DK158047B

DK158047B - Koge- og vejrbestandigt cellulosefiberforstaerket plademateriale og fremgangsmaade til fremstilling deraf

Info

Publication number: DK158047B
Application number: DK164578A
Authority: DK
Inventors: Karl Jellinek; Rolf Mueller
Original assignee: Ruetgerswerke Ag
Priority date: 1977-04-16
Filing date: 1978-04-14
Publication date: 1990-03-19
Also published as: YU39413B; FR2387117A1; IT7847705A0; IT1102017B; DE2716971C2; US4268649A; DK164578A; DE2716971A1; CH630841A5; FR2387117B1; DK158047C; US4201835A; SE415546B; BE866019A; SE7714167L; YU59578A; AT365220B; ATA203278A

Description

1 DK 158047 B

Fremstillingen af koge- og vejrbestandigt plademateriale (f.eks. spånplader af kvalitet V 100 ifølge DUT 68763) af kunstharpiksforlime-de celluloseboldige naturprodukter, såsom træfibre, træspåner, træ-finérer, bagasse, risskaller, børskætter, savsmuld og andet affald fra træforarbejdningen, under anvendelse af tryk og varme er teknikkens almindelige standpunkt. Hidtil er Hertil blevet anvendt alkaliholdige phenol-formaldebyd-kondensater i vandig opløsning og/eller di- henholdsvis polyisocyanater som bindemiddel. Urinstof- og melaminharpikser er i udstrakt grad uegnede til brug som koge- og vejrbestandige pladematerialer på grund af· deres manglende hydrolysebestandighed.

De til vejrbestandige cellulosefiberforstærkede plader, Hvis anvendelse fortrinsvis finder sted i det fri til konstruktions- og bygge

2 DK 158047 B

formål, hidtil kendte hindemidler har ved deres praktiske anvendelse en række ulemper, der skal beskrives kort i det følgende.

I tilfælde af de til dette formål stadigvæk næsten udelukkende anvendte stærkt alkaliske phenolharpikser viser der sig en relativ høj vandoptagelse og en dermed forbundet tykke 1 s eskvæl dning af de dermed frembragte plader. Desuden viser der sig som følge af det høje, af hærdningstekniske grunde nødvendige alkaliindhold, forstyrrende ud-blomstringer samt udtræden af brunlige,farvende, flydende bestanddele, der fremfor alt i høj grad vanskeliggør den efterfølgende dekorative udformning af pladeoverfladen. Såvel ved belægningen med dekorative formstoffolier som ved lakering optræder der ofte,fremfor alt i fugtig atmosfære, brunlige misfarvninger, mørkfarvninger eller generelle ændringer af farvetonen af disse dekorative overfladelag.

Til teknikkens standpunkt henvises endvidere også til redegørelsen fra K. Ernst, Holz-Zentralblatt nr. 122 fra 10. 10. 1976, side 1585: "Trods deres bestandighed mod fugtigt klima viser de phenolharpiks-limede plader i nogle anvendelsestilfælde mangler. Disse beror i det væsentlige på indholdet af hygroskopiske salte i phenolharpiksen. Ved disse salte drejer det sig om natriumhydroxid (NaOH) og kaliumcarbo-nat (E^COj). Hedens natriumhydroxid er uundværligt til fremstilling af vandopløselige phenolresoler, anvendes kaliumcarbonat som hærdningsaccelerator for at opnå en mere rationel spånpladefremstilling.

På grund af tilstedeværelsen af saltene i phenolharpiks-V-100-plader-ne får disse spånplader ved indvirkning af fugtig luft en materiale-fugtighed, der tydeligt ligger over -værdierne for helt træ. Ved længere tids indvirkning af relative luftfugtigheder på over 90% kan der endog ske vandudfældninger i spånpladerne".

Nedsættelse af alkaliindholdet for at forbedre de beskrevne mangler, der kan føres tilbage til tilstedeværelsen af høje alkalikoncentrationer,· er stødt på hidtil uovervindelige tekniske vanskeligheder, da alkaliet samtidig også er accelerator for den termiske udhærdning af bindemidlet. Ved sænkning af alkaliindholdet til værdier på = 15% fast alkalimetalhydroxid i det tørre bindemiddel går hærdningshastighederne for phenolharpikslimene så stærkt tilbage, at en rationel forarbejdning indenfor givne pressecycler i praksis har vist sig umulig, fremfor alt hvis pladernes under- og dæklag skal fremstilles

3 DK 158047 B

med dette bindemiddel. En tilfredsstillende løsning på de beskrevne, ved anvendelse af phenolharpikser som bindemidler optrædende tekniske problemer er derfor hidtil ikke fundet.

Ved anvendelse af di- og polyisocyanater som bindemidler optræder der ganske vist ikke de ovenfor i sammenhæng med phenolharpikslimene beskrevne vanskeligheder. Der opstår vejrbestandig cellulosefiberfor-stærkede plader, der råder over ringe fugtighedsoptagelse, gunstige kvældningsforhold og gode mekaniske egenskaber, der også bevares ved længere tids vejrpåvirkning. En ulempe, der hindrer en bred anvendelse som bindemiddel, er dog den overordentlig stærke adhæsion af iso-cyanatbindemidlet til pressepladeoverfladen, hvilken adhæsion hidtil praktisk taget har forhindret anvendelsen af dette bindemiddel i dæklagene. Anvendelsen af isocyanater sker derfor i de få hidtil kendte tilfælde udelukkende som bindemiddel til underlag, medens dæklagene på grund af den væsentlig bedre slipvirkning forlimes med phenolharpikser (jfr. H.J. Sachs, "Isocyanate als Bindemittel fiir Spanplatten", Holz-Zentralblatt nr. 20 fra 16.2.1977i side 295 og 296). Den til forhindring af vedhæftning af isocyanater i dæklaget foreslåede anvendelse af særlige slipmidler på pressens metalplader kan i den stortekniske håndtering i de mest fuldautomatisk arbejdende spånpladeproduktionsanlæg af fremgangsmådetekniske grunde næppe eller kun med høje omkostningsstigninger indføres som en yderligere arbejdsgang.

En yderligere ulempe ved isocyanatbindemidlerne ligger i deres væsentlig højere pris, der meget tydeligt overstiger den på phenolharpikserne, idet der ikke kan kompenseres for denne pris med det noget mindre bindemiddelbehov, den noget højere hærdningshastighed og dermed kortere fremstillingstid for pladerne samt den omstændighed, at det anvendte fiberformede cellulosemateriale inden forarbejdning kræver mindre stærk tørring,end når der anvendes phenolharpikser som bindemiddel.

Den foreliggende opfindelse har til formål at tilvejebringe plader, hvor de skildrede ulemper undgås. Opfindelsen angår et koge- og vejrbestandigt cellulosefiberforstærket plademateriale, der er ejendommeligt ved, at det som bindemiddel indeholder en blanding af a) et alkalifattigt phenol-formaldehyd-kondensat med et molforhold på 1:1,5 til 1:3*0? fortrinsvis 1,8 til 1:2,7, og med et alkaliind-

4 DK 158047 B

hold på él5% MaOH eller KOH, "beregnet på harpiksens faststof indhold, h) et di- og/eller p o lyfunktionelt isocyanat i en mængde på 5 til 25%, beregnet på a), og c) en tertiær alkyl- og/eller aralkylamin i en mængde på 0,1 til 5%, beregnet på a).

Med denne bindemiddelblanding forlimede fiber- eller spånformede forstærkningsmaterialer giver overraskende nok, under anvendelse af sædvanlige bindemiddelindhold på 8 til 15%, beregnet på tørvægten af det anvendte fibermateriale, ved lige så korte pressecykler, som det kendes fra alkalirige phenolharpikslimer, koge- og vejrbestandige plader med væsentligt lavere fugtighedsoptagelsesforhold, mindre tykkelseskvæl daing og fremragende værdier for tværstrækstyrken. En senere optræden af overfladeforstyrrelser, såsom udblomstringer eller udtræden af brunlige, stærkt farvende flydende udsvedninger, optrådte ikke mere med de med den omhandlede bindemiddelblanding bundne plader, således at der problemfrit kan påføres dekorative overfladelag af termoplastisk eller duroplastisk overfladefilm eller ved hjælp af lakpåføringer. Billedet af disse fiberforstærkede pladers egenskaber er praktisk taget det samme som af de under udelukkende anvendelse af isocyanater fremstillede pladematerialer.

Opfindelsen angår desuden en fremgangsmåde til fremstilling af et koge-og vejrbestandigt cellulosefiberforstærket plademateriale, hvilken fremgangsmåde er ejendommelig ved det i krav 4's kendetegnende del angivne.

Den synergistiske virkning af den omhandlede bindemiddelblanding kan på ingen måde forudses, da alkalifattige phenolharpikser med alkaliindhold på ^15% på grund af deres overordentlig lange bærdetider (ringe bærdningshastighed) hidtil er anset for i udstrakt grad uegnede til fremstilling af spånplader. Anvendelsen af isocyanater i dæklagene i vejrbestandige spånplader har på grund af den stærke adhæsion af dette bindemiddel til de metalliske presseplader hidtil vist sig teknisk uigennemførlig, således at en bekostelig flerlags pladeopbygning, hvad angår bindemidlet var nødvendig. Hidtil har den praktiske fremgangsmåde været, at dæklagene dannedes af spåner, der kun var forlimet med rene phenolharpikser, medens de stærkt adhæsive isocyanater udelukkende fandt anvendelse som bindemidler til spåner- 5

DK 158047 B

ne i inderlaget. Den opdagede synergisme for den omhandlede binde-middelhlanding løser de skildrede forarbejdningstekniske vanskeligheder på simpel og økonomisk særlig gunstig måde. Bindemiddelblandin-dingen kan anvendes som eneste bindemiddel til dæk- og mellemlag og gør på denne måde den teknisk vanskelige og bekostelige flerlags bindemiddelopbygning overflødig.

Desuden er det en overraskende kendsgerning, at det anvendte iso-cyanat indenfor rammerne af den omhandlede blanding med alkalifattige phenolharpikser og tertiære aminacceleratorer på ingen måde viser vedhæftning til de metalliske presseplader. Denne effekt kan i betragtning af den overordentlig stærke vedhæftning af de umodificerede iso-cyanater som bindemiddel i dæklaget i vejrbestandige spånplader ingenlunde forudses.

Den store økonomiske betydning af den foreliggende opfindelse bliver særlig tydelig på grund af den omstændighed, at der med en lim, der maksimalt kun indeholder ca. en femtedel af det dyrere isocyanat og ca. fire femtedele af det mere prisbillige phenol-formaldehyd-konden-sat, kan opnås de samme gunstige mekaniske egenskaber samt de samme første klasses forhold overfor indvirkningen af vand og høj luftfugtighed som med rene, umodificerede isocyanater. Den værdi analytisk let forståelige økonomiske fordel ved bindemiddelblandingerne ses tydeligt af sammenligningen i tabellen.

De alkalifattige phenolformaldehydharpikser opnås ved omsætning af phenol eller cresol med vandige formaldehydopløsninger under tilstedeværelse af natrium- eller kaliumhydroxidopløsning som katalysator under opvarmning til opnåelse af en forudbestemt kondensationsgrad. Den tilsatte katalysatormængde begrænses definitionsmæssigt til 15% fast hydroxid i den tørre harpiksremanens. Molforholdet mellem phenoliske forbindelser og formaldehyd udgør 1:1,5 til 1:3,0, fortrinsvis 1:1,8 til 1:2,7.

Som isocyanater kan anvendes de kendte i handelen opnåede forbindelser, såsom toluylendiisocyanat, 4-,4-1 -diisocyanatodiphenylmethan, hexamethylendiisocyanat, triisocyanatotriphenylmethan, diisocyanato-isophoron samt højfunktionelle polyisocyanater med formlen

6 DK 158047 B

NCO p I1CO -r HCO

A A A

—ch2 -j---ch2 -J-

\J

n hvori n = 1 til 10, enkeltvis eller i "blanding. Af toksikologiske grunde foretrækkes 4·,4'-diisocyanato-diphenylmethan og/eller de høj-funktionelle flerkernede isocyanater med ovenstående formel.

Som tertiære aminer kan anvendes alkyl- og/eller aralkyl-substi-tuerede aminer, såsom trimethylamin, triethylamin, triisopropylamin, dimethyl-hutyl-amin, tris- ( dimethylaminomethyl) -phenol, hexamethylente tramin, H,H' -tetramethylethylendiamin, benzyl-dimethyl-amin og triethanolamin.

I "betragtning som forstærkningsmateriale til den omhandlede fremstilling af cellulosefiberforstærkede plader under anvendelse af den omhandlede hindemiddeIblanding kommer spåner, fibre eller finerer af blødt og hårdt træ. Det anvendte træ omfatter gran-, fyrre-, poppel-, bøge-, ege-, elle- og andet nåle- og løvtræ. Principielt kan også anvendes andre flade- og fiberformede naturprodukter, såsom bagasse, hørskætter og risskaller, alene eller i forbindelse med træspåner som råstoffer til celluloseforstærkede plader ifølge opfindelsen.

Mængden af det anvendte bindemiddel udgør sædvanligvis 8 til 15%, fortrinsvis 9 til 11%, beregnet på tørfibermassen, uden at der dermed skal fastsættes en principiel begrænsning af bindemiddelmængden. I retning af højere harpiks indhold er bindemiddelindholdet dog naturligvis af økonomiske grunde i praksis begrænset.

Harpikspåføringen på spånerne finder sted i hertil egnede mekaniske blandings apparat er, hvorved de tre bestanddele i den omhandlede bindemiddeIblanding kan kommes i blanderen, såvel i forblandet form som adskilt fra hinanden. I tilslutning hertil sker dannelsen af en presbar spånkage ved hjælp af hertil egnede strømaskiner. Presningen til færdig spånplade foretages derpå mellem to presseplader i en-

DK 158047 B

7 eller fleretages varmepresser ved temperaturer mellem 150 og 250°G,

O

fortrinsvis 170 til 220°C, under et tryk på ca. 20 til 30 kp/cm med eller uden afstandslister.

De efterfølgende eksempler belyser den foreliggende opfindelse. Procentangivelserne er i vægtprocent.

Eksempel 1.

Der fremstilles en trelags træspånplade på følgende måde: 2575 g mellemlagsspåner (industrispåner, der består af ca. 60% fyrretræ, 20% bøgetræ og 20% anden nåle- og løvtræarter) med et fugtighedsindhold på 3% sprøjtes i en Drais-laboratorieblander ensartet med en bindelmiddelblanding af 420 g af en vandig phenolfonnaldehydharpiks, der har et tørstofindhold på 45% og et indhold på 12% fast natriumhydroxid i tørstoffet, 4 g hexamethylentetramin og 3^ g 4,4'-diiso-cyanato-diphenylmethan samt derefter med 60 g af en 50%'s vandig paraffinemulsion, hvorved den samlede varighed af forlimningsprocessen er 10 minutter.

På samme måde sprøjtes på 1802 g dæklagsspåner (industrispåner af Kran- og fyrretræ) med 6% fugtighedsindhold en blanding af 343 g af den ovenstående phenolf onnaldehydharpiks, 3,5 g hexamethylentetramin og 28,5 g 4,4'-diisocyanato-diphenylmethan samt derefter 40 g af en 50%'s vandig paraffinemulsion.

Det forlimede spånmateriale udstrøs derefter på sædvanlig måde til en trelags spånkage (dæklag hver 20%, mellemlag 60%) og presses i en varmepresse mellem presseplader af stål til en spånplade. Pressebetingelserne er herved følgende:

Pladedimensioner 55 x 55 x 2 cm

Bruttotykkelse 20 mm

Beregnet råvægtfylde 650 kg/rn^

Lukketryk 20 kp/cm^

Lukketid 90 sekunder

Pressepladetemperatur 170°C

Samlet pressetid 6 minutter

8 DK 158047 B

i ! i

Pladen prøves efter en konditioneringstid på 8 dage ved 20°C og 63%' s !

relativ luftfugtighed. Resultaterne af prøven kan ses i tabellen. J

Den i dette eksempel anvendte alkalifattige phenolfonteldehydharpiks fremstilles af 94- vægtdele (1 mol) phenol, 178 vægtdele (2,2 mol) formaldehyd i 37%' s vandig opløsning og 72 vægtdele natriumbydroxidopløsning (25%'s) ved fælles kondensation ved 80°0 til en viskositet på 0,3 Pa.s ved 20° C.

Eksempel 2,

Der fremstilles en trelags træspånplade på den i eksempel 1 beskrevne måde, dog med følgende bindemiddelanvendelser: a) ffor limning af mellemlagsspånerne med en blanding af 390 g phenol-formaldehydharpiks ifølge eksempel 1, 1 g triethylamin og 50 g polymethylen-polyphenylisocyanat (handelsbetegnelse EAPI), b) . forlimning af dæklags spånerne med en blanding af 323 g af den omtalte phenolf ormaldehydharpiks, 0,85 g triethylamin og 42 g polymethylen-polyphenylisocyanat.

•z

Yed presningen indstilles råvægtfylden til 700 kg/m .

Eksempel 3»

Der fremstilles en trelags træspånplade på samme måde som i eksempel 1 beskrevet, dog med følgende bindemiddelanvendelse: a) fforlimning af mellemlagsspånerne med en blanding af 4-54- g phenolfonmaldehydharpiks ifølge eksempel, 1, 0,2 g tri s- (dimethyl amino-mp-t-hyl) -phenol og 20 g 4-,4-1-diisocyanato-diphenylmethan, b) forlimning af dæklagsspånerne med en blanding af 392 g phenol- formaldehydharpiks ifølge eksempel 1, 0,2 g triethanolamin og 19 g 4,4'-diisocyanato-diphenylmethan .

Yed presningen indstilles råvægtfylden til 700 kg/m^.

9 DK 158047 B

Eksempel 4.

Fremgangsmåden er som i eksempel 3, dog nedsættes den tilsatte mængde tris-(dimethylamino-methyl)-phenol og triethanolamin til hver 0,1 g.

Sammenligningseksempler.

Til sammenligning med de ved den omhandlede fremgangsmåde fremstillede spånplader fremstilles plader med følgende bindemidler:

Sammenligningseksempel 1 (kun isocyanat som bindemiddel):

Mellemlagsspånerne forlimes med 200 g 4,4'-diisocyanato-diphenyl-methan, dæklags spånerne med 17 0 g af det samme bindemiddel. Pressepladerne beskyttes med papir mod fastklæbning af spånpladen.

Sammenligningseksempel 2 (kun alkalifattig phenolformaldehydharpiks som bindemiddel):

Mellemlagsspånerne forlimes med 500 g, dæklagsspånerne med 430 g af den alkalifattige phenolformaldehydharpiks ifølge eksempel 1. Efter presning af spånerne under de i eksempel 1 anførte betingelser holder pladerne ikke sammen, men spalter sig derimod i mellemlaget.

Sammenligningseksempel 3» (phenolformaldehydharpiks-isocyanat-kombi- nation uden tertiær amin):

Der fremstilles en træspånplade med de i eksemplerne 3 og 4 angivne bindemidler, dog under fuldstændig udeladelse af tris-(dimethyl-aminomethyl)-phenol og triethanolamin. Egenskabsværdierne for disse plader er dem for de ifølge opfindelsen fremstillede plader tydelig underlegne (se tabellen).

Yed alle tre sammenligningseksempler er fremgangsmåden som beskrevet i eksempel 1, råvægtfylden af pladerne indstilles som ved pladerne i eksempel 2 til 4 til 700 kg/nr\

10 DK 158047 B

„L+} ! y

i—1 O

ΝΛ S .¾ D- CM CO

9 CM ~ CO O- ~ O + CJ\ O Η - ^ H <T>

M CD CM CM ri" Η Η H

b5 li • & § a_Jt--

H jS I

g, fi 1 W ω i φ -ri Æ CQ f M -P fe Φ d Til 03 tH rg & ri il bO CM -ri τΗ Φ Φ Φ d h nj d d cd g •H dg d H »g. a ri § η q d

Q) H ift P4 £ -ri CQ

•H <1 H

H ^ O ^___ ri Φ ^ B-P d

m c3 d" d- CO CN O O

1¾ ^ σ\ CM - - H O CD i—1 CM CD 3 O ^

CQ

H

— — —

~ CN O EN ri" CO

d" O O CM - - T S

!>. CM CM Lf\ CM 'M 5

d κλ°Β»ηη I>- CS

d NN H CT» d- - ~ ~ CN H CM O- NN 95 H_________°^-

<D

ft CD i

ff O-'CDIA lA C3NH

0) CM H O i—I *- ~ ρΛ _ιΓ

Μ IN CM CM lA CM

m__:___□—

W CM Lf\ CD

CD ** O 00 d- Ν' _N

HCAOH Z' O d"

CD CM CM CD KN Η H

CM 5¾ "SR

g O CQ CD _, o \ ri bO-p O d NN \ ft cd O cq bO o ri g p, g^icD ri 9? \ g Λ ·Η +3 ·Η ·Η CM ί> ω g cd -p tHw ri , . , o <d M id rid -no

Φ ri CM bDd Η Φ CD O

CQ ri t>s ri ri^ jB S > ®o

• -P -P ri -P H

H bD (1) ·Η CQ ^ iBOO

Claims

11 DK 158047 B PATEFTKRAV

1. Koge- og vejrbestandigt cellulosefiberforstærket plademateriale, kendetegnet ved, at det som bindemiddel indeholder en blanding af a) et alkalifattigt phenol-formaldehyd-kondensat med et molforhold på 1:1,5 til 1:5,0, fortrinsvis 1,8 til 1:2,7, og med et alkali-indhold på 15% FaOH eller KOH, beregnet på harpiksens faststofindhold, b) et di- og/eller polyfunktionelt isocyanat i en mængde på 5 til 25%, beregnet på a), og c) en tertiær alkyl- og/eller aralkylamin i en mængde på 0,1 til 5%, beregnet på a).

2. Plademateriale ifølge krav 1, kendetegnet ved, at det som isocyanat indeholder 4-,4'-diisocyanato-diphenylmethan og/eller forbindelser med formlen tico r~ ; NCO ~T · NCO /K. /K. sK. --ch2 —)---ch2 -L n hvori n = 1 til 10.

5· Plademateriale ifølge krav 1 og 2, kendetegnet ved, at det indeholder 8 til 15%.bindemiddel, beregnet på det cellulose-holdige forstærkningsmateriale.

4. Premgangsmåde til fremstilling af koge- og vejrbestandigt cellulosef iberforstærket plademateriale ifølge kravene 1 til 5 af kunst-harpiksforlimede cellulosefiberholdige produkter under anvendelse af tryk og varme, kendetegnet ved, at man som bindemiddel anvender en blanding af

12 DK 158047 B a) et alkalifattigt phenol-formaldehyd-kondensat med et molfor-liold på 1:1,5 til 1:3,0, fortrinsvis 1,8 til 1:2,7, og med et alkali-indbold på 15% laOH eller EOH, "beregnet på harpiksens faststofindhold, h) et di- og/eller polyfuhktionelt isocyanat i en mængde på 5 til 25%, "beregnet på a), og c) en tertiær alkyl- og/eller aralkylamin i en mængde på 0,1 til 5%, heregnet på a).