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PATENTANSPRÜCHE
1. Reaktionsfähiger Katalysator für die Polykondensation von Aminoharzen, die zum Verbinden von wasserdurchlässigen Celluloseteilchen verwendet werden, der bei seiner Verwendung in Kombination mit einem anderen Katalysator die Geschwindigkeit der Polykondensation des Harzes erhöht und gleichzeitig die Verwendung von geringeren Mengen Harzfeststoffen erlaubt, ohne dass dabei ein Verlust an Bindungsfestigkeit auftritt, dadurch gekennzeichnet, dass er eine konzentrierte wässrige Lösung einer Mischung von organischen und anorganischen Komponenten enthält, wobei es sich bei den organischen Komponenten um a) Harnstoff und Formaldehyd oder b) Harnstoff und ein nicht-harzartiges Kondensationsprodukt von Harnstoff und Formaldehyd und bei der anorganischen Komponente um ein wasserlösliches Alkalimetallhalogenid handelt.
2. Katalysator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er die organischen und anorganischen Komponenten in einem Verhältnis von 0,1 bis 1,5 Gew.-Teilen der organischen Komponenten auf 1,0 Gew.-Teil der anorganischen Komponente erthält, wobei die Wassermenge von der Löslichkeit der organischen und anorganischen Komponenten und dem erforderlichen Feststoffgehalt abhängt.
3. Katalysator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den organischen Komponenten um Formaldehyd und Harnstoff und bei der anorganischen Komponente um Natriumchlorid handelt.
4. Verwendung eines Katalysators nach Anspruch 1 zur Herstellung von Spanplatten mit Aminoharzen.
5. Verwendung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Spanplatten hergestellt werden, die frei von Formaldehydgeruch sind.
6. Verwendung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein reaktionsfähiger Katalysator nach Anspruch 2 oder 3 verwendet wird.
Die Erfindung betrifft einen reaktionsfähigen Katalysator, der eine konzentrierte wässrige Lösung einer Mischung von organischen und anorganischen Komponenten enthält und dessen Zugabe zu Aminoharzen, die zum Verbinden von wasserdurchlässigen Gelluloseteilchen verwendet werden, die Verwendung von geringeren Mengen Harzfeststoffen erlaubt, während gleichzeitig die Produktionsgeschwindigkeiten erhöht werden können, ohne dass irgendein Verlust an Bindungsfestigkeit auftritt.
Der erfindungsgemässe Katalysator ist im Anspruch 1 definiert.
Durch Zugabe des erfindungsgemässen Katalysators kann die Aushärtungsgeschwindigkeit bei hoher Temperatur auf solche Werte erhöht werden, wie sie durch die einfache Zugabe von Säurehärtungskatalysatoren niemals erreicht werden könnten. Durch die Zugabe von Säurehärtungskatalysatoren wird die Aushärtungsgeschwindigkeit zwar erhöht, aber dann wird ein solcher Wert erreicht, bei dem eine weitere Erhöhung zu einer Verschlechterung der Eigenschaften des gebundenen Materials führt.
Ausserdem ermöglicht die Zugabe der bekannten Katalysatoren in höheren Mengen den Eintritt der Polykondensation selbst bei Raumtemperatur (trotz der Zugabe von Verzögerern, wie Ammoniak oder Hexamethylentetramin). Dadurch wird die Haltbarkeit des Leims bei Raumtemperatur herabgesetzt, was zu einer Vorhärtung vor Einführung der Matte in die Presse und zu den bekannten Nachteilen eines solchen Phänomens führt.
Durch Zugabe des erfindungsgemässen Katalysators können jedoch die Aushärtungsgeschwindigkeiten noch weiter erhöht und dadurch die Presszeiten vermindert werden, ohne dass irgendeine Verschlechterung der Eigenschaften des gebundenen Materials auftritt. Der zugegebene Katalysator reagiert nur bei hohen Temperaturen. Er erhöht deshalb die Polykondensationsgeschwindigkeit des Aminoharzes bei der Temperatur der Presse wesentlich, ohne sie bei Raumtemperatur überhaupt zu erhöhen, wodurch irgendwelche Vorhärtungsprobleme vermieden werden. Der erfindungsgemässe Katalysator verbindet sich mit dem Aminoharz selbst und wird zu einem Bestandteil des Harzes.
Die Kombination aus einer organischen und einer anorganischen Komponente in dem erfindungsgemässen Katalysator zeigt ein synergistisches Verhalten. Wenn die einzelnen Komponenten allein dem Aminoharz zugesetzt werden, führen sie zu einer bestimmten Erhöhung der Aushärtungsgeschwindigkeit, wenn sie jedoch in Form einer Kombination zugesetzt werden, führen sie zu einer Erhöhung, die höher ist als die Summe der Ergebnisse, die erhalten werden, wenn jede Komponente getrennt zugesetzt wird.
Bei der anorganischen Komponente kann es sich um ein beliebiges wasserlösliches Halogenid eines Alkalimetalls handeln. Vorzugsweise wird dem Katalysator auch ein oberflächenaktives Mittel in geringen Mengen von beispielsweise 0,1 bis 2% zugesetzt, um seine Dispergierung in dem Harz zu verbessern.
Der erfindungsgemässe Katalysator (berechnet als Feststoffgehalt von 100%) kann in verschiedenen Mengenanteilen, insbesondere in einer Menge von 1 bis 30% der verwendeten Aminoharzfeststoffe, zugesetzt werden. Der wichtigste Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Tatsache, dass der erfindungsgemässe Katalysator einen Teil des Aminoharzes ersetzen kann, ohne dass die Eigenschaften des Endproduktes verschlechtert werden. Dies kann dadurch erzielt werden, dass man den Katalysator nicht in Mengen zusetzt, die der Menge des ersetzten Aminoharzes gleich sind, sondern dass man den Katalysator in Mengen von 50 bis 70% der Menge des ersetzten Aminoharzes zusetzt (die Berechnungen beziehen sich auf Gew.-% und darauf, dass alle Produkte aus 100% Feststoffen bestehen).
Der erfindungsgemässe Katalysator kann aufgrund seines synergistischen Verhaltens das Aminoharz in Mengen bis zu dem 2-fachen seines Eigengewichtes ersetzen. Die oben erwähnte Eigenschaft dieses Katalysators zeigt sich bei einer Zugabe von bis zu 20% des Gewichtes des Aminoharzes, die einem Ersatz von bis zu 40% des Gewichtes des verwendeten Harzes entspricht. Wenn er in geringeren Mengen von beispielsweise 3 bis 10% zugesetzt wird, tritt eine beträchtliche Verbesserung der Eigenschaften des Endproduktes auf. Wenn er in höheren Mengen von beispielsweise bis zu 30% zugesetzt wird, ist kein Unterschied in bezug auf Eigenschaften des Endproduktes zu beobachten, die Aushärtungsgeschwindigkeiten steigen jedoch beträchtlich an, und es wird Aminoharz eingespart.
Die Bindung kann durch Aushärten des Aminoharzes bei erhöhten Temperaturen und Drücken nach an sich bekannten Verfahren erfolgen. Der Katalysator kann bei allen Arten von Produkten verwendet werden, bei denen Aminoharze zum Binden (Verbinden) von Lignocelluloseprodukten verwendet werden, unabhängig davon, ob es sich dabei um Holzteilchen für die Herstellung von Spanplatten unter Verwendung von Flachpressen oder Kalandern oder um Holzfurniere, wie z.B. bei der Sperrholzherstellung, handelt. Die Qualität der hergestellten Bretter bzw. Platten wurde wöchentlich über einen Zeitraum von 6 Monaten kontrolliert, und es wurde keine Verschlechterung der Eigenschaften beobachtet. Dies zeigt, dass kein Poly merabbau auftritt und dass die Alterungseigenschaften der Bretter bzw.
Platten vergleichbar mit denjenigen sind, die auf normalem Wege hergestellt worden sind.
Die bisher bekannten Ersatzstoffe zum Ersatz von Aminoharzen erlaubten nicht die Beibehaltung der gleichen bekannten Herstellungsverfahren bei höheren Ersatzmengen, und sie führten auch nicht zu einer gleichzeitigen Erhöhung der Her
stellungsgeschwindigkeit. Bei den bekannten Ersatzstoffen handelt es sich insbesondere um Halogenide, ohne dass eine Mischung aus einem Halogenid und einer organischen Komponente verwendet wird.
Die Zugabe des Halogenides allein ermöglicht den Ersatz eines Teils des Harzes mit den nachfolgend angegebenen Beschränkungen im Vergleich zu dem erfindungsgemässen reaktionsfähigen Katalysator:
1. Die Produktionsgeschwindigkeit wird nicht erhöht; im Falle höherer Ersatzmengen wird sie sogar vermindert, da die Ersatzstoffe als Verzögerungsmittel anstatt als Katalysatoren wirken wegen der hohen Menge an vorhandenem Wasser.
2. Der Ersatz ist möglich in Verhältnissen von 1:1, während im Falle des erfindungsgemässen reaktionsfähigen Katalysators Verhältnisse von bis zu 1:2 möglich sind.
3. Höhere Ersatzmengen werden erhalten durch getrenntes besprühen des Holzes mit der Halogenidlösung, anschliessendes Trocknen und nachfolgendes Aufsprühen des Leimes. Im Falle des erfindungsgemässen reaktionsfähigen Katalysators sind höhere Ersatzmengen möglich, ohne dass der reaktionsfähige Katalysator getrennt aufgesprüht und anschliessend getrocknet werden muss. Der reaktionsfähige Katalysator kann der Aminoharzlösung zugesetzt werden, und diese Lösung kann zum Besprühen der Holzmasse in einer Stufe nach an sich bekannten Verfahren verwendet werden.
Der erfindungsgemässe reaktionsfähige Katalysator bietet noch einen anderen Vorteil. Wegen der geringeren Menge an verwendetem Aminoharz und wegen des erzielten verbesserten Verhaltens wird die Menge an freiem Formaldehyd bei der Herstellung von Platten und Brettern beträchtlich vermindert, und die erhaltenen Bretter oder Platten sind fast geruchlos.
Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele näher erläutert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
Beispiel 1
Eine konstante Menge Harnstoff-Formaldehyd-Harz (BASF 285) wurde unter kontrollierten Temperatur- und
Tabelle I
Komponenten in Gew.-Teilen
Harnstoff-Formaldehyd-Harz (mit einem Feststoffgehalt von 65 %)
Wasser
Katalysatorlösung
Ammoniumchlorid (20 %ige Lösung in Wasser)
Hexamethylentetramin (20%ige Lösung in Wasser)
Gelzeit in Sekunden bei 100 "C
Komponenten der Katalysatorlösung
Harnstoff (100%)
Formaldehyd (100%)
Natriumchlorid (100%) oberflächenaktives Mittel (10%ige Lösung in Wasser)
Wasser
Gesamt
Beispiel 2
Dieses Beispiel erläutert die Vorteile, die bei der Spanplattenherstellung erzielt wurden, wenn der erfindungsgemässe Katalysator der Mischung zugesetzt wurde.
Nachfolgend werden drei Fälle erläutert, in denen die gleiche Gesamtmenge Lösung verwendet wurde. Unterschiede traten auf in bezug auf die unterschiedlichen Eigenschaften der verschiedenen Komponenten der verwendeten Lösung, wie in Druckbedingungen mit dem erfindungsgemässen Katalysator umgesetzt, wobei der Katalysator in Abhängigkeit von den Mengenanteilen der die Katalysatorlösung bildenden Bestandteile variierte. Der erfindungsgemässe Katalysator wurde nicht allein, sondern zusätzlich zu dem üblichen, bekannten Katalysator verwendet, der in der Regel aus Ammoniumchlorid besteht, das Hexamethylentetramin enthält oder nicht.
In der folgenden Tabelle I ist der synergistische Effekt der Katalysatorlösung aus den organischen und anorganischen Komponenten eindeutig dargelegt.
Die Probe 1, die als Blindprobe anzusehen ist und die erfindungsgemässe Katalysatorlösung nicht enthielt, sondern als Katalysator nur das bekannte Ammoniumchloid enthielt, hatte bei 100 C eine Gelzeit von 90 Sekunden.
Die Probe 2 enthielt, abgesehen von Ammoniumchlorid, auch eine bestimmte Menge an Harnstoff-Formaldehyd, und sie wies eine schwach erhöhte katalytische Wirkung bei einer Gelzeit bei 100 "C von 85 Sekunden auf.
Die Probe 3 enthielt, abgesehen von Ammoniumchlorid, auch eine bestimmte Menge Natriumchlorid, jedoch keinen Harnstoff-Formaldehyd, und sie wies eine schwach erhöhte katalytische Wirkung bei 100 "C mit einer Gelzeit von 80 Sekunden auf.
Die Probe 4 enthielt, abgesehen von dem Ammoniumchlorid, eine Mischung aus Harnstoff-Formaldehyd und Natriumchlorid, wobei die Gesamtmenge der zugegebenen Mischung gleich der Menge der in den Proben 2 und 3 zugegebenen Einzelkomponenten war. Die Proben 4, 5 und 6 zeigten eine erhöhte katalytische Wirkung durch das synergistische Verhalten der verwendeten Komponenten, und die erhaltenen Gelzeiten bei 100 "C betrugen 60,35 bzw. 28 Sekunden.
Der Unterschied zwischen den Proben 4,5 und 6 war eine Folge der verschiedenen Mengenverhälinisse von organischer Komponente zu anorganischer Komponente in der Katalysatorlösung. Es wurde festgestellt, dass die Probe 6, welche die höchste Menge an organischem Material enthielt, auch die grösste katalytische Wirkung aufwies.
Proben
1 2 3 4 5 6
140 140 140 140 140 140
70 10 10 10 10 10 - 60 60 60 60 60
12 12 12 12 12 12
8 8 8 8 8 8
90 85 80 60 35 28
Gew.-Teile - 5,35 - 5,35 10,70 16,05 - 2,75 - 2,75 5,50 8,25 - - 20,0 20,0 20,0 20,0 - 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 - 90,9 79,0 70,9 62,8 54,7 - 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 der folgenden Tabelle II angegeben. Es sei bemerkt, dass die Spalte A sich auf die zum Besprühen von feinem Holzmehl, das seinerseits zur Herstellung der äusseren Oberfläche der Spanplatte verwendet wurde, verwendete Lösung bezieht, während die Spalte B sich auf die zum Besprühen von Holzspänen, die ihrerseits zur Herstellung des Kerns der Spanplatte verwendet wurden, verwendete Lösung bezieht.
Die Spanplatte wurde in diesem Beispiel nach dem Bison System, d.h. unter kontinuierlicher Schichtbildung unter kontrollierten Bedingungen, die für alle erläuterten Fälle konstant gehalten wurden, hergestellt: Feuchtigkeit der Matte vor dem Pressen 10,5 + 0,5% Pressentemperatur 210 "C Druck 35 kg/cm2
Die Qualitäten der auf diese Weise hergestellten Spanplatte wiesen in allen drei Fällen keine merkliche Umterschiede auf (vgl. die Ergebnisse in der Tabelle II).
Die in den drei Fällen gemäss dem erfindungsgemässen Beispiel hergestellten verschiedenen Lösungen führten zu einer Verminderung der Presszeit, wie nachfolgend angegeben: Tabelle II
Probe 1: 9,25 sek. pro mm der nicht-geschliffenen (geschmirgelten) Spanplatte,
Probe 2: 8,00 sek. pro mm der nicht-geschliffenen bzw. geschmirgelten Spanplatte,
Probe 3: 7,00 sek. pro mm der nicht-geschmirgelten Spanplatte.
Die dritte Probe, welche die grösste Menge an organischer Komponente im Vergleich zu der anorganischen Komponente enthielt, zeigte die besten Ergebnisse.
Das vorstehende Beispiel zeigt, dass es durch Verwendung des erfindungsgemässen Katalysators möglich ist, die Presszeit bei der Herstellung von Spanplatten zu verkürzen, und dass es gleichzeitig möglich ist, den Verbrauch von Harz bei Verwendung dieses Katalysators um bis zu 30% zu vermindern, wenn man den Katalysator in einer Menge von 16,90 % (Probe 2) oder 21% (Probe 3) verwendet.
Komponenten in Gew. - Teilen Proben A- B A 2 B A 3 B Harnstoff-Formaldehyd-Harz (mit 65% Feststoffgehalt) 100,0 200,0 70,0 140,0 70,0 140,0 Ammoniumchlorid (20%ige Lösung in Wasser) - 8,0 - 8,0 - 8,0 Wasser 68,5 31,0 58,5 20,0 58,5 20,0 Ammoniak mit 25 Baume 1,5 1,0 1,5 2,0 1,5 2,0 Katalysatorlösung - - 40,0 70,0 40,0 70,0 Gesamtmenge 170,0 240,0 170,0 240,0 170,0 240,0 Komponenten der Katalysatorlösung Harnstoff (100%) - - 5,35 5,35 10,70 10,70 Formaldehyd (100%) - - 2,75 2,75 5,50 5,50 Natriumchlorid (100 - - 20,0 20,0 20,0 20,0 Oberflächenaktives Mittel (10%ige Lösung in Wasser) - - 1,0 1,0 1,0 1,0 Wasser - - 70,9 70,9 62,8 62,8 Gesamtmenge - - 100,0 100,0
100,0 100,0 Eigenschaften Probe
1 2 3 Dichte (kg/m3) 660 640 625 Dicke in imm 16,2 16,0 16,1 Elastizitätsmodul L 26000 23200 24000 Zugfestigkeit in kp/cm2 5,0 4,5 4,2 Biegefestigkeit in kp/cm2 250 230 225 Wasserabsorptionsvermögen in % nach 24-stündigem Eintauchen 40 45 52 Prozentsatz der Zunahme der Quellung nach 24stündigem Eintauchen 13 15 20
Beispiel 3
Dieses Beispiel erläutert die Zunahme der Geschwindigkeit der Spanplattenherstellung, die erzielt wird, wenn der erfindungsgemässe Katalysator (d.h. eine Mischung aus Natriumchlorid und Harnstoff-Formaldehyd-Monomeren) der Formulierung zugesetzt wird, im Vergleich zu der Geschwindigkeit, dic bei der einfachen Zugabe von Natriumchlorid (ohne die Harnstoff-Formaldehyd-Monomeren) erhalten wird.
Die erzielten Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle III angegeben, in der die Probe 1, abgesehen von den üblichen Zusätzen, die der Harzmischung für die Herstellung von Spanplatten zugesetzt werden, nur Natriumchlorid enthielt und die deshalb eine Gelzeit von 80 sek. aufwies, während die Probe 2 die gleichen Zusätze wie die Probe 1, jedoch zusätzlich noch Harnstoff- und Formaldehyd-Monomere sowie die gleiche Menge Natriumchlorid enthielt und deshalb eine Gelzeit von 28 sek. hatte.
Die unter den gleichen Bedingungen bei Verwendung einer Bison-Anlage für beide erfindungsgemässen Proben erhaltenen Spanplatten ergaben eine Herstellungsgeschwindigkeit von 9 sek. pro mm im Falle der Probe 1 und von 7 sek. pro mm im Falle der Probe 2. Die erzielten mechanischen Eigenschaften gemäss DIN 52 360 bis 52 365 waren in beiden Fällen gleich.
Tabelle
Proben
1 2 Harnstoff-Formaldehyd-Harz (Feststoffgehalt 65%) 140 140 Wasser 58 43,42 Ammoniumchlorid (20 %ige Lösung in Wasser) 12 12 Hexamethylentetramin 8 8 Natriumchlorid (100%) 12 12 Harnstoff (100%) - 9,63 Formaldehyd (100%) - 4,95 Gesamtmenge 230,00 230,00 Gelzeit in sek.
80 28 Presszeit in Sekunden pro mm Dicke der nicht-geschmiergelten 9 7 Spanplatte Eigenschaften
1 2 Dichte (kg/m3) 660 640 Dicke in mm 16,05 16,20 Elastizitätsmodul L 24 500 23 200 Zugfestigkeit kp/cm2 6,0 5,2 Biegefestigkeit in kp/cm2 235 240 Wasserabsorption in % nach 24-stündigem Eintauchen 45 60 Quellung in % Zunahme nach 24-stündigem Eintauchen 13,4 14,9
Beispiel 4
Dieses Beispiel erläutert die erhöhte Substitution des bei Zugabe des erfindungsgemässen Katalysators erhaltenen Harnstoff-Formaldehyd-Harzes im Vergleich zu der geringeren Substitution, die bei Verwendung von nur Natriumchlorid ohne Zugabe von Harnstoff- und Formaldehyd-Monomeren erzielt wurde, wobei Spanplatten erhalten wurden, die in beiden Fällen äquivalente mechanische Eigenschaften aufwiesen.
Dieses Beispiel erläutert insbesondere den Fall, bei dem die Substitution im Falle von Natriumchlorid in-bezug auf das Harz 1:1 betrug, während im Falle der Mischung von Natriumchlorid mit Harnstoff und Formaldehyd die Harzsubstitution 1:2 betrug. Ein Vorrat an Holzspänen wurde nach dem Pulverisieren mit den in der folgenden Tabelle IV angegebenen entsprechenden Formulierungen behandelt.
Die Formulierung 1 diente als Bildprobe ohne Harzsubstitution. Die Formulierungen unterschieden sich voneinander dadurch, dass in der Formulierung 2 eine Substitution der Harzfeststoffe nur durch Natriumchlorid erfolgte, während in der Formulierung 3 (der erfindungsgemässen Formulierung eine Harzsubstitution durch Mischung von Natriumchlorid mit Harnstoff-Formaldehyd-Monomeren erfolgte.
In der Formulierung 2 wurden 19,5 Teile festes Harz durch 19,5 Teile festes Natriumchlorid ersetzt.
In der Formulierung 3 wurden 39 Teile festes Harz durch 19,5 Teile des festen reaktionsfähigen Katalysators (d.h. Natriumchlorid, Harnstoff und Formaldehyd) ersetzt.
In der Formulierung 2 lag somit eine Substitution von 1:1 vor, während in der Formulierung 3 eine Substitution von 1:2 vorlag.
Die mit beiden Formulierungen hergestellten Spanplatten hatten die gleichen mechanischen Eigenschaften, obgleich die Formulierung 3 einen niedrigeren Feststoffgehalt aufwies. In beiden Fällen wurden die Spanplatten nach dem Bison-System hergestellt, d.h. mit einer kontinuierlichen Schichtbildung unter kontrollierten Bedingungen, die in beiden Fällen konstant gehalten wurden:
Feuchtigkeit der Matte vor dem Pressen 10,5 + 0,5% Presstemperatur 210 "C Druck 35 kg/cm2
Die Eigenschaften (Qualität) der hergestellten Spanplatten sind in der folgenden Tabelle IV angegeben.
Tabelle IV Komponenten in Gew.-Teilen Proben
1 2 3 A 1 B A 2 B A B Harnstoff-Formaldehyd-Harz 100 200 90 180 80 160 Feststoffgehalt des Harnstoff-Formaldehyd-Harzes 65 130 58,5 117,00 52 104,0 Ammoniumchlorid (20%ige Lösung) - 8,0 - 8,0 - 8,0 Wasser 68,5 31 72,0 38,0 66,17 26,33 Ammoniak von 25C Baume 1,5 1,0 1,5 1,0 1,5 1,0 Natriumchlorid (100%) - - 6,5 13,0 - - Natriumchlorid A + B 19,5 (I) reaktionsfähiger Katalysator 100% Feststoffe - - - - 6,5 13.0 reaktionsfähiger Katalysator 100% Feststoffe A+B 19,5 Wasser - - - - 15,83 31,67 Gesamtmenge der Harzlösung 170,00 240,00 170,00 240,00 170,00 240,00 Gesamtfeststoffgehalt 65 131,6 65,0 131,6 58,50 118,60 Feststoffgehalt in % 38,3
54,8 38,2 54,8 34,4 49,4 Teile der substituierten (ersetzten) Harzfeststoffe - - 6,5 13,0 13,0 26,0 Teile der Harzfeststoffe A-Substitution A +B - 19,5 39,0 % Harz, substituiert durch A+B - 10 20 Verhältnis von zugesetztem festem Substituenten zu den substituierten Harzfeststoffen - 1:1 1:2 Eigenschaften Probe
1 2 3 Dichte in kg/m3 645 630 625 Dicke in mm 16,1 16,5 16,2 Elastizitätsmodul L 24 500 25 000 23 800 Zugfestigkeit in kp/cm2 4,5 5,0 4,8 Biegefestigkeit in kp/cm2 235 223 240 Wasserabsorption in % nach 24-stündigem Eintauchen 45 50 53 Quellung in % Zunahme nach 24-stündigem Eintauchen 14 17 16 (l)Komponenten des raktionsfähigen Katalysators:
: Harnstoff (100%) 19 Formaldehyd 100% 10 Natriumchlorid 100% 71 insgesamt 100
Beispiel 5
Die Neuheit der vorliegenden Erfindung ergibt sich ferner aus der Tatsache, dass dann, wenn hohe Substitutionsgrade erwünscht sind, es absolut notwendig ist, den erfindungsgemässen Katalysator zu verwenden, um den Vorrat in einer Stufe zu besprühen, wie dies bei allen Typen von Systemen durchgeführt wird, die für die Spanplattenherstellung angewendet werden.
Wenn nur Natriumchlorid dem Harz zugesetzt wird, ohne Zugabe der Harnstoff- und Formaldehyd-Monomeren, ist auch, abgesehen von der Tatsache, dass die Geschwindigkeit gering ist, wie in den bereits beschriebenen vorhergehenden Beispielen gezeigt, eine getrennte Besprühung der Holzspäne mit Natriumchlorid erforderlich mit nachfolgender Trocknung der Holzmischung und weiterer Besprühung mit Leim. Dies bedingt die Verwendung von zusätzlichen Vorrichtungen, die kostspielig sind und die Produktion vermindern.
Die zusätzlichen Stufen sind erforderlich wegen der geringen Löslichkeit von Natriumchlorid in Wasser und auch weil in diesem Falle die Harzsubstitution erzielt wird durch Zugabe einer solchen Menge an Feststoffgehalt, die gleich der Menge der Feststoffe des substituierten Harzes ist. Um höhere Harzmengen zu ersetzen (substituieren), ist in der Formulierung zu viel Wasser erforderlich, das nicht in einer Stufe in der Presse innerhalb der normalen Presszeiten getrocknet werden kann.
Die erfindungsgemässe Formulierung kann sehr gut zum Ersatz höherer Mengen an Harz verwendet werden, ohne dass zu viel Wasser verwendet wird, und wobei die Herstellung (Produktion) in einer Stufe möglich ist, wie dies normalerweise bei der Spanplattenherstellung durchgeführt wird, ohne dass sich die Produktionsstufen überhaupt ändern. Dies ist möglich aufgrund der Tatsache, dass die Löslichkeit in Wasser höher ist und deshalb weniger Wasser verwendet wird, dass aber auch die Substitution erzielt wird durch Zugabe nur der halben Menge des substituierten Materials, berechnet als Feststoff.
Zur Erzielung des gleichen Grades einer hohen Substitution (35 % in dem vorliegenden Beispiel) bei Verwendung des erfindungsgemässen reaktionsfähigen Katalysators erhält man eine geringere Gelzeit und deshalb eine höhere Produktionsgeschwindigkeit (Formulierung 3). Bei Verwendung von nur Natriumchlorid ohne Zugabe der Harnstoff- und Formaldehyd Monomeren erhält man eine viel höhere Gelzeit, da die zugegebenen Ersatzstoffe in diesem Falle als Verzögerer wirken anstatt als Katalysatoren (Formulierung 2). Alle die genannten Punkte ergeben sich aus den Formulierungen der folgenden Tabelle V.
In dieser Tabelle sind drei Formulierungen dargestellt:
Die Formulierung 1 wird als Blindprobe angesehen, in der das Harz ohne irgendwelche Ersatzstoffe verwendet wird. Die Formulierung 2 enthält nur Natriumchlorid, welches das Harz ersetzt, und die Formulierung 3 enthält den erfindungsgemässen reaktionsfähigen Katalysator, d.h. eine Mischung aus Natriumchlorid und Harnstoff-Formaldehyd-Monomeren. Der Prozentsatz des substituierten Hartes beträgt in den Formulierungen 2 und 3 jeweils 35 %. In der Formulierung 3 wurden 37,5 Teile des reaktionsfähigen Katalysators zugegeben, die 68,5 Teile festes Harz ersetzten, während in der Formulierung 2 58,5 Teile Natriumchlorid zugegeben wurden, welche die glei çhe Menge Harz, d.h. 68,5 Teile Harz, ersetzten.
Dies zeigt, lass erfindungsgemäss eine Substitution von 1:1,8 erzielt wur le, während bei Verwendung von nur Natriumchlorid eine Sub rtitution von 1:1 erzielt wurde.
Die Gesamtmenge der Harzlösung in der Formulierung 3, welche den erfindungsgemässen reaktionsfähigen Katalysator enthielt, wurde bei dem gleichen Wert gehalten wie in der Fornulierung 1. Dies war im Falle der Formulierung 2 nicht mögich, in der nur Natriumchlorid zugegeben wurde, wegen der passen Wassermenge, die in der Formulierung erforderlich war iufgrund der hohen Harzsubstitution.
Die Gelzeit der Blindprobe betrug 60 Sekunden. In der den teaktionsfähigen Katalysator enthaltenden Formulierung 3 erzielt man eine niedrigere Gelzeit von 40 sek, welche höhere Produktionsgeschwindigkeiten erlaubte; in der Formulierung 2, n der nur Natriumchlorid verwendet wurde, betrug die Gelzeit 110 sek., da die zugesetzten Komponenten als Verzögerungsnittel anstatt als Katalysatoren wirkten.
Die Spalte A bezieht sich in allen 3 Fällen auf die zum Besprühen von feinem Holzmehl verwendete Lösung, das zur Herstellung der äusseren Oberfläche der Spanplatten verwendet wurde, während die Spalte B sich in allen 3 Fällen auf die zum Besprühen von Holzspänen verwendete Lösung bezieht, die zur Herstellung des Kerns der Spanplatte verwendet wurden.
Unter Verwendung der Harzformulierungen, wie sie in den 3 Fällen der Tabelle V angegeben sind, wurden Spanplatten iergestellt. Bei dem angewendeten Herstellungsverfahren hanleute es sich um das Bison-System, und die Bedingungen wurlen in allen 3 Fällen konstant gehalten: Reuchtigkeit der Matte vor dem Pressen 10,5 + 0,5 % 'resstemperatur 120 0C Druck ¯¯ 35kg/cm2
Die Qualität der hergestellten Spanplatte entsprach den IN-Normen 52 360 bis 52 365, und sie wies keine Unterschiele in den Fällen 1 und 3 auf.
In dem Fall 2, der nur das Na riumchlorid anstelle des erfindungsgemässen reaktionsfähigen Catalysators enthielt, konnten die Eigenschaften der hergestellen Spanplatte nicht gemessen werden, weil die erhaltenen Platen sich bereits bei den normalen Presszeiten ausgedehnt hatten.
Dies zeigt, dass das verwendete Natriumchlorid selbst keine holen Substitutionsgrade in der Grössenordnung von 35% erge en kann, wenn es zur Herstellung von Spanplatten mit nur iner einzigen Sprühstufe nach dem an sich bekannten Verfahen verwendet wird.
Tabelle V 1 2 3
A B A B A B
Harnstoff-Formaldehyd-Harz 100 200 65 130 65 130
Harzfeststoffe 65 130 42 84,5 42 84,5
Ammoniumchlorid (20%ige Lösung) - 8 - 8 - 8
Wasser 68,5 31 - - 68,5 31 Ammoniakvon25 Baumé 1,5 1,0 1,5 1,0 1,5 1,0
Natriumchlorid (100%) - - 23 45,5 -
Natriumchlorid A + B 68,5 (1)reaktionsfähiger Katalysator (100%) - - - - 12,5 25 reaktionsfähiger Katalysator A+B 37,5
Wasser - - 82 161,5 22,5 45
Gesamtmenge der Harzlösung 170 240 213,5 346,0 170,0 240
Fortsetzung der Tabelle V A¯¯1 1 A¯¯2 2 A¯¯3 3
A- B A- B A B
Gesamtfeststoffgehalt 65 131,6 65 131,6 54,5 111,1
Feststoffgehalt in % 38,2 54,8 30,8 38 54 53
Teile des substituierten festen Harzes - - 23 45,5 23 45,5
Teile des durch A+B substituierten
festen Harzes - 68,5 68,5 % Harz, substituiert durch A +B 35 35
Verhältnis von zugegebenem festem Substituenten zu substituierten Harzfeststoffen 1:1 1:1,8
Gelzeit in sek. 60 110 40 (''Komponenten des reaktionsfähigen Katalysators in % Harnstoff (100%) 30 Formaldehyd (berechnet als 100% Feststoffe) 15 Natriumchlorid (100%) 55
Beispiel 6
Dieses Beispiel erläutert das synergistische Verhaltung, das festgestellt wurde, wenn eine Mischung von Natriumchlorid zu sammen mit dem nicht-harzartigen Kondensationsprodukt der
Harnstoff- und Formaldehyd-Monomeren der Harzformulie rung zugesetzt wurde.
Die dabei erzielten Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle VI angegeben, in der die Probe 1, abgesehen von den üblichen Zusätzen, die der Harzformulierung für die Herstellung von Spanplatten zugesetzt werden, nur Natrium chlorid enthielt und die eine Gelzeit von 49 sek. hatte. Die
Probe 2 enthielt eine Harnstoff-Formaldehyd-Kondensat und hatte eine Gelzeit von 51 sek., und die Proben 3 und 4 enthiel ten beide Natriumchlorid und ein Harnstoff-Formaldehyd-Kondensat, deren Summe gleich der in der Probe 1 verwendeten Natriumchloridmenge war, alles berechnet als 100% Feststoffe.
Die beiden Proben 3 und 4 hatten eine geringere Gelzeit als die Proben 1 und 2, und die beiden Proben 3 und 4 hatten insbeson tiere eine Gelzeit von 42 sek.
Tabelle VI
1 2 3 4
Harnstoff-Formaldehyd-Harz (Feststoffgehalt 65%) 140 140 140 140
Ammoniumchlorid (20 %ige
Lösung in Wasser) 8 8 8 8
Ammoniak von 25 Baume 2 2 2 2
Natriumchlorid (100%) 12 - 8,55 5,5
Harnstoff (100%) - 1,73 1,73 3,16 Formaldehyd-Harnstoff(l) (18 %ige Lösung in Wasser) - 2,15 2,15 4,18
Wasser 64 72,12 63,57 63,16
Gesamtmenge 226 226 226 226 Gelzeitinsek. bei 100 OC 49 51 42 42 (1)Formaldehyd-Harnstoff als niederes Kondensat mit der nachfolgend angegebenen Zu sammensetzung:
55 Gew.-Teile Formaldehyd 25 Gew.-Teile Harnstoff 20 Gew.-Teile Wasser
Beispiel 7
Dieses Beispiel erläutert das synergistische Verhalten, das festgestellt wurde, wenn eine Mischung von Kaliumchlorid zusammen mit dem Kondensationsprodukt der Harnstoff- und Formaldehyd-Monomeren der Harzformulierung zugesetzt wurde. Die erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle VII angegeben, in der die Probe 1 die Blindprobe darstellt, die Wasser anstelle des erfindungsgemässen Katalysators enthielt.
Die Probe 2 enthielt Kaliumchlorid und die Probe 3 enthielt eine Mischung aus Kaliumchlorid und einem Kondensat der Harnstoff- und Formaldehyd-Monomeren.
Die Probe 1 hatte eine Gelzeit von 93 Sek., die Probe 2 wies eine schwache katalytische Wirkung auf bei einer Gelzeit von 82 sek., die Probe 3, die den erfindungsgemässen reaktionsfähigen Katalysator enthielt, zeigte jedoch eine überraschend hohe katalytische Wirkung mit einer Gelzeit von 42 sek.
Tabelle VII
1 2 3 Harnstoff-Formaldehyd-Harz (Feststoffgehalt 65 %) 140 140 140 Ammoniumchlorid (20 %ige Lösung in Wasser) 8 8 8 Ammoniak von 25 Baume 3 3 3 Kaliumchlorid (100%) - 12 12 Harnstoff (100%) - - 7,38 Formaldehyd-Harnstoff(l) (80 %ige Lösung in Wasser) - - 9 Wasser 75 63 46,62 Gesamtmenge 226 226 226 Gelzeit in sek bei 100 "C 93 82 42 (1)Formaldehyd-Harnstoff als niederes Kondensat mit der nachfolgend angegebenen Zusammensetzung: 55 Gew.-Teile Formaldehyd 25 Gew.-Teile Harnstoff 20 Gew.-Teile Wasser
Beispiel 8
Dieses Beispiel betrifft die Herstellung einer furnierten Spanplatte.
Es erläutert insbesondere die Tatsache, dass der erfindungsgemässe Katalysator auch zum Verleimen von flachen Brettern (Platten), wie z.B. zur Herstellung von Sperrholz, Schichtplatten, furnierten Platten (Brettern) oder anderen Mehrschichtenplatten bzw. -brettern verwendet werden kann.
In diesem Falle wurde eine furnierfolie vom Tianna-Typ einer Dicke von 0,6 mm und mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 10% auf beide Oberflächen einer geschmirgelten Spanplatte mit einer Dicke von 15 mm, einer Grösse von 185 x 305 cm und einem Feuchtigkeitsgehalt von 9% aufgeleimt. Der Leim wurde mittels einer Leimverteilungsvorrichtung auf der Spanplatte verteilt.
Die Platten wurden unter einem Druck von 7 kp/cm2 bei einer Temperatur von 120 OC gepresst. Es sind zwei Proben angegeben. In der Probe 1 wurde die normale Leimformulierung verwendet, während in der Probe 2 eine erfindungsgemässe Formulierung verwendet wurde. Die Formulierungen sind in der folgenden Tabelle VIII angegeben.
Während die mit der Formulierung gemäss Probe 1 hergestellten Platten eine Presszeit von 2 min benötigten, benötigten die mit der Formulierung gemäss Probe 2 hergestellten Platten nur eine Presszeit von 1,7 min. Die unter Verwendung des erfindungsgemässen Katalysators für die Herstellung von furnierten Spanplatten verwendete Leimformulierung hatte die folgenden Eigenschaften:
: Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit um 15 % Leimeinsparung 26% Tabelle VIII
1 2 Harnstoff-Formaldehyd-Harz (Feststoffgehalt 65%) 100 70 Ammoniumchlorid (20 %ige Lösung in Wasser) 8 8 Natriumchlorid - 6,00 Harnstoff (100%) - 1,62 Formaldehyd (100%) - 0,83 Wasser - 21,55 Mehl 7 10 Gesamtmenge 115 118
Beispiel 9
Dieses Beispiel erläutert das synergistische Verhalten, das beobachtet wurde, wenn eine Mischung von Natriumchlorid mit Harnstoff- und Formaldehyd-Monomeren einer Harzformulierung auf Basis eines Melamin-Formaldehyd-Harzes zugesetzt wurde. Bei dem verwendeten Harz handelte es sich um Kauramin 542 der Firma BASF.
Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle IX angegeben. Bei der Probe 1 handelte es sich um eine Blindprobe. Die Probe 2 enthielt, abgesehen von der üblichen Harzformulierung, Ammoniumchlorid und Ammoniak sowie Natriumchlorid. Die Probe 3 enthielt, abgesehen von der üblichen Harzformulierung, Ammoniumchlorid und Ammoniak sowie auch Harnstoff und Formaldehyd. Alle diese Proben hatten die gleiche Gelzeit von 65 sek. Die Probe 4 enthielt, abgesehen von der üblichen Harzformulierung, Ammoniumchlorid und Ammoniak sowie Harnstoff, Formaldehyd und Natriumchlorid, wobei die Gesamtsumme der zugegebenen Mischung gleich der Menge der in den Proben 2 und 3 zugegebenen Einzelkomponenten war.
Die Probe 4 stellt deshalb ein Beispiel für die Verwendung des erfindungsgemässen Katalysators dar, und sie hatte tatsächlich eine viel geringere Gelzeit von 48 Sekunden.
Tabelle IX
1 2 3 4 Melamin-Formaldehyd-Harz (Feststoffgehalt 65 %) 140 140 140 140 Ammoniumchlorid (20%ige Lösung in Wasser) 8 8 8 8 Ammoniak von 25 Baume 2 2 2 2 Natriumchlorid (100%) - 12 - 12 Harnstoff (100%) - - 3,2 3,2 Formaldehyd (100%) - - 1,65 1,65 Wasser 76 64 71,15 59,15 Gesamtmenge 226 226 226 226 Gelzeit in sek bei 100 "C 65 65 65 48 Ähnliche Ergebnisse können erhalten werden, wenn in den obigen Beispielen das Natrium- oder Kaliumchlorid durch Lithiumchlorid oder die Fluoride, Bromide oder Jodide von Natrium, Kalium oder Lithium ersetzt wird.