CH466557A - Process for the production of light-colored phenolic resin-bonded wood materials - Google Patents
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Description
Verfahren zur Herstellung von hellen phenolharzgebundenen Holzwerkstoffen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von hellen phenolharzgebundenen Holzwerkstoffen, insbesondere Spanplatten.
Die Verwendung von flüssigen, wässerigen Phenolharzen auf den mannigfachsten Gebieten, z. B. der Holzindustrie zur Fertigung von Faserplatten, Spanplatten, Sperrholz oder zur Bindung von Sand in der Giesserei oder von Schleifmitteln in Schleifscheiben ist auf Grund der ausgezeichneten Eigenschaften der Phe nolharze - allgemein bekannt. Die Phenolharze härten mit einer dunkelbraun/roten Farbe durch. Diese dunkelbraun/rote Farbe wirkt überall da störend, wo zwar hervorragende Eingeschaften verlangt werden, gleichzeitig jedoch der äussere Eindruck, wie beispielsweise helle Oberflächen bei Schichtpresstoffen oder Spanplatten, farblich nicht beeinflusst werden sollen.
Erfindungsgemäss wird dieser Nachteil dadurch vermieden, dass die zur Bindung eingesetzten Phenolresole durch Zugabe von Säuren oder SäureEstern vor oder während des Pressvorganges auf pH-Werte von 6-8 eingestellt werden.
Es hat sich nämlich herausgestellt, dass man wässrige, alkalische Phenolharze, sog. Resole, durch Zusatz von Säuren oder Säure-Estern, vorzugsweise aromatischen Sulfonsäuren und Carbonsäuren, bei pH-Werten von 6-8, insbesondere von 7, zur Aushärtung bringen kann, wobei ohne vorherige Ausfällung der Harzsubstanz ein leichtes Arbeiten über längere Zeit ermöglicht ist. Der hierbei erzielte Resitzustand zeigt eine helle, fast weisse Farbe und ist somit ohne Einfluss auf die Farbe des Endproduktes. Die pH-Einstellung kann mit Sulfonsäuren oder Carbonsäuren selbst erfolgen, aber auch mit Mischungen aus beiden, als auch im Gemisch mit bekannten Säuren, wie Schwefelsäure, Salzsäure, Phosphorsäure usw. Die Lagerfähigkeit der klaren, wässrigen Phenolharze bei pH 7 ist überraschend gut und nicht beeinträchtigt.
Eine weitere Möglichkeit, die Neutralisation von Phenolharzen auf pH 7 durchzuführen, bietet die Einbringung von Estern der vorgenannten Säuren in die Phenolharze. Die Neutralistation erfolgt dann bei Temperatureinwirkung durch teilweise Aufspaltung der Ester in Säure und Alkohol sowie der Umsetzung der gebildeten Säure mit vorhandenen Alkalimengen. Die speziell mit Mono- und Diester von Dicarbonsäuren versetzten Phenolharzbindemittel zeigen insbesondere bei Spanplatten deutlich eine verbesserte Oberfläche. Derartige Platten sind geschlossener und glatter in der Oberfläche. Die bei normalen Spanplatten notwendige Schleifarbeit kann ganz entfallen oder zumindest stark herabgesetzt werden.
Beispiel I
1.000 g eines wässerigen Phenolformaldehyd-Harzes und einem Alkaligehalt von 5 O/o werden mit 215 g para Toluolsulfonsäure auf einen pH-Wert von 7 gebracht.
Fertigt man mit dem so neutralisierten Harz eine Spanplatte, so zeigt die fertige Platte eine hellgelbe, fast weisse Färbung, die der Eigenfärbung des eingesetzten Holzspanes entspricht.
Beispiel 2
Wie bei Beispiel 1, jedoch wurde zur Neutralisation die theoretisch notwendige Menge von 129 g Maleinsäuremonomethylester zugesetzt. Die völlige Neutralisation des Alkaligehaltes - erfolgte bei diesem Beispiel in der Presse durch Verseifung des Maleinsäuremonomethylesters. Die gefertigte Spanplatte zeichnete sich ebenfalls durch eine besonders helle Oberfläche aus.
Der Vorteil der hellen Durchhärtung ist in besonderer Weise bei der Verarbeitung von Celluloseprodukten gegeben. Beispielsweise werden erfindungsgemäss hergestellte Phenolharzspanplatten sehr hell und sich von einer Harnstoffplatte kaum zu unterscheiden. Ebenfalls führen Leimdurchschläge, wie sie in der Sperrholzindustrie vorkommen, nicht mehr zu den bekannten braun/roten Flecken und somit zu Ausschussware, sondern können - bedingt durch die helle Aushärtung - ohne weiteres weiterverarbeitet werden. Pressformteile und Schichtpresstoffe werden farblich von Phenolharzen, die auf pH 7 gebracht wurden, nicht mehr beeinflusst. Die aromatischen Sulfonsäuren und Carbonsäuren gestatten bei Phenolharzen eine optimale Einstellung des EndpH-Wertes für die Durchhärtung, nämlich 7.
So zeigt es sich, dass beispielsweise bei Spanplattenfertigungen bei bestimmten Systemen der pH-Wert 7 die besten Platten ergibt mit der höchsten Biegefestigkeit. pH-Werte leicht oberhalb oder unterhalb 7, etwa 8-9 bzw. 6-5, führten eindeutig zu Platten, mit geringerer Festigkeit.
Die Helligkeit der Platten ist allerdings schon bei pH Werten des Bindemittels um 7 gleich.
Beispiel 3
500 g atro Späne wurden mit 10% Festharz wie üblich beleimt und in einer hydraulischen Presse bei 160-170 C in 10 Min. mit entsprechenden Drucken auf ein gamma von 0,7 verdichtet. Die so-hergestellten Spanplatten wurden
I) mit einem üblichen alkalischen Phenolformaldehydresol mit-einem pH-Wert von 13,
II) mit dem gleichen Formaldehydresol in neutralisiertem Zustand (pH 7), wobei die Neutralisation mit para-Toluolsulfonsäure durchgeführt wurde,
III) mit dem gleichen Formaldehydresol in neutralisiertem Zustand (pH 7), wobei die Neutralisation mit einem Gemisch aus para-Toluonsulfonsäure/Salzsäure vorgenommen wurde, dessen Mischungsverhältnis para Toluonsulfonsäure und Salzsäure 4 :
3 betrug, be leimt,
IV) Bei Versuch IV wurde die Neutralisation mit Salizylsäure vorgenommen.
V) Bei Versuch V wurde die theoretischen Mengen Phthalsäure-Monoäthylester zugegeben, die zur Neutralisation in der Wärme auf pH 7 notwendig sind.
VI) Die Platte 6 ist als Vergleichsmodell eine harnstoffleimgebundene Spanplatte.
Nach üblicher Klimatisierung wurden folgende physikalischen Prüfmethoden durchgeführt und miteinander verglichen: 1 II III IV | V | VI Biegefestigkeit 380 364 319 338 280 kg/cm2 280 Querzugsfestigkeit 7,3 7,1 7,0 7,1 6,8 kg/cm2 6,0 Kochquellung 17,2 O/o 17,9 O/o : 19,4 0/o 17,8 O/o zerfällt 2 h/100 C 16,0 O/o Kaltquellung 12,8 o/o 12,8 O/o : 11,7 O/o 12,0 % 12,00/0 2 h/20 C 10,5 % Aussehen/Farbe rötl. braun sehr helle Oberflächen wie bei
Phenolharz üblich
Die in der Tabelle unter II-V aufgeführten Spanplatten zeigen sehr helle, von Harnstoffleim (VI) gebundenen Spanplatten kaum zu unterscheidende Oberflächen.
Es ist zu bemerken, dass durch die pH-Einstellung auf 7 die sehr guten Phenolharzeigenschaften nicht verlorengehen und somit die mechanischen Werte keinesfalls negativ beeinflusst werden.
Process for the production of light-colored phenolic resin-bonded wood materials
The invention relates to a method for the production of light-colored phenolic resin-bonded wood materials, in particular chipboard.
The use of liquid, aqueous phenolic resins in a wide variety of fields, e.g. B. the wood industry for the production of fiberboard, chipboard, plywood or for binding sand in the foundry or abrasives in grinding wheels is due to the excellent properties of Phe nolharze - well known. The phenolic resins harden through with a dark brown / red color. This dark brown / red color has a disruptive effect wherever excellent properties are required, but at the same time the external impression, such as bright surfaces on laminated composites or chipboard, should not be influenced in terms of color.
According to the invention, this disadvantage is avoided in that the phenol resols used for binding are adjusted to pH values of 6-8 by adding acids or acid esters before or during the pressing process.
It has been found that aqueous, alkaline phenolic resins, so-called resols, can be hardened by adding acids or acid esters, preferably aromatic sulfonic acids and carboxylic acids, at pH values of 6-8, especially 7, easy working over a long period of time is made possible without prior precipitation of the resin substance. The resitz condition achieved here is light, almost white in color and therefore has no effect on the color of the end product. The pH can be adjusted with sulfonic acids or carboxylic acids themselves, but also with mixtures of both, as well as in a mixture with known acids such as sulfuric acid, hydrochloric acid, phosphoric acid, etc. The shelf life of the clear, aqueous phenolic resins at pH 7 is surprisingly good and not impaired.
Another possibility of neutralizing phenolic resins to pH 7 is to introduce esters of the aforementioned acids into the phenolic resins. The neutralization then takes place under the influence of temperature by partial splitting of the esters into acid and alcohol and the reaction of the acid formed with amounts of alkali present. The phenolic resin binders specially mixed with mono- and diesters of dicarboxylic acids show a clearly improved surface, especially in the case of chipboard. Such plates are more closed and smoother in the surface. The grinding work required with normal chipboard can be dispensed with entirely or at least greatly reduced.
Example I.
1,000 g of an aqueous phenol-formaldehyde resin and an alkali content of 5% are brought to a pH of 7 with 215 g of para-toluenesulfonic acid.
If you manufacture a chipboard with the resin neutralized in this way, the finished panel shows a light yellow, almost white color, which corresponds to the natural color of the wood chips used.
Example 2
As in Example 1, but the theoretically necessary amount of 129 g of maleic acid monomethyl ester was added for neutralization. In this example, the alkali content was completely neutralized in the press by saponification of the maleic acid monomethyl ester. The chipboard produced was also characterized by a particularly bright surface.
The advantage of light hardening is given in a special way when processing cellulose products. For example, phenolic resin chipboards produced according to the invention are very light and can hardly be distinguished from a urea board. Glue penetrations, as they occur in the plywood industry, no longer lead to the familiar brown / red stains and thus to rejects, but can - due to the light-colored hardening - be processed further. Molded parts and laminates are no longer affected in terms of color by phenolic resins that have been brought to pH 7. With phenolic resins, the aromatic sulfonic acids and carboxylic acids allow the final pH value to be optimally set for curing, namely 7.
It can be seen, for example, that in chipboard production with certain systems, a pH value of 7 results in the best boards with the highest flexural strength. pH values slightly above or below 7, about 8-9 or 6-5, clearly led to plates with lower strength.
However, the brightness of the panels is the same even at pH values of the binder around 7.
Example 3
500 g of dry shavings were glued as usual with 10% solid resin and compressed to a gamma of 0.7 in a hydraulic press at 160-170 ° C. in 10 minutes with appropriate pressure. The particle boards so-made were
I) with a common alkaline phenol-formaldehyde resol with a pH of 13,
II) with the same formaldehyde resol in neutralized state (pH 7), the neutralization being carried out with para-toluenesulfonic acid,
III) with the same formaldehyde resol in a neutralized state (pH 7), the neutralization being carried out with a mixture of para-toluenesulfonic acid / hydrochloric acid, the mixing ratio of which is para-toluenesulfonic acid and hydrochloric acid 4:
3 fraud, glued,
IV) In experiment IV, the neutralization was carried out with salicylic acid.
V) In experiment V, the theoretical amounts of monoethyl phthalate were added which are necessary for neutralization in the heat to pH 7.
VI) As a comparative model, plate 6 is a urea-glue-bonded chipboard.
After the usual air conditioning, the following physical test methods were carried out and compared with one another: 1 II III IV | V | VI Flexural strength 380 364 319 338 280 kg / cm2 280 Transverse tensile strength 7.3 7.1 7.0 7.1 6.8 kg / cm2 6.0 Boiling swelling 17.2 O / o 17.9 O / o: 19.4 0 / o 17.8 O / o disintegrates 2 h / 100 C 16.0 O / o cold swelling 12.8 o / o 12.8 O / o: 11.7 O / o 12.0% 12.00 / 0 2 h / 20 C 10.5% appearance / color reddish. brown very light surfaces like at
Phenolic resin common
The chipboards listed in the table under II-V have very light-colored surfaces that are hardly distinguishable from urea glue (VI).
It should be noted that the pH adjustment to 7 does not lose the very good phenolic resin properties and thus the mechanical values are in no way negatively affected.
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