DE4308089A1 - Formaldehydfreie Bindemittel für Holz - Google Patents

Formaldehydfreie Bindemittel für Holz

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Mittel, die ein Polyamin, einen Zucker und ein oder mehrere Komponente aus der Gruppe, die von Dicarbonsäurederivaten, Aldehyden mit zwei oder mehr Kohlen­ stoffatomen und Epoxiden gebildet wird, enthalten. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung solcher Mittel zur Her­ stellung von Bindemitteln zur Holzverleimung.
Zur Holzverleimung werden seit langem Kondensationsharze auf der Basis von Harnstoff und Formaldehyd verwendet. Sie werden haupt­ sachlich zur Herstellung von Preßspanplatten für den Möbelbau eingesetzt. Neben ihrem günstigen Preisniveau besitzen diese Harze die Vorteile einfacher Verarbeitbarkeit und langer Topf­ zeiten bei gleichzeitig hohen Reaktivitäten. Ihr gravierender Nachteil ist, daß sie bei und nach der Verarbeitung Formaldehyd abspalten.
Im Hinblick auf den Gesundheitsschutz bei Herstellung und Verwen­ dung von verleimten Holzwerkstoffen bestand die Aufgabe, kosten­ günstige und anwendungsfreundliche formaldehydfreie Bindemittel zur Holzleimung zu entwickeln.
Demgemäß wurden Mittel gefunden, die
  • a) ein Polyamin,
  • b) 0,01 bis 0,25 Mol pro Mol Aminogruppen von a) eines Zuckers und
  • c) 0,01 bis 0,25 Mol pro Mol Aminogruppen von a) einer oder mehrerer Komponenten aus der Gruppe, die von Dicarbonsäure­ derivaten, Aldehyden mit zwei oder mehr Kohlenstoffatomen und Epoxiden gebildet wird, enthalten.
Als Polyamin wird bevorzugt das technisch in großen Mengen zur Verfügung stehende Polyethylenimin eingesetzt. Für spezielle Anwendungen, insbesondere für kochfeste Holzverleimungen, werden als Polyamin vorteilhaft Derivate des Melamins, insbesondere das N,N′,N′′-Tris-(6-aminohexyl)-melamin zur Herstellung eines Binde­ mittels eingesetzt.
Als Zucker können sowohl Monosaccharide, als auch Di- oder Poly­ saccharide eingesetzt werden. Die Zucker können als reine Verbin­ dungen oder auch als Gemische, beispielsweise Hydrolysate von Stärke, eingesetzt werden. Bevorzugt werden die leicht verfüg­ baren und billigen Zucker Saccharose oder Glucose eingesetzt. Die erfindungsgemäßen Mittel enthalten die Komponente b) in einer Menge von 0,01 bis 0,25 Mol, bevorzugt 0,05 bis 0,2 Mol pro Mol Aminogruppen des Polyamins a).
Als Komponente c) eignen sich Dicarbonsäurederivate von Alkyl- oder Aryldicarbonsäuren. Als Dicarbonsäurederivate sind sowohl die freien Dicarbonsäuren, als auch die entsprechenden Anhydride oder Ester zu verstehen. Geeignete Dicarbonsäuren sind beispielsweise Maleinsäure, Fumarsäure, Phthalsäure und Glutar­ säure. Besonders geeignete Komponenten c) sind die großtechnisch hergestellten Produkte Bernsteinsäureanhydrid, Maleinsäurean­ hydrid und insbesondere Phthalsäureanhydrid.
Weitere geeignete Komponenten c) sind Aldehyde mit zwei oder mehr, bevorzugt mit zwei bis sechs Kohlenstoffatomen. Bevorzugt werden als Aldehyde Propanal, Butanal, Pentanal und ganz beson­ ders 2-Methoxyacetaldehyd eingesetzt.
Weitere geeignete Komponenten c) sind Epoxide. Besonders geeignet sind Epoxide mit 2 bis 10 Kohlenstoffatomen, insbesondere Propy­ lenoxid, Isobutenoxid, Butenoxid, Cyclohexenoxid und Styroloxid.
Der Anteil der Komponenten c) an den erfindungsgemäßen Mitteln beträgt 0,01 bis 0,25 Mol, bevorzugt 0,05 bis 0,2 Mol pro Mol Aminogruppen des Polyamins a).
Weiterhin wurde gefunden, daß sich die obengenannten Mittel be­ sonders gut zur Herstellung von Bindemitteln zur Holzverleimung eignen.
Die erfindungsgemäßen Mittel können durch Umsatz der Komponen­ ten a) bis c) in Wasser hergestellt werden. Bevorzugt wird bei erhöhter Temperatur, insbesondere in der Siedehitze gearbeitet.
Die Reihenfolge der Zugabe der Komponenten spielt keine erkenn­ bare Rolle. In der Regel wird das Polyamin a) als wäßrige Lösung vorgelegt und mit einer oder mehreren Komponenten c) umgesetzt. Sobald ein homogenes Reaktionsgemisch entstanden ist, wird der Zucker b) zugegeben.
Die so hergestellten wäßrigen Mittel können direkt als Binde­ mittel zur Holzverleimung eingesetzt werden.
Gewünschtenfalls können diese Bindemittel durch Zugabe von Wasser verdünnt oder durch Entfernen von Wasser weiter eingedickt wer­ den.
Die erfindungsgemäßen Bindemittel zur Holzverleimung zeichnen sich durch gute Festigkeit und ihre äußerst geringe Formaldehyd- Ausgasung aus. Sie sind daher besonders gut zur Verleimung von Holzwerkstücken, die im Innenbereich verwendet werden, geeignet.
Die Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele weiter beschrieben.
Beispiel 1
3000 g 40% wäßriges Polyethylenimin wurden in der Hitze mit 405 g Phthalsäureanhydrid 15 min gerührt. Das Phthalsäureanhydrid löste sich hierbei auf. Bei Raumtemperatur wurden in der Mischung 200 g Glucose aufgelöst.
Das Bindemittel wurde zur Preßspanplattenherstellung verwendet. Die Spanplatten wurden wie folgt hergestellt:
5500 g eines Spangemisches aus Fichtespänen der Zusammensetzung
60% Korngröße 0,5 mm bis 2 mm
40% Korngröße < 2,0 mm bis 4 mm
Feuchte: 2%
wurden mit soviel Bindemittel vermischt, daß auf 100 Gew.-Teile atro Späne 8 Gew.-Teile Bindemittel (fest) enthalten waren.
Es wurden soviel beleimte Späne verpreßt, daß bei einer Rohdichte von ca. 660 kg/m3 Spanplatten von 18 mm Rohdicke hergestellt wur­ den.
Preßzeit: 4 min 10 s
Preßtemperatur: 185°C
Die Plattenprüfung gemäß DIN 6876 ergab folgende Werte:
Querzugfestigkeit V 20 (DIN 52 365): 0,80 N/mm2
Biegefestigkeit (DIN 52 362): 26,6 N/mm2
Perforatorwert (photom.) DIN EN 120: 0,1 mg HCHO/100 g atro Platte
Gasanalysewert DIN 52 368: 0,1 mg HCHO/m2h
Die folgenden Beispiele wurden gemäß der obenstehenden DIN-Vor­ schriften durchgeführt.
Beispiel 2
3010 g 40% wäßriges Polyethylenimin wurde bei 90°C mit 100,8 g Isobutenoxid 5 h gerührt. Nachdem das anfangs zweiphasige Reakti­ onsgemisch homogen geworden war, wurden 406 g Phthalsäureanhydrid bei 90°C eingearbeitet und nach Abkühlen bei Raumtemperatur 552 g Glucose zugelöst.
Das Bindemittel wurde zur Preßspanplattenherstellung verwendet.
Holzspäne: Fichte, 60% Typ B und 40% Typ C.
Die Plattenprüfung ergab folgende Werte:
Querzugfestigkeit V 20: 0,73 N/mm2
Biegefestigkeit: 28,4 N/mm2
Perforatorwert (photom.) DIN EN 120: 0,05 mg HCHO/100 g atro Platte
Gasanalysewert DIN 52 368: 0,04 mg HCHO/m2h
Beispiel 3
98 g Glucose, 74 g 85% wäßriger Methoxyacetaldehyd, 200 g Wasser und 0,5 g Schwefelsäure wurden 6 Stunden unter Rückfluß erhitzt. Nach dem Abkühlen wurden 2832 g 40% wäßriges Poly­ ethylenimin zugegeben.
Das Bindemittel wurde zur Preßspanplattenherstellung verwendet.
Holzspäne: Fichte, 60% Typ B und 40% Typ C.
Die Plattenprüfung ergab folgende Werte:
Querzugfestigkeit V 20: 1,21 N/mm2
Biegefestigkeit: 24,3 N/mm2
Perforatorwert (photom.) DIN EN 120: 0,05 mg HCHO/100 g atro Platte
Gasanalysewert DIN 52 368: 0,05 mg HCHO/m2h
Beispiel 4
3010 g 40% wäßriges Polyethylenimin wurde mit 543,2 g Phthal­ säuredimethylester versetzt und 7 Stunden zum Sieden erhitzt. Nachdem das anfangs zweiphasige Reaktionsgemisch homogen geworden war, wurden nach Abkühlen auf Raumtemperatur 554 g Glucose zuge­ löst.
Das Bindemittel wurde zur Preßspanplattenherstellung verwendet.
Holzspäne: Fichte, 60% Typ B und 40% Typ C.
Die Plattenprüfung ergab folgende Werte:
Querzugfestigkeit V 20: 1,00 N/mm2
Biegefestigkeit: 25,7 N/mm2
Perforatorwert (photom.) DIN EN 120: 0,08 mg HCHO/100 g atro Platte
Gasanalysewert DIN 52 368: 0,07 mg HCHO/m2h

Claims (6)

1. Mittel, enthaltend
  • a) ein Polyamin,
  • b) 0,01 bis 0,25 Mol pro Mol Aminogruppen von a) eines Zuckers und
  • c) 0,01 bis 0,25 Mol pro Mol Aminogruppen von a) einer oder mehrerer Komponenten aus der Gruppe, die von Dicarbon­ säurederivaten, Aldehyden mit zwei oder mehr Kohlenstoff­ atomen und Epoxiden gebildet wird.
2. Mittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Polyamin a) Polyethylenimin oder N,N′,N′′-Tris-(6-amino­ hexyl)-melamin verwendet wird.
3. Mittel nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß als Komponente c) ein Derivat der Phthalsäure, Maleinsäure oder Bernsteinsäure verwendet wird.
4. Mittel nach Anspruch 1 bis Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß als Zucker b) Glucose, Fructose oder Saccharose ver­ wendet wird.
5. Verwendung von Mitteln gemäß Anspruch 1 bis Anspruch 4 zur Herstellung von Bindemitteln zur Holzverleimung.
6. Zur Holzverleimung geeignete Bindemittel, dadurch gekenn­ zeichnet, daß es sich um wäßrige Lösungen von Mitteln der Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 bis Anspruch 4 handelt.
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