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Verfahren zur Herstellung hochbeständiger Schaumleimflotten mikrofeiner
Struktur aus Aminoplastleimen Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung
hochbeständiger Schaumleimflotten mikrofeiner Struktur aus Aminoplastleimen.
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Es ist bekannt, in der Furnier-und Sperrholztechnik Schaumleimflotten
einzusetzen, die aus Kunstharzleimen unter Verwendung von Schaummitteln hergestellt
werden. Die in bekannter Weise erzeugten Schaumleime lassen sich leicht in gleichmäßiger
Verteilung auf die zu verklebenden Flächen auftragen, wodurch es gelingt, mit minimalen
Leimmengen Verleimungen hoher Qualität zu erzielen.
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Es sind die verschiedensten Verfahren zur Herstellung von Schaumleimen
bekanntgeworden. Sie beruhen alle im Prinzip darauf, daß man im flüssigen Leim in
Gegenwart von schaumbildenden oder schaumfördernden Stoffen, gegebenenfalls unter
Zusatz von Streck-oder Füllmitteln und Verdünnungswasser und erforderlichenfalls
eines Härtungsmittels, Gas-bzw. Luftblasen in feinster Verteilung erzeugt.
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Die Feinverteilung von Luft in der Leimmischung wird dabei durch intensives
Rühren in einem schnelllaufenden Rührwerk oder nach anderen bekannten Methoden hervorgerufen.
Es ist auch bekannt, ein Gas, beispielsweise Kohlensäure, in der Leimflotte selbst
zu erzeugen und den Leim auf diese Weise zu verschäumen.
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Als Schaummittel werden bei den bekannten Verfahren zur Herstellung
von Schaumleimen butylierte Naphthalinsulfonsäure, gegebenenfalls in Mischung mit
Eiweißkörpern, Alkylsulfonate, Alkylarylsulfonate, oxäthylierte Alkylphenole sowie
andere natürliche oder künstliche organische Verbindungen höheren Molekulargewichts
verwendet. Der Leim wird mit dem Schaummittel versetzt und diese Mischung in einem
schnellaufenden Rührwerk, dessen Rührer zweckmäßigerweise als Schlagkorb ausgebildet
ist, unter Hinzufügen der erforderlichen Zusätze, wie Streck-oder Füllmittel, Härter
und Verdünnungswasser, zu Schaum geschlagen, bis das Volumen der Masse etwa das
Doppelte der Ausgangsmenge erreicht hat.
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Die so erhaltenen Leimschäume besitzen zwar zunächst eine sahneartige,
feinporige Konsistenz, fallen jedoch nach wenigen Stunden auf das Ausgangsvolumen
der Leimflotte zurück. Aus dem ursprünglich sahneartigen, feinporigen Schaum entsteht
durch Aufbrechen der Schaumbläschen in zunehmendem Maße grobporiger Schaum, bis
zum Schluß der gesamte Leimschaum zusammengebrochen ist.
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Aus L ü t t g e n, » Die Technologie der Klebstoffe «, Teil 1, 1959,
S. 27, Absatz 3, Zeilen 7 und 8, ist es
bekannt, daß auch durch Zusatz kleiner Mengen
Calciumsulfat der gebildete Schaum stabilisiert werden soll. Wie Versuche gezeigt
haben, ist die hierdurch erzielbare Stabilisierungswirkung jedoch nur von verhältnismäßig
kurzer Dauer, und der Schaum verliert bereits nach einer Stunde seine feinporige
Struktur (s. Tabelle am Schluß der Beispiele). Die anschließende Verpressung muß
somit auch hier möglichst sofort erfolgen.
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Bei Anwendung derartiger Schaumleime, deren offene Liegezeit auf
Grund der verhältnismäßig geringen Schaumbeständigkeit nach Literaturangaben maximal
bis 45 Minuten beträgt, muß die anschließende Verpressung möglichst sofort erfolgen,
was eine große Unsicherheit in diese spezielle Verleimungstechnik bringt.
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Es ist auch ein Verfahren bekannt, gemäß dem Schaumleimflotten erhalten
werden, die in ihrer Schaumbeständigkeit den jeweils eingestellten Topfzeiten der
unverschäumten Leime entsprechen und die ihre sahneartige, feinporige Konsistenz
und ihr einmal erreichtes Volumen bis zu ihrer Aushärtung beibehalten. Dies wird
dadurch erzielt, daß man als Schaummittel lediglich einen Eiweißkörper ohne jeglichen
Zusatz weiterer schaumerzeugender oder schaumfördernder Mittel verwendet und den
Leimschaum in der Weise herstellt, daß man zunächst den Eiweißkörper gemeinsam mit
Wasser und gegebenenfalls dem Härtungsmittel in einem schnelllaufenden Rührwerk
zu Schaum schlägt, in den erzeugten Schaum anschließend Leim, Streck-und Füllmittel
sowie Verdünnungswasser unter weiterem Rühren einbringt und das Rühren so lange
fortsetzt, bis das verschäumte Leimgemisch eine sahneartige Konsistenz besitzt und
etwa das doppelte Volumen des Einsatzmaterials erreicht hat.
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Es wurde nun gefunden, daß man in einfacher und wesentlich schnellerer
Weise aus Aminoplastleimen hochbeständige Schaumleimflotten mikrofeiner Struktur
mit verbesserten Eigenschaften erhält, wobei eine Vorlage des Schaummittels nicht
erforderlich ist, wenn man Aminoplastleime unter Verwendung synthetischer Schaummittel,
Schaumstabilisatoren sowie eines Härtungsmittels in bekannter Weise verschäumt und
dabei als Schaumstabilisatoren erfindungsgemäß anorganische oder organische Kupferverbindungen
in Mengen von 10 bis 40 Gewichtsprozent, bezogen auf die Schaummittellösung, verwendet.
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Als Schaumstabilisator sind insbesondere Kupfersulfat, Kupferchlorid,
Kupferacetat oder Kupfernitrat geeignet.
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Vorzugsweise verwendet man Schaumstabilisatoren in Mengen von 20
bis 30 Gewichtsprozent, bezogen auf die Schaummittellösung. Bei einem Zusatz von
unter 10 °/0 tritt eine unzureichende Stabilisierung der Schäume ein, bei Mengen
von über 40"/o wird keine Verbesserung der Schaumbeständigkeit erreicht.
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Als Schaummittel haben sich insbesondere Alkylsulfonate mit 12 bis
18 C-Atomen, Alkylarylsulfonate mit 8 bis 16 C-Atomen in der Alkylkette oder butylierte
Naphthalinsulfonate für sich oder in Mischung miteinander als geeignet erwiesen,
die vorzugsweise als 35-bis 400/ge wäßrige Lösungen in Mengen von 0, 5 bis 2 Gewichtsprozent,
bezogen auf die Leimmenge, verwendet werden.
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Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung-ist ein Zusatz von Streckmitteln,
wie kaltwasserlöslichen Stärken, Stärke-und Eiweißmehlen nicht erforderlich ; auch
ohne derartige Zusätze werden Schaumleime völlig beständiger Struktur erhalten.
Die Wasserfestigkeit der Verleimungen entspricht der mit ungestreckten Leimen erzielbaren.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß erhaltenen Schaumleimflotten besteht darin,
daß in die Schäume Hydrophobierungsmittel, wie Paraffinemulsionen, eingearbeitet
werden können, ohne daß die Schaumbeständigkeit hierdurch beeinträchtigt wird. Von
ganz besonderem Vorteil ist die Tatsache, daß bei stark porösen Furnieren gegebenenfalls
auftretende Leimdurchschläge wider Erwarten die zum Färben verwendeten handelsüblichen
Beizen annehmen.
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Die Herstellung der Schaumleimflotten, beispielsweise aus Aminoplastleimen,
kann nach dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhafterweise so vorgenommen werden,
daß der Kunstharzleim mit einem bekannten Flüssighärter auf der Basis Harnstoff-Hexamethylentetramin-Ammoniumchlorid
in einem schnellaufenden Rührwerk etwa 3 Minuten gut vermischt und das Gemisch nach
Zusatz des Schaummittels und des Stabilisators, gegebenenfalls nach Zugabe von Verdünnungswasser
und bzw. oder Paraffinemulsion, bis zum Erhalt eines Schaumleimes vom doppelten
Volumen der Ausgangsmasse intensiv gerührt wird. Die so erhaltene Schaumleimflotte
ist von mikrofeiner Struktur und hält ihre Konsistenz sowie ihr einmal erreichtes
Volumen bis zur Aushärtung bei.
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Beispiel 1 In einem schnellaufenden Rührwerk werden 50 kg eines Harnstoffharzleimes
mit einem Festharzgehalt von 70"/o und einer Viskosität von 1500 cP bei 20° C mit
5 kg eines Flüssighärters, bestehend aus einer
Lösung von 500 g Ammoniumsulfat, 1100
g Harnstoff und 400 g Hexamethylentetramin in 3000 g Wasser, innerhalb 3 Minuten
gut vermischt. Nach Zusatz von 0, 38 kg einer 35°/Oigen wäßrigen Lösung von Alkylmonosulfonat
mit einer Kettenlänge von Cl2 bis Ci$ (Durchschnitt Clos) und 0, 12 kg Kupfer (II)-sulfat
HO wird das Gemisch weitere 3 bis 4 Minuten intensiv gerührt, bis ein Schaumleim
von etwa dem doppelten Volumen der Ausgangsmasse vorliegt.
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Beispiel 2 In einem schnellaufenden Rührwerk werden 50 kg eines Melaminharzleimes
mit einem Festharzgehalt von 50% und einer Viskosität von 2000 cP bei 20°C mit 5
kg eines Flüssighärters gemäß Beispiel 1 innerhalb von 3 Minuten gut vermischt.
Nach Zugabe von 0, 5 kg eines 37°/oigen wäßrigen Alkylarylsulfonats (Alkyl = C8
bis Cls ; Durchschnitt C12) und 0, 15 kg feinkristallinem Kupfer (II)-sulfat HO
wird das Gemisch weitere 6 Minuten gerührt, bis ein Schaumleim von etwa dem doppelten
Volumen der Ausgangsmasse vorliegt.
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Beispiel 3 50 kg Harnstoffharzleim mit einem Festharzgehalt von 70°/0
und einer Viskosität von 1800 cP bei 20° C werden mit 5 kg eines Flüssighärters
gemäß Beispiel 1 in einem schnellaufenden Rührwerk innerhalb von 3 Minuten gut vermischt.
In dieses Gemisch wird anschließend unter weiterem Rühren eine Lösung von 0, 1 kg
Kupfer (II)-chlorid-2 H2O in 0, 2 kg eines 35°/oigen wäßrigen Alkylarylsulfonats
(Alkyl=C8 bis C1G ; Durchschnitt Cl2) und 0, 2 kg eines butylierten Naphthalinsulfonats
eingetragen und das Rühren 4 Minuten fortgesetzt, bis ein Schaumleim von etwa dem
doppelten Volumen der Ausgangsmasse vorliegt.
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Beispiel 4 Einer Mischung von 50 kg Harnstoffharzleim mit einem Festharzgehalt
von 65°/o und einer Viskosität von 2500 cP bei 20°C und 4kg Flüssighãrter gemäß
Beispiel 1, die durch Rühren in einem schnellaufenden Rührwerk innerhalb etwa 3
Minuten erhalten wurde, werden 0, 5 kg einer Mischung, bestehend aus 0, 2 kg eines
35°/oigen wäßrigen Alkylmonosulfonats mit einer Kettenlänge von Cl2 bis Cl8 (Durchschnitt
C15), 0, 2 kg eines 37°/oigen wäßrigen Alkylarylsulfonats (Alkyl = C8 bis C1 « B
; Durchschnitt C12) und 0, 1 kg Kupfer (II)-acetat zugesetzt und das Gemisch weitere
4 Minuten intensiv gerührt, bis ein Schaumleim von etwa dem doppelten Volumen der
Ausgangsmasse vorliegt.
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Beispiel 5 In einem schnellaufenden Rührwerk werden 50 kg eines Harnstoffharzleimes
mit einem Festharzgehalt von 70"/o und einer Viskosität von 1600 cP bei 20° C mit
5 kg eines Flüssighärters gemäß Beispiel 1 innerhalb von 3 Minuten gut vermischt.
In das Gemisch werden nacheinander eine Lösung von 0, 15 kg Kupfer (II)-sulfat 5
H2O in 0, 4 kg eines 35°/Oigen wäßrigen Alkylmonosulfats mit einer Kettenlänge von
Cl2 bis C18 (Durchschnitt C15), 3, 0 kg einer wäßrigen Paraffinemulsion mit einem
Hartparaffingehalt
von 40% sowie 2, 5 kg Wasser eingetragen.
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Anschließend wird das Gemisch noch etwa 4 Minuten intensiv gerührt,
bis ein Schaumleim von etwa dem doppelten Volumen der Ausgangsmasse vorliegt.
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Beispiel 6 In einem schnellaufenden Rührwerk werden 50 kg eines Harnstoffharzleimes
mit einem Festharzgehalt von 65°/o und einer Viskosität von 2500 cP bei 20° C, 5
kg eines Härters, bestehend aus einer Mischung von 4, 25 kg Melamin und 0, 75 kg
Ammoniumchlorid,
und 2, 5 kg Wasser innerhalb von 5 Minuten gut vermischt. Nach Zusatz
von 0, 60 kg einer 35°/Oigen wäßrigen Lösung von Alkylmonosulfonat mit einer Kettenlänge
von C12 bis Cl8 (Durchschnitt Cl,) und 0, 11 kg Kupfer (II)-nitrat 3 H2O wird das
Gemisch weitere 6 Minuten gerührt, bis ein Schaumleim von etwa dem doppelten Volumen
der Ausgangsmasse vorliegt.
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Sämtliche nach den Beispielen erhaltenen Schaumleimflotten weisen
eine mikrofeine Struktur auf und halten ihre Konsistenz sowie ihr einmal erreichtes
Volumen bis zur Aushärtung bei.
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Vergleichsversuche Schaumstabilisatoren gemäß der Erfindung gegenüber
Calciumsulfat als Stabilisator Versuch 1 :
| 500 g Harnstoffharzleim gemäß Beispiel 1........... |
| 50 g Flüssighärter gemäß Beispiel ohne Stabilisator |
| 3,8 g Alkylmonosulfonat (Schaummittel) ............. |
| Versuch 2 : |
| 500 g Harnstoffharzleim wie Versuch 1 ..................... |
| mit Stabilisator gemäß L ü t t g e n, »Die |
| 50 g Flüssighärter wie Versuch 1 .......................... |
| # Technologie der Klebstoffe«, Teil 1, 1959, |
| 3,8 g Alkylmonosulfonat (Schaummittel) .................... |
| S. 27, Abs. 3 |
| +2,5 g Calciumsulfat (Stabilisator) ....................... |
| Versuch 3 : |
| Wie Versuch 1 |
| +7, 5 g Calciumsulfat |
| Versuch 4 : |
| Wie Versuch 1 |
| +15, 0 g Calciumsulfat |
| Versuch 5 : |
| Wie Versuch 1 |
| # mit Stabilisatoren gemäß Erfindung |
| +1,2 g Kupfer(II)-sulfat # 5 H2O (Stabilisator) ........... |
| Versuch 6 : |
| Wie Versuch 1 |
| +1, 2 g Kupfer (II)-chlorid 2 H2O (Stabilisator) |
| Versuch 7 : |
| Wie Versuch 1 |
| +1, 2 g Kupfer (II)-acetat-H2O (Stabilisator)............. |
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Ergebnisse
| Ver-Aussehen des Schaumleimes Struktur des Schaumleimes nach |
| such unmittelbar nach Herstellung 1 2 Stunden 14 Stunden 15
Stunden ! 8 Stunden |
| 1 dichter, feinblasiger Schaum gröbere Blasen Blasen ständig
größer wer-Schaum völlig |
| dend und zunehmend, zusammengebrochen |
| inneren Zusammenhang |
| verlierend |
| Abscheidung 7 °/o Abscheidungen von 14 bis |
| 30% ansteigend |
| 2 wie Versuch 1 wie Versuch 1 wie Versuch 1 wie oben |
| Abscheidung 5 °/o Abscheidungen von 8 bis |
| 23 °/0 ansteigend |
| 3 wie Versuch 1 wie Versuch 1 wie Versuch 1 wie oben |
| Abscheidung 6 °/o Abscheidungen von 9 bis |
| 25 °/o ansteigend |
| 4 wie Versuch 1 wie Versuch 1 wie Versuch 1 wie oben |
| Abscheidung 9 Abscheidungen von 20 bis |
| 40 °/o ansteigend |
| 5 leicht fließende, glatte lack-von Aussehen völlig |
| artige Masse unverändert; keine |
| # völlig u8nverändert; keine Abscheidungen |
| 6 wie Versuch 5 Abscheidungen; |
| 7 wie Versuch 5 etwas dickflüssiger |
Sämtliche sieben Versuche wurden unter den gleichen apparativen und technologischen
Bedingungen sowie mit dem gleichen Leim, Härter und Schaummittel durchgeführt.
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Unter »Abscheidung« ist das Absetzen unverschäumter Leimflotte auf
dem Boden der Glaszylinder zu verstehen, in die die fertigen Schaumleime gegossen
wurden.