DE2058406A1 - Haertungsbeschleuniger fuer alkalische Phenol-Formaldehydharze - Google Patents

Haertungsbeschleuniger fuer alkalische Phenol-Formaldehydharze

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DE2058406A1
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resin
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phenol
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resins
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Friedrich Dr Becke
Harro Dr Petersen
Wolfgang Dr Reuther
Otto Wittmann
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BASF SE
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09JADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J161/00Adhesives based on condensation polymers of aldehydes or ketones; Adhesives based on derivatives of such polymers
    • C09J161/04Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only
    • C09J161/06Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only of aldehydes with phenols
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2666/00Composition of polymers characterized by a further compound in the blend, being organic macromolecular compounds, natural resins, waxes or and bituminous materials, non-macromolecular organic substances, inorganic substances or characterized by their function in the composition
    • C08L2666/28Non-macromolecular organic substances
    • C08L2666/34Oxygen-containing compounds, including ammonium and metal salts

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Phenolic Resins Or Amino Resins (AREA)

Description

  • Härtungsbeschleuniger für alkalische Phenol-Bormaldehydharze Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Dichlorpropanol oder von Epichlorhydrin als Zusatz bei der alkalischen Aushärtung von Phenol-Formaldehyd-Hondensat, insbesondere die Herstellung phenolharzgebundener Preßwerkstoffe, wie beispielsweise Spanplatten.
  • Es ist bekannt, daß man Phenol-Formaldehyd-Kondensate sowohl mit Säuren als auch mit Basen in unlösliche vernetzte Polykondensate umwandeln ("aushärten") kann. Die Härtungsreaktionen bilden die Grundlage für die Verwendung von Phenolharzen als Leime, Klebstoffe, Gießharze, Preßmassen, Tränkharze usw.
  • Die Härtung der alkalisch vorkondensierten Resole oder Einstufenharze: (one stage resins) verläuft in der Wärme im Sinne einer Selbstkondensation und stellt das wichtigste Verfahren &ur Heißverleimung von Holz und ähnlichen Rohstoffen mittels Phenolharzen dar.
  • Man hat schon vorgeschlagen die Härtung von Phenolharzen durch Zusätze wie z.B. Formamid zu beschleunigen, auch mag es vorkommen, daß Harze, die gegenüber reinen Phenolharzen durch in das Harz einkondensierte Modifiierungsmittel verändert sind, schneller aushärten. Jedenfalls ist das Einkondensieren von Modifizierungsmitteln wie Epichlorhydrin, Monochlor- oder Dichlorpropanol (=Mono- bzw. Dichlorhydrin) in Phenolharze bekannt (vgl. z.B. Houben-Weyl, 4. Auflage, Bd. 14/2 , S. 473 ff, deutsches Patent 576 177).
  • Es wurde nun gefunden, daß die Aufgabe, die Härtung von alkalisch kondensierten, in der Wärme aushärtbaren Phenolharz-Holzleimen sich durch den nachträglichen Zusatz geringer Mengen gewisser derartiger Verbindungen vorteilhaft lösen läßt.
  • Erfindungsgegenstand ist die Verwendung eines Zusatzes von Epichlorhydrin, 1,3-Dichlorpropanol(-2) oder der analogen Bromverbindungen in einer Menge von 1 bis 20, insbesondere 5 bis 15 Gew., bezogen auf den Harzanteil eines wässrigen, heiß härtbaren Phenol-Resol-Holzleims, zur Beschleunigung der Heißhärtung des Leims.
  • Ein erfindungsgemäßer Phenol-Formaldehyd-Holzleim wird z.B. in der bekannten Weise durch Kondensation von Phenol und Formaldehyd im Mol-Verhältnis von 1:1,5 bis 1:2,5 bei einem pH-Wert oberhalb von 7 erhalten. Er enthält in der Regel 40 bis 65 Gew. Harz und etwa 5 bis 12 ffi freies Alkali in wässriger Lösung oder Dispersion. Für die Verwendung z.B. als Bindemittel zur Spanplattenherstellung ist es üblich, diesen wässrigen Leim auf eine Konzentration von 30 bis 45 Gew.% Harz in der wässrigen Lösung oder Dispersion zu verdünnen. Ebenso sind natürlich die bekannten äquivalenten Phenole wie o-, m- und p-Kresol, die Xylenole und die mehrwertigen Phenole, wie Resorcin oder Hydrochinon und die bekannten Modifikationen des Formaldehyds, wie Trioxan oder Paraformaldehyd, zur Herstellung eines solchen Holzleims geeignet, wiewohl derartige Leime weniger Bedeutung besitzen.
  • Als vorteilhaft hat es sich allerdings in manchen Fällen erwiesen, die Aushärtung eines gewöhnlichen Phenolharz-Leimes zusätzlich zu der erfindungsgemäßen Verwendung von Epichlor-(brom-)hydrin bzw. Dichlor-(brom-)hydrin durch einen Zusatz einer gewissen Menge freien oder mit Formaldehyd vorkondensierten Resorcins zu beschleunigen. Man beobachtet dabei auch eine gewisse Festigkeitszunahme. Man kann dies z.B. wirtschaftlich durch Mitverwendung von bis zu 15, insbesondere 3 bis 6 Gew.
  • Resorcin, bezogen auf den Harzanteil des Leimes erreichen.
  • Der Zusatz der erfindungsgemäßen Chlor- bzw. Bromverbindungen zum Harzleim wird zweckmäßig innerhalb von 10 Stunden vor dem Gebrauch vorgenommen und kann auch in der Weise geschehen, daß die genannten Verbindungen getrennt vom Bindemittel auf den zu verleimenden Werkstoff aufgebracht werden, bzw. der Werkstoff mit den Verbindungen imprägniert wird.
  • Zur Abgrenzung der Erfindung von dem oben aufgezeigten Stande der Technik ist darauf hinzuweisen, daß die Verwendung z.B.
  • von Monochlorhydrin oder von 2,3-Dichlorpropanol(-1) in der erfindungsgemäßen Weise nicht die erfindungsgemäße Wirkung der Härtungsbeschleunigung hervorruft. Auch andere, ähnlich gebaute Erfindungen besitzen, wie inden Beispielen noch gezeigt werden wird, nicht oder nicht im gleichen Maße die erfindungsgemäße Wirkung.
  • Die Verarbeitung von Leim- und Härtungsbeschleuniger kann, wie bereits erwähnt, zweckmäßig im Untermischverfahren, d.h. durch Mischung von Leim und Härter vorgenommen werden. Es ist dabei ein erheblicher Vorteil, daß der Viskositätsanstieg einer Harz-Härter-Mischung besonders gering ist. Z.B. beträgt die Viskosität eines handelsüblichen Phenol-Formaldehyd-Leimharzes (Molverhältnis 1:2, Harzgehalt 48 *) bei 200C 150 bis 600 cP. Auf Zusatz von 7 1,3-Dichlorpropanol(-2) mißt man eine Viskosität von 129 cP, die im Verlauf von 8 Stunden nur unwesentlich ansteigt. Vergleicht man dieses Ergebnis unter den gleichen Bedingungen mit dem als Härtungsbeschleuniger bekannten Formamid, so zeigt sich die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Beschleuniger in dem vorteilhaft vergrößerten Lagerungsspielraum, wie folgende Tabelle zeigt.
  • Ilabelle Viskosität eines Phenolharzleimes nach Zusatz von verschiedenen Beschleunigern liskositat nac Zusatz von 7 f 90 igem Formamid ,3-bifffflorpropanol(-2) sofort 77 cP 129 cP nach 1 Std. 102 cP 142 cP 2 Std. 129 cP 146 cP 3 Std. 177 cP 150 cP 4 Std. 217 cP 155 cP 5 Std. 351 cP 156 cP 6 Std. 500 cP 166 cP 8 Std. 1 210 cP 176 cP Die Festigkeit insbesondere der mit Dichlorpropanol oder Epichlorhydrin hergestellten Spanplatten ist als sehr gut zu bezeichnen. Die genannten Verbindungen werden aus diesen und anderen Gründen daher in der Regel bevorzugt.
  • Die erfindungsgemäßen Resolharze werden in der Regel mit größeren Mengen anorganischen Alkalien, wie beispielsweise Natrium- oder Kaliumhydroxid, Pottasche oder den Hydroxiden oder Oxiden mehrwertiger Metalle ausgehärtet. Üblich sind dabei Alkaligehalte von 5 bis 12 Gew.%, bezogen auf das flüssige Leimharz, bzw.
  • etwa 10 bis 24 Gew., bezogen auf die Trockenmasse des Harzes; jedoch ist es für manche Zwecke günstig, z.B. nach dem Vorschlag der US-Patentschrift 3 254 037, noch größere Alkalimengen z.B. 30 bis 80 %, bezogen auf trockenes Harz, zu verwenden.
  • Als Härtungstemperaturen eignen sich im allgemeinen lemperaturen von 100 bis 2500C, insbesondere von 150 bis 2200C, wie sie z.3.
  • bei der Herstellung von Spanplatten und ähnlichen Werkstoffen üblicherweise angewendet werden. Die Temperaturen können durch den Siedepunkt eines Lösung oder Verdampfverdünnungsmittels bzw. den zusätzlich zur Verarbeitungstemperatur angewandten Druck mitbestimmt sein.
  • Der Anwendungsbereich der Erfindung umfaßt im weiteren Sinne solche Gebiete, bei denen basisch härtbare Phenolharze zur Verklebung, Verleimung oder als Bindemittel für Formkörper aus Zerkleinerungsprodukten pflanzlicher Rohstoffe angewandt werden.
  • So betrifft die Erfindung z.B. die Herstellung von Holzwerkstoffen wie Sperrholz, Tischlerplatten, Spanplatten, Faserplatten; Werkstoffe auf der Grundlage von Stroh, Baumwolle, Kokosfasern und ähnlichen Materialien; die Formung von Preßmassen und Schichtpreßwerkstoffen, bei denen Füllstoffe aus zellulosehaltigen Materialien wie Holzmehl, Kokosmehl, Pappe, Papier, Geweben oder anderen, z.B. anorganischen Stoffen mit alkalisch härtbaren Phenoplastharzen zusammen verarbeitet werden sollen.
  • Die in den Beispielen angegebenen Teile und Prozente beziehen sich auf das Gewicht.
  • Beispiel 1 Ein Phenol-Formaldehyd-Leimharz mit einem Molverhältnis von Phenol:Formaldehyd :Kalilauge von 1:2,0:0,75 wird durch Kondensation der Ausgangsstoffe bei 9800 während einer Stunde in üblicher Weise hergestellt. Die Harzlösung hat danach eine Viskosität von 150 cP und einen Trockengehalt von 48 % in wässriger Lösung.
  • Auf 4 kg getrocknete Weichholzspäne wird durch Verdüsen eine Harzlösung folgender Zusammensetzung aufgebracht: 720 g Leimharzlösung 80 g einer 50 %igen wässrigen Paraffin-Emulsion 50 g 1,3-Dichlorpropanol(-2) als Härtungsbeschleunigen Die beleimten Späne werden zu einer Matte geformt und bei 170°C unter einem Enddruck von ca. 25 kg/cm2 in einer Spanplatten-Versuchspresse zu einer 50 x 50 cm großen Platte verdichtet.
  • Zum Vergleich wurden Versuche ohne Härtungsbeschleuniger durchgeführt. Die Resultate sind aus der nachstehenden Tabelle ersichtlich: ohne Beschleuniger mit 7 Beschleuniger Preßzeit 28 18 28 18 (sec/mm) Dicke (mm) 18,9 18,5 18,6 Dichte (kg/dm³) 0,654 @ 0,651 0,680 Biegefestigkeit (kg/cm2) 299 @ 323 232 Querzugfestigkeit (kg/cm²) -V 20-*) 6,0 7,4 5,1 -V 100-*) 3,0 4,2 2,4 Quellung () nach 2 h 3,9 2,4 5,5 nach 24 h 13,8 8,8 10,2 )Die Festigkeit nach Wasserlagerung (V 20, V 100) wird nach DIN 68 761 bestimmt.
  • Beispiel 2 Als Maß für die Wirksamkeit eines Beschleunigungskatalysators dient die Gelierzeit der Harzlösung bei 1000C. Die Gelierzeit wird als die subjektiv ermittelte Zeit bestimmt, die nach dem Eintauchen einer Probe in siedendes Wasser vergeht, bis die Probe von einem Glasstab nicht mehr frei abfließt. Für die Prüfung wurde für die in der nachstehenden Tabelle aufgeführten Mengen an Epichlorhydrin und Dichlorpropanol ein Kondensat verwendet, das durch Kondensation von Phenol mit Formaldehyd im Molverhältnis 1:2 und in Gegenwart von 8 Vo Natriumhydroxid, bezogen auf die Gesamtmenge an Harzlösung in üblicher Weise hergestellt wurde.
  • Nach dem Zusatz der nachstehend genannten Substanzmengen zu je einer Probe dieser Harzlösung wurden die in der nachstehenden Tabelle aufgeführten Gelierzeiten gemessen.
  • Zusatz Menge Gelierzoit bei 100 C ohne - 45 min Epichlorhydrin 2 11 " 11 sec 4 %° 6 " 37 sec Zusatz Menge Gelierzeit bei 100°C Epichlorhydrin 6 % 5 min 30 sec 8 % 4 " 58 10 % 3 ist 36 1,3-Dichlorpropanol(-2) 3 % 16 " 38 " 4 % 4 " 40 " 5 % 3 " 5 " Vergleichsversuch Die nachstehend aufgeführten Verbindungen bewirken trotz struktureller Ähnlichkeit wesentlich größere Gelierzeiten als die erfindungsgemäßen Verbindungen. Es wurde das Meßverfahren des Beispiels 2 benutzt und die aufgeführten Verbindungen in einer Menge von 5 Gew. zugesetzt.
  • Substanz Gelierzeit bei 10000 (Minuten) Chlor-propionamid 19,1 ß-Chlor-milchsäureamid >20 2,2,3,3-etrachlorbutandiol(-1,4) 15,45 2,2,3,3-Tetrachlorpentandiol(-1,4) 11,7 3,4-Dichlorhexen-3-diol(-2,5) >20 1,2-Dichloräthan 15,3 3-Chlor-1-propanol >20 Pentaerythritdichlorhydrin >20 2-Brom-äthanol >20

Claims (1)

  1. Patentanspruch Verwendung eines Zusatzes von Epichlorhydrin oder 1,3-Dichlorpropanol(-2) bzw. der analogen Bromverbindungen in einer Menge von 1 bis 20 Gew., bezogen auf den Harzanteil eines wässrigen, heiß härtbaren Phenol-Resol-Holzleims, zur Beschleunigung der Heißhärtung des Leims.
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