DE2703271B2 - Storage stable aq. poly:isocyanate emulsions prepn. - using polyglycol or polyvinyl alcohol based emulsifier, used in wood chip panels mfr. - Google Patents
Storage stable aq. poly:isocyanate emulsions prepn. - using polyglycol or polyvinyl alcohol based emulsifier, used in wood chip panels mfr.Info
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Abstract
Description
Die Verwendungen von Isocyanaten als Spanplattenbindemittel ist cwkannt (vgl. z. B. H.-J. D e ρ ρ e und K. E r η s t, Holz äis Roh- und Werkstoff, Jahrg. 29, S- 45, 1971). Besonders bekannt sind Bindemittel auf der Grundlage von Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat. Als lösungsmittelfreie flüssige Produkte kann man sie in den in der Holzindustrie üblichen Verarbeitungsanlagen einsetzen.The uses of isocyanates as particle board binders is known (see e.g. H.-J. D e ρ ρ e and K. E r η s t, Holz äis Roh- und Material, Volume 29, S- 45, 1971). Binders based on diphenylmethane-4,4'-diisocyanate are particularly known. as Solvent-free liquid products can be used in use the processing systems customary in the wood industry.
Es ist jedoch ein Nachteil, insbesondere bei niedrigen Dosierungen, daß sich Bindemittel auf der Grundlage von Isocyanaten nur schwer auf dem Spanmaterial gleichmäßig verteilen lassen. Dadurch können die technologischen Eigenschaften der fertigen Spanplatte hinsichtlich der Festigkeit verschlechtert werden. Auch ist nachteilig, daG sich mit isocyanat verunreinigte Geräte bzw. Maschinenteile mit Wasser nicht ohne weiteres reinigen lassen. Es ist zwar bekannt, zur Verdünnung von Isocyanaten organische Lösungsmittel anzuwenden. Geeignete Lösungsmittel, wie Dichlormethan u. a., sind aber aus toxikologischen Gründen, andere Lösungsmittel, wie Acetale, wegen der Feuergefährlichkeit praktisch nicht anwendbar.However, it is a disadvantage, especially at low dosages, that binders are based Difficult to distribute isocyanates evenly on the chip material. This allows the technological properties of the finished chipboard are deteriorated in terms of strength. Even It is disadvantageous that devices or machine parts contaminated with isocyanate cannot easily be treated with water let it clean. It is known to use organic solvents to dilute isocyanates. Suitable solvents, such as dichloromethane and others, are, however, others for toxicological reasons Solvents such as acetals are practically inapplicable due to their flammability.
Es ist daher in der DE-OS 26 10 552 der Vorschlag gemacht worden. Isocyanate, die als Bindemittel (Klebstoffe) für lignocellulosehaltige Partikeln in Frage kommen, als wäßrige Emulsion zu verwenden.The proposal has therefore been made in DE-OS 26 10 552. Isocyanates, which can be used as binders (adhesives) for lignocellulose-containing particles, to be used as an aqueous emulsion.
Allerdings müssen dabei — so das Ergebnis der in der DE-OS abgehandelten Experimente — an die Isocyanate selbst und an die Emulgierhilfsstoffe besondere Anforderungen gestellt werden. Als (Polyisocyanate werden bevorzugt Präpolymere, d.h. Umsetzungspro dukte von eigentlichen Polyisocyanaten mit Polyester- bzw. Polyätherpolyolen, die noch Isocyanatendgrupperi aufweisen, verwendet. Als Emulgatoren bzw. oberflächenaktive Mittel werden nichtionogene Produkte verwendet, die außerdem frei sein sollen von Hydroxyl-, Amino- oder CarbonsäureesterHowever, in doing so - so the result of the DE-OS dealt with experiments - special on the isocyanates themselves and on the emulsifying auxiliaries Requirements are made. Prepolymers are preferred as (polyisocyanates, i.e. reaction pro products of actual polyisocyanates with polyester or polyether polyols, which are still Isocyanatendgrupperi have used. Nonionic products are used as emulsifiers or surface-active agents used, which should also be free of hydroxyl, amino or carboxylic acid esters
Wie die DE-OS zugibt, ist es aber auch durch die Verwendung beträchtlicher Mengen spezieller hydrophober Polyole. die zur Herstellung der o.g. Präpolymeren eingesetzt werden, nicht möglich, Emulsionen zu erhalten, die eine genügende Haltbarkeit aufweisen; aus dem Beispiel 2 der DE-OS ergibt sich vielmehr, daß der Verlust an Isocyanatgruppen in der Emulsion im Verlaufe von jeweils zwei Stunden bei Raumtemperatur im günstigsten Falle etwa 14 bis 17%. in ungunstigeren Fällen über 50% beträgt.As the DE-OS admits, it is also through the use considerable amounts of special hydrophobic polyols. those for the production of the above-mentioned prepolymers are used, not possible to obtain emulsions that have a sufficient shelf life; from the Example 2 of DE-OS shows that the loss of isocyanate groups in the emulsion is progressive of two hours at room temperature in the most favorable case about 14 to 17%. in less favorable cases is over 50%.
Für den Fachmann auf dem Gebiet der Herstellung von Holzwerkstoffen ergibt sich daraus, daß ein solches Bindemittel ohne nrakihrhen Wert ist. weil die techFor those skilled in the art of manufacture of wood-based materials results from the fact that such a binder has no real value. because the tech
2020th
vi nisch notwendigen Wartezeiten zwischen dem Ansetzen einer Emulsion und dem Verpressen, die durch die Kapazität der Vorratsbehälter für Leim und beleimtes Spänegut gegeben sind, nicht erreicht werden. vi nically necessary waiting times between the preparation of an emulsion and the pressing, which are given by the capacity of the storage container for glue and glued chips, cannot be achieved.
Es besteht daher die Aufgabe der Erfindung in der Schaffung von Isocyanatemulsionen, die die erwähnten Nachteile nicht oder in wesentlich geringerem Maße besitzen, d.h. die Schaffung lagerfähiger wäßriger Emulsionen von Polyisocyanaten.It is therefore the object of the invention to provide isocyanate emulsions of the type mentioned Do not have disadvantages or to a much lesser extent, i.e. the creation of storable aqueous ones Polyisocyanate emulsions.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung wäßriger ausreichend lagerfähiger Polyisocyanatemulsionen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Polyisocyanate in Gegenwart eines Emulgators auf der Grundlage eines Polyglykols mit einem Molekulargewt-jht von etwa 4000 bis 20 000 in Wasser dispergiert bzw. emulgiert, wobei die OH-Gruppen im Emulgator 10 bis 40% der NCO-Gruppen ausmachen.The invention relates to a process for the preparation of aqueous polyisocyanate emulsions which are sufficiently storable, which is characterized in that the polyisocyanates in the presence of an emulsifier on the Basis of a polyglycol with a molecular weight from about 4000 to 20,000 dispersed or emulsified in water, the OH groups in the emulsifier Make up 10 to 40% of the NCO groups.
Das Ergebnis der Erfindung ist überraschend, da — nicht zuletzt aus der genannten DE-OS — bekannt ist, daß gerade aromatische Isocyanate mit Wasser schnell reagieren; lagerfähige reine !socyanatcmulsioncn sind bisher nicht beschrieben worden.The result of the invention is surprising because - not least from the aforementioned DE-OS - it is known that especially aromatic isocyanates with water quickly react; storable pure socyanate emulsions has not yet been described.
Beispiele von organischen Polyisocyanaten, welche bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden können, sind aromatische Isocyanate, insbesondere Diisocyanate, wie m- oder p-Phenyiendiisocyanat, Toluylen-2,4- bzw. -2,5-diisocyanate, Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat, Chlorphenylen-2,4-diisocyanat, Naphthylen-1,5-diisocyanat, Diphenylen-4,4'-diisocyanat, 4,4'-Diisocyanat-3,3'-dimethyldiphenyl, 3-Methyldiphenylmethan-4,4'-diisocyanat, Dipheriylätherdiisocyanat. oder Triisocyanatc, wie 2,4,6-Triisocyanalotoluol oder 2,4,4'-Triisocyanatodiphenyläther. Sie werden durch Phosgenierung entsprechender Amine in bekannter Weise erhalten. Mischungen von Isocyanaten sind beispielsweise die im Handel verfügbaren Mischungen von 2,4- bzw. 2,6-lsomeren des Toluylendiisocyanats, sowie die Mischungen von Di- und höheren Polyisocyanaten, welche durch Phosgenierung von Ak!!in-Formaldehyd-Kondensaten hergestellt worden sind. Solche Mischungen sind in der Praxis allgemein bekannt, und sie schließen die rohen Phosgenierungsprodukte ein, welche Mischungen von Methylenbrücken aufweisenden PoIyphenylpolyisocyanatcn, einschließlich Diisocyanat, Triisocyanat und höhere Polyisocyanate zusammen mit den Phosgenierungsnebenprodukten enthalten.Examples of organic polyisocyanates which are used in the process of the invention are aromatic isocyanates, especially diisocyanates such as m- or p-phenylene diisocyanate, Toluylene-2,4- or -2,5-diisocyanate, diphenylmethane-4,4'-diisocyanate, Chlorophenylene-2,4-diisocyanate, naphthylene-1,5-diisocyanate, diphenylene-4,4'-diisocyanate, 4,4'-diisocyanate-3,3'-dimethyldiphenyl, 3-methyldiphenylmethane-4,4'-diisocyanate, Dipheryl ether diisocyanate. or triisocyanate, such as 2,4,6-triisocyanalotoluene or 2,4,4'-triisocyanatodiphenyl ether. They are known by phosgenation of appropriate amines Way received. Mixtures of isocyanates are, for example, the commercially available mixtures of 2,4- or 2,6-isomers of toluene diisocyanate, as well as the mixtures of di- and higher polyisocyanates, which have been produced by phosgenation of Ak !! in formaldehyde condensates. Such mixtures are well known in practice and they include the crude phosgenation products, which mixtures of polyphenyl polyisocyanates containing methylene bridges, including diisocyanate, triisocyanate and contain higher polyisocyanates along with the phosgenation by-products.
Bevorzugte Polyisocyanate, welche erfindungsgemäß emulgiert werden können, sind diejenigen, worin das Isocyanat ein aromatisches Diisocyanat oder Polyisocyanat mit höherer Funktionalität ist, insbesondere rohe Mischungen von Methylenbrücken aufweisenden Poh'phenylpolyisocyanalen. welche Diisocyanate, Triisocyanate oder Polyisocyanate mit höherer Funktionalität enthalten. Methylenbrücken weisende Polyphenylpolyisocyanate sind allgemein bekannt, und sie besitzen die allgemeine FormelPreferred polyisocyanates which can be emulsified according to the invention are those in which the Isocyanate is an aromatic diisocyanate or polyisocyanate with higher functionality, in particular crude mixtures of methylene-bridged phenyl polyisocyanals. what diisocyanates, triisocyanates or contain polyisocyanates with higher functionality. Polyphenyl polyisocyanates showing methylene bridges are well known and they have the general formula
CH2 4CH 2 4
CH2 fCH 2 f
NCONCO
NCONCO
NCONCO
worin η mehr ais I ist und im Falle von rohen Mischungen ein Mittel von mehr als I darstellt. Diese Verbindungen werden in bekannter Weise hergestellt durchwhere η is more than I and represents an average of more than I in the case of crude mixtures. These compounds are made in a known manner by
Phosgenieren von entsprechenden Mischungen von Polyaminen, die durch Kondensation von Anilin und Formaldehyd erhalten worden sind. Es ist üblich, rohe Mischungen von Methylenbrücken aufweisenden PoIyphenylpolyisocyanaten, welche Diisocyanat, Triisocyanat und Polyisocyanate mit höherer Funktionalität enthalten, als MDI zu bezeichnen.Phosgenation of appropriate mixtures of Polyamines obtained by the condensation of aniline and formaldehyde. It is common to be raw Mixtures of polyphenyl polyisocyanates containing methylene bridges, which diisocyanate, triisocyanate and polyisocyanates with higher functionality included, to be referred to as MDI.
Weniger geeignete organische Isocyanate, welche erfindungsgemäß emulgiert werden können, sind Isocyanatreste aufweisende Vorpolymere, die hergestellt sind durch Umsetzen eines Überschusses von Diisocyanat cder einem Polyisocyanat mit höherer Funktionalität mit einem Hydroxylenden aufweisenden Polyester oder Hydroxylenden aufweisenden Polyether, sowie Produkte, welche durch Umsetzen eines Überschusses von Diisocyanat oder Polyisocyanat höherer Funktionalität mit monomerem Polyol oder einer Mischung von monomeren Polyolen, wie Äthylenglykol, Trimethylolpropan und Butandiol, erhalten worden sind.Less suitable organic isocyanates which can be emulsified according to the invention are isocyanate radicals comprising prepolymers made by reacting an excess of diisocyanate or a higher functionality polyisocyanate with a hydroxyl terminated polyester or hydroxyl-terminated polyethers, as well as products, which by reacting an excess of diisocyanate or polyisocyanate of higher functionality with monomeric polyol or a mixture from monomeric polyols such as ethylene glycol, trimethylolpropane and butanediol are.
Es ist allerdings möglich, daß sich solche Vorpolymere (Präpolymere) im Verlauf des erfindungs£5mäßen Herstellungsverfahrens in geringen Mengen bilden.However, it is possible that such prepolymers Form (prepolymers) in small amounts in the course of the manufacturing process according to the invention.
Höhermolekulare Polyglykole, insbesondere PoIyäthylenglykole, Polypropylenglykole, sowie gemischte Glykole mit Molekulargewichten zwischen 4000 und 20 000, vorzugsweise zwischen 6000 und 12 000, sind geeignete Emulgatoren zur Herstellung von Emulsionen von Polyisocyanaten. Die hergestellten Emulsionen sind über einen Lagerzeitraum von z. B. I bis 10 Stunden als stabil anzusehen. Die Emulsionen enthalten z. B. 5 bis 70 Prozent Polyisocyanat, 2 bis 20 Prozent Emulgator und im übrigen Wasser. Sie werden in der für Emulsionen üblichen Weise durch Verrühren der Bestandteile mit geeigneten Vorrichtungen erhalten.Higher molecular weight polyglycols, especially polyethylene glycols, Polypropylene glycols, as well as mixed glycols with molecular weights between 4000 and 20,000, preferably between 6,000 and 12,000, are suitable emulsifiers for the production of emulsions of polyisocyanates. The emulsions produced are over a storage period of z. B. I to 10 hours to be regarded as stable. The emulsions contain e.g. B. 5 to 70 percent polyisocyanate, 2 to 20 percent emulsifier and the rest of the water. They are made in the usual way for emulsions by stirring the constituents obtained with suitable devices.
Zur Unterscheidung der Erfindung von dem, was schon bekannt ist, muß aber im Zusammenhang mit der Herstellung der Emulsionen auf folgendes hingewiesen werden:To distinguish the invention from what is already known, it must be in connection with the In the preparation of the emulsions, the following should be noted:
Es ist danac'-* anzunehmen, daß die fertigen Emulsionen zwar das Polyglykol mindestens teilweise als Reaktionsprodukt mit Teilen des Isocyariats enthalten, jedoch die emulgierten Partikel dann gegen den Einfluß z. B. der Hydrolyse durch Wasser relativ geschützt sind.It is then to be assumed that the finished emulsions although the polyglycol contains at least partially as a reaction product with parts of the isocyanate, however the emulsified particles then against the influence z. B. the hydrolysis are relatively protected by water.
Eine typische Emulsion wird aus 30 Teilen Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat. IO Teilen Polyäthylenglykol und 60 Teilen Wasser in folgender Weise erhalten:A typical emulsion is made from 30 parts of diphenylmethane-4,4'-diisocyanate. 10 parts of polyethylene glycol and 60 parts of water are obtained in the following way:
Das Polyäthylenglykol (mittleres Molekulargewicht 9000) wird in 60 Teilen Wasser gelöst und in die gerührte Lösupg Diphenylmethan-4.4'-diisocyanat eingerührt. Das Emulgieren mittels eines hochtourigen Rührwerks erfordert ca. 10 bis 30 Sekunden.The polyethylene glycol (average molecular weight 9000) is dissolved in 60 parts of water and stirred into the Dissolve diphenylmethane-4.4'-diisocyanate stirred in. The emulsification by means of a high-speed stirrer takes about 10 to 30 seconds.
Die Stabilität der Isocyanatemulsion kann nach bekannten Verfahren, z. B. durch Titration gegen Bromphenolblau gemessen werden. Hierzu werden in bestimmten Zeitabständen Proben der Emulsion entnommen, mil überschüssiger Dibutylaminlösung versetzt und nicht verbrauchtes Amin mit methanolischer Salzsäure zurücktitriert. Als Kennzahl »R« wird das Verhältnis mval Dibutylamin/g Diisocyanat gewählt.The stability of the isocyanate emulsion can be determined by known methods, e.g. B. measured by titration against bromophenol blue. For this purpose, samples of the emulsion are taken at certain time intervals, excess dibutylamine solution is added and the amine that has not been consumed is back-titrated with methanolic hydrochloric acid. The ratio mval dibutylamine / g diisocyanate is selected as the index »R«.
Die R-Werte der wäßrigen Isocyanatemulsion werden laufend gemessen und die Abnahme jeweils gemittelter Ä-Werte (in % vom Anfangswert) als Ordinate gegen die Zeit als Abszisse aufgetragen.The R values of the aqueous isocyanate emulsion are measured continuously and the decrease in the respective mean λ values (in% of the initial value) is plotted as the ordinate against time as the abscissa.
Kennzahl KCode K
mval Dibulylumin
# Diisocvanatmval dibulylumin
# Diisocvanate
Zur Auswertung der Slrbüität wird der /?-Wert von reinem Isocyanat bestimmt und gleich 100% gesetzt.The /? Value of determined pure isocyanate and set equal to 100%.
Abbildung und Tabelle zeigen die Abnahme des Isocyanatgehaltes bei einer Temperatur von 23°C in Abhängigkeit von der Zeit (0 bis 5 Stunden). Zwischen dem Isocyanatgehalt und der Lagerzeit besteht danach folgender empirischer Zusammenhang:The figure and table show the decrease in isocyanate content at a temperature of 23 ° C as a function of time (0 to 5 hours). Between the Isocyanate content and storage time, there is the following empirical relationship:
Y = 100 - 0,793 · Zeit (in Stunden) % Y = 100 - 0.793 time (in hours)%
Pro Stunde nimmt der Isocyanatgehalt also nur um durchschnittlich 0,793% ab. Der schraffierte Bereich ■45 um die Regressionsgrade gibt deren Vertriuensbereich für 95% Aussagesicherheit an. Die beiden außenliegenden Kurven schließen 95% Streubereich der Einzelmessungen ein.The isocyanate content only decreases by an average of 0.793% per hour. The hatched area ■ 45 around the regression degrees gives their confidence interval for 95% reliability. The two outer curves close the 95% scatter range of the individual measurements a.
Diese Untersuchung belegt eine innerhalb der praxis-"> (> nahen Verarbeitungszeiten ausreichende Lagerstabilität der Emulsion.This investigation proves one within the practice - "> (> The emulsion has sufficient storage stability for near processing times.
Mit der Polyisocyanatcmulsion wurden Spanplatten hergestellt und ihre tecnnologische Anwendung geprüi't. Chipboard was produced with the polyisocyanate emulsion and its technical application was tested.
AiIV endungsbeispielcAiIV ending examplec
Fichtenspäne, die unter Technikumsbedingungen hergestellt wurden und einen Feuchtigkeitsgehalt von ca. 4% haben, werden :n einer üblichen Beleimungsvor-Spruce chips that have been produced under pilot plant conditions and have a moisture content of approx. 4% are :
bo richtung mit den in den nachfolgenden Beispielen genannten Klebstoffmischurtgen behandelt. Als Hydrophobiermittel dient eine 50%ige Paraffineiiuision, die Menge beträgt in allen Fällen 1% Festwachs auf absolut trockene Späne. Zur Einstellung eines Fetichtig-bo direction with those mentioned in the following examples Adhesive mixed belts treated. A 50% paraffin solution serves as a water repellent, which In all cases, the amount is 1% solid wax on absolutely dry chips. To set a due date
b'i keitsgehaltes der beha 7ten Späne von ca. 12% wird die notwendige Menge an Wasser vor der Beharzung auf die Späne gesprüht.The content of the retained chips is approx. 12% The necessary amount of water is sprayed onto the chips before the resin build-up.
Die Zubereitung der Klcbstoffemulsion erfolgt nachThe preparation of the adhesive emulsion takes place after
dem im Beispiel beschriebenen Verfahren. Die Klebstoffemulsion wird mittels eines Mischers so auf den Spänen verteilt, daß 2 bis 4% Isocyanat auf atro Holz gelangen. Als Vergleich wird der Versuch mit nichtemulgiertem Isocyanat durchgeführt.the procedure described in the example. The adhesive emulsion is applied to the using a mixer Chips distributed so that 2 to 4% isocyanate get on atro wood. As a comparison, the test with non-emulsified Isocyanate carried out.
Die so vorbehandelten Späne werden in einer Vcrsuchsschüttanlage zu einem Spankuchen geformt. Die Preßtemperatur beträgt I65°C bei einer Preßzeit vonThe chips, which have been pretreated in this way, are placed in a test bulk plant shaped into a chip cake. The pressing temperature is 165 ° C with a pressing time of
4 Minuten und einem spezifischen Druck von 2.5 N/mm2. Wegen der Klcbrieigung der Isocyanate wird mit Trennpapieren gearbeitet. Die Dicke der gefertigten Spanplatten betragt 18,5 mm, die Dichte ca. 6IOkg/m>.4 minutes and a specific pressure of 2.5 N / mm 2 . Because the isocyanates are cluttered, release papers are used. The thickness of the manufactured chipboard is 18.5 mm, the density approx. 6IOkg / m>.
Die Prüfung der Platten geschieht nach DIN 52 360-65.The panels are tested in accordance with DIN 52 360-65.
V/,T /V /, T /
Die Ergebnisse zeigen, daß bei gleichem KJebstoffeinsatz durch die der Erfindung zugrundeliegenden Maßnahmen eine bessere mechanische Festigkeit erzielt wird und die Empfindlichkeit gegen Wasser deutlich abnimmt.The results show that with the same amount of kJebstoff used by the measures on which the invention is based a better mechanical strength is achieved and the sensitivity to water decreases significantly.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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