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Holz
ist eines der am häufigsten
allgemein verwendeten natürlichen
Materialien und es gibt immer noch ein relativ reichlich vorhandenes
Angebot. Da jedoch mehr und mehr Artikel aus Holz gemacht werden, wird
das abnehmende Angebots an großen
Bäumen
und an Bäumen
mit hoher Qualität
gravierender. Daher versucht die Wald- und Nutzholzindustrie durch
die Verwendung von synthetischen Klebstoffen den besten Gebrauch
von Holz zu machen. Beispiele von Artikeln, welche Klebstoffe verwenden,
beinhalten Spanplatten, Sperrholz, Pressspanplatten (oriented strand
boards), Leimholzelemente, I-Profilträger und weitere technisierte
Hölzer.
Ein zusätzlicher
Vorteil der Herstellung von Holzprodukten mit einem Klebstoffsystem
ist, dass die so hergestellten Hölzer
manchmal sehr viel starker sind als natürliche Hölzer aufgrund der höheren physikalischen
und chemischen Stabilität
und der höheren
Stärke
des Klebstoffs relativ zu Holz.
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Einer
der am häufigsten
allgemein verwendeten Klebstoffe in der holzverklebenden Industrie
basiert auf phenolischen Harzen. Ein typisches phenolisches Harz
wird aus der Kondensationspolymerisation von Phenol mit Formaldehyd
in der Gegenwart eines Katalysators wie NaOH hergestellt. Gegenwärtig sind
zahlreiche phenolische Harze maßgeschneidert,
um an verschiedene Holzarten und verschiedene Formen von Holzartikeln
angepasst zu werden. Traditionelle Phenol-Formaldehyd-Harze sind
chemisch nicht reaktiv genug, so dass sie gehärtet werden müssen oder
bei hohen Temperaturen verwendet werden müssen. Die Verwendung von hohen
Temperaturen verbraucht nicht nur eine große Menge an Energie, sondern
erzeugt ebenso Sicherheitsbedenken. Die Verwendung von hohen Temperaturen
kann flüchtige
organische Verbindungen, genannt VOC, veranlassen, in den Öfen zu verdampfen.
Diese häufig
toxischen Dämpfe
enden schließlich
damit, in die Umwelt entlassen zu werden, häufig durch Austritt aus dem
Schornstein. Eine weitere Sicherheitsangelegenheit mit traditionellen
phenolischen Harzen ist, dass sie immer etwas Formaldehyd enthalten,
welches ein krebserregender Stoff ist.
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Wenn
ein Klebstoff bei Raumtemperatur gehärtet werden kann, können die
Kapital- und Betriebskosten reduziert werden. Daher haben die Hersteller
von phenolischen Harzen und Holzfabrikanten ihre Anstrengungen darauf
konzentriert, bessere Klebstoffe zu ent wickeln, welche bei Raumtemperatur
aushärten
können und
welche sicherer zu handhaben und zu verwenden sind als die traditionellen
phenolischen Klebstoffe. Die vielversprechendste Technologie, welche
gegenwärtig
verwendet wird, ist ein Zwei-Komponenten-Resorcin-Klebstoff.
Ein Teil ist ein Resorcin-Formaldehyd-Harz, welches unzulänglich bezüglich des
Formaldehyds ist; und der andere ist einfach Formaldehyd oder ein
Formaldehyddonator. Dieser Klebstoff macht sich die hohe Reaktivität des Resorcins
zunutze, um das Aushärten
des Klebstoffs bei Raumtemperatur möglich zu machen.
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Anfangs
wurden Resorcin-Formaldehyd-Harze für diese Anwendungen verwendet.
Um den Einfluß der
hohen Kosten von Resorcin zu verringern, wurde später Phenol
eingeführt,
um teilweise etwas an Resorcin im Harz zu ersetzen. Gegenwärtig sind
Phenol-Resorcin-Formaldehyd-Harze
weit verbreitet als Klebstoffe zu Zwecken der Holzverbindung. In
diesem zweiteiligen Klebstoff-System ist ein Teil für gewöhnlich Formaldehyd oder
Paraformaldehyd, in der Industrie als Härter bezeichnet. Die Verwendung
von Formaldehyd oder Paraformaldehyd ist essentiell für den Klebstoff,
um eine Wirkung auszuüben.
Formaldehyd und Paraformaldehyd bringen jedoch eine Menge Sicherheitsbedenken
mit sich, da sie beide krebserregende Stoffe sind. Der Transport,
die Lagerung, die Handhabung, die Exposition und Schornstein-Emissionen
dieser schädlichen
Verbindungen werden von der EPA sowie verschiedenen anderen Regierungsgremien
streng überwacht.
Paraformaldehyd ist gegenwärtig
der am meisten allgemein verwendete Härter für Resorcin-Harze. Paraformaldehyd
ist ein Pulver und es ist äußerst schwierig,
damit zu arbeiten, da der Staub sehr schwer zu kontrollieren ist.
Es ist sehr toxisch und es zersetzt sich leicht und setzt Formaldehyd
frei, womit sehr schwierig zu arbeiten ist. Die Handhabung von Paraformaldehyd
ist daher nicht sehr sicher und erfordert besondere Aufmerksamkeit.
Ein weiterer Nachteil von Paraformaldehyd ist, dass es normalerweise
als eine Dispersion direkt vor seiner Verwendung hergestellt werden
muss. Das kommt daher, dass die Dispersionen sich leicht absetzen
und sich zu Formaldehyd zersetzen können, welches in die Luft verdampft,
wodurch eine Konzentrationsänderung
des aktiven Bestandteils resultiert. Daher muss die Industrie typischerweise
die Dispersion herstellen und anschließend innerhalb einer kurzen
Zeitspanne verwenden, um eine gleichbleibende Leistung zu erhalten
und das Absetzen und Stillstandszeiten zu verhindern. Daher erlaubt
das Resorcin-Harz-Paraformaldehyd-Klebesystem das Aushärten bei Raumtemperatur, aber
es hat nicht die Sicherheitsbedenken bezüglich des Staubens und der
Giftigkeit angesprochen.
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Neuste
Versuche von Holzproduzenten und Klebstoffherstellern waren auf
die Entwicklung von Härtern
zum Ersetzen von Paraformaldehyd gerichtet, um auf diese Weise das
Stauben, die Giftigkeit und Sicherheitsprobleme zu eliminieren,
die mit Paraformaldehyd und Formaldehyd einhergehen. Eine der vielversprechendsten
Technologien basiert auf der Oxazolidinchemie. Oxazolidine werden
aus Aminoalkoholen mit Formaldehyd gemacht. Ein Oxazolidin kann
sehr stabil sein und kein freies Formaldehyd kann detektiert werden, daher
weist sein Transport keinerlei Expositionsprobleme auf. Ein Oxazolidin
reagiert mit einem Resorcin durch einen chemischen Transfer, was
bedeutet, dass das Formaldehyd das Aminoalkohol-Molekül nur verlassen
wird, wenn es in direktem Kontakt mit einem Resorcin-Molekül ist. Der
ganze Übertragungsprozess
beinhaltet keine Bildung von Formaldehyd, wodurch alle Sicherheitsbedenken
bei der Handhabung von Paraformaldehyd, der Exposition am Arbeitsplatz
und Emissionen vollständig
eliminiert werden. Es hat weiterhin nicht das Absetzungsproblem
von Paraformaldehyd, wodurch die Produktkontinuität erhöht und die
Ausfallzeiten reduziert werden. Resorcin-Harz-Oxazolidin-Typ-Klebstoffe stellen eine
gewaltige Verbesserung gegenüber
Resorcin-Harz-Paraformaldehyd-Systemen
dar und haben auf diese Weise Popularität erlangt. Die gegenwärtig von
der Industrie verwendeten Oxazolidinhärter haben jedoch einige Einschränkungen.
Ein Hauptmangel der auf Oxazolidin basierenden Härter ist, dass der Härter nicht
in der Lage ist, ein Resorcin-Harz bei Raumtemperatur in weniger
als 24 Stunden zu härten
und eine starke Bindung zu erreichen, welche die erforderliche Nassfestigkeit
(ASTM D 2559) erfüllt.
Unter ähnlichen
Bedingungen können
auf Paraformaldehyd basierende Härter
ein Resorcin-Harz sehr effizient bei Raumtemperatur innerhalb von
24 Stunden härten
und die erforderliche Nassfestigkeit zur Verfügung stellen. Eine weitere
Einschränkung
ist, dass die auf Oxazolidin basierenden Härter typischerweise eine deutlich
kürzere
Gelierzeit oder Verarbeitungszeit haben relativ zu der von auf Paraformaldehyd
basierenden Härtern.
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WO97/18251 offenbart ein
Katalysator-Aushärtungssystem
oder einen Härter
für Resorcinharze,
welches Dimethylol-Harnstoff beinhaltet. Der Dimethylol-Harnstoff
kann in Kombination mit Oxazolidin in Verhältnissen zwischen 5:95 bis
95:5 auf molarer Basis verwendet werden. Aufschlämmungshärter können weiterhin Füllstoffe,
wie Tone, Mehle aus Nussschalen und feingesiebtes Holzmehl beinhalten.
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EP-A-666 296 betrifft
einen zweiteiligen Klebstoff, worin der erste Teil eine stabile
wässrige
alkalische Monohydroxyphenol-Lösung
mit Resolharzen umfasst, welche einen Methylendonor wie Oxazolidin
oder einen Methylol-Harnstoff enthält, und der zweite Teil ein stabiles
Resorcinharz-Vorkondensat mit einem Mangel an Formaldehyd umfasst
und optional einen Katalysator, wie eine Verbindung mit Esterfunktionalität für das Resolharz,
enthält.
Als ein Additiv können
Verdickungsmittel wie verschiedene Gummi, Stärken, Proteinmaterialien und
Tone verwendet werden.
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Es
war daher ein Anliegen der gegenwärtigen Erfinder, einen flüssigen Härter zur
Verfügung
zu stellen, welcher mit einem Resorcinharz als ein Klebstoff verwendet
werden kann, welcher bei Raumtemperatur innerhalb von 24 Stunden
aushärten
kann, um Holzartikel zu kleben, und welcher starke Klebenähte herstellen kann,
die die Spezifikation für
Nassfestigkeit erfüllen.
Weiterhin sollte ein neuer flüssiger
Härter
die Sicherheitsgefahren von Formaldehyd und Paraformaldehyd eliminieren
und eine längere
Gelierungszeit für
das Zusammenkleben von Holzartikeln bereitstellen als die gegenwärtigen Oxazolidinhärter.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine verbesserte Härterzusammensetzung bereit,
die bei Raumtemperatur mit einem Resorcinharz zum Verbinden von
Holzartikeln verwendet werden kann.
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Der
verbesserte Härter
umfasst, unter anderem, vier Bestandteile: ein Oxazolidin mit den
unten gezeigten Formeln als ein Formaldehyddonor, eine Base in einer
Menge, die ausreichend ist, um die Reaktion von Oxazolidin mit Resorcinharz
zu verzögern,
eine wirksame Menge an einem leistungsfähigen flexiblen Sorbent, ausgewählt aus
der Gruppe bestehend aus Hydroxyethylcellulose, Hydroxypropylcellulose,
Methylcellulose, Maismehl, Reispulver, Sojamehl und Weizenmehl und
eine wirksame Menge an Wasser, obwohl es im allgemeinen in größeren Mengen
verwendet wird als der Härter
zum Aushärten
des Resorcinharzes benötigt. Das
Sorbent wird bevorzugt mit dem Oxazolidin gemischt, aber es kann
auch mit dem Resorcinharz gemischt werden. Alternativ kann das Sorbent
entweder dem Härter
vor der Verwendung zugesetzt werden oder es kann direkt vor der
Verwendung des Klebstoffes zugefügt
werden, nachdem die anderen Bestandteile mit dem Harz gemischt worden
sind.
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Die
Base kann entweder organisch oder anorganisch sein. Eine anorganische
Base ist bevorzugt, beispielsweise NaOH, KOH, LiOH, MgO, Ba(OH)2, Ca(OH)2, Mg(OH)2, Al(OH)3 und CsOH.
Diese Base wird bevorzugt mit dem Resorcinharz gemischt, aber sie
kann auch unter die anderen Bestandteile des Oxazolidinhärters gemischt
werden.
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Beispiele
von Resorcinharzen, welche mit diesem verbesserten Härter verwendet
werden können, sind
Resorcin-Formaldehydharze, Phenol-Resorcin-Formaldehydharze, Tanninharze,
Tannin-Phenol-Formaldehydharze und Tannin-Formaldehydharze.
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Die
Verwendung von verbesserten Härtern
mit einem Resorcinharz produziert eine starke Bindung zwischen dem
Klebstoff und Holz nachdem es für
24 Stunden bei Raumtemperatur ausgehärtet worden ist. Der geklebte
Holzartikel ist wasserabstoßend
wie durch das Passieren von drei Zyklen einer Vakuum-Druck-Behandlung
gemäß ASTM D
2559 gezeigt wird. Der Härter
ist stabil und kann zu jeder Zeit vor seiner Verwendung hergestellt
werden. Es gibt keinen Grund, die Härter unmittelbar vor ihrer
Verwendung herzustellen, wie es der Fall war mit konventionellen
Paraformaldehydhärtern.
Es eliminiert weiterhin die Notwendigkeit sich mit toxischem Paraformaldehydpulver
und seinen Stäuben
zu befassen. Die betriebliche Kontinuität wird durch die höhere Stabilität des Härters und
der Elimination des Absetzens von festem Paraformaldehydpulver auf
dem Grund des Härters
während
der Lagerung und Anwendung verbessert. Der Härter kann leichter gehandhabt
werden als ein auf Paraformaldehyd basierender Härter, da er eine Flüssigkeit
ist. In einem weiteren Aspekt stellt die Erfindung einen Härter bereit,
welcher eine längere
Gelierungszeit hat, so dass eine größere betriebliche Flexibilität erreicht
wird während
der Anwendung des Klebstoffs. Der verbesserte Härter für Resorcinharze kann mit Aushärtung durch
Hochfrequenz oder mit Ofenaushärtung
für verbesserte Produktivität, höhere Nassfestigkeit
und stärkerer
Adhäsion
verwendet werden. Niedrigere Temperaturen und kürzere Zeiten sind möglich, während dennoch
der gewünschte
Grad an Aushärtung
erreicht wird.
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Die
Erfindung ist in einem weiteren Aspekt ein verbessertes zweiteiliges
Klebesystem, von welchem ein Teil ein Resorcinharz ist und der andere
ein Härter.
Die verbesserte Klebezusammensetzung kann zum Kleben von Holzartikeln,
wie Leimholzelementen, I-Profilträgern, technisierten
Hölzern,
Spanplatten, Pressspanplatten (oriented strand boards (OSB)) und
Sperrholz verwendet werden. Noch spezieller, das Klebesystem wird
bei Raumtemperatur aushärten,
obwohl Aushärten
mit Hochfrequenz oder Ofenaushärtung
verwendet werden kann, falls gewünscht.
Es ist formaldehydfrei, flüssig
und produziert Bindungen mit einer hohen Nassfestigkeit.
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Phenolharze und Resorcinharze
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Phenolharze
und Resorcinharze werden häufig
als Klebstoffe für
Holzartikel verwendet. Resorcinharze sind Kondensationsprodukte
aus Formaldehyd oder anderen Aldehyden mit Resorcin oder einem Resorcin-Derivat
wie Tannin. Phenole können
in solchen Harzen beinhaltet sein. Beispiele beinhalten Resorcin-Formaldehydharze,
Phenol-Resorcin-Formaldehydharze,
Tanninharze, Tannin-Formaldehydharze und Tannin-Phenol-Formaldehydharze.
Ein Resorcinharz wird in der Gegenwart einer kleinen Menge an Base
hergestellt und der endgültige
pH des Harzes ist um 5–8.
Typischerweise sind diese Harze Lösungen in einer Mischung aus
Lösungsmitteln.
Resorcinharze, die auf diese Weise hergestellt sind, weisen einen
Mangel an Formaldehyd auf. Dies wird deswegen gemacht, weil das
Harz selbst bei Raumtemperatur reagieren und vorzeitiges Gelieren
verursachen wird, falls mehr Formaldehyd vorhanden ist. Daher muss
ein Resorcinharz mit einem weiteren Bestandteil, genannt einen Härter, verwendet
werden, um als Klebestoff nützlich
zu sein.
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Härterzusammensetzung
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Gegenwärtig ist
es industrielle Praxis, Formaldehyd, Paraformaldehyd oder Oxazolidin
als den wirksamen Bestandteil in Härtern zu verwenden. Die Nachteile
bei der Verwendung von Formaldehyd oder Paraformaldehyd wurden oben
diskutiert. Oxazolidine wurden verwendet, da sie Formaldehyd zur
Verfügung
stellen, um Resorcinharze zu härten.
Der verbesserte Härter
dieser Erfindung umfasst unter anderem die folgenden vier Bestandteile:
- I. Als einen Formaldehyddonor ein Oxazolidin
mit der unten gezeigten allgemeinen molekularen Struktur. in welcher
R1, R2, R3, R4 und R5 unabhängig
Wasserstoff, Hydroxyl, verzweigtes oder geradkettiges Alkyl oder
verzweigtes oder geradkettiges Hydroxyalkyl sind.
Daher kann
das Oxazolidin mono- oder bicyclisch sein. Die bevorzugten Alkylgruppen
für R1 bis R5 sind Methyl,
Ethyl oder Hydroxymethyl. Bevorzugte bicyclische Oxazolidine sind
nur an der R3-Position substituiert und
bevorzugte monocyclische Oxazolidine sind nur an den R1-
und R2-Positionen substituiert. Eine besonders
bevorzugtes Oxazolidin ist 5-Hydroxymethyl-1-aza-3,7-dioxabicyclo[3,3,0]oktan
(Zoldine® ZT-55, Zoldine® ZT-65 und Zoldine® ZT-40,
ANGUS Chemical Company).
Der Härter kann mehr als ein Oxazolidin
enthalten, so kann eine Mischung aus zwei oder mehr Oxazolidinen
gleichzeitig verwendet werden, um beispielsweise Flexibilität in der
Gelierungszeit zu erreichen.
- II. Eine Base, welche die Reaktion des Oxazolidins mit Resorcinharz
verzögern
kann, bevorzugt eine anorganische Base. Anorganische Basen, die
für diese
Anwendung geeignet sind, beinhalten NaOH, KOH, LiOH, MgO, Ba(OH)2, CaO, Mg(OH)2,
Al(OH)3 und CsOH. Die Base kann entweder
mit dem Härter
gemischt werden oder, bevorzugt, mit dem Resorcinharz vorgemischt
werden.
- III. Ein flexibles und ein effizientes Sorbent. Jedes Sorbent,
welches einigermaßen
flexibel ist, kann verwendet werden; d.h. es ist nicht steif, sondern
kompressibel sowohl bei trockenen als auch nassen Bedingungen und
ist einigermaßen
quellbar in der wässrigen
Oxazolidinlösung,
um eine bestimmte Menge an Wasser zu absorbieren. Das Sorbent ist
ausgewählt
aus der Gruppe bestehend aus Hydroxyethylcellulose, Hydroxypropylcellulose,
Methylcellulose, Maismehl, Reispulver, Sojamehl und Weizenmehl.
Das Sorbent kann entweder löslich
oder unlöslich
sowie teilweise löslich
sein. Wenn das Sorbent löslich
ist, wird es bevorzugt kurz vor der Verwendung des Klebstoffs zugefügt. Wenn
das Sorbent unlöslich
oder nahezu unlöslich
in wässrigem
Oxazolidin ist, kann es mit dem Oxazolidin zu jeder Zeit vor seiner
Verwendung gemischt werden. Daher sind Weizen-, Mais- und Sojamehle,
Reispulver und verwandte Kornmehle bevorzugt, da sie die Zweckmäßigkeit
des Vormischens mit dem Härter
bereitstellen.
- IV. Der Härter
wird weiterhin eine wirksame Menge an Wasser beinhalten, welches
für die
Aushärtungsreaktion
benötigt
wird. Typischerweise wird es jedoch in deutlich größeren Mengen
verwendet.
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Der
Härter
macht es möglich,
das Resorcinharz bei Raumtemperatur auszuhärten, während die gewünschte Nassfestigkeit
erreicht wird, welches eine überraschende
Entdeckung war. Auch wenn wir nicht sicher sind, warum und wie der
Härter
arbeitet, glauben wir, dass die verbesserte Leistungsfähigkeit
zu mehreren Faktoren in Beziehung gesetzt werden kann: beispielsweise
bessere Penetration des Klebstoffs in das Holz; erhöhte Reaktivität des Phenolharzes
bei Raumtemperatur und die langsame Freisetzung von Oxazolidin und
Wasser in die Klebenaht während
des Aushärtens.
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Eine
Modifizierung, die in den verbesserten Härter dieser Erfindung eingeführt wurde,
ist die Zugabe einer bestimmten Menge einer organischen Base oder
einer anorganischen Base wie NaOH zum Resorcinharz. Eine hochbasische
Klebemischung kann drei Effekte haben. Erstens, ein höherer pH
würde die
Geschwindigkeit des chemischen Transfers von Formaldehyd von einem
Oxazolidinmolekül
zu einem Resorcinmolekül
abbremsen. Dies wird durch eine längere Gelierungszeit für den Klebstoff
demonstriert, wenn eine anorganische Base wie in den folgenden Beispielen
und Tabelle 2 unten gezeigt verwendet wird. Eine längere Gelierungszeit
würde dem
Klebstoff mehr Zeit geben, in die inneren Poren des Holzes zu penetrieren.
Dies kann sehr wichtig sein, insbesondere, wenn die Gelierungszeit
des Klebstoffs sehr kurz ist, wie im Falle der gegenwärtigen auf
Oxazolidin basierenden Klebstoffe. Ein weiterer möglicher
Vorteil ist, dass die erhöhte
Basizität
die Reaktivität
des phenolischen Teils eines Phenol-Resorcin-Formaldehyd-Harzes (PRF) erhöhen würde. Ein
PRF-Harz hat einen reaktiveren Resorcinteil und einen weniger reaktiven
Phenolteil. Es ist häufig
sehr schwierig, eine schnelle Reaktion zwischen Formaldehyd und
dem phenolischen Teil eines PRF-Harzes bei Raumtemperatur zu erzeugen.
Es ist gut bekannt, dass ein höherer
pH die Reaktion zwischen einem Phenolharz und einem Formaldehyd
begünstigen
würde.
Der dritte mögliche
Vorteil ist, dass die Gegenwart einer Base helfen kann, einige der
hochkristallinen Strukturen des Holzes an der Holz-Klebstoff-Schnittstelle
aufzubrechen. Ein derartiges Aufweichen des Holzes kann helfen,
eine stärkere
Bindung zwischen dem Holz und dem Klebstoff zu entwickeln.
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Die
Einführung
eines flexiblen Sorbents, wie Weizenmehl, kann die folgenden positiven
Beiträge
zum Klebstoff haben. Erstens stellt es eine Umgebung für die langsame
Freisetzung von Wasser bereit, um die Reaktion zwischen Oxazolidin
und dem Resorcinharz in der Klebenaht während dem Aushärten zu
erleichtern. Dies kann auf der Basis der folgenden Reaktion verstanden
werden. Resorcinharz + Oxazolidin + Wasser ⇨ vernetztes
Harz
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Ohne
in der Nachbarschaft vorhandenem Wasser würde sich der Oxazolidinring
nicht öffnen
und die Reaktion zwischen einem Resorcinharz würde unmöglich sein. Obwohl ein hoher
Prozentsatz an Wasser in den gängigen
kommerziellen Klebstoffen, die auf der Oxazolidinchemie basieren,
vorhanden ist, wird davon ausgegangen, dass die Wirk samkeit des
Wassers in diesen Systemen niedrig ist, unter Berücksichtigung
der Abwesenheit einer ausreichenden Menge eines Wasssersorbents,
der langen Presszeit (bis zu 24 Stunden) und des hohen Druckes,
der verwendet wird, um den Klebestoff und das umgebende Holz zu
pressen. Daher wird unter Druck und einer langen Aushärtungszeit
viel von dem Wasser aus der Klebenaht herausgequetscht und in das
Holz hinein. Daher ist viel Wasser nicht mehr länger in direktem Kontakt mit
dem Klebstoff in der Klebenaht. Dies würde ähnlich zu einem Filterverfahren
sein und das meiste Wasser wird vermutlich aus der Klebenaht unter
dem angelegten Druck „herausgefiltert" werden. Aussagen
von Leuten, welche mit diesem Gebiet vertraut sind, belegen, dass
Oxazolidin-basierende Härter
mit Hochfrequenz-Aushärtung
nicht sehr effizient sind. Hochfrequenz arbeitet nur dann gut, wenn
ausreichend Wasser vorhanden ist.
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Wie
unsere Beispiele zeigen werden, muss das Sorbent effizient sein.
Wenn das Sorbent kein guter Absorbierer von Wasser ist, wird es
die Nassfestigkeit nicht so verbessern, wie es ein gutes Sorbent
tun würde. Aufgrund
seiner kristallinen Struktur und der Gegenwart von Wasserstoffbrücken (H-Brücken), ist
Holzmehl kein effizientes Sorbent. Es ist steif und nicht flexibel
und wird die Nassfestigkeit nicht verbessern. Wie in den Beispielen
demonstriert, ein Härter,
welcher Cellulose-Mikrokristallite enthält, ein weiteres steifes und
ineffizientes Sorbent, erzeugt keine Bindung mit guter Nassfestigkeit.
Cellulosederivate, wie Hydroxyethylcellulose und Methylcellulose
sind weich und gute Sorbente. Jedoch sind die meisten dieser Cellulosederivate
löslich. Sogar
wenn nur eine kleine Menge verwendet wird, wird daraus unmittelbar
ein sehr hohe Viskosität
resultieren. Diese Eigenschaft des Löslichsein in Wasser macht es
sehr schwierig für
lösliche
Sorbente kommerziell verwendet zu werden. Ein weiterer Typ von Sorbents
basiert auf Stärke
oder Kornmaterialien. Weizenmehl, entweder als ganzes Korn oder
als weißes
Allzweckweizenmehl, ist meist unlöslich und einigermaßen flexibel (d.h.
kompressierbar) wenn es trocken und naß ist. Es hat einige Wasserstoffbrücken und
quillt in Wasser, aber es löst
sich nicht leicht in Wasser auf. Diese Eigenschaft macht es ein
ideales Additiv, da es verwendet werden kann, um einen stabilen
Härter
herzustellen. Daher sind Kornmehlsorbents, wie Weizen-, Mais- und
Sojamehle und Reispulver, in dieser Erfindung bevorzugt.
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Ein
weiterer sehr wichtiger möglicher
Vorteil von der Einführung
eines flexiblen Sorbents ist, dass es eine Umgebung für die langsame
Freisetzung von Oxazolidin zusammen mit Wasser in der Klebenaht
während des
Aushärtens
schaffen kann. Die Verwendung der langsamen Freisetzung oder Zugabe
von einem Reaktanten ist gut bekannt und wird in organischen Synthesen
häufig
verwendet. Wenn zwei Reaktanten in einer Reaktion teilnehmen, kann
die tropfenweise Zugabe eines Reaktanten zum anderen die chemische
Strukturen ändern
und so Eigenschaften des Produktes ändern, aufgrund des Unterschieds
in der Kinetik und der Reaktionsmechanismen. Im Falle eines Klebstoffes
kann dies helfen, die Bildung von gleichmäßiger verteilten Vernetzungen
und möglicherweise
höherer
Vernetzungsdichte zu erzeugen. Dies kann in verbesserten physikalischen
Eigenschaften und besserer Nassfestigkeit resultieren.
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Ein
sehr wichtiger Parameter für
die Leistung jedes Klebstoffes ist die Gelierungszeit oder die Einsatzzeit.
Abhängig
von der Anwendung und der spezifischen Ausstattung an einer bestimmten
Fabrikstelle, wird die Gelierungszeit eines Klebstoffs häufig in
einem bestimmten Bereich spezifiziert. Beispielsweise wird die Gelierungszeit
für einen
zweiteiligen Resorcin-basierenden Klebstoff normalerweise so kontrolliert,
dass sie zwischen 30 Minuten bis zu einigen Stunden Zeit liegt.
Wenn die Gelierungszeit zu kurz ist, würde der Klebstoff dem Bedienungspersonal
oder Maschinen nicht genügend
Zeit geben, um den Klebstoff aufzutragen und dabei genügend Zeit übrig zu
lassen, um das geklebte Holz einzuspannen oder zu pressen. Auf der
anderen Seite, eine zu lange Gelierungszeit würde nicht erwünscht sein.
Wenn die Gelierungszeit zu lang ist, härtet der Klebstoff für einen
langen Zeitraum nicht aus, selbst nachdem die Holzbretter eingespannt
und gepresst worden sind. Es wird weiterhin in einer längeren Zeit
resultieren, die die geklebten Bretter im Ofen bleiben müssen, um
auszuhärten.
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In
den Beispielen wurde die Gelierungszeit in jedem Fall bei Raumtemperatur
gemessen, indem einfach die Zeitdifferenz von der Zeit, wenn der
Härter
zugefügt
wird zum Resorcinharz (sofort gemischt) bis zu der Zeit, wenn der
Klebstoff nicht mehr in der Lage ist, einen kontinuierlichen Faden
zu ziehen, wenn er mit einer Pinzette hochgezogen wird.
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Klebstoff-Formulierung
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Die
Klebstoff-Zusammensetzung der Erfindung ist ein zweiteiliges System,
d.h., das Resorcinharz und der Härter.
Die Zusammensetzung beider Teile kann deutlich variieren, und wird
durch diese bestimmt sowie der Temperatur, die zum Aushärten verwendet
wird und der Reaktivität
des Harzes und des Härters.
Im allgemeinen wird der Härter
ungefähr
10 bis 60 Gew.-% des Klebstoffes ausmachen und das Harz ungefähr 90 bis 40
Gew.-%. Ein bevorzugter Klebstoff wird ungefähr 60 bis 80% Harz enthalten.
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Die
Harzreaktivität
wird von dem Grad abhängen,
bis zu welchem die vorhergehende Polymerisation zwischen Resorcin,
Phenol und dem Aldehyd vorangeschritten ist, der Art des verwendeten
Aldehyds, des relativen Verhältnisses
von Resorcin zu Phenol und der Menge an Katalysator. Wenn verwandte
Verbindungen wie Phenolderivate oder Tannine beinhaltet sind, wird
die Reaktivität
ebenso beeinflusst.
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Die
Reaktivität
der Härter-Zusammensetzung
wird durch die Art und Menge des gewählten Oxazolidins beeinflusst,
der Menge und Art der Base und der Menge und Art des verwendeten
Sorbents. In der Mischung wird der Härter ungefähr 10 bis 80 Gew.-% Oxazolidin
enthalten, 0,5 bis 30 Gew.-% Base und 0,5 bis 30 Gew.-% Sorbent
(auf einer wasserfreien Basis). In einer bevorzugten Ausführungsform
wird der Härter
ungefähr
35 bis 45 Gew.-% Oxazolidin, 4 bis 8 Gew.-% Verzögerer, beispielsweise NaOH,
und 10 bis 20 Gew.-% des Sorbents, beispielsweise Weizenmehl, enthalten.
Mindestens drei Verfahren zum Kombinieren der Bestandteile in eine
härtbare
Zusammensetzung sind bevorzugt. In einem Verfahren werden die Bestandteile
des Härters
alle vorgemischt und später
mit dem Resorcinharz gemischt. In dem zweiten Verfahren wird die
Base mit dem Resorcinharz vorgemischt, welches anschließend mit
den verbleibenden Komponenten des Härters vereinigt wird. In dem
dritten Verfahren wird das Sorbent als letztes zugegeben, d.h.,
nachdem die anderen Bestandteile des Härters mit dem Resorcinharz
gemischt worden sind.
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Weitere
Additive können
hinzugefügt
werden, um bestimmte Eigenschaften des Härters zu verbessern, beispielsweise
die Viskosität,
so dass er leichter zu handhaben ist. Beispiele beinhalten, sind
aber nicht darauf beschränkt,
Holzmehl, Mineralton und Polyvinylacetat.
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Verwendung des Klebestoffes
zum Holzverbinden
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Schlechte
oder kleine Teile von Holz können
zusammengeklebt werden, um daraus nützlichere Materialien für die Baugewerbe-
und Möbelindustrie
herzustellen. Beispiele dieser Anwendungen sind Leimholzelemente,
I-Profilträger,
technisierte Hölzer,
Sperrholz, Pressspanplatten (oriented strand boards) und Spanplatten.
Das Zusammenkleben von Holzteilen beinhaltet die Anwendung des Klebstoffes
und anschließender
Anwendung von Druck, bis die komplette Aushärtung vollendet ist. Härter, welche
Paraformaldehyd verwenden, können
bei Raumtemperatur ausgehärtet
werden, aber andere Härter
wie diejenigen, welche Oxazolidine beinhalten, haben ein Erwärmen erfordert,
um eine zufriedenstellende Aushärtung
zu erreichen. Der erfindungsgemäße Klebstoff
kann bei Raumtemperatur ausgehärtet
werden, während
er trotzdem eine akzeptable Nassfestigkeit, wie durch ASTM D 2559
definiert, erreicht.
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Wenn
ein Klebstoff verwendet wird, um Holz zu kleben, müssen die
verklebten Holzteile in der Lage sein, große Nässe, Feuchtigkeit, Regen und
heißem
Wetter zu widerstehen. Dies ist sehr kritisch, da ein geklebtes
Holzteil, das im Baugewerbe verwendet wird, viele Jahre stabil sein
muss. Für
die Messung der Nassfestigkeit eines Klebstoffes wurden industrielle
Standard-Testverfahren entwickelt für verschiedene Typen von Klebstoffen
und Anwendungen. Das Testverfahren gemäß ASTM D 2559 „Standard
Specification for Adhesive for Structural Laminated Wood Products
for Use Under Exterior (Wet Use) Exposure Conditions" wurde ausgewählt, um
die Verbesserungen in der Leistung durch unsere Erfindung zu zeigen.
Der Hauptgrund für
die Auswahl dieses Verfahren ist, dass die gegenwärtigen kommerziellen,
auf Oxazolidin basierenden Resorcinharze im allgemeinen eine schlechte
Nassfestigkeit haben und sie daher üblicherweise ein Aushärten im
Ofen erfordern.
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Die
Art des Holzes, das für
die Messungen der Nassfestigkeit in den Beispielen ausgewählt wurde,
ist Douglastanne mit den Dimensionen von 1 Zoll Dicke, 6 Zoll Breite
und 13 Zoll Länge
(25,4 × 152,4 × 330,2 mm).
Das Holz wurde zuerst für
mindestens eine Woche in einem Feuchtigkeitsraum bei 23°C und 65%
relativer Luftfeuchtigkeit konditioniert bevor es auf seine Nassfestigkeit
gemäß den Spezifikationen
wie in ASTM D 2559 beschrieben getestet wurde. Die Holzbretter wurden
mit einer frischen Oberfläche
vor dem Verbinden versehen (immer innerhalb von 24 Stunden des Bindens).
Für jeden
Satz an Experimenten wurde eine Gesamtzahl von 6 Stücken dieses
Holzes verwendet, um eine Leimholzprobe herzustellen. Getrennt davon,
falls nötig,
wurde jeder einzelne Härter
gemäß der spezifischen
zu testenden Formel hergestellt. Anschließend wurde er mit einem Resorcinharz
und weiteren Additiven, falls nötig,
gemischt. Der gemischte Klebstoff wurde auf jede Fläche des
Brettes, welches verbunden werden soll, mit ungefähr 0,23
g Klebstoff pro Quadratzoll der Holzfläche aufgebracht. Dieser Schritt
dauerte normalerweise 5 bis 10 Minuten.
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Die
6 Holzteile wurden zusammengelegt, bei Raumtemperatur für 5 bis
10 Minuten liegen gelassen und anschließend bei einem Druck von ungefähr 500 Pfund
(227 kg) gepresst. Nach 5 bis 10 Minuten wurde der Druck auf 12.000
Pfund (5455 kg) erhöht.
Nach einer Wartezeit von ungefähr
5 bis 10 Minuten (falls eine Gelierungszeit erlaubt war) würde der
Druck normalerweise auf 8.000 Pfund (3636 kg) abfallen und wurde
anschlie ßend
auf 12.000 Pfund (5455 kg) zurückgestellt.
Nachdem die Holzprobe bei Raumtemperatur für ungefähr 7 bis 15 Stunden gepresst
worden war, wurde sie anschließend
auf die richtige Größe (3 × 5 Zoll)
(76,2 × 127
mm) zugeschnitten und in einem Feuchtigkeitsraum aufbewahrt, worin
es auf den Test für
die Nassfestigkeit wartete.
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Das
Testverfahren für
die Nassfestigkeit, das in den Beispielen verwendet wurde, war identisch
zu dem in ASTM D 2559 beschriebenen. Kurzgesagt umfasst es drei
Zyklen aus Vakuum-, Druck-, Dampf- und Trockenbehandlungen während einem
Zeitraum von 3 Tagen. Für
alle unsere Beispiele betrug die Aushärtungszeit, d.h. die Zeit vom
Kleben bis zu der Zeit, wenn die Nassfestigkeit getestet wurde,
15 bis 24 Stunden. Daher betrug das Aushärten in jedem Fall bei Raumtemperatur
weniger als 24 Stunden. Am Ende der drei Zyklusbehandlungen wurde
die Nassfestigkeit, die durch die Ablösung ausgedrückt wurde,
für jede
Klebenaht und für alle
5 Klebenähte
zusammen berechnet.
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Gemäß dem ASTM
D 2559 Testverfahren und industriellen Standards, müssen beschichtete
Holzprodukte den folgenden zwei Anforderungen genügen, um
für die
Verwendung im Freien qualifiziert zu sein.
- A.
Die gesamte Ablösung
von fünf
Klebelinien darf nicht höher
als 5% sein; und
- B. Die Ablösung
in jeder individuellen Klebelinie darf nicht höher als 1% sein.
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Der
Grad der Ablösung
wird entlang zweier Seiten von jeder Probe quer zur Faser des Holzes
gemessen.
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Beispiel 1 (Vergleich)
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Ein
kommerzieller Klebstoff, der den Stand der Technik repräsentiert,
wurde bezüglich
seiner Nassfestigkeit und Gelierungszeit getestet. Hierfür wurden
zu 85 g eines kommerziellen Phenol-Resorcin-Formaldehydharzes, Neste
PRF 3001, 35,8 g eines kommerziellen Oxazolidin-basierenden Härters, Neste
H1001, zugefügt.
Es wurde anschließend
bei Raumtemperatur für
ungefähr
3 Minuten gemischt. Dieser Klebstoff wurde verwendet, um 6 Lagen
von 1 Zoll Dicke, 6 Zoll Breite und 13 Zoll Länge (25,4 × 152,4 × 330,2 mm) Douglastannenholz
zu bekleben, anschließend
bei Raumtemperatur für
24 Stunden ausgehärtet
und schließlich
für die Nassfestigkeit
gemäß ASTM D
2559, wie früher
beschrieben, getestet. Die Ergebnisse der Nassfestigkeit, ausgedrückt in %
Ablösung
für jede
Klebenaht und für
alle Klebenähte
zusammen, sind in Tabelle II gegeben.
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Die
Ergebnisse zeigen, dass die gegenwärtigen kommerziellen Resorcin-Klebstoffe,
basierend auf einem PRF-Harz und einem Oxazolidinhärter, den
Nassfestigkeitsanforderungen nicht genügen, wenn der Klebstoff bei
Raumtemperatur für
24 Stunden ausgehärtet
wird. Die Gesamtablösung
von 67% war nicht in der Lage, die Testanforderung von weniger als
5% zu erfüllen.
Zusätzlich
wurde bemerkt, dass selbst für
diejenigen 30% der Klebenähte,
von denen angenommen wurde, dass sie nicht abgelöst waren, sich die Klebenaht
als sehr schwach und nur lose verbunden herausstellte, wenn sie
näher überprüft wurde.
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Der
Klebstoff wurde auch auf seine Gelierungszeit überprüft und das Ergebnis ist in
Tabelle II gegeben. Eine Gelierungszeit von 24 Minuten ist gemäß Industriestandard
kurz. Häufig
ist eine längere
Gelierungszeit als diese bevorzugt, um eine längere Bearbeitungszeit und
höhere
Flexibilität
in der Verarbeitung zu erlauben.
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Beispiel 2
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Ein
Härter
wurde zuerst hergestellt indem allmählich 36 g Weizenmehl zu 137,1
g Zoldine® ZT-65
(ANGUS Chemical Company) und 15 g Wasser bei Raumtemperatur zugefügt wurde,
und anschließend
für 1 Stunde
bei Raumtemperatur gemischt wurde.
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Getrennt
davon wurden 120 g eines Phenol-Resorciin-Formaldehydharzes (Neste
PRF 3001) mit 4,6 g 85%-iger KOH für ungefähr 10 Minuten gemischt, während das
Harz in einem 21–25°C Wasserbad
gekühlt wurde.
Zu diesem Harz wurden 44,3 g des oben hergestellten Härters zugefügt und anschließend wurden
sie für
ungefähr
3 Minuten gemischt. Dieser Klebstoff wurde verwendet, um 6 Lagen
eines 1 Zoll × 6
Zoll × 13
Zoll (25,4 × 152,4 × 330,2
mm) Douglastannenholz zu bekleben, anschließend bei Raumtemperatur für 24 Stunden ausgehärtet und
schließlich
für die
Nassfestigkeit wie in Beispiel 1 getestet. Die in Tabelle II gegebenen
Ergebnisse zeigen die Ablösung
für jede
Klebenaht und für
alle Klebenähte.
Es ist eindeutig, dass mit der Einführung von KOH und Weizenmehl
gemäß unserer
Erfindung die Nassfestigkeit dramatisch verbessert wurde von ungefähr 70% Gesamtablösung zu
unter 1% Gesamtablösung.
Tatsächlich
erfüllt
der verbesserte Härter
beide Anforderungen, die durch ASTM D 2559 gesetzt werden, d.h.
die Ablösung
jeder individuellen Klebenaht ist unter 1% und die gesamte Ablösung für alle 5
Klebenähte
ist unter 5%. Daher ist die vorliegende Erfindung vielversprechend
in Bezug auf die kommerzielle Verwendung.
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Der
obige Klebstoff wurde auch für
seine Gelierungszeit gemäß dem früher beschriebenen
Verfahren getestet. Das Ergebnis ist als Beispiel 2 in Tabelle II
gegeben. Die Gelierungszeit erhöhte
sich auf 75 Minuten von gerade mal 24 Minuten des Klebstoffes ohne
diese Modifizierung (Beispiel 1).
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Obwohl
in diesem Beispiel das KOH zum PRF Harz hinzugefügt worden war, kann es in der
Praxis auch dem Härter
jederzeit vor der Verwendung des Härters zugefügt werden. Auf gleiche Weise
kann das Weizenmehl zu dem PRF Harz zugefügt werden.
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Beispiel 3
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Beispiel
2 wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass NaOH verwendet wurde,
um KOH zu ersetzen und die Menge an NaOH, Zoldine® ZT-65,
Wasser und Weizenmehl war leicht unterschiedlich, wie in Tabelle
I gegeben. In diesem Beispiel verbesserte sich die Gesamtablösung auch
auf unter 1% und die Gelierungszeit verlängerte sich auf 77 Minuten.
Obwohl NaOH etwas weniger basisch ist, wurde gefunden, dass es ebenso effektiv
in der Verbesserung der Nassfestigkeit ist.
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Beispiel 4
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Beispiel
2 wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass Ca(OH)2 verwendet
wurde, um KOH zu ersetzen und dass die Menge an Ca(OH)2,
Zoldine® ZT-65,
Wasser und Weizenmehl leicht unterschiedlich war, wie in Tabelle
I gegeben. In diesem Beispiel zeigte sich, dass die Gelierungszeit
sich auf 60 Minuten erhöhte
und die Gesamtablösung
verbesserte sich auf ungefähr
30%. Da Ca(OH)2 nicht so effektiv ist wie
NaOH und KOH, weist es darauf hin, dass eine Base mit niedriger
Basizität
weniger effektiv zur Verbesserung der Nassfestigkeit ist.
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Beispiel 5
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Beispiel
2 wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass gemahlenes Maismehl verwendet
wurde, um das Weizenmehl zu ersetzen. Die in Tabelle II gegebenen
Ergebnisse für
dieses Beispiel zeigen, dass Maismehl ebenso gut wie Weizenmehl
in der Verbesserung der Nassfestigkeit und Gelierungszeit arbeitet.
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Beispiel 6
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Zu
120 g eines Resorcinharzes (Neste PRF 3001) wurden 3,5 g Wasser
und 4,6 g 85%-iger
KOH zugefügt.
Während
die Mischung in einem 20–25°C Wasserbad
gekühlt
wur de, wurde das Harz für
ungefähr
20 Minuten mit einem mechanischen Rührer gemischt. Anschließend wurden
32,3 g Zoldine® ZT-65
zugefügt
und mit dem Klebstoff für
ungefähr
3 Minuten gemischt. Schließlich
wurden 8,5 g Hydroxyethylcellulose (HEC) zugefügt und für ungefähr 3 Minuten gemischt. Dieser
Klebstoff wurde verwendet, um 6 Lagen eines 1 Zoll × 6 Zoll × 13 Zoll
(25,4 × 152,4 × 330,2
mm) Douglastannenholz zu bekleben, anschließend bei Raumtemperatur für 24 Stunden
ausgehärtet
und schließlich
bezüglich
der Nassfestigkeit wie in Beispiel 1 gemessen. Die in Tabelle II
aufgelisteten Ablösungsresultate
zeigen klar, dass dieser Klebstoff beide Anforderungen bezüglich der
Nassfestigkeit von ASTM D 2559 erfüllt. Die Gelierungszeit dieses
Klebstoffes erhöhte
sich ebenfalls auf 50 Minuten.
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HEC
ist ein Cellulosederivat, welches nicht mehr die kristalline Struktur
der Cellulose aufweist und meistens eine amorphe Struktur hat. Aufgrund
der Abwesenheit von starken Wasserstoffbindungen ist HEC in Wasser
leicht löslich.
Die Tatsache, dass HEC in Wasser löslich ist, macht es deutlich
schwieriger, dieses in dieser Härteranwendung
zu verwenden als Weizenmehl. Weizenmehl ist größtenteils bei Raumtemperatur
unlöslich,
darum kann es verwendet werden, um einen stabilen Härter jederzeit
vor der Verwendung des Härters herzustellen.
Mit HEC kann ein stabiler Härter
nicht mehrere Tage vor der Verwendung des Klebstoffes hergestellt
werden. Das Auflösen
von HEC im Härter
kann die Viskosität
des Härters
schnell erhöhen
und macht es unpraktisch, selbst bei einer Zugabe von 0,5 bis 1%
HEC. Das Auflösen
von HEC in Wasser benötigt
einige Zeit, daher sollte der Klebstoff unmittelbar vor seiner Verwendung
gemischt werden.
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Beispiel 7
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Beispiel
6 wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass Methylcellulose (MC) (mittleres
Molekulargewicht 86.000) verwendet wurde, um HEC zu ersetzen. Mit
diesem Beispiel hat sich die Ablösung
ebenfalls verbessert und beide durch ASTM D 2559 geforderte Anforderungen
erfüllt.
Da Methylcellulose auch in Wasser löslich ist, sollte es unmittelbar
vor Verwendung durch Mischen des Klebstoffes mit der richtigen Menge
an Methylcellulose verwendet werden.
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Beispiel 8
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Beispiel
7 wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass eine kleinere Menge an
Methylcellulose und KOH verwendet wurde als in Beispiel 7. Dieses
Beispiel zeigt, dass eine ak zeptable Ablösung auch mit einer geringen
Menge an KOH und Methylcellulose erhalten werden kann.
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Beispiel 9
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Beispiel
2 wurde wiederholt, mit der Ausnahme, dass Cellulose-Mikrokristallite
verwendet wurden, um das Weizenmehl für die Herstellung des Härters zu
ersetzen. Mit dem Austausch von Weizenmehl durch Cellulose-Mikrokristallite
wurde die Nassfestigkeit deutlich schlechter. Cellulose-Mikrokristallite
sind strukturell eng gepackt. Aufgrund dieser dichten Struktur ist
es ein deutlich weniger effizientes Sorbent. Cellulose-Mikrokristallite
sind auch deutlich steifer und haben eine sehr eingeschränkte Flexibilität selbst
in Wasser. Dies weist darauf hin, dass das Sorbent, um hocheffizient
in der Verbesserung der Nassfestigkeit zu sein, in der Lage sein muss,
eine ausreichende Menge an Wasser und/oder Oxazolidin zu absorbieren
und dass es einigermaßen flexibel
in Wasser sein muss. Nur wenn das Sorbent ausreichend weich oder
flexibel ist, kann das absorbierte Wasser aus dem Sorbent leicht
heraustreten und mit dem Oxazolidin reagieren und anschließend Formaldehyd
freisetzen, um schließlich
das Resorcinharz zu vernetzen. Wenn die Bindung des Wassers an das
Sorbent zu eng ist, kann das Wasser nicht aus dem Sorbent austreten.
Cellulose-Mikrokristallite können
etwas in Wasser quellen und einiges Wasser absorbieren, aber sie
sind sehr steif und nicht weich genug, um das Austreten des Wassers
leicht zu erlauben. Dies mag sein, warum die Cellulose-Mikrokristallite
sehr viel weniger effektiv in der Verbesserung der Nassfestigkeit
sind.
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Beispiel 10
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Beispiel
3 wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass kein NaOH verwendet wurde.
Die in Tabelle II gezeigten Resultate demonstrieren, dass wenn nur
Weizenmehl verwendet wird, die Verbesserung der Nassfestigkeit limitiert
ist. Um effektiv zu sein, sollte das Weizenmehl mit einer anorganischen
Base gemischt werden.
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Beispiel 11
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Beispiel
1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass 3,2% KOH (basierend auf
dem Gewicht des Resorcinharzes) zugefügt wurde. Die Gelierungszeit
und die Nassfestigkeitsergebnisse, die in Tabelle II gelistet sind,
zeigen beide Verbesserungen, aber die Nassfestigkeit dieses Klebstoffes
war weit davon entfernt, die zwei Anforderungen, die durch ASTM
D 2559 gesetzt werden, zu erfüllen.
Dies bedeutet, dass nur wenn KOH in Kombination mit einem effizienten
und flexiblen Sorbent wie Weizenmehl verwendet wird, eine akzeptable Nassfestigkeit
der Klebebindung erreichbar ist.
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Beispiel 12
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Beispiel
1 wurde wiederholt mit der Ausnahme, dass 0,5% Methylcellulose in
der Härterlösung vorgelöst wurde.
Die Gelierungszeit und die Nassfestigkeitsergebnisse wie sie in
Tabelle II gegeben sind, zeigen im wesentlichen keine Verbesserung
im Vergleich zu Beispiel 1. Es wurde daher festgestellt, dass wenn
0,5% Methylcellulose verwendet wurde, die Viskosität des Klebstoffes
sehr hoch war, d.h. für
die kommerzielle Verwendung nicht praktikabel. Dieses Beispiel demonstriert,
dass das Sorbent unlöslich
sein sollte oder teilweise unlöslich,
um die Nassfestigkeit effektiv zu verbessern. Sobald das Sorbent
gelöst
ist, hat es seine Fähigkeit
des Absorbieren und Haltens verloren sowie den Mechanismus des langsamen
Freisetzens von Wasser, wodurch die Nützlichkeit des Härters im
Erreichen der richtigen Nassfestigkeit verhindert wird. Einige Cellulosederivate werden
häufig
gemischt und in Klebstoffen gellst, um die richtige Viskosität zu erreichen,
aber die gegenwärtige
Erfindung erfordert die Verwendung eines unlöslichen oder teilweise löslichen
Sorbents; oder erfordert die rasche Verwendung eines löslichen
Sorbents sofort nachdem es mit dem Resorcinharz gemischt wurde und bevor
es sich auflöst
hat. Eine gelöstes
Cellulosederivat ist nicht wirksam im Erreichen der richtigen Nassfestigkeit
und ist daher nicht innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung.
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