DE3025522A1 - Verfahren zur herstellung formaldehydfreier holzwerkstoffe - Google Patents

Verfahren zur herstellung formaldehydfreier holzwerkstoffe

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DE3025522A1
DE3025522A1 DE19803025522 DE3025522A DE3025522A1 DE 3025522 A1 DE3025522 A1 DE 3025522A1 DE 19803025522 DE19803025522 DE 19803025522 DE 3025522 A DE3025522 A DE 3025522A DE 3025522 A1 DE3025522 A1 DE 3025522A1
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epoxy resin
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epoxy
dispersion
amide
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DE19803025522
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English (en)
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Eckehardt Dipl.-Chem. Dr. 6702 Bad Dürkheim Wistuba
Otto Ing.(Grad.) 6710 Frankenthal Wittmann
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BASF SE
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BASF SE
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L63/00Compositions of epoxy resins; Compositions of derivatives of epoxy resins
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L97/00Compositions of lignin-containing materials
    • C08L97/02Lignocellulosic material, e.g. wood, straw or bagasse

Description

  • Verfahren zur Herstellung formaldehydfreier Holzwerkstoffe
  • Die Erfindung betrifft die Verwendung wärmehärtbarer Bindemittel für elastische, helle Holzwerkstoffe, insbesondere Holzfaser- und Holzspanplatten, Furnierplatten und Formkörper, die während und nach der Härtung kein Formaldehyd abspalten.
  • Übliche Bindemittel für Holzwerkstoffe sind Aminoplaste oder Phenoplaste, d.h. harzartige Produkte, die durch Vorkonaensation von entweder Amino-, Imino- oder Amidgruppen enthaltenden Verbindungen oder von Phenolen insbesondere mit Formaldehyd entstehen und die unter dem Einfluß von Temperatur und ggf. Katalysatoren weiterkondensieren und somit vernetzen.
  • Neuerdings werden auch Isocyanate, z.B. Diphenylmethan--diisocyanat enthaltende Gemische als Bindemittel für Holzwerkstoffe eingesetzt, um den Nachteil der Aminoplaste {Harnstoff- und Melamin-Formaldehydharze) die bei der Herstellung und z.T. auch später Formaldehyd abspalten zu überwinden.
  • Bei phenolharzgebundenen Werkstoffen wird zwar die nachträgliche Formalaehydabspalt ung praktisch nicht beobachtet, jedoch wird aufgrund des hohen Alkaligehaltes vieler Phenolharze die Holzalterung und das elastor:iechanische Verhalten beeinflußt. Weiterhin kann z.T. die Dunkelfärbung der mit Phenolharz hergestellten Holspanplatten als nachteilig angesenen werden. Die Analeildung von Isocyanaten als Bindemittel für Holzwerkstoffe bedarf aufwendiger Sicherheitsvcrkehrungen. Dispersionen thermoplastischer Polymerer (sog. Weißleime) schließlich kommen als Bindemittel für Holzwerkstoffe nicht in Betracht, da sie u.a. nicht wärmehärtbar sind.
  • Ss ist eine Aufgabe der Erfindung, Bindemittel für Holzwerkstoffe anzugeben, die keinen Formaldehyd abspalten, mit den in der Holzspanplattenindustrie üblichen Techniken verarbeitbar sind und hellfarbige Werkstoffe ergeben und ein Verfahren zu ihrer Herstellung in diesem Sinne.
  • Es wurde gefunden, daß diese Aufgabe durch ein Bindemittel, bestehend aus einer wäßrigen Epoxidharzdispersion sowie einer wäßrigen Polyaminamiddispersion gelöst werden kann.
  • Die erfindungsgemäße Kombination einer wäßrigen Epoxid-und Polyaminamiddispersion ermöglicht die Herstellung von Werkstoffen, die weder bei der Herstellung noch beim späteren Einsatz der Platten Formaldehyd abgeben, hell sind und eine hohe Biege- und Querzugfestigkeit aufweisen.
  • Geeignete wäßrige Epoxidharzdispersionen können z.B. dadurch erhalten werden, daß bestimmte, basische Stickstoffgruppen enthaltende Copolymerisate als Schutzkolloide zu ihrer Herstellung verwendet werden. Beispielsweise erhält man Epoxidharzdispersionen mit Wassergehalten von 40 bis 75 Gew.% dadurch, daß man (A) ein Epoxidharz mit mehr als einer 1,2-Epoxidgruppe pro Molekül mit (B) 1 bis 30 Gew.%, bezogen auf Epoxidharz (A), eines stickstoffbasischen Schutzkolloids mit einer Aminzahl von 10 bis 90 in Gegenwart von (C) 50 bis 1000 Mol.% der auf den basischen Stickstoff des Schutzkolloids (B) bezogenen Menge einer Säure, 'sowie gegebenenfalls eines oder mehrerer organischer Lösungsl mittel bei Temperaturen von 50 bis 150 0C umgesetzt, das Reaktionsprodukt durch Zugabe von Wasser dispergiert und gegebenenfalls ein organisches Lösungsmittel entfernt.
  • Zu den Bestandteilen der erfindungsgemäßen Bindemittelmischung ist im einzelnen folgendes zu sagen: Komponente I: Epoxidharzverbindungen (A) mit mehr als einer 1,2-Epoxidgruppe je Molekül auf der Grundlage z.B. von Kondensationsprodukten des Epichlorhydrins mit Bisphenol-A, Hydantoin und Isocyanursäure sowie epoxidierte Fettsäureester, Butadienoligomere und cycloaliphatische Verbindungen und deren Gemische sind bekannt. Bevorzugt sind die technisch interessanten Epoxidharze, die durch Kondensation von Epichlorhydrin mit mehrwertigen Phenolen, wie z.B. Bisphenol-A, erhalten werden.
  • Diese Epoxidharze können mit Hilfe von Polymeren aus z.B.
  • Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylpyrrolidon und basischen polymerisierbaren Verbindungen, wie Vinylimidazol als stickstoffbasische Schutzkolloide (B) in wäßrige Dispersionen überführt werden, die eine für den erfindungsgemäßen Zweck ausreichende Stabilität aufweisen.
  • Als stickstoffbasische Schutzkolloide (B) kommen solche mit Aminzahlen von 10 bis 90, vorzugsweise 20 bis 45 in Betracht. Geeignet sind insbesondere Copolymerisate mit K-Werten (nach Fikentscher) zwischen 20 und 70. Für das erfindungsgemäße Herstellverfahren werden die stickstoffbasischen Schutzkolloide (B) in Mengen von 1 bis 30, vorzugsweise 5 bis 20 Ges.%, bezogen auf Epoxidharz (A) eingesetzt.
  • Als stickstoffbasische Schutzkolloide werden bevorzugt mit Vinylimidazol, Vinylpyridin und/oder Dimethylaminoethyl(meth) acrylat modifizierte Vinylacetat- und besonders Vinylpropionat/Vinylpyrrolidon-Copolymerisate mit K-Werten von 20 bis 60, bevorzugt 25 bis 45, eingesetzt. Das Verhältnis Vinylacetat oder Vinylpropionat : Vinylpyrrolidon beträgt vorzugsweise 1:8 bis 8:1, insbesondere 1:2. Im Copolymerisat kann das Vinylpyrrolidon zu 50 % und weniger durch Vinylcaprolactam ersetzt sein.
  • Der Anteil der basischen Stickstoffverbindungen, wie Vinylimidazol, Dimethylaminoethyl(meth)acrylat und Vinylpyridin, ergibt die Aminzahl des Schutzkolloids, die 10 bis 90, bevorzugt 20 bis 45, beträgt.
  • Gegebenenfalls können im stickstoffbasischen Schutzkolloid (B) bis zu 35 Gew.% weitere ethylenisch ungesättigte Verbindungen, wie beispielsweise (Meth)acrylamid, (Meth)acrylsäure, (eth)acrylsäureester der C1-C18-Alkohole mit einpolymerisiert sein.
  • Die Herstellung der einbaubaren stickstoffbasischen Schutzkolloide erfolgt im allgemeinen nach üblichen Polymerisationsverfahren, beispielsweise durch Lösungspolymerisation in Wasser, oder organischen Lösungsmitteln, wie Alkoholen, wie z.B. tert.-Butanol, Polyolen, wie z.B. Glykol und Glycerin, Etherolen, wie Monoalkyldiolen, wie z.B. Butylglykol, Propylglykol, Ethylglykol und Methylglykol, Diethylenglykolmono-n-butylether, Ethern, wie z.B. Dialkyldiolen, wie Diethylenglykoldiethylether, Ketonen und Estern.
  • Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Epoxidharzdispersionen werden vorzugsweise wasserverdünnbare Schutzkolloidlösungen verwandt.
  • Als Säuren (C) können sowohl anorganische Säuren, wie Salzsäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure, als auch organische Säuren, wie Carbonsäuren und Sulfonsäuren für das erwähnte Herstellverfahren verwendet werden. Bevorzugt sind Carbonsäuren, wie C1-O3 -Carbonsäuren, z.B. Ameisensäure, Essigsäure und Propionsäure, Dicarbonsäuren, wie Oxalsäure und Maleinsäure, Hydroxycarbonsäuren, wie Milchsäure und Weinsäure und Dicarbonsäurehalbester, wie Maleinsäuremonomethylester, Bernsteinsäuremonotriethylenglykol-Ester, Maleinsäuremono-octaethylenglykol-ester und Bernsteinsäuremono-(triethylenglykolmono-n-butylether ) -ester. Z.B. werden 50 bis 1000, vorzugsweise 100 bis 500 Molprozent der auf den basischen Stickstoff des Schutzkolloids (B) bezogenen Menge der Komponente (C) eingesetzt.
  • Die säurekatalysierte Reaktion zwischen Epoxidharz (A) und einbaubarem stickstoffbasischem Schutzkolloid wird bei Temperaturen von 50 bis 150, vorzugsweise 65 bis 950C, in der Schmelze oder in Lösungsmitteln, deren Siedepunkte unter 1600C liegen, wie aliphatischen, cyclischen und aromatischen Kohlenwasserstoffen, halogenierten Kohlenwasserstoffen, Alkoholen, Ketonen und Estern oder Gemischen dieser Lösungsmittel durchgeführt. Die Reaktionszeit liegt Je nach der Temperatur im allgemeinen zwischen 10 Minuten und 4 Stunden und kann über die Bestimmung der Säurezahl ermittelt werden.
  • Die erhaltenen Epoxidharzdispersionen sind stabil und können mehrere Monate lang ohne Zersetzung aufbewahrt werden Die Epoxidharzdispersionen können außer zur Benutzung bei der Erfindung auch zur Beschichtung von Papier, Textilien, Kunststoffen, Beton, Straßen und Metallen dienen.
  • Komponente II: Polyaminamidharze sind Umsetzungsprodukte ungesättiger und/ oder dimerisierter ungesättigter Fettsäuren, z.B. der Ö1-säure, Ricinolsäure, Linolsäure oder Gemischen dieser Säuren mit Alkylendiaminen, z.B. Ethylen-, Propylen- und Tetramethylendiamin sowie Polyalkylenpolyaminen wie Diethylentriamin. Sie können mit geeigneten Emulgatoren, die selbständig oder auch in die Harze durch Kondensation oder Polymerisation eingebaut sein können, und ggf.
  • geringen Lösungsmittelzusätzen, wie z.B. Ethylenglykolmonoalkylethern, in Wasser dispergiert werden. Auch diese Dispersionen sind haltbar.
  • Sowohl die Epoxidverbindung(en) mit einem Epoxidäquivalentgewicht von 150-2.500, bevorzugt 150-500, als auch die Polyaminamidverbindung(en) mit einem H-Aktiv-Aquivalentgewicht von 150-2.000, bevorzugt 100-500, bilden mit Wasser etwa 25-75 gew.-Xige Dispersionen, die für den erfindungsgemäßen Zweck ggf. mit Wasser noch verdünnt werden, wie dies auch aus der Technik der Verleimung mit Aminoplasten bekannt ist.
  • Die für die Abmischung nötigen Mengen an Komponente I und Komponente II ergeben sich aus dem Verhältnis des Epoxidäquivalentgewichtes zum H-Aktiv-Äquivalentgewicht.
  • Das Verhältnis beträgt i.a. 0,8 bis 1,6, bevorzugt 1 bis 1,3.
  • Die erfindungsgemäßen Mischungen oder deren Komponenten können weitere, insbesondere in der Holzwerkstoffindustrie übliche Zusätze enthalten, wie Hydrophobierungsmittel (z.B. dispergierte Wachse), Holzschutzmittel, in untergeordneten Mengen andere verträgliche Bindemittel und ggf. Epoxidharzhärter.
  • zie Herstellung der erfindungsgemäßen Mischungen geschieht durch Vereinigen der Komponenten I und II. Die Mischungen besitzen je nach Konzentration eine Verarbeitungszeit von ca. 4 bis 8 Stunden.
  • Die Herstellung von Holzwerkstoffen mit Hilfe der erfindungsgemäßen Bindemittel folgt den üblichen Regeln dieses Industriezweiges. Z.B. ist dabei auf die Einhaltung eines bestimmten Trocknungsgrades in den Holzrohstoffen - z.B.
  • bis zu einer Restfeuchte von etwa 1 bis 4 % - und die sonstigen Voraussetzungen zur Erzielung günstiger Verleimungsresultate zu achten.
  • Die Epoxidharzbindemittel können durch geeignete Auswahl von Rohstoffen und Härtungsbeschleunigern so eingestellt werden, daß die gewöhnlichen Verarbeitungsbedingungen der bekannten Verfahren (also Preßtemperatur und -druck, Verleimungsdauer bzw. Taktzeiten, Nachlagerung usw.) angewandt werden können. Ggf. muß die günstigste Rezeptur durch übliche Vorversuche ermittelt werden, wobei man je nach Qualitätsanforderungen von einem Bindemittelbedarf (trocken, bezogen auf absolut trockenes Holz) von etwa 5 bis 15 % ausgehen kann.
  • Herstellbeispiel für das Bindemittel Zur Bereitstellung der Komponente I werden 2,85 kg des Umsetzungsproduktes von Epicnlorhyarin und Bisphenol-A mit einem mittleren Molekulargewicht von 370 und einem Epoxidiert von 0,52 während 45 Minuten bei 80°C mit 27,3 g einer Lösung eines Polymerisats aus je 60 Teilen Vinylpyrrolidon, 30 Teilen Vinylpropionat und 10 Teilen Vinylimidazol mit einem K-Wert (nach DL'j 53 726) von 40,8, sodann 90 g Essigsäure und 25,5 g Butylglykol erwärmt, mit 3 kg Hethylethylketon verdünnt, 5,58 kg Was- ser zugesetzt und innerhalb von 45 Minuten unter vermindertem Druck das Lösungsmittel abdestilliert. Die erhaltene Dispersion hat einen Feststoffgehalt von 43,3 % und einen Epoxidwert von 0,18.
  • Zur Bereitstellung der Komponente II werden 1,6 kg eines wasseremulgierbaren, innerhalb moaifizierten Polyaminamids, wie es nach der Vorschrift in Merkblatt der Farbwerke Hoechst AG Beckopox-Spezialhärter VEH 29 erhalten wird, mit einer Aminzahl von 200-300 und einem H-Aktiv-Aquivalentgewicht von 155-160 in 4 kg Wasser dispergiert.
  • Anwendungsbeispiel Je 90 g Komponente I werden mit 26 g Wasser verdünnt und mit 166 g Komponente II verrührt. Mit dieser Mischung werden 1.450 g trockene Nadelholzspäne in üblicher Weise beleimt. Auf einer Versuchsplattenpresse werden nach einer Preßzeit von 8 min bei 1850C unter einem Druck von 23 bar Holzspanplatten mit folgenden Eigenschaften (ermittelt nach DIN 52360-65) erhalten: Plattenstärke: 17,3 mm Dichte: 609 kg/m3 Querzugsfestigkeit: o,8 N/mm2 Biegefestigkeit: 1d,5 N/mm2.

Claims (2)

  1. rPatentansprüche 1. Verwendung einer wäßrigen Dispersion eines Epoxidharzes wie sie durch Emulgieren von insbesondere Umsetzungsprodukten des Epichlorhydrins und mehrwertigen Phenolen mit Hilfe eines reaktiven Schutzkolloids in Wasser erhalten werden kann, zusammen mit einer an sich bekannten Dispersion eines Polyaminamidharzes als Bindemittel zur Herstellung von Holzwerkstoffen.
  2. 2. Verwendungsverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel 5 bis 15 % (trocken gerechnet, bezogen auf absolut trockenen Holzrohstoff) einer Mischung,bestehend aus 10 bis 30 Gew.-% eines in wäßriger Dispersion vorliegenden Epoxidharzes, 10 bis 50 Gew.-% eines in wäßriger Dispersion vorliegenden Polyaminamidharzes, bis zu 10 Gew.-% Emulgierhilfsrnitteln, sowie ggf. untergeordneten Mengen an Härtungsbeschleunigern, verfahrensüblichen Zusätzen und im übrigen Wasser verwendet wird mit der Maßgabe, daß das Verhältnis des Epoxidharzes zum Po'yaminamiaharz gemäß einem Verhältnis der jeweiligen Äquivalenzgewichte von 0,8 bis 1,6 gewählt wird und der Wassergehalt der Bindemittelflotte insgesamt wenigstens 30 a beträgt.
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