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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.
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PATENT CLAIMS
1. Reactive catalyst for the polycondensation of amino resins used to bond water-permeable cellulose particles which, when used in combination with another catalyst, increases the rate of polycondensation of the resin while allowing the use of lower amounts of resin solids without loss Binding strength occurs, characterized in that it contains a concentrated aqueous solution of a mixture of organic and inorganic components, the organic components being a) urea and formaldehyde or b) urea and a non-resinous condensation product of urea and formaldehyde and the inorganic component is a water-soluble alkali metal halide.
2nd Catalyst according to claim 1, characterized in that it contains the organic and inorganic components in a ratio of 0.1 to 1.5 wt. -Share the organic components to 1.0 wt. Part of the inorganic component, the amount of water depends on the solubility of the organic and inorganic components and the required solids content.
3rd Catalyst according to claim 1 or 2, characterized in that the organic components are formaldehyde and urea and the inorganic components are sodium chloride.
4th Use of a catalyst according to claim 1 for the production of particle boards with amino resins.
5. Use according to claim 4, characterized in that chipboard is produced which is free of formaldehyde odor.
6. Use according to claim 4 or 5, characterized in that a reactive catalyst according to claim 2 or 3 is used.
The invention relates to a reactive catalyst which contains a concentrated aqueous solution of a mixture of organic and inorganic components and its addition to amino resins used to bond water-permeable gellulose particles allows the use of smaller amounts of resin solids while at the same time increasing production speeds without any loss of bond strength.
The catalyst according to the invention is defined in claim 1.
By adding the catalyst according to the invention, the curing rate at high temperature can be increased to values that could never be achieved by simply adding acid curing catalysts. The addition of acid curing catalysts increases the curing rate, but then a value is reached in which a further increase leads to a deterioration in the properties of the bound material.
In addition, the addition of the known catalysts in larger amounts enables the polycondensation to occur even at room temperature (despite the addition of retarders such as ammonia or hexamethylenetetramine). This reduces the durability of the glue at room temperature, which leads to pre-curing before inserting the mat into the press and to the known disadvantages of such a phenomenon.
However, by adding the catalyst according to the invention, the curing speeds can be increased still further and the pressing times can thereby be reduced without any deterioration in the properties of the bound material. The added catalyst only reacts at high temperatures. It therefore significantly increases the rate of polycondensation of the amino resin at the temperature of the press without increasing it at room temperature, thereby avoiding any pre-curing problems. The catalyst according to the invention combines with the amino resin itself and becomes part of the resin.
The combination of an organic and an inorganic component in the catalyst according to the invention shows a synergistic behavior. If the individual components are added to the amino resin alone, they result in a certain increase in the curing rate, but when they are added in the form of a combination, they result in an increase which is greater than the sum of the results obtained if each Component is added separately.
The inorganic component can be any water-soluble halide of an alkali metal. Preferably, a surfactant is also added to the catalyst in small amounts, for example 0.1 to 2%, in order to improve its dispersion in the resin.
The catalyst according to the invention (calculated as a solids content of 100%) can be added in various proportions, in particular in an amount of 1 to 30% of the amino resin solids used. The most important aspect of the present invention is the fact that the catalyst according to the invention can replace part of the amino resin without the properties of the end product being impaired. This can be achieved by not adding the catalyst in amounts equal to the amount of amino resin replaced, but by adding the catalyst in amounts of 50 to 70% of the amount of amino resin replaced (the calculations are based on wt. -% and that all products consist of 100% solids).
Because of its synergistic behavior, the catalyst according to the invention can replace the amino resin in amounts up to twice its own weight. The above-mentioned property of this catalyst is evident when adding up to 20% of the weight of the amino resin, which corresponds to a replacement of up to 40% of the weight of the resin used. When added in smaller amounts, for example 3 to 10%, there is a considerable improvement in the properties of the end product. If it is added in higher amounts, for example up to 30%, there is no difference in the properties of the end product, but the curing speeds increase considerably and amino resin is saved.
Binding can be carried out by curing the amino resin at elevated temperatures and pressures using methods known per se. The catalyst can be used in all types of products where amino resins are used to bind (join) lignocellulose products, regardless of whether they are wood particles for the production of chipboard using flat presses or calenders or wood veneers such as . B. in plywood production. The quality of the boards or Plates were checked weekly for 6 months and no deterioration in properties was observed. This shows that no polymer degradation occurs and that the aging properties of the boards or
Plates are comparable to those made in the normal way.
The previously known substitutes for the replacement of amino resins did not allow the same known production processes to be retained with higher amounts of substitutes, nor did they lead to a simultaneous increase in the amount
position speed. The known substitutes are, in particular, halides without using a mixture of a halide and an organic component.
The addition of the halide alone makes it possible to replace a part of the resin with the following restrictions in comparison with the reactive catalyst according to the invention:
1. The production speed is not increased; in the case of higher replacement quantities, it is even reduced, since the substitutes act as retarders instead of catalysts because of the high amount of water present.
2nd The replacement is possible in ratios of 1: 1, while in the case of the reactive catalyst according to the invention ratios of up to 1: 2 are possible.
3rd Higher replacement quantities are obtained by spraying the wood separately with the halide solution, then drying and then spraying on the glue. In the case of the reactive catalyst according to the invention, higher replacement quantities are possible without the reactive catalyst having to be sprayed on separately and then dried. The reactive catalyst can be added to the amino resin solution and this solution can be used to spray the wood mass in one step according to methods known per se.
The reactive catalyst according to the invention offers yet another advantage. Because of the lower amount of amino resin used and the improved behavior achieved, the amount of free formaldehyde is significantly reduced in the manufacture of boards and boards, and the boards or boards obtained are almost odorless.
The invention is explained in more detail by the following examples, but without being restricted thereto.
example 1
A constant amount of urea-formaldehyde resin (BASF 285) was under controlled temperature and
Table I
Components in wt. -Share
Urea-formaldehyde resin (with a solids content of 65%)
water
Catalyst solution
Ammonium chloride (20% solution in water)
Hexamethylenetetramine (20% solution in water)
Gel time in seconds at 100 "C
Components of the catalyst solution
Urea (100%)
Formaldehyde (100%)
Sodium chloride (100%) surfactant (10% solution in water)
water
total
Example 2
This example explains the advantages which were achieved in the production of chipboard when the catalyst according to the invention was added to the mixture.
Below are three cases where the same total amount of solution was used. Differences occurred with regard to the different properties of the different components of the solution used, as implemented in pressure conditions with the catalyst according to the invention, the catalyst varying depending on the proportions of the constituents of the catalyst solution. The catalyst according to the invention was not used alone, but in addition to the customary, known catalyst which generally consists of ammonium chloride which contains or does not contain hexamethylenetetramine.
In Table I below, the synergistic effect of the catalyst solution from the organic and inorganic components is clearly shown.
Sample 1, which is to be regarded as a blank sample and did not contain the catalyst solution according to the invention but only contained the known ammonium chloride as a catalyst, had a gel time of 90 seconds at 100 ° C.
In addition to ammonium chloride, Sample 2 also contained a certain amount of urea formaldehyde and had a slightly increased catalytic effect with a gel time at 100 ° C. of 85 seconds.
In addition to ammonium chloride, sample 3 also contained a certain amount of sodium chloride but no urea formaldehyde and it had a slightly increased catalytic activity at 100 ° C. with a gel time of 80 seconds.
In addition to the ammonium chloride, sample 4 contained a mixture of urea formaldehyde and sodium chloride, the total amount of the mixture added equaling the amount of the individual components added in samples 2 and 3. Samples 4, 5 and 6 showed an increased catalytic effect due to the synergistic behavior of the components used, and the gel times obtained at 100 ° C. were 60.35 and 28 seconds.
The difference between samples 4, 5 and 6 was a consequence of the different proportions of organic component to inorganic component in the catalyst solution. It was found that Sample 6, which contained the highest amount of organic material, also had the greatest catalytic activity.
rehearse
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
Weight - parts - 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 of the following Table II. It should be noted that column A refers to the solution used for spraying fine wood flour, which in turn was used to produce the outer surface of the particle board, while column B relates to that used for spraying wood chips, which in turn was used to produce the Core of the chipboard were used, solution used refers.
In this example, the particle board was made according to the bison system, i.e. H. with continuous layer formation under controlled conditions, which were kept constant for all cases explained: moisture of the mat before pressing 10.5 + 0.5% press temperature 210 "C pressure 35 kg / cm2
The qualities of the particle board produced in this way showed no noticeable differences in all three cases (cf. the results in Table II).
The different solutions prepared in the three cases according to the example according to the invention led to a reduction in the pressing time, as indicated below: Table II
Sample 1: 9.25 sec. per mm of non-sanded (sanded) chipboard,
Sample 2: 8.00 sec. per mm of the non-ground or sanded chipboard,
Sample 3: 7.00 sec. per mm of non-sanded chipboard.
The third sample, which contained the greatest amount of organic component compared to the inorganic component, showed the best results.
The above example shows that by using the catalyst according to the invention it is possible to shorten the pressing time in the production of particle board, and at the same time it is possible to reduce the consumption of resin by using this catalyst by up to 30% if used the catalyst in an amount of 16.90% (sample 2) or 21% (sample 3).
Components in wt. - Share samples A- BA 2 BA 3 B urea-formaldehyde resin (with 65% solids content) 100.0 200.0 70.0 140.0 70.0 140.0 ammonium chloride (20% solution in water) - 8 , 0 - 8.0 - 8.0 water 68.5 31.0 58.5 20.0 58.5 20.0 ammonia with 25 trees 1.5 1.0 1.5 2.0 1.5 2, 0 catalyst solution - - 40.0 70.0 40.0 70.0 total amount 170.0 240.0 170.0 240.0 170.0 240.0 components of the catalyst solution urea (100%) - - 5.35 5, 35 10.70 10.70 formaldehyde (100%) - - 2.75 2.75 5.50 5.50 sodium chloride (100 - - 20.0 20.0 20.0 20.0 surfactant (10% solution in water) - - 1.0 1.0 1.0 1.0 water - - 70.9 70.9 62.8 62.8 total - - 100.0 100.0
100.0 100.0 Properties sample
1 2 3 Density (kg / m3) 660 640 625 Thickness in imm 16.2 16.0 16.1 Modulus of elasticity L 26000 23200 24000 Tensile strength in kp / cm2 5.0 4.5 4.2 Flexural strength in kp / cm2 250 230 225% water absorbency after 24-hour immersion 40 45 52 Percentage increase in swelling after 24-hour immersion 13 15 20
Example 3
This example illustrates the increase in the speed of particle board manufacture that is achieved when the catalyst of the invention (i.e. H. a mixture of sodium chloride and urea-formaldehyde monomers) is added to the formulation compared to the rate obtained with the simple addition of sodium chloride (without the urea-formaldehyde monomers).
The results obtained are given in the following Table III, in which, apart from the usual additives which are added to the resin mixture for the production of chipboard, sample 1 contained only sodium chloride and which therefore had a gel time of 80 seconds. had, while sample 2 contained the same additives as sample 1, but additionally also urea and formaldehyde monomers and the same amount of sodium chloride and therefore a gel time of 28 seconds. would have.
The chipboard obtained under the same conditions when using a bison plant for both samples according to the invention gave a production speed of 9 seconds. per mm in the case of sample 1 and of 7 sec. per mm in the case of sample 2. The mechanical properties achieved in accordance with DIN 52 360 to 52 365 were the same in both cases.
table
rehearse
1 2 Urea-formaldehyde resin (solids content 65%) 140 140 water 58 43.42 ammonium chloride (20% solution in water) 12 12 hexamethylenetetramine 8 8 sodium chloride (100%) 12 12 urea (100%) - 9.63 formaldehyde (100%) - 4.95 total amount 230.00 230.00 gel time in sec.
80 28 Pressing time in seconds per mm thickness of the non-lubricated 9 7 chipboard properties
1 2 Density (kg / m3) 660 640 Thickness in mm 16.05 16.20 Modulus of elasticity L 24 500 23 200 Tensile strength kp / cm2 6.0 5.2 Flexural strength in kp / cm2 235 240 Water absorption in% after immersion for 24 hours 45 60 swelling in% increase after 24-hour immersion 13.4 14.9
Example 4
This example illustrates the increased substitution of the urea-formaldehyde resin obtained when the catalyst according to the invention was added compared to the lower substitution which was achieved when only sodium chloride was used without the addition of urea and formaldehyde monomers, chipboard obtained in had equivalent mechanical properties in both cases.
This example particularly illustrates the case where the substitution was 1: 1 for the resin in the case of sodium chloride, while the resin substitution was 1: 2 in the case of the mixing of sodium chloride with urea and formaldehyde. A stock of wood chips was treated after pulverization with the appropriate formulations given in Table IV below.
Formulation 1 served as an image sample without resin substitution. The formulations differed from one another in that in formulation 2, the resin solids were only replaced by sodium chloride, while in formulation 3 (the formulation according to the invention, resin substitution was carried out by mixing sodium chloride with urea-formaldehyde monomers.
In Formulation 2, 19.5 parts of solid resin was replaced with 19.5 parts of solid sodium chloride.
In Formulation 3, 39 parts of solid resin was replaced by 19.5 parts of the solid reactive catalyst (i.e. H. Sodium chloride, urea and formaldehyde).
Formulation 2 thus had a substitution of 1: 1, while Formulation 3 had a substitution of 1: 2.
The particleboard made with both formulations had the same mechanical properties, although Formulation 3 had a lower solids content. In both cases, the chipboard was made according to the bison system, i.e. H. with continuous stratification under controlled conditions, which were kept constant in both cases:
Moisture of the mat before pressing 10.5 + 0.5% pressing temperature 210 "C pressure 35 kg / cm2
The properties (quality) of the chipboard produced are given in Table IV below.
Table IV components in wt. - Share samples
1 2 3 A 1 BA 2 BAB urea-formaldehyde resin 100 200 90 180 80 160 solids content of the urea-formaldehyde resin 65 130 58.5 117.00 52 104.0 ammonium chloride (20% solution) - 8.0 - 8.0 - 8.0 water 68.5 31 72.0 38.0 66.17 26.33 ammonia from 25C Baume 1.5 1.0 1.5 1.0 1.5 1.0 sodium chloride (100% ) - - 6.5 13.0 - - Sodium chloride A + B 19.5 (I) reactive catalyst 100% solids - - - - 6.5 13. 0 reactive catalyst 100% solids A + B 19.5 water - - - - 15.83 31.67 total amount of resin solution 170.00 240.00 170.00 240.00 170.00 240.00 total solids content 65 131.6 65 , 0 131.6 58.50 118.60 Solids content in% 38.3
54.8 38.2 54.8 34.4 49.4 parts of the substituted (replaced) resin solids - - 6.5 13.0 13.0 26.0 parts of the resin solids A substitution A + B - 19.5 39 , 0% resin, substituted by A + B - 10 20 ratio of added solid substituent to substituted resin solids - 1: 1 1: 2 properties sample
1 2 3 Density in kg / m3 645 630 625 Thickness in mm 16.1 16.5 16.2 Modulus of elasticity L 24 500 25 000 23 800 Tensile strength in kp / cm2 4.5 5.0 4.8 Flexural strength in kp / cm2 235 223 240% water absorption after 24-hour immersion 45 50 53% swelling after 24-hour immersion 14 17 16 (l) components of the reactive catalyst:
: Urea (100%) 19 formaldehyde 100% 10 sodium chloride 100% 71 total 100
Example 5
The novelty of the present invention also arises from the fact that if high degrees of substitution are desired, it is absolutely necessary to use the catalyst according to the invention to spray the supply in one step, as is done in all types of systems which are used for the production of chipboard.
If only sodium chloride is added to the resin without the addition of the urea and formaldehyde monomers, apart from the fact that the speed is slow, as shown in the previous examples already described, a separate spraying of the wood chips with sodium chloride is also necessary subsequent drying of the wood mixture and further spraying with glue. This requires the use of additional devices that are costly and reduce production.
The additional steps are necessary because of the low solubility of sodium chloride in water and also because in this case the resin substitution is achieved by adding an amount of solids content which is equal to the amount of solids of the substituted resin. To replace (substitute) higher amounts of resin, the formulation requires too much water, which cannot be dried in one step in the press within the normal pressing times.
The formulation according to the invention can be used very well to replace larger amounts of resin without using too much water, and the manufacture (production) is possible in one step, as is normally carried out in particleboard manufacture, without the production steps change at all. This is possible due to the fact that the solubility in water is higher and therefore less water is used, but the substitution is also achieved by adding only half the amount of the substituted material, calculated as a solid.
In order to achieve the same degree of high substitution (35% in the present example) when using the reactive catalyst according to the invention, a shorter gel time and therefore a higher production speed are obtained (formulation 3). If only sodium chloride is used without the addition of the urea and formaldehyde monomers, a much longer gel time is obtained, since in this case the added substitutes act as retarders instead of as catalysts (formulation 2). All of the points mentioned result from the formulations in Table V below.
Three formulations are shown in this table:
Formulation 1 is considered a blank in which the resin is used without any substitutes. Formulation 2 contains only sodium chloride, which replaces the resin, and formulation 3 contains the reactive catalyst according to the invention, i. H. a mixture of sodium chloride and urea-formaldehyde monomers. The percentage of substituted hard in formulations 2 and 3 is 35% each. In Formulation 3, 37.5 parts of the reactive catalyst were added to replace 68.5 parts of solid resin, while in Formulation 2, 58.5 parts of sodium chloride were added, which contained the same amount of resin, i.e. H. 68.5 parts of resin, replaced.
This shows that a substitution of 1: 1.8 was achieved according to the invention, while a substitution of 1: 1 was achieved when only sodium chloride was used.
The total amount of the resin solution in formulation 3, which contained the reactive catalyst according to the invention, was kept at the same value as in formulation 1. This was not possible in the case of Formulation 2, in which only sodium chloride was added, because of the amount of water required in the formulation due to the high resin substitution.
The gel time of the blank was 60 seconds. In formulation 3 containing the active catalyst, a lower gel time of 40 seconds is achieved, which permits higher production speeds; in formulation 2, where only sodium chloride was used, the gel time was 110 seconds. , because the added components acted as retarders instead of catalysts.
Column A in all 3 cases relates to the solution used to spray fine wood flour that was used to produce the outer surface of the chipboard, while column B in all 3 cases relates to the solution used to spray wood chips were used to manufacture the core of the chipboard.
Particle board was prepared using the resin formulations shown in the 3 cases of Table V. The manufacturing process used is the bison system and the conditions were kept constant in all 3 cases: moisture content of the mat before pressing 10.5 + 0.5% residual temperature 120 ° C. pressure ¯¯ 35kg / cm2
The quality of the chipboard produced corresponded to the IN standards 52 360 to 52 365, and it had no undershields in cases 1 and 3.
In case 2, which contained only the sodium chloride instead of the reactive catalyst according to the invention, the properties of the particle board produced could not be measured because the plates obtained had already expanded during the normal pressing times.
This shows that the sodium chloride used itself cannot achieve a good degree of substitution in the order of 35% if it is used for the production of chipboard with only a single spray stage according to the process known per se.
Table V 1 2 3
A B A B A B
Urea-formaldehyde resin 100 200 65 130 65 130
Resin solids 65 130 42 84.5 42 84.5
Ammonium chloride (20% solution) - 8 - 8 - 8
Water 68.5 31 - - 68.5 31 Ammonia of 25 Baumé 1.5 1.0 1.5 1.0 1.5 1.0
Sodium chloride (100%) - - 23 45.5 -
Sodium chloride A + B 68.5 (1) reactive catalyst (100%) - - - - 12.5 25 reactive catalyst A + B 37.5
Water - - 82 161.5 22.5 45
Total amount of resin solution 170 240 213.5 346.0 170.0 240
Continuation of table V A¯¯1 1 A¯¯2 2 A¯¯3 3
A- B A- B A B
Total solids 65 131.6 65 131.6 54.5 111.1
Solids content in% 38.2 54.8 30.8 38 54 53
Parts of the substituted solid resin - - 23 45.5 23 45.5
Parts of the A + B substituted
solid resin - 68.5 68.5% resin, substituted by A + B 35 35
Ratio of added solid substituent to substituted resin solids 1: 1 1: 1.8
Gel time in sec. 60 110 40 ('' Components of the reactive catalyst in% urea (100%) 30 formaldehyde (calculated as 100% solids) 15 sodium chloride (100%) 55
Example 6
This example illustrates the synergistic behavior that was found when a mixture of sodium chloride was combined with the non-resinous condensation product of the
Urea and formaldehyde monomers were added to the resin formulation.
The results obtained are shown in the following Table VI, in which sample 1, apart from the usual additives which are added to the resin formulation for the production of chipboard, contained only sodium chloride and which had a gel time of 49 seconds. would have. The
Sample 2 contained a urea-formaldehyde condensate and had a gel time of 51 seconds. , and samples 3 and 4 both contained sodium chloride and a urea-formaldehyde condensate, the sum of which was equal to the amount of sodium chloride used in sample 1, all calculated as 100% solids.
The two samples 3 and 4 had a shorter gel time than samples 1 and 2, and the two samples 3 and 4 in particular had a gel time of 42 seconds.
Table VI
1 2 3 4
Urea-formaldehyde resin (solids content 65%) 140 140 140 140
Ammonium chloride (20%
Solution in water) 8 8 8 8
Ammonia from 25 trees 2 2 2 2
Sodium chloride (100%) 12 - 8.55 5.5
Urea (100%) - 1.73 1.73 3.16 formaldehyde-urea (l) (18% solution in water) - 2.15 2.15 4.18
Water 64 72.12 63.57 63.16
Total 226 226 226 226 gel time insect. at 100 OC 49 51 42 42 (1) formaldehyde urea as a low condensate with the following composition:
55 wt. Parts of formaldehyde 25 wt. Parts of urea 20 wt. Parts water
Example 7
This example illustrates the synergistic behavior observed when a mixture of potassium chloride was added to the resin formulation along with the condensation product of the urea and formaldehyde monomers. The results obtained are shown in the following Table VII, in which sample 1 represents the blank sample which contained water instead of the catalyst according to the invention.
Sample 2 contained potassium chloride and Sample 3 contained a mixture of potassium chloride and a condensate of the urea and formaldehyde monomers.
Sample 1 had a gel time of 93 seconds. , Sample 2 had a weak catalytic effect with a gel time of 82 seconds. However, sample 3, which contained the reactive catalyst according to the invention, showed a surprisingly high catalytic effect with a gel time of 42 seconds.
Table VII
1 2 3 Urea-formaldehyde resin (solids content 65%) 140 140 140 ammonium chloride (20% solution in water) 8 8 8 ammonia from 25 Baume 3 3 3 potassium chloride (100%) - 12 12 urea (100%) - - 7.38 formaldehyde-urea (l) (80% solution in water) - - 9 water 75 63 46.62 total amount 226 226 226 gel time in sec at 100 "C 93 82 42 (1) formaldehyde-urea with lower condensate of the following composition: 55 wt. Parts of formaldehyde 25 wt. Parts of urea 20 wt. Parts water
Example 8
This example concerns the production of a veneered chipboard.
It particularly explains the fact that the catalyst according to the invention can also be used for gluing flat boards (boards), such as. B. for the production of plywood, laminated panels, veneered panels (boards) or other multilayer panels or boards can be used.
In this case, a veneer film of the Tianna type with a thickness of 0.6 mm and with a moisture content of 10% was applied to both surfaces of a sanded chipboard with a thickness of 15 mm, a size of 185 x 305 cm and a moisture content of 9% glued on. The glue was distributed on the particle board by means of a glue distribution device.
The plates were pressed under a pressure of 7 kp / cm 2 at a temperature of 120 ° C. Two samples are given. The normal size formulation was used in sample 1, while a formulation according to the invention was used in sample 2. The formulations are given in Table VIII below.
While the plates produced with the formulation according to sample 1 required a pressing time of 2 minutes, the plates produced with the formulation according to sample 2 only required a pressing time of 1.7 minutes. The glue formulation used using the catalyst according to the invention for the production of veneered chipboard had the following properties:
: Increase in production speed by 15% glue saving 26% Table VIII
1 2 Urea-formaldehyde resin (solids content 65%) 100 70 ammonium chloride (20% solution in water) 8 8 sodium chloride - 6.00 urea (100%) - 1.62 formaldehyde (100%) - 0.83 water - 21.55 flour 7 10 total 115 118
Example 9
This example illustrates the synergistic behavior observed when a mixture of sodium chloride with urea and formaldehyde monomers was added to a resin formulation based on a melamine-formaldehyde resin. The resin used was Kauramin 542 from BASF.
The results obtained are shown in Table IX below. Sample 1 was a blank sample. Sample 2 contained, apart from the usual resin formulation, ammonium chloride and ammonia as well as sodium chloride. Sample 3 contained, apart from the usual resin formulation, ammonium chloride and ammonia as well as urea and formaldehyde. All of these samples had the same gel time of 65 seconds. Sample 4 contained, apart from the usual resin formulation, ammonium chloride and ammonia as well as urea, formaldehyde and sodium chloride, the total sum of the mixture added equaling the amount of the individual components added in samples 2 and 3.
Sample 4 therefore represents an example of the use of the catalyst according to the invention, and it actually had a much shorter gel time of 48 seconds.
Table IX
1 2 3 4 melamine-formaldehyde resin (solids content 65%) 140 140 140 140 ammonium chloride (20% solution in water) 8 8 8 8 ammonia from 25 Baume 2 2 2 2 sodium chloride (100%) - 12 - 12 urea ( 100%) - - 3.2 3.2 Formaldehyde (100%) - - 1.65 1.65 Water 76 64 71.15 59.15 Total amount 226 226 226 226 Gel time in sec at 100 "C 65 65 65 48 Similar Results can be obtained when in the above examples the sodium or potassium chloride is replaced by lithium chloride or the fluorides, bromides or iodides of sodium, potassium or lithium.