DE2600435C3 - Verfahren zur Herstellung von Bindemitteln für helle wetterfeste Holzwerkstoffe - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Bindemitteln für helle wetterfeste HolzwerkstoffeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren /ur Herstellung
von Bindemitteln für helle wetterfcsie Hol/werkstoffe Y,
auf Basis von alkalisch kondensierten phenol Formalde
hyd-Mischkondensaten.
Harnstoff formaldehyd Kondensationshar/lösungcn
werden in großen Mengen als Bindemittel für die Herstellung von Holzwcrksioffcn, wie z, B, Holzspan^ ao
platten, Holzfaserplatten, Sperrholz eingesetzt. Die mit Harnstoffharzeri gebundenen Holzwerkstoff«: haben
gegenüber den Phenolharz-gebundenen den Vorteil, daß sie farblos hergestellt werden können und
preisgünstig sind, andererseits aber den großen Nachteil, daß sie nur eine begrenzte Wasser- und eine
vollkommen unzureichende Wetter-Festigkeit aufweisen und außerdem laufend Formaldehyd abspalten.
Aufgrund dieser Nachteile ist der Anwendungsbereich mit Harnstoffharz gebundenen Holzwerkstoffen beschränkt.
Aber auch Melamin- bzw. Aceton-Formaldehyd-Kondensationsharzlösungen
ergeben keine wasser- und wetterfesten Holzwerkstoffe.
Demgegenüber sind die mit Phenol-Formaldehyd-Kondensationsharzlösungen
hergestellten Holzwerkstoffe zwar dunkler und teurer; aber sie sind wasser- und wetterbeständig und spalten keinen Formaldehyd ab.
Aufgrund dieser Tatsachen hat es nicht an Versuchen gefehlt, durch Mischkondensation die erwünschten
Eigenschaften der Kondensationsharzlösungen als Bindemittel für Holzwerkstoffe zu verstärken und die
unerwünschten zu unterdrücken oder doch zumindest zu verringern.
Dieses ist auch teilweise gelungen. So wiru nach der
DE-PS 12 47 017 eine Harnstoff-Aceton-Kondensationsharzlösung hergestellt, die Holzwerkstoffe mit
verbesserter Wasserbeständigkeit ergibt. Die Wetterbeständigkeit ist aber ungenügend. Außerdem spaltet
dieses Harz aufgrund seines Harnstoffgehaltes Formaldehyd ab.
Nach der DE-PS 22 64 288 läßt sich die Wetterfestigkeit dadurch verbessern, daß man die Harnstoff-Aceton-Formaldehydharze
mit Phenol-Formaldehyd-Harzen gemeinsam nachkondensiert; und aus der DE-OS
20 20 481, die ein Verfahren zur Herstellung eines wetterfesten Holzleim betrifft, ist zu ersehen, daß sich
auch durch Modifizieren eines Aminoplastharzes aus Melamin. Harnstoff und Formaldehyd mit Phenol ein
Bindemittel für wetterfeste Holzwerkstoffe erhalten läßt, aber ein entspre« l>endes Harnstoff-freies Harz
wesentlich bessere Wasser- und Wetterfestigkeit besitzt. Der Nachteil der Formaldehydabspaltung ist
also durch die bekannten Bindemittel für wetterfeste Holzwerkstoffe nicht beseitigt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Bindemittel zu schaffen, das helle Holzwerkstoffe
ergibt, die die Wetterbeständigkeit von Phenolharz-gebundenen Holzwerkstoffen aufweisen und unter völligem
Verzicht auf Harnstoff hergestellt sind.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, welches
dadurch gekennzeichnet ist. daß man eine Harzlösung A durch Kondensieren von Phenol, Kresolen oder
Resorcin und Formaldehyd im Molverhältnis 1 : 1,5 bis 2.5 in Gegenwart von 0.1 - 1 mol Alkali oder Erdalkali,
bezogen auf die phenolische Komponente, bis zu einer Viskosität von 10-20s., gemessen im 4-mm-DIN-Becher
bei 200C und einem Feststoffgehalt von 45-50%. und eine Harzlösung B durch Kondensieren von Aceton
und Formaldehyd im Molveihaltnis 1:3 bis 5 in Gegenwart von 0.01-0.15 mol Alkali oder Erdalkali,
bezogen auf das Aceton, /u einem Vorkondensat, portionsweises Zugeben von insgesamt so viel Melamin
zu dem Aceton-Formaldehyd Vorkondensat, daß das Molverhältnis von Melamin /u Aceton im Bereich von
I : I bis 2.5 hegt, und Kondesieren bis /u einer Viskosität
von 10 20 s.. gemessen im 4 mm-DlN Becher bei 20 C
und einem Feststoffgehalt von 45^50%, herstellt, die beiden Harzlösungen A und B Vermischt,- daß der Gehalt
der phenolischen Komponente des Gemisches, bezogen auf die phenolische Komponente plus Melamin plus
Aceton, 10-40 mol-% betrügt, das Gemisch 20-60 min bei 70-90°C kondensiert und anschließend
bei 0,013-0,027 bar auf einen Feststoffgehalt von 60-65% und eine Viskosität, gemessen im 4-mm-DIN·
Becher bei 20°C von 20-100 s. einengt.
Vorzugsweise bringt man bei der Herstellung der Harzlösung B das Melamin in ein 70-90°C warmes
Aceton-Formaldehyd-Vorkondensat eines pH-Wertes von 7,5-8 portionsweise ein und kondensiert bei dieser
Temperatur bis zu einer Wasserverträglichkeit von mindestens 1 -.2. Danach stellt man den auf 7,5 — 7
abgefallenen pH-Wert durch Zusatz vor. Alkali auf 8-9 ein. (Unter Wasserverträglichkeit versteht man die
relative Menge Wasser, die einer gegebenen Menge Harzlösung zugefügt werden kann, ohne daß Entmischung
eintritt.)
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Harzlösung
B nach Zugabe des Melamins in saurem Bereich bei einem pH-Wert von 6-6,5 auf eine Wasserverträglichkeit
von mindestens 1 :2 kondensiert und nach Abkühlen durch Zusatz von Alkali auf einen pH-Wert
von 8-9 eingestellt Diese Verfahrensweise hat gegenüber der i?!kalisehen den Vorteil, wesentlich
schneller abzulaufen.
Die Viskosität der erfindungsgemäß hergestellten Bindemittel wird auf 20-100s„ gemessen im 4-mm-DIN-Becher
bei 200C und einem Feststoffgehalt von 60-65%, eingestellt, damit sie gut verdüst werden
können.
Die Gelierungszeit der erfindungsjjemäß erhaltenen
.Bindemittel beträgt bei Zusatz von 10% Ammoniumchlorid-Härter etwa 50-6Os. und liegt damit im
Bereich der bekannten Holzspanplattenbindemittel.
Das Phenol kann in Form von reinem Phenol, aber
auch in wässeriger oder wässerig-alkalischer Lösung, sowie gemischt mi? 37%iger väßrigi Formaldehydlösung
zugesetzt werden. Weiterhin können Kresole oder Resorcin eingesetzt werden.
Das Formaldehyd wird zweckmäßig als 30-40%ige wässerige Lösung eingesetzt. Es kann aber auch in Form
von Paraformaldehyd verwendet werden.
Als Kondensationskatalysatoren eignen sich sowohl alkalisch reagierende Lösungen von Alkali- als auch
Erdalkaliverbindungen.
Das Aceton kann wasserfrei, als wässerige Lösung, oder in Mischung mit Formaldehyd eingesetzt werden.
Das Melamin wird in fester Form dem Vorkondensat aus Formaldehyd und Aceton (portionsweise) zugesetzt.
Das erfindungsgemäß hergestellte Bindemittel ist klar und hellgelb. Die damit hergestellten Holzwerkstoffe
behalten ihre natürliche Farbe, sind wasser- und wetterfest und spalten keinen Formaldehyd ab.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß hergestellten Bindemittel liegt darin, daß sie mit sauren
Beschleunigern gehärtet werden können. Dadurch erübrigt sich bei der Herstellung von z. B. Holzspanplatten
eine Reinigung der Beleimungsapparatur und der Presse, wenn vorher oder nachher nicht wetterfeste
harnstoTharzgebundene Spanplatten hergestellt wer
den sollen, weil diese mit dem gleichen Härtersystem gehärtet werden.
Anhand der folgenden Beispiele sei die erfindungsgemäße Herstellung des Bindemittels näher erläutert:
Beispiel 1
I. Herstellung der Kondensationsharzlösung A
I. Herstellung der Kondensationsharzlösung A
In einem Glaskolben, der mit einem Rührer,
Rückflußkühler, Thermometer und pH-Meter ausgerüstet ist, Werden 94,1 g Phenol (1 mol)und 162,2g37%ige
wäßrige Formaldehydlösung (2 mol HCHO) gefüllt. Das
Gemisch dieser Stoffe wird auf 60üC aufgeheizt Und es
werden 133 g einer 5O<Voigen Natronlauge (ü,17mo!)
innerhalb von 2 h bei 60°C zugesetzt. Daruaf wird der Kolbeninhalt innerhalb von 20 min auf 80°C aufgeheizt
und anschließend bei dieser Temperatur noch 30 min weiterkondensiert. Nach Abkühlung des Ansatzes auf
etwa 200C wird mit 50%iger Ameisensäure ein pH-Wert von 7,7 eingestellt Die Viskosität beträgt 15 s„
gemessen im 4-mm-DIN-Becher bei 200C und einem
Feststoffgehalt von 47,6%.
2. Herstellung der Kondensationsharzlösung B
In einem Laborrührwerk, wie es zur Herstellung der Kondensationsharzlösung A verwendet wird, werden
677 g 37%ige wäßrige Formaldehydlösung (8,31 mol HCHO) und 8,4 g (0,021 mol) 10%ige Natronlauge
gefüllt und das Gemisch auf 600C aufgeheizt Dann werden 100,5 g Aceton (1,73 mol) zugesetzt, wobei die
Temperatur auf 80°C ansteigt Nach einer Kondensation von 5 min bei 80°C werden 210,4 g Melamin
(1,67 mol) portionsweise zugegeben. Darauf wird weiter bei 800C kondensiert Nach etwa 135 min weist -ias
Kondensationsprodukt eine Wasserverträglichkeit von 1 :3,5 auf. Der pH-Wert ist auf 7,2 gefallen und wird
durch Zugabe von Natronlauge auf 8,5 eingestellt.
Die beiden Konden*ationsharzlösungen A und B werden gemischt und noch 30 min bei 800C nachkondensiert.
Dann wird der Ansatz durch Abdestillation von Wasser unter einem Druck von etwa 0,016 bar auf einen
Feststoffgehalt von 63% eingeengt. Die Viskosität der erhaltenen Kondensationsharzlösung beträgt 43 s„
gemessen im 4-mm-DIN-Becher bei 20° C, die Gelierzeit bei 1000C n- h Zusatz von 10% Ammoniumchloridhärter
53 s. und die Wasserverträglichkeit 1 :3. Die Harzlösung sieht hellgelb und klar aus. Das
PhenoI-Melamin-Aceton-Mol-%- Verhältnis beträgt
22,7 : 38.0 : 39.3.
Beispiel 2
1. Herstellung der Kondensationsharzlösung A
1. Herstellung der Kondensationsharzlösung A
Die Herstellung erfolgt in gleicher Weise und mit den gleichen Mengen wie im Beispiel 1.
2. Herstellung des Kondensationsharzes B
661.8 g 37%ige wäßrige Formaldehydlösung (8,16 mol HCHO) werden mit 9.9 g 10%ige Natronlauge
(0,025 mol) gemisch*, und auf 600C erhitzt. Dann werden
1 ;8,5 g Aceton (2,04 mol) zugesetzt, wobei die Temperatur auf 800C ansteigt. Nach einer Kondensation von 5
min bei 800C werden 171,4 g Melamin (1,36 mol)
portionsweise zugegeben. Darauf wird weiter bei 80"C kondensiert. Nach etwa 110 min weist das Kondensationsprodukt
eine Wasserverträglichkeit von I : 3,5 auf. Der pH-Wert ist auf 7.2 gefallen und wird durch Zugabe
von Natronlauge auf 8.5 eingestellt.
Die beiden Kondensationsharzlösungen A und B werden gemischt und noch 30 min bei 80 C nachkondensiert.
Dann wird der Ansatz durch Abdestillation von Wasser unter einem Druck Von etwa 0,016 bar auf einen
Feststoffgehalt von 63% eingeengt. Die Viskosität der
erhaltenen Kondensationsharz-Lösimg beträgt 49 s„
gemessen im 4-mm-DIN-Becher bei 200C, die Gelierzeit
bei 1000C nach Zusatz von 10% Ammoniumchloridhärter
71 s. und die Wasserveftfäglichkeit 1 :2.
Das Phenol-Melamin-Aceton-mol^/o'Verhältnis beträgt
22,7 :30,9 :46,4.
Anwendungstechnische Prüfung
Mit den Bindemitteln der Beispiele 1 und 2 wurden Holzspanplatten hergestellt und geprüft. Zum Vergleich
wurde noch eine Prüfplatte a mit einem im Handel erhältlichen Holzleim, einer Phenol-Melamin-Harnstoff-Formaldehyd-K.ondensationsharzlösung,
hergestellt und geprüft Darüber hinaus wurden noch zwei Drei-SchLhten-Platten b und IV hergestellt und geprüft
Bei der Platte b ist die Mittelschicht mit der im Handel erhältlichen Kondensationsharzlösung, die auch zur
Herstellung der Platte a benutzt wurde, gebunden, bei der Platte IV ist die Mittelschicht mit dem Bindemittel
gemäß Beispiel 1 gebunden. Die Deckschichten bei den Platten b und IV sind mit den gleichen, für diese Zwecke
üblichen Phenolharzlösungen verpreßt Die Bedingungen, unter denen die Platten hergestellt
wurden, sind in Tab. 1 aufgeführt: die Prüfergebnisse sind in Tab. 2 zusammengestellt
Tabelle 1 | 11% Harz (trocken) auf die |
Beleimung: | Menge Holz (trocken) |
1%Paraffin, bezogen auf die Men | |
Hydrophobierung: | ge Holz (trocken) |
1,2% Ammoniumchlorid | |
Beschleuniger: | 22 s. |
Flottenviskosität: | |
Restfeuchte der | 11,6% |
Späne: | 150-1650C |
Preßtemperatur: | 21,6 bar |
Preßdruck: | 0,3 min/mm |
Preßfaktor: | |
PIaKe
Bindemittel
Bindemittel
n. Beisp. 1
n. Beisp. 2 | nach Stand der Technik*) |
3-Schicht- Platten Mittelschicht n. Stand der Technik*) |
15,9 | 16,0 | 15,8 |
0,685 | 0,704 | 0,707 |
20,11 | 20,76 | 25,80 |
0,82 | 1,06 | 1,04 |
0,39 | 0,41 | 0,41 |
3,0 | 3,8 | 4,3 |
11,0 | 11,4 | 12,5 |
IV
n. Beisp
Plattenstärke (mm) 16,0
Dichte (g/cm2) 0,690
Biegefestigkeit nach DIN 52362 (N/mm2) 20,70
Querzugfestigk.eit V 20 n. DIN 52365 1,04
(N/mm2)
Querzugfestigkeit V 100 n. DIN 52365 0,47
(N/mm?)
Dickenquellung n. 2 Std. n. DIN 52364 3,0
Dickenquellung n. 24 Std. n. DIN 52364 10,3
16,0 0,701 24,13 0,89
0,39
4,7
11,3
*) Käufliches Melamin-HarnstofT-Formaldehydharz
Die Tabelle zeigt eindeutig, daß die Holzspanplatten mit den erfindungsgemäß hergestellten Bindemitteln
nach Beispiel 1 und 2 die durch DlN 68 761 geforderte Querzugfestigkeit VlOO von mindestens G,15N/mm2
aufweisen.
Das Molverhältnib Aceton-Melamin darf nicht über
60% angehoben werden, wenn die Wetterfestigkeit noch gefordert wird.
Das Überraschende ist, daß das an sich nicht kochfeste System Melamin-Aceton in Verbindung mit
Phenolharz ein Bindemittel für wetterfeste Holzwerkstoffe ergibt, und daß hierbei Anteile von 10-40 mol-%
Phenol, bezogen auf mol-% Phenol+ Aceton+ Melamin,
zweckmäßig sind, um die Forderungen der DIN-Vorschrift 68 765 für wetterfeste Holzwerkstoffe
zu erfüllen.
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung von Bindemitteln für helle wetterfeste Holzwerkstoffe auf Basis von ■>
alkalisch kondensierten Phenol-Formaldehyd-Mischkondensaten, dadurch gekennzeichnet,
daß man eine Harzlösung A durch Kondensieren von Phenol, Kresolen oder Resorcin und
Formaldehyd im Molverhältnis 1 :1,5 — 2,5 in Gegenwart
von 0,1 — 1 mol Alkali oder Erdalkali, bezogen auf die phenolische Komponente, bis zu
einer Viskosität von 10-20 s., gemessen im 4-mm-DIN-Becher
bei 200C und einem Feststoffgehalt von 45 — 50%, und eine Harzlösung B durch Kondensieren
von Aceton und Formaldehyd im Molverhältnis 1:3 — 5 in Gegenwart von 0,01—0,15 mol Alkali
oder Erdalkali, bezogen auf das Aceton, portionsweises Zugeben von insgesamt so viel Melamin zu
dem Aceton-Formaldehyd-Vorkondensat, daß das Molverhältnis von Melamin zu Aceton im Bereich
von 1 :1 - 2,5 liegt. Kondensieren bis zu einer Viskosität von 10-20 s„ gemessen im 4-mm-DIN-Becher
bei 200C und einem Feststoffgehalt von 45 - 50%, herstellt, die beiden Harzlösungen A und
B vermischt, daß der Gehalt der phenolischen Komponente des Gemisches, bezogen auf die
phenolische Komponente plus Melamin plus Aceton. 10-40 moI-% beträgt, das Gemisch 20-60 min bei
70-900C kondensiert und anschließend bei 0,013-0.027 bar auf einen Feststoffgehalt von
60 — 65% und eine Viskosität, gemessen im 4-mmblN-Becherbei
200C von 20-100 s, einengt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man bei der Herstellung der si Harzlösung B das Melamin in ein 70-9O0C warmes
Aceton-Formaldehyd-Vorkondensat eines pH-Wertes von 7.5 — 8 portionsweise einbringt und bei dieser
Temperatur bis zu einer Wasserverträglichkeit von mindestens I : 2 kondensiert, und danach den auf
7.5-7 abgefallenen pH-Wert durch Zusatz von Alkali auf 8-9 einstellt.
3. Verfahren nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet,
daß man die Harzlösung B nach Zugabe des Melamins in saurem Bereich bei einem pH-Wert
von h-b.5 auf eine Wasserverträglichkeit von mindestens I : 2 kondensiert und nach Abkühlen
durch Zusatz von Alkali auf einen pH-Wert von 8-9 einstellt.
in
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