example melamine and formaldehyde resins, dicyandiamide and dicyandiamide resins. aldehyde, dicyandiamide resins modified by melamine and formaldehyde, urea and aldehyde resins, thiourea, urea and aldehyde resins, melamine, urea and formaldehyde, etherified urea and aldehyde resins, etherified melamine and aldehyde resins, etc., as well as different mixtures of these resins with one another,
or of these resins with other products capable of reacting, before or during the condensation, with an aldehyde.
In the current manufacture of aminoplast molding compositions, for example a urea formaldehyde molding composition, urea and formaldehyde are reacted in the usual manner to obtain a condensation product. A cellulosic filler is combined with the liquid product before or after the condensation, but before drying, and the liquid mass containing the filler is then dried, for example on an endless apron dryer. After drying, the mass is ground in a ball mill to the consistency of a fine flaky powder. Until this stage of manufacture, the process does not differ from that generally employed in industry.
But instead of increasing the density of the powder in a mixer of the Banbury type, as is usually done, the powder is heated beforehand, it is then transformed into a slightly agglomerated sheet supporting itself, and it is granulated. finally this sheet.
Referring now to the figure, the fine fluffy powder 10 is loaded into a hopper 12 and passed between rollers 14. These rolls rotate at different speeds and are preferably heated from the inside to a high temperature. . This temperature and the existing pressure are insufficient to transform the powder into a sheet supporting itself.
The powder generally adheres a little to the rolls and is detached therefrom by scrapers 16 which also prevent the powder from setting on these rolls. The material is reheated until it becomes pasty and retains the imprint of the fingers, without however forming very hard pieces.
One of the cylinders 14 or both can be splined.
Preferably, the pressure is maintained during the preheating at atmospheric pressure, to obtain the powder coming out of the preheating in non-compact form.
Instead of using cylinders 14, the powder can be heated beforehand by passing it over an endless belt in a heating chamber, or through an inclined furnace, for example of the type used for the manufacture of cement; induction heating can also be used.
After preliminary heating, the material is passed between two pressure cylinders which can both be heated, but, in an advantageous embodiment, only one of the cylinders is heated, the other being substantially unheated. The hot cylinder is brought to a temperature just sufficient for the preheated material to form a slightly agglomerated sheet which is self-supporting, but this temperature is lower than the preheating temperature. During its passage between the pressing rolls, the sheet of material thus formed tends to adhere to the hot roll.
To prevent the sheet from fully winding up on the cylinder, this sheet 20 is peeled therefrom by a squeegee 22. The density of the sheet material is determined by the pressure applied by the cylinders.
The laminated sheet detached from the pressing rolls 1 8 then passes through a granulating apparatus, for example a cutter provided with fixed blades 24 and rotating knives 26.
The particles 30 fall through a screen 28 onto a three-stage screen 32. The fines are collected on the lower plane 34 and slide into a bin 36, while the large pieces 38 are collected in another bin 40. The granulated molding composition retained on the screen 42 is collected in a suitable container 44. The fines can be returned to the hopper 12 to pass back through the apparatus, while the pieces collected in the tank 40 can be reintroduced into the cutter.
The sieve 39 preferably has 4 meshes per cm, while the meshes of the sieve 42 are somewhat smaller, for example 8 meshes per em, so that the granulated material has a gauge of about 2.5 mm.
The size of the particles can be modified by an appropriate choice of sieves. You can also turn the cutter at a slower speed; it is also possible to use a cutter of different construction for the same purpose.
An advantageous granulated material consists of particles passing through a 4 mesh sieve per em in which 55 / o by weight are retained by an 8 mesh sieve per em, 75 / o are retained by a 16 mesh sieve per em, 830 / o remain on a sieve of 32 meshes per em and 91 O / o on a sieve of 55 meshes per em; the remainder (9 / o) being eonstitué by a finer powder than that passing through the sieve of 55 meshes per em.
The following examples will clearly show how the invention can be implemented.
Example 1:
A filler-containing urea-formaldehyde condensation product is prepared using the process described in U.S. Patent No. 2338464, wherein a resin is formed by reacting urea with formaldehyde. , the ratio of the weights of the materials being greater than 105 molecules / grams of urea for 2 molecules / grams of formaldehyde, but insufficient to form a voluminous white precipitate at room temperature, then adding a sufficient quantity of ammonia to bring the plI of the mixture to 6.5.
Half an hour after the reaction, the product is mixed with paper pulp and the composition is dried at a temperature of 30 to 60. The dry material is ground in a ball mill until it is reduced to a fine fluffy powder.
This powder is subjected to preliminary heating by passing it between pressure cylinders rotating at different speeds. The rapidly rotating cylinder is brought to a temperature of about 114 to 121, while the slower rotating cylinder is brought to the temperature of 104, the cylinders being kept 0.75 mm apart. The previously heated material is then passed between a second set of rolls rotating at different speeds, which rolls are brought to slightly different temperatures, of about 60, for example one at 62 and the other at 58.
These two cylinders exert on the material a pressure greater than that of the cylinders of the first group, to form a sheet approximately 3 mm thick. The laminated material shows no shiny stains. The sheet is peeled from the hottest cylinder and introduced into a chopper; the particles coming out of the latter are classified in a two-stage sieve.
Example II:
A melamine formaldehyde resin is prepared by reacting 240 parts of formalin (37% by weight of formaldehyde) with 126 parts of melamine having a pH of 6.8. The mixture is reacted at a temperature of about 65 for about 70 minutes. At the end of the reaction, the plI is about 7.5. A batch is mixed with the liquid mass, and the assembly is dried in an oven at a temperature of about 75 for approximately 20 minutes. The dried material is ground in a ball mill until it is reduced to a fine, flaky powder.
The powder is then heated to 110 for several minutes, and is immediately passed between rotating rolls, at different speeds, the fastest rotating cylinder being brought to a temperature of about 65, the pressure applied being such that a slightly agglomerated sheet is formed, supporting itself and approximately 3 mm thick. The rolled material is scraped from the rolls so as to prevent it from winding completely on these rolls.
The material detached from the rolls is introduced into a cutter and sieved as in Example I. The blanks and articles molded with this granulated composition are durable, uniform and do not easily break.
It has been found to be very advantageous to incorporate a proportion of not more than 5% of molding lubricant, such as zinc stearate, into the resinous material before or during processing on the rolls, in order to prevent material from sticking to the cylinders.
To accelerate the setting of the composition during molding, it is possible to form within this composition, or to combine with the resin, various latent catalysts before, during or after granulation. Colorants can also be added at any stage of the process, before or after the preparation of the granulated composition. Likewise, different fillers can be added to the composition at any time, for example wood flour, alpha cellulose, paper, cotton, canvas, asbestos, mica flakes, mother-of-pearl waste, synthetic or natural textile fibers, glass fibers, fabrics, etc.
The use of the process according to the present invention provides numerous advantages: the most important is the production of large quantities of a granulated aminoplast molding composition to a uniform density and particle size, unlike granulated compositions. obtained with batch processes. In addition, since the process according to the invention is continuous, it provides a significant saving in time, manpower and equipment.