FI129275B - Phenol-free impregnation resin - Google Patents

Phenol-free impregnation resin Download PDF

Info

Publication number
FI129275B
FI129275B FI20175363A FI20175363A FI129275B FI 129275 B FI129275 B FI 129275B FI 20175363 A FI20175363 A FI 20175363A FI 20175363 A FI20175363 A FI 20175363A FI 129275 B FI129275 B FI 129275B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
lignin
formaldehyde
resin
process according
mixture
Prior art date
Application number
FI20175363A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI20175363A1 (en
Inventor
Peter Lingenfelter
Tiina Pesonen
Marika Jänis
Harri Lepistö
Original Assignee
Prefere Resins Finland Oy
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Prefere Resins Finland Oy filed Critical Prefere Resins Finland Oy
Priority to FI20175363A priority Critical patent/FI129275B/en
Priority to PCT/FI2018/050286 priority patent/WO2018193166A1/en
Priority to EP18728202.5A priority patent/EP3612586A1/en
Publication of FI20175363A1 publication Critical patent/FI20175363A1/en
Application granted granted Critical
Publication of FI129275B publication Critical patent/FI129275B/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08HDERIVATIVES OF NATURAL MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08H6/00Macromolecular compounds derived from lignin, e.g. tannins, humic acids
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07GCOMPOUNDS OF UNKNOWN CONSTITUTION
    • C07G1/00Lignin; Lignin derivatives
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08GMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED OTHERWISE THAN BY REACTIONS ONLY INVOLVING UNSATURATED CARBON-TO-CARBON BONDS
    • C08G8/00Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only
    • C08G8/04Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only of aldehydes
    • C08G8/08Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only of aldehydes of formaldehyde, e.g. of formaldehyde formed in situ
    • C08G8/20Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only of aldehydes of formaldehyde, e.g. of formaldehyde formed in situ with polyhydric phenols
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09JADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J161/00Adhesives based on condensation polymers of aldehydes or ketones; Adhesives based on derivatives of such polymers
    • C09J161/04Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only
    • C09J161/06Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only of aldehydes with phenols
    • C09J161/12Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only of aldehydes with phenols with polyhydric phenols

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Phenolic Resins Or Amino Resins (AREA)

Abstract

Esillä oleva keksintö käsittää menetelmän olennaisesti fenolivapaan impregnointihartsin valmistamiseksi, sekä tällä menetelmällä valmistetun tai muuten vastaavan hartsin koostumuksen ja loppukäyttökohteet. Menetelmässä käytetään fenolisia OH-ryhmiä sisältävänä aineena olennaisesti vain ligniiniä, joka kondensoidaan formaldehydin kanssa katalyytin läsnä ollessa korotetussa lämpötilassa.The present invention comprises a process for preparing a substantially phenol-free impregnating resin, as well as the composition and end uses of the resin prepared by this process or the like. The process uses essentially only lignin as a substance containing phenolic OH groups, which is condensed with formaldehyde in the presence of a catalyst at an elevated temperature.

Description

Fenolivapaa impregnointihartsi Keksinnön taustaa Keksinnön ala Esillä oleva keksintö koskee menetelmää olennaisesti fenolivapaan impregnointihartsin valmistamiseksi sekä tällä menetelmällä valmistettua tai muuten koostumukseltaan vastaavaa hartsia sekä hartsin loppukäyttökohteita.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a process for preparing a substantially phenol-free impregnation resin, and to a resin prepared by this process or otherwise having a similar composition, and to end uses of the resin.

Tekniikan taso Yleisesti impregnoinnissa käytettävät hartsit ovat joko fenolihartseja tai melamiinihartseja aina impregnoidun paperin käyttökohteen mukaan. Useissa käyttökohteissa fenolihartsit — ovat toimiva vaihtoehto, mutta parannettua vedenkestoa ja vastaavia ominaisuuksia tavoiteltaessa käytetään melamiinihartseja. Jotkin sovellukset vaativat molempien hartsien ominaisuudet, joten silloin käytössä on melamiini- ja fenolihartsin seos. Melamiinihartsit ovat fenolihartseja kalliimpia raaka-aineiltaan, mutta ne ovat turvallisempia, koska ne eivät sisällä vapaata fenolia, joka on myrkyllistä.BACKGROUND OF THE INVENTION The resins commonly used in impregnation are either phenolic resins or melamine resins, depending on the intended use of the impregnated paper. In many applications, phenolic resins - are a viable option, but melamine resins are used to achieve improved water resistance and similar properties. Some applications require the properties of both resins, so a mixture of melamine and phenolic resin is used. Melamine resins are more expensive than phenolic resins in their raw materials, but they are safer because they do not contain free phenol, which is toxic.

Valmiin hartsin rakenne ja ominaisuudet riippuvat valmistuksessa käytetyistä reaktio- olosuhteista kuten esimerkiksi kondensointilämpötilasta, kondensointiajasta, katalyyttisys- teemistä, liuotinsysteemistä sekä formaldehydi/fenoli-moolisuhteesta. Reaktio- olosuhteiden valinta riippuu siitä mihinkä loppusovellutukseen hartsia valmistetaan.The structure and properties of the finished resin depend on the reaction conditions used in the preparation, such as the condensation temperature, the condensation time, the catalyst system, the solvent system and the formaldehyde / phenol molar ratio. The choice of reaction conditions depends on the final application for which the resin is prepared.

N < 25 s Petrokemian raaka-aineiden kuten fenolin riittävyys on rajallinen ja näin ollen olisi tärkeää < korvata niitä jatkossa uusiutuvilla luonnon raaka-aineilla kuten esimerkiksi puusta z saatavalla polyfenolisen rakenteen omaavalla ligniinillä. Samalla vältyttäisiin mm. fenolin a e aiheuttamilta ympäristöhaitoilta. © 3 30 S Fenoli-formaldehydi-hartsien fenolin korvaaminen uusiutuvilla luonnon raaka-aineilla onN <25 s The adequacy of petrochemical raw materials such as phenol is limited and it would therefore be important to replace them with renewable natural raw materials in the future, such as lignin from wood z, which has a polyphenolic structure. At the same time, e.g. environmental damage caused by phenol a e. © 3 30 S Replacing phenol in phenol-formaldehyde resins with renewable natural raw materials is

N jo ennestään tunnettua.N already known.

Hakemusjulkaisussa WO2014080033 on esitetty menetelmä fenoli-formaldehydi- impregnointihartsin valmistamiseksi, jolloin fenoli korvataan 60-100 %:sesti ligniinillä. Julkaisun mukaan ligniinin liuottamiseen mainittu käytettävän veden ja tetrahydrofuraanin, veden ja ammoniakin sekä veden ja etyyliasetaatin seoksia.WO2014080033 discloses a process for preparing a phenol-formaldehyde impregnation resin, wherein 60-100% of the phenol is replaced by lignin. According to the publication, mixtures of water and tetrahydrofuran, water and ammonia and water and ethyl acetate are mentioned for dissolving lignin.

Patenttijulkaisussa US5177169 ligniiniä sisältävään vesiliuokseen lisätään orgaaninen liuotin, joka on tyypillisesti polaarinen ja ainakin osittain veteen sekoittumaton, kuten etyyliasetaatti. Seos hapetetaan, jotta saadaan aikaiseksi vesikerros ja orgaaninen liuotinkerros, joka sisältää demetyloituneen ligniinin. Demetyloitu ligniini liuotetaan —emäksiseen liuokseen, johon on lisätty aldehydilähde, hartsin valmistamiseksi. Aldehydilähteenä voidaan käyttää esim. liuosvaiheessa olevaa formaldehydiä. Sekä julkaisussa WO2015044528 että US2002065400 on kuvattu menetelmä fenolivapaan impregnointihartsin valmistamiseksi. Julkaisuissa ligniini liuotetaan veden ja alkalisen — katalyytin seokseen, minkä jälkeen seokseen lisätään formaldehydiä hartsin muodostamiseksi. Tunnettujen ratkaisujen mukaan toimittaessa on vaarana, että reaktioseoksen lämpötila nousee hallitsemattomasti, mikä vaikuttaa lopputuotteen laatuun. Samalla formaldehydin — kulutus kasvaa merkittävästi. Keksinnön yhteenveto _ Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa ainakin osa tekniikan tasoon liittyvistä O 25 — ongelmista ja saada aikaan parannettu menetelmä fenolivapaan impregnointihartsin 3 valmistamiseksi.In U.S. Pat. No. 5,177,169, an organic solvent that is typically polar and at least partially immiscible in water, such as ethyl acetate, is added to the aqueous solution containing lignin. The mixture is oxidized to provide an aqueous layer and an organic solvent layer containing demethylated lignin. The demethylated lignin is dissolved in an alkaline solution to which an aldehyde source has been added to prepare a resin. As the aldehyde source, for example, formaldehyde in the solution phase can be used. Both WO2015044528 and US2002065400 describe a process for preparing a phenol-free impregnation resin. In publications, lignin is dissolved in a mixture of water and an alkaline catalyst, followed by the addition of formaldehyde to form a resin. According to known solutions, there is a risk that the temperature of the reaction mixture rises uncontrollably, which affects the quality of the final product. At the same time, formaldehyde consumption is increasing significantly. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to obviate at least some of the O 25 problems associated with the prior art and to provide an improved process for preparing phenol-free impregnation resin 3.

NN z Esillä oleva keksintö käsittää menetelmän olennaisesti fenolivapaan impregnointihartsin N valmistamiseksi käyttämällä fenolisia OH-ryhmiä sisältävänä aineena olennaisesti vain e 30 — ligniiniä sekä tällä menetelmällä valmistetun tai muuten koostumukseltaan vastaavan = hartsin. Menetelmässä formaldehydi kondensoidaan ligniinin kanssa katalyytin läsnä N ollessa korotetussa lämpötilassa.NN z The present invention comprises a process for preparing a substantially phenol-free impregnation resin N using substantially only ε-lignin as a phenolic OH-containing substance, and a resin prepared by this process or otherwise having a similar composition. In the process, formaldehyde is condensed with lignin in the presence of a catalyst N at an elevated temperature.

Keksintö perustuu siihen ajatukseen, että ligniini saatetaan ensin nestefaasiin, liuottamalla se liuottimeen tai liuotinseokseen, minkä jälkeen näin saatavaan seokseen lisätään formaldehydiä alkalisen katalyytin läsnä ollessa kondensaatioreaktion aikaansaamiseksi formaldehydin ja ligniinin välillä.The invention is based on the idea that lignin is first introduced into the liquid phase by dissolving it in a solvent or solvent mixture, after which formaldehyde is added to the mixture thus obtained in the presence of an alkaline catalyst to effect a condensation reaction between formaldehyde and lignin.

Alkalia syötetään tällöin nestevaiheeseen vähitellen, jolloin formaldehydin reaktio fenolisten ryhmien kanssa saadaan vietyä loppuun asti. Keksinnön mukaan saadaan siten aikaan olennaisesti fenolivapaa impregnointihartsi, joka — käsittää formaldehydin ja ligniinin kondensaatiotuotteen, jonka vapaan formaldehydin pitoisuus on korkeintaan 5 paino- %, etenkin korkeintaan 1 paino- %, esimerkiksi 0,1—1,0 paino- %. Sopivimmin valmis impregnointihartsi on sellaisen vesiseoksen muodossa, jonka kuiva-ainepitoisuus hartsin suhteen on suurempi kuin noin 20 paino- % ja tavallisesti korkeintaan noin 70 paino- %, tyypillisesti hartsin kuiva-ainepitoisuus on välillä 30-40 — paino- %.The alkali is then gradually introduced into the liquid phase, so that the reaction of formaldehyde with the phenolic groups can be completed. According to the invention, there is thus provided a substantially phenol-free impregnation resin which - comprises a condensation product of formaldehyde and lignin with a free formaldehyde content of at most 5% by weight, in particular at most 1% by weight, for example 0.1-1.0% by weight. Most preferably, the finished impregnating resin is in the form of an aqueous mixture having a dry matter content relative to the resin of greater than about 20% by weight and usually not more than about 70% by weight, typically a dry matter content of the resin of between 30-40% by weight.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle ratkaisulle on pääasiallisesti tunnusomaista se, mikä on esitetty itsenäisissä patenttivaatimuksissa.More specifically, the solution according to the invention is mainly characterized by what is stated in the independent claims.

— Esillä olevalla keksinnöllä saavutetaan huomattavia etuja. Keksinnössä korvataan fenoli- formaldehydi-impregnointihartsin fenoli olennaisesti kokonaan ligniinillä, jolloin myrkyllisen fenolin käyttö hartsissa voidaan välttää vaihtoehtoisesti kokonaan.- The present invention provides significant advantages. In the invention, the phenol of the phenol-formaldehyde impregnation resin is substantially completely replaced by lignin, whereby the use of toxic phenol in the resin can alternatively be completely avoided.

_ Keksinnön avulla ligniinin ja formaldehydin välisen kondensaatioreaktion reaktiivisuutta O 25 — voidaan hallita ja säätää. Menetelmässä hartsi voidaan kondensoida siten, että käytännössä s kaikki vapaa formaldehydi saadaan reagoimaan. Keksinnön mukaisella keittosysteemillä S päästään siis todella alhaisiin vapaan formaldehydin pitoisuuksiin, minkä ansiosta ratkaisua z voidaan käyttää monissa sovelluksissa, joissa vaaditaan alhaista formaldehyditasoa. N Samalla hartsin viskositeetti saadaan kuitenkin jäämään sellaiselle tasolle, että sitä voidaan e 30 — vielä käyttää myös paperi-impregnoinnin sovelluksissa. Tällaisia impregnoituja = kuituarkkeja voidaan käyttää esimerkiksi monikerrosviilutuotteiden valmistamiseen.By means of the invention, the reactivity of the condensation reaction between lignin and formaldehyde O 25 - can be controlled and regulated. In the process, the resin can be condensed so that virtually all of the free formaldehyde is reacted. The cooking system S according to the invention thus achieves really low concentrations of free formaldehyde, which means that solution z can be used in many applications where a low level of formaldehyde is required. N At the same time, however, the viscosity of the resin is kept at such a level that it can also be used in paper impregnation applications. Such impregnated = fibrous sheets can be used, for example, for the production of multilayer veneer products.

N Keksinnön mukaisella menetelmällä valmistettu tai sen koostumusta vastaavaa hartsi sopii siis käytettäväksi yleisesti perinteisen impregnointihartsin korvikkeena mm. filmi- ja runkopapereissa. Impregnointihartsin lisäksi mahdollisia käyttökohteita ovat esimerkiksi erilaiset kuitulevyt. Piirustusten lyhyt kuvaus Kuviossa 1 on esitetty valokuvia ligniini-impregnaattien valmiista puristeista sekä referenssinäytteen kuva ja kuviossa 2 on esitetty periaatepiirroksena kompaktilaminaatin rakenne avattuna. Sovellutusmuodot Esillä olevassa yhteydessä tarkoitetaan prosenteilla painoprosentteja, mikäli mitään muuta ei ole sanottu. — ”Hartsilla” tarkoitetaan fenolisia OH-ryhmiä sisältävän lähtöaineen ja formaldehydin reaktiotuotetta, joka saadaan polymerointi-reaktiolla. Yhdessä sovellutusmuodossa fenolivapaa hartsi valmistetaan käyttämällä fenolisia OH- ryhmiä sisältävänä aineena olennaisesti pelkästään ligniiniä. Käytännössä ainakin 90 — paino- %, edullisesti ainakin 95 paino-%, sopivimmin ainakin 98 paino-%, tai jopa 100 paino-% fenolisia OH-ryhmiä sisältävästä raaka-aineesta on ligniiniä. Yhdessä sovelluksessa fenolisia OH-ryhmiä sisältävänä aineena käytetään ligniinin lisäksi - jotain toista biomassaa, kuten tanniinia.Thus, a resin prepared by the method of the invention or corresponding to its composition is generally suitable for use as a substitute for a conventional impregnating resin, e.g. in film and frame papers. In addition to the impregnating resin, possible applications are, for example, various fibreboards. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Figure 1 shows photographs of the finished extrudates of the lignin impregnates as well as an image of a reference sample, and Figure 2 shows a schematic diagram of the open structure of a compact laminate. Embodiments In the present context, percentages are by weight unless otherwise stated. - 'Resin' means the reaction product of a starting material containing phenolic OH groups and formaldehyde, obtained by a polymerisation reaction. In one embodiment, the phenol-free resin is prepared using essentially lignin alone as the phenolic OH group-containing agent. In practice, at least 90% by weight, preferably at least 95% by weight, most preferably at least 98% by weight, or even 100% by weight of the raw material containing phenolic OH groups is lignin. In one application, in addition to lignin, another biomass, such as tannin, is used as the substance containing phenolic OH groups.

N < 25 s Menetelmässä on myös mahdollista käyttää pieniä määriä (10 paino-%, sopivimmin < korkeintaan 5 paino-%, etenkin korkeintaan 2 paino-%) fenolia, kresolia tai resorsinolia tai z näiden seosta. aN <25 s It is also possible to use small amounts (10% by weight, preferably <up to 5% by weight, in particular up to 2% by weight) of phenol, cresol or resorcinol or a mixture of these in the process. a

S 2 30 — Esillä olevassa keksinnössä käytettävä ligniini on etenkin biomassasta, kuten puusta taiS 2 30 - The lignin used in the present invention is especially from biomass, such as wood or

N S yksi- tai monivuotisista kasveista tai vastaavasti lignoselluloosasta saatavaa ligniiniä.N S lignin from annual or perennial plants or lignocellulose, respectively.

N Etenkin ligniinilähtöaineena käytetään ainetta, joka on eristetty biomassan keitosta saatavasta käytetystä keittoliemestä.N In particular, a substance isolated from used cooking broth from biomass cooking is used as the lignin feedstock.

Esimerkkeinä käytettävästä ligniinilähtöaineesta mainittakoon alkalisella keittomenetelmällä biomassasta eristettävä ligniini, kuten kraft-ligniini (eli sulfaattikeiton ligniini) tai sooda-ligniini (eli soodakeiton ligniini). Menetelmässä voidaan myös käyttää organosolv-ligniiniä (eli organosolv-keitosta saatavaa ligniiniä). Käytettävistä 5 ligniinilähtöaineista voidaan vielä mainita pyrolyyttinen ligniini, höyrytetty ligniini, laimennettu happoligniini sekä emäksinen oksidatiivinen ligniini. Ligniinilähtöaineena voidaan myös käyttää edellä mainittujen ligniinilähtöaineiden seoksia.Examples of the lignin feedstock to be used include lignin isolated from biomass by an alkaline cooking process, such as kraft lignin (i.e., sulphate cooking lignin) or soda lignin (i.e., soda cooking lignin). Organosolv lignin (i.e., lignin from organosolv cooking) can also be used in the process. Mention may also be made of pyrolytic lignin, vaporized lignin, dilute acid lignin and basic oxidative lignin. Mixtures of the above-mentioned lignin starting materials can also be used as the lignin starting material.

Ligniinilähtöaine voi ligniinin lisäksi sisältää muitakin aineita, kuten uuteaineita tai hiilihydraatteja, kuten selluloosaa tai hemiselluloosaa tain näiden degradoitumistuotteita. Yleensä ligniinilähtöaine sisältää ainakin 90 paino-%, sopivimmin ainakin 95 paino-%, etenkin ainakin 98 paino-% ligniiniä.In addition to lignin, the lignin starting material may contain other substances, such as extractants or carbohydrates, such as cellulose or hemicellulose, or degradation products thereof. In general, the lignin starting material contains at least 90% by weight, preferably at least 95% by weight, in particular at least 98% by weight of lignin.

Ligniinilähtöaine voi olla kiinteän aineen, kuten jauheen muodossa. Tällaisia ligniinilähtöaineita edustavat kaupallisesti myytävät ligniinituotteet. On myös mahdollista käyttää nestevaiheessa olevaa ligniiniä, kuten alla lähemmin selostetaan.The lignin starting material may be in the form of a solid, such as a powder. Such lignin starting materials are represented by commercially available lignin products. It is also possible to use lignin in the liquid phase, as described in more detail below.

— Valmistus tapahtuu liuottamalla ligniinilähtöaine liuottimeen, joka sisältää alkalista ainetta katalyyttinä. Liuokseen lisätään formaldehydiä, etenkin formaldehydin vesiliuosta, eli formaliinia. Tämän jälkeen kondensoidaan ligniini ja formaldehydi korotetussa lämpötilassa, kunnes käytännössä kaikki formaldehydi, eli vähintään 90 paino- %, _ edullisemmin vähintään 95 paino-%, sopivimmin vähintään 99 paino-%, formaldehydista O 25 — on reagoinut. Näin muodostunut hartsi otetaan talteen.- The preparation takes place by dissolving the lignin starting material in a solvent containing an alkaline substance as a catalyst. Formaldehyde is added to the solution, especially an aqueous solution of formaldehyde, i.e. formalin. The lignin and formaldehyde are then condensed at elevated temperature until practically all of the formaldehyde, i.e. at least 90% by weight, more preferably at least 95% by weight, preferably at least 99% by weight, of the formaldehyde O 25 - has reacted. The resin thus formed is recovered.

3 S Etenkin ligniini ja formaldehydi kondensoidaan noin 50-90 *C:n lämpötilassa, kunnes x kaikki formaldehydi on reagoinut, minkä jälkeen hartsi otetaan talteen.3 S In particular, lignin and formaldehyde are condensed at a temperature of about 50-90 ° C until x all the formaldehyde has reacted, after which the resin is recovered.

O 2 30 — Sopivimmin ligniini ja formaldehydi kondensoidaan ligniinin liuottimen tai sen seoksen = muodostamassa nestevaiheessa.O 2 30 - Preferably the lignin and formaldehyde are condensed in the liquid phase formed by the lignin solvent or mixture thereof.

Edullisen sovellutusmuodon mukaan hartsin valmistusprosessissa liuotetaan ligniini hartsikeiton alussa liuotinseokseen, joka sisältää liuottimen, veden sekä alkalisen katalyytin. Liuottimen ja veden lisäys hartsikeiton alussa mahdollistaa viskositeetin kontrolloinnin kondensoinnin aikana niin, että viskositeetti ei nouse liian korkeaksi — missään reaktiovaiheessa. Katalyytin annostelu voidaan tehdä myös useamassa erässä, mikä sekin auttaa kontrolloimaan kondensaatioreaktioiden tasaista etenemistä. Liuottimen, veden ja katalyytin annostelun sekä annostelutapojen ansiosta hartsia voidaan kondensoida siihen — pisteeseen, että vapaa formaldehydi on käytännössä kokonaan reagoinut.According to a preferred embodiment, in the resin preparation process, lignin is dissolved at the beginning of the resin cooking in a solvent mixture containing a solvent, water and an alkaline catalyst. The addition of solvent and water at the beginning of the resin cooking allows the viscosity to be controlled during condensation so that the viscosity does not rise too high at any stage of the reaction. Catalyst dosing can also be done in several batches, which also helps to control the smooth progress of the condensation reactions. Due to the dosing of the solvent, water and catalyst, as well as the dosing methods, the resin can be condensed to the point where the free formaldehyde is practically completely reacted.

Edullisessa sovellutusmuodossa fenolin korvaamiseen käytetään kraft-ligniiniä. Tällainen kaupallisestikin saatava ligniini toimitetaan yleensä jauheena, jolloin ligniinin kuiva- ainepitoisuus on yli 90 paino- %, esim. noin 93 paino- %. Menetelmässä voidaan myös — käyttää ligniinin vesilietettä, jonka kuiva-ainepitoisuus on noin 50 paino- % tai tätä suurempi.In a preferred embodiment, kraft lignin is used to replace the phenol. Such commercially available lignin is generally supplied as a powder with a dry matter content of more than 90% by weight, e.g. about 93% by weight. The process may also use - an aqueous lignin slurry having a dry matter content of about 50% by weight or more.

Ligniinin liuotin on tyypillisesti polaarinen neste, joka on sekoittuva veteen.The solvent for lignin is typically a polar liquid that is miscible with water.

— Esimerkkinä liuottimesta mainittakoon alifaattiset ja aromaattiset alkoholit, kuten metanoli, sekä alifaattiset ketonit, kuten asetoni. Liuotinta käytetään riittävä määrä, jotta seoksen kuiva-ainepitoisuus pysyy sopivana, eli noin 20-70 paino-%, etenkin 30-70 paino-% välillä, jatkoreaktion kannalta.Examples of solvents are aliphatic and aromatic alcohols, such as methanol, and aliphatic ketones, such as acetone. A sufficient amount of solvent is used to keep the dry matter content of the mixture suitable, i.e. between about 20-70% by weight, especially between 30-70% by weight, for further reaction.

O 25 Tavallisesti liuottimena käytetään metanolia tai sen seoksia.O 25 Methanol or mixtures thereof are usually used as the solvent.

3 S Yhdessä sovelluksessa ligniini liuotetaan varsinaisen liuottimen ja veden seokseen.3 S In one application, lignin is dissolved in a mixture of the actual solvent and water.

x N Esimerkiksi metanolin tapauksessa metanolin pitoisuus vedessä on tavallisesti noin 1,5—15 e 30 — paino-%, kuten 1,6-12 paino- %. Keittovaiheessa mukana olevan liuottimen avulla hartsia = voidaan kondensoida pidempään viskositeetin nousematta liian nopeasti ja saavutetaan N matala formaldehydipitoisuus.For example, in the case of methanol, the concentration of methanol in the water is usually about 1.5 to 15% by weight, such as 1.6 to 12% by weight. With the aid of the solvent present in the cooking step, the resin = can be condensed for a longer time without increasing the viscosity too quickly and a low formaldehyde content of N is achieved.

Kun ligniini liuotetaan vesi/metanoli seokseen, hartsi pysyy pidempään liukoisena ja mahdollistaa viskositeetin kontrolloinnin kondensaatioreaktion aikana.When lignin is dissolved in a water / methanol mixture, the resin remains soluble longer and allows viscosity to be controlled during the condensation reaction.

Tämä puolestaan mahdollistaa käytännössä kaiken vapaan formaldehydin saamisen reagoimaan, jolloin reaktion jälkeen vapaan formaldehydin pitoisuus on korkeintaan 5 paino- % hartsin — painosta, etenkin korkeintaan 1 paino- %, esimerkiksi 0,1—1,0 paino- %. Yhden sovellutusmuodon mukaan reaktiossa voidaan käyttää katalyyttinä natriumhydroksidia (NaOH), kaliumhydroksidia (KOH), ammoniakkia (NH3), etenkin ammoniumhydroksidina, tai näiden sekakatalyyttisysteemiä, kuten esim. — natriumhydroksidin ja ammoniakin seosta tai natriumhydroksidin ja kaliumhydroksidin seosta.This, in turn, makes it possible to react virtually all of the free formaldehyde, the content of free formaldehyde after the reaction being at most 5% by weight of the resin, in particular at most 1% by weight, for example 0.1-1.0% by weight. According to one embodiment, sodium hydroxide (NaOH), potassium hydroxide (KOH), ammonia (NH 3), especially as ammonium hydroxide, or a mixed catalyst system such as a mixture of sodium hydroxide and ammonia or a mixture of sodium hydroxide and potassium hydroxide can be used as a catalyst in the reaction.

Katalyyttinä voidaan käyttää myös muita typpiemäksiä, kuten orgaanisia amiineja.Other nitrogen bases, such as organic amines, can also be used as catalysts.

Edullisesti katalyytit lisätään seokseen vesiliuoksina, joiden pitoisuus vaihtelee hieman katalyytin mukaan.Preferably, the catalysts are added to the mixture as aqueous solutions, the concentration of which varies slightly depending on the catalyst.

Yhden sovellutusmuodon mukaan esimerkiksi natrium- ja kaliumhydroksidin pitoisuudet ovat välillä 40-60 paino-%, natriumhydroksidille edullisesti — noin 50 paino-% ja kaliumhydroksidille edullisesti noin 46 paino-%. Natriumhydroksidin vesiliuoksesta käytetään alla myös nimitystä ”lipeä”. Katalyyteillä voidaan vaikuttaa polymerointiketjun muodostumiseen reaktion aikana — kiihdyttämällä kondensaatioreaktiota formaldehydin ja ligniinin välillä.According to one embodiment, for example, the concentrations of sodium and potassium hydroxide are between 40 and 60% by weight, preferably about 50% by weight for sodium hydroxide and preferably about 46% by weight for potassium hydroxide. An aqueous solution of sodium hydroxide is also referred to below as "lye". Catalysts can affect the formation of the polymerization chain during the reaction - by accelerating the condensation reaction between formaldehyde and lignin.

Katalyytit mahdollistavat käytännössä kaiken formaldehydin reagoimisen kohtuullisessa ajassa, vaihtoehtoisesti joko normaalipaineessa tai korotetussa paineessa. _ Yhden sovelluksen mukaan reaktiossa käytetään formaldehydia vesiliuoksena, jonka O 25 — formaldehydipitoisuus on 30-60 paino-%, tyypillisesti 50-60 paino- %. & < Yhden sovelluksen mukaan käytetään teknisen laadun formaldehydia.The catalysts allow virtually all of the formaldehyde to react in a reasonable amount of time, alternatively at either normal pressure or elevated pressure. In one embodiment, the reaction uses formaldehyde as an aqueous solution having an O 25 to formaldehyde content of 30 to 60% by weight, typically 50 to 60% by weight. & <According to one application, technical grade formaldehyde is used.

Teknisen laadun z formaldehydilähtöaine voi sisältää mm. metallisia epäpuhtauksia sekä jonkin verran, N tyypillisesti korkeintaan 12 paino-% metanolia.The technical grade z formaldehyde starting material may contain e.g. metallic impurities and to some extent, N typically up to 12% by weight of methanol.

Edullisen sovelluksen mukaan käytettävän e 30 — teknisen laadun formaldehydin formaldehydipitoisuus on sopivimmin ainakin 95 paino-%. Yhden sovellutusmuodon mukaan esillä olevan keksinnön mukainen menetelmä hartsin valmistamiseksi on useampivaiheinen, käsittäen 2-10 vaihetta.According to a preferred embodiment, the formaldehyde content of the technical grade formaldehyde used is preferably at least 95% by weight. According to one embodiment, the method for preparing the resin according to the present invention is multi-step, comprising 2 to 10 steps.

Tyypillisesti menetelmä on 2—3-vaiheinen, edullisesti 3-vaiheinen, jolloin alkalisen katalyytin lisääminen tapahtuu prosessin aikana vähitellen useammassa vaiheessa. Vähittäisellä alkalisen katalyytin lisäämisellä seoksen kiintoainepitoisuus saadaan pidettyä matalana reaktion aikana, mikä mahdollistaa viskositeetin tehokkaan kontrolloinnin. Tämä puolestaan mahdollistaa reaktioseoksen viskositeetin pitämisen niin matalana, että kondensaatioreaktio voidaan — suorittaa tehokkaasti.Typically, the process is in 2-3 steps, preferably in 3 steps, with the addition of the alkaline catalyst gradually taking place in several steps during the process. By gradually adding the alkaline catalyst, the solids content of the mixture can be kept low during the reaction, which allows effective control of the viscosity. This in turn allows the viscosity of the reaction mixture to be kept so low that the condensation reaction can be carried out efficiently.

”Vähittäisellä lisäämisellä” tarkoitetaan sitä, että lisäämiseen käytetään pitempi aika kuin mitä kuluisi, mikäli ennalta laskettu määrä lisätään kerralla (eli suoritetaan ”kertalisäys”) lisäystä keskeyttämättä. Yleensä lisäysaika on ainakin 2 kertaa pitempi kuin kertalisäys — edellyttäisi, sopivimmin 5—100 kertaa pitempi, esim. 10-50 kertaa pitempi.“Gradual addition” means that the addition takes longer than it would take if the pre-calculated amount is added at once (i.e., a “one-off addition”) is made without interrupting the addition. In general, the addition time is at least 2 times longer than the one-time addition - would require, preferably 5 to 100 times longer, e.g. 10-50 times longer.

Tavallisesti katalyytti lisätään kahtena tai useampana eränä, jolloin yhden katalyyttierän lisäyksen jälkeen annetaan reaktion edetä ennen seuraavan katalyyttierän lisäystä.Usually the catalyst is added in two or more portions, whereby after the addition of one batch of catalyst the reaction is allowed to proceed before the addition of the next batch of catalyst.

Edullisessa sovellutusmuodossa keksinnön mukaisen menetelmän ensimmäisessä vaiheessa liuotetaan ligniini liuottimen, etenkin veden ja liuottimen, sekä katalyytin, etenkin veteen liukenevan alkalisen katalyytin (mahdollisesti ensimmäisen osan), muodostamaan seokseen. Liuotus tapahtuu sekoittamalla seosta huoneenlämpötilassa (noin °C) tai korotetussa lämpötilassa. Yleensä lämpötila on alle 70 °C, sopivimmin alle 65 20 °C, esimerkiksi korkeintaan 60 °C. Yhdessä sovellutusmuodossa toimitaan 30—50 *C:ssa, tavallisesti 30-35 *C:ssa.In a preferred embodiment, in the first step of the process according to the invention, the lignin is dissolved in a mixture of a solvent, in particular water and a solvent, and a catalyst, in particular a water-soluble alkaline catalyst (optionally a first part). Dissolution is by stirring the mixture at room temperature (about ° C) or at elevated temperature. In general, the temperature is below 70 ° C, preferably below 65 ° C, for example at most 60 ° C. In one embodiment, the operation is at 30-50 ° C, usually at 30-35 ° C.

Liuotusaikaan vaikuttavat valitut reaktio-olosuhteet sekä aineet, kuten käytetty ligniini, = liuotin/liuotinseos, katalyytti sekä liuotuslämpötila. Liuotusaika vaihtelee 0,5—2 tunnin N 25 — välillä, tyypillisesti se on noin 1 tunti. & Q Kun ligniini on kokonaan, eli ainakin 90 %:sesti, edullisesti ainakin 95 %:sesti, liuennut E seokseen, nostetaan liuoksen lämpötila tyypillisesti yli 60 *C:een, esimerkiksi noin 60-100 2 °C:een, edullisesti noin 65 *C:een, ja lisätään vettä. Tämän jälkeen lisätään formaldehydin 3 30 — laskettu määrä vaiheittain liuosta samalla sekoittaen tyypillisesti noin 0,1—2 tunnin aikana, > edullisesti noin 15-60 minuutin aikana. Formaldehydin lisäämisen jälkeen, lämpötila nostetaan yli 80 *C:een, esimerkiksi noin 80-100 *C:een, edullisesti noin 85 *C:een. Tässä lämpötilassa tapahtuvat ligniinin ja formaldehydin väliset kondensaatioreaktiot. Reaktiota jatketaan 0,1—2 tunnin ajan, tyypillisesti noin 15-45 min:n ajan. Useampivaiheisessa sovellutusmuodossa tämän jälkeen lisätään alkalisen katalyytin toinen — osa, jäähdytetään seos 80 *C:een tai sen alle, esim. lämpötila-alueelle 20-80 °C, ja jatketaan kondensointireaktiota. Kondensaatioreaktio voidaan näin viedä loppuun asti, mutta tarvittaessa katalyytin toinen osa voidaan annostella vielä useammassa, esimerkiksi 2-5, tyypillisesti kahdessa, vaiheessa. Toisen katalyyttiosan lisäyksen jälkeen seosta kondensoidaan. Kondensaatio tapahtuu noin 0,1—2 tunnin, esim. noin 1 tunnin ajan. Tämän — jälkeen lisätään kolmas osa katalyyttiä ja kondensoidaan taas noin 0,1—2 tunnin, esim. noin 1 tunnin ajan. Vastaavasti samoin jatketaan, jos katalyytti on jaettu vielä useampaan osaan. Kun kaikki katalyytti on lisätty, kondensaatioreaktio on viety loppuun. Tyypillisesti kun kondensaatioreaktio on viety loppuun, muodostuva hartsi jäähdytetään — huoneenlämpötilaan eli noin 20 *C:een, joka on sen tyypillinen varastointilämpötila. Yhden sovellutusmuodon mukaan kondensaatioreaktiota jatketaan, kunnes käytännössä kaikki formaldehydi on reagoinut. Kuten edellä todettiin, edullisessa sovelluksessa tämä tarkoittaa, että ainakin 95 paino-% kondensaatioon tarvittavasta formaldehydista on — reagoinut, sopivimmin ainakin 99 paino-%, esimerkiksi 99,0-99,9 paino-%, kondensaatioon tarvittavasta formaldehydista on reagoinut. Menetelmässä hartsi voidaan keittää ei-paineistetussa reaktioastiassa eli tavallisessa — reaktorissa, jota käytetään normaalipaineessa, tai vaihtoehtoisesti painekattilassa. O 25 3 Molemmissa tapauksissa kondensaatioreaktori on sopivimmin varustettu reaktorin S lämmitys- ja jäähdytyslaitteilla sekä lämpötila-antureilla ja — säädöllä. Ei-paineistetussa E reaktioastiassa on lisäksi sopivimmin jäähdytin, kuten pystyjäähdytin, jonka avulla voidaan 0 tiivistää mahdollisesti höyrystyvää liuotinta ja palauttaa se takaisin reaktioastiaan. Tällöin 2 30 — varmistetaan, että hartsin liuotinta on aina läsnä kondensaatioreaktion aikana.The dissolution time is affected by the selected reaction conditions as well as the substances such as lignin used, = solvent / solvent mixture, catalyst and dissolution temperature. The dissolution time ranges from 0.5 to 2 hours N 25 - typically about 1 hour. When the lignin is completely, i.e. at least 90%, preferably at least 95%, dissolved in the mixture E, the temperature of the solution is typically raised above 60 ° C, for example about 60-100 ° C, preferably about 65 ° C. * To C, and add water. A solution of formaldehyde 3 is then added stepwise with stirring, typically over about 0.1 to 2 hours,> preferably about 15 to 60 minutes. After the addition of formaldehyde, the temperature is raised above 80 ° C, for example about 80-100 ° C, preferably about 85 ° C. At this temperature, condensation reactions between lignin and formaldehyde take place. The reaction is continued for 0.1 to 2 hours, typically about 15 to 45 minutes. In a multi-step embodiment, a second portion of the alkaline catalyst is then added, the mixture is cooled to 80 ° C or below, e.g. to a temperature in the range of 20-80 ° C, and the condensation reaction is continued. The condensation reaction can thus be completed, but if necessary, a second portion of the catalyst can be metered in even more steps, for example 2-5, typically in two steps. After the addition of the second catalyst portion, the mixture is condensed. Condensation takes place for about 0.1 to 2 hours, e.g. about 1 hour. A third of the catalyst is then added and condensed again for about 0.1 to 2 hours, e.g. about 1 hour. Similarly, the same procedure is continued if the catalyst is further divided. When all the catalyst has been added, the condensation reaction is complete. Typically, when the condensation reaction is complete, the resulting resin is cooled to - room temperature, i.e., about 20 ° C, which is its typical storage temperature. In one embodiment, the condensation reaction is continued until virtually all of the formaldehyde has reacted. As stated above, in a preferred embodiment this means that at least 95% by weight of the formaldehyde required for condensation has reacted, preferably at least 99% by weight, for example 99.0-99.9% by weight, of the formaldehyde required for condensation has reacted. In the process, the resin can be boiled in a non-pressurized reaction vessel, i.e. a conventional - reactor operated at normal pressure, or alternatively in a pressure cooker. O 25 3 In both cases, the condensing reactor is preferably equipped with heating and cooling devices for the reactor S as well as temperature sensors and controls. In addition, the non-pressurized reaction vessel E preferably has a condenser, such as a vertical condenser, by means of which the potentially volatile solvent can be condensed and returned to the reaction vessel. In this case, it is ensured that the resin solvent is always present during the condensation reaction.

R Katalyyttisysteemi ja kuiva-aine vaikuttavat hartsin viskositeetin kehittymisnopeuteen. Suorittamalla kondensaatioreaktio edellä kuvatulla tavalla, jossa ligniinin liuotinta, kuten metanolia, on läsnä reaktion aikana ja katalyytti lisätään reaktioseokseen vähitellen, kuiva- ainepitoisuutta voidaan nostaa ilman, että viskositeetti nousee liikaa, eli yli 10 000 cP:n. Edellä mainitun mukaisesti reaktioseoksen kuiva-ainepitoisuus hartsin suhteen on — tyypillisesti noin 20-70 paino- %. Valmiista hartsista pystytään tarpeen mukaan haihduttamaan liuotinta, kuten metanolia, etanolia tai asetonia, pois. Näin hartsista saadaan paremmin soveltuva erilaisiin loppukäyttötarkoituksiin, joissa liuotinta ei saa olla mukana. Liuottimen pitoisuus valmiissa hartsissa on tyypillisesti 0-15 paino- %. Hartsi voidaan — ottaa talteen siis myös täysin liuotinvapaana.R The rate of development of the viscosity of the resin is affected by the catalyst system and the dry matter. By carrying out the condensation reaction as described above, in which a lignin solvent such as methanol is present during the reaction and the catalyst is gradually added to the reaction mixture, the dry matter content can be increased without increasing the viscosity too much, i.e., above 10,000 cP. As mentioned above, the dry matter content of the reaction mixture relative to the resin is - typically about 20-70% by weight. The solvent, such as methanol, ethanol or acetone, can be evaporated from the finished resin as needed. This makes the resin more suitable for various end uses in which the solvent must not be present. The concentration of solvent in the finished resin is typically 0-15% by weight. The resin can thus also be recovered completely solvent-free.

Yhdessä sovelluksessa valmiin hartsin Brookfield-viskositeetti on 20-10 000 cP, etenkin 20-1000 cP, esim. 20-300 cP tai 50-300 cP.In one application, the finished resin has a Brookfield viscosity of 20-10,000 cP, especially 20-1000 cP, e.g. 20-300 cP or 50-300 cP.

Yhden edullisen sovelluksen mukaan valmistetun hartsin viskositeetti on samalla tasolla kuin normaalien impregnointihartsien viskositeetti. Runkopaperin impregnointiin soveltuu etenkin hartsi, jonka Brookfield-viskositeetti on 20-50 cP. Filmipaperin impregointiin soveltuu puolestaan etenkin hartsi, jonka Brookfield-viskositeetti on 100-300 cP.According to one preferred embodiment, the viscosity of the resin prepared is at the same level as that of normal impregnating resins. A resin with a Brookfield viscosity of 20-50 cP is particularly suitable for impregnating the backing paper. A resin with a Brookfield viscosity of 100-300 cP is particularly suitable for impregnating film paper.

Liuottimia voidaan tarpeen mukaan lisätä myös takaisin hartsiin haihdutuksen jälkeen tai poishaihdutettu liuotin, kuten metanoli, etanoli tai asetoni, voidaan korvata kokonaan tai osittain esimerkiksi vedellä sovelluksissa, joissa ei saa olla kyseistä liuotinta mukana ollenkaan tai yli tietyn rajan, kuten esimerkiksi yli 5 paino-% hartsin kokonaispainosta.If necessary, the solvents can also be added back to the resin after evaporation, or the evaporated solvent, such as methanol, ethanol or acetone, can be completely or partially replaced, for example with water, in applications where the solvent is not present at all or above a certain limit, such as more than 5% by weight. of the total weight of the resin.

S 25 Menetelmän mukaisesti valmistettu hartsi on jo itsessään lämpökovettuva eli lisäaineiden s lisääminen ei ole välttämätöntä sen formuloimiseksi liimaksi. Hartsin koostumusta voidaan < kuitenkin vielä muokata esimerkiksi sekoittamalla se ekstendereiden ja silloittajien kanssa.S 25 The resin prepared according to the method is in itself thermosetting, i.e. the addition of additives s is not necessary to formulate it into an adhesive. However, the composition of the resin can be further modified, for example, by mixing it with extenders and crosslinkers.

I = e Ekstendereina voidaan käyttää sinänsä tunnettuja yhdisteitä, kuten amidi- tai 2 30 — amiiniyhdisteitä, kuten ureaa, tai monomeerisiä, oligiomeerisiä tai polymeerisiäI = e Extenents which can be used are compounds known per se, such as amide or 2-amine compounds, such as urea, or monomeric, oligomeric or polymeric compounds.

N S hiilihydraatteja, kuten sokereita. Silloittajina voidaan käyttää sinänsä tunnettuja yhdisteitä, kuten amiiniyhdisteitä, kuten heksametyleenitetra-amiinia, tai vinyyliyhdisteitä, kuten divinyylibentseeniä.N S carbohydrates such as sugars. As the crosslinkers, compounds known per se can be used, such as amine compounds, such as hexamethylenetetraamine, or vinyl compounds, such as divinylbenzene.

Valmis hartsi voidaan impregnoida paperiin sellaisenaan tai lisäaineilla formuloituna ja puristaa sen jälkeen laminaatiksi lämmön ja paineen vaikutuksesta. Esillä olevan keksinnön mukaisella menetelmällä valmistetulla tai sen koostumusta vastaavalla hartsilla impregnoitu paperi voidaan puristaa laminaatiksi.The finished resin can be impregnated into the paper as such or formulated with additives and then compressed into a laminate under the influence of heat and pressure. Paper impregnated with the resin prepared by the method of the present invention or corresponding to its composition can be compressed into a laminate.

Esimerkiksi puristukseen voidaan käyttää monivälipuristinta, jossa puristus tapahtuu yli 70 bar:n paineessa noin 140-150 *C:ssa. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää pikatahtipuristinta, jatkuvatoimista puristinta tai jotain — muuta teollisuudessa yleisesti käytettyä menetelmää. Käytetty pikatahtipuristin on tyypillisesti 1-3 välinen ja sen prosessointilämpötila on 170-200 °C välillä. Jatkuvatoimista puristinta käytettäessä tyypillisiä prosessiparametreja ovat 20-50 bar paine ja 170-180 °C lämpötila. — Seuraavat ei-rajoittavat esimerkit edustavat esillä olevan teknologian sovelluksia. Esimerkit Hartsi keitettiin tavallisessa reaktorissa normaalipaineessa. Reaktiossa oli pystyjäähdytin, — jotta mahdollisesti höyrystyvä liuotin saatiin tiivistettyä takaisin reaktioseokseen. Ensimmäisessä vaiheessa reaktoriin annostettiin vesi I, metanoli sekä katalyytti I eli katalyytin ensimmäinen osa, joka käsitti pelkän natriumhydroksidin tai natriumhydroksidin yhdessä joko ammoniakin tai kaliumhydroksidin kanssa. Tässä vaiheessa seoksen pH oli _ 7-8,5. Tähän seokseen lisättiin kraft-ligniini, minkä jälkeen seosta sekoitettiin noin 1 tunti O 25 — pitäen lämpötila alle 50 C:ssa, pääsääntöisesti 30-35 °C välillä. Sekoituksen jälkeen 3 seoksen lämpötila nostettiin noin 65 *C:een ja lisättiin vesi II. Seuraavaksi seokseen S lisättiin formaliini tasaisella nopeudella noin 40 minuutin aikana. Lisäyksen jälkeen E seoksen lämpötila nostettiin noin 85 *C:een ja kondensoitiin sitä noin 30 minuutin ajan. 9 Tämän jälkeen seokseen annostettiin katalyytti II eli katalyytin toinen osa ja jäähdytettiin 3 30 — seosta hieman, noin 80 °C:een. Seosta kondensoitiin tässä lämpötilassa noin 1 tunnin ajan. > Lisättiin katalyytti III eli katalyytin kolmas osa ja kondensoitiin seosta vielä toisen tunnin ajan. Lopuksi hartsi jäähdytettiin.For example, a multi-intermediate press can be used for compression, where the compression takes place at a pressure of more than 70 bar at about 140-150 ° C. Alternatively, a high-speed press, a continuous press, or some other method commonly used in the industry may be used. The high speed press used is typically between 1 and 3 and has a processing temperature between 170 and 200 ° C. When using a continuous press, typical process parameters are a pressure of 20-50 bar and a temperature of 170-180 ° C. - The following non-limiting examples represent applications of the present technology. Examples The resin was boiled in a conventional reactor at normal pressure. The reaction was equipped with a condenser to condense any solvent that evaporated back into the reaction mixture. In the first stage, water I, methanol and catalyst I, i.e. the first part of the catalyst, comprising sodium hydroxide alone or sodium hydroxide together with either ammonia or potassium hydroxide, were charged to the reactor. At this point, the pH of the mixture was _ 7-8.5. To this mixture was added kraft lignin, after which the mixture was stirred for about 1 hour with O 25 - keeping the temperature below 50 ° C, generally between 30-35 ° C. After stirring, the temperature of the mixture 3 was raised to about 65 ° C and water II was added. Next, formalin was added to mixture S at a constant rate over about 40 minutes. After the addition, the temperature of mixture E was raised to about 85 ° C and condensed for about 30 minutes. 9 Catalyst II, i.e. a second portion of catalyst, was then added to the mixture and the mixture was cooled slightly to about 80 ° C. The mixture was condensed at this temperature for about 1 hour. > Catalyst III, i.e. a third part of the catalyst, was added and the mixture was condensed for another hour. Finally, the resin was cooled.

Seuraavat esimerkit kuvaavat keittoja, jotka suoritettiin edellä kuvatulla menetelmällä: Keittoesimerkki 1 Keittoesimerkki 2 Keittoesimerkki 3 _ © ? Keittoesimerkki 4The following examples illustrate soups made by the method described above: Soup Example 1 Soup Example 2 Soup Example 3 _ ©? Soup Example 4

R iR i

ZZ

E 2E 2

Käyttöesimerkit Esillä olevaa menetelmää voidaan käyttää olennaisesti fenolivapaan impregnointihartsin valmistamiseen ja menetelmän mukaisesti valmistettua tai sen koostumusta vastaavaa — hartsia yleisesti perinteisen impregnointihartsin korvikkeena. Valmista lopputuotetta voidaan käyttää sellaisenaan paperi-impregnointiin tai seoksena normaalien impregnointihartsien kanssa. Valmis hartsi voidaan impregnoida filmi-/ runkopaperiin (60-200 g/m?). Hartsimäärä paperissa vaihtelee 20-50 paino-% välillä aina loppukéyttokohteen mukaan. Haihtuvien aineiden määrä impregnaatissa on 5-10 paino-% välillä. Kuviossa 1 on esitetty oikealla puolella mallikappaleita (6 kpl) ligniini-impregnaattien valmiista puristeista eri katalyyttisysteemeillä. Vasemmalla on fenoliformaldehydihartsista — valmistettu referenssinäyte. Erityisesti esillä oleva menetelmä sopii runkopaperin impregnointihartsin valmistamiseen ja sen käyttöön kompaktilaminaatissa (kuvio 2) liima-aineena. Impregnointihartsien lisäksi voidaankin mainita etenkin seuraavat käyttökohteet: vaneri-, LVL-, lastulevyn valmistus, MDF (medium-density fiberboard, puolikova kuitulevy), HDF (high-density fiberboard) eli yleisesti erilaiset kuitulevyt. Näiden lisäksi mainittakoon vielä hiomapaperin valmistus, palkkiliima sekä villahartsit, etenkin mineraalivillahartsin, kuten lasivilla- sekä kivivillahartsit. S 25Examples of Use The present method can be used to prepare a substantially phenol-free impregnating resin and a resin prepared according to the method or corresponding to its composition - generally as a substitute for a conventional impregnating resin. The finished end product can be used as such for paper impregnation or as a mixture with normal impregnation resins. The finished resin can be impregnated into film / body paper (60-200 g / m 2). The amount of resin in the paper varies between 20 and 50% by weight, depending on the end use. The amount of volatiles in the impregnate is between 5 and 10% by weight. Figure 1 shows on the right side specimens (6 pieces) of finished lignin impregnates with different catalyst systems. On the left is a reference sample made of phenol formaldehyde resin. In particular, the present method is suitable for the preparation of an impregnating resin of a backing paper and its use in a compact laminate (Fig. 2) as an adhesive. In addition to impregnation resins, the following applications can be mentioned in particular: plywood, LVL, chipboard production, MDF (medium-density fiberboard), HDF (high-density fiberboard), ie various fiberboards in general. In addition to these, mention should also be made of the production of abrasive paper, beam glue and wool resins, in particular mineral wool resins such as glass wool and rock wool resins. S 25

N s ViitejulkaisuluetteloN s List of reference publications

SS

N z Patenttikirjallisuus: aN z Patent literature: a

O > 30 WO 2014/080033O> 30 WO 2014/080033

MN 5 US 5177169MN 5 U.S. 5,177,169

NOF

Claims (22)

Patentkrav:Patent claims: 1. Förfarande för framställning av ett väsentligen fenolfritt impregneringsharts, vars halt av fri formaldehyd uppgär till högst 5 vikt-%, vid vilket förfarande — formaldehyd kondenseras med ett fenoliska OH-grupper innehällande ämne i när- varo av en alkalisk katalysator för att bilda harts, kännetecknat av att förfarandet omfattar följande steg i nämnd ordning: — som fenoliska OH-grupper innehållande ämne används kraftlignin, sodaligning eller organosolvlignin, — ligninet upplöses för att bilda en lösning 1 en blandning av vatten, en alkalisk kata- lysator och ett lösningsmedel genom att använda ett lösningsmedel, som utgörs av en polär vätska, som kan blandas i vatten, vilket lösningsmedel utgörs av alifatisk eller aromatisk alkohol eller en alifatisk keton, — ligninlösningen tillförs formaldehyd och — ligninet och formaldehyden kondenseras i en vätskefas, — en del av den alkaliska katalysatorn tillförs efter tillförseln av formaldehyd och kondenseringen fortsätts tills ätminstone 95 vikt-% av formaldehyden reagerat, varefter — det sålunda bildade hartset tas tillvara.A process for the preparation of a substantially phenol-free impregnation resin, the content of which is free of formaldehyde of not more than 5% by weight, in which process - formaldehyde is condensed with a phenolic OH group-containing substance in the presence of an alkaline catalyst to form resin , characterized in that the process comprises the following steps in the order mentioned: - as phenolic OH groups containing substance, kraft lignin, soda equation or organosolvlignin is used, - the lignin is dissolved to form a solution in a mixture of water, an alkaline catalyst and a solvent by to use a solvent consisting of a polar liquid which can be mixed with water, which solvent consists of aliphatic or aromatic alcohol or an aliphatic ketone, - the lignin solution is added to formaldehyde and - the lignin and formaldehyde are condensed in a liquid phase, - part of the the alkaline catalyst is added after the addition of formaldehyde and the condensation is continued until at least 9 5% by weight of the formaldehyde reacted, after which - the resin thus formed is recovered. 2. Förfarande i enlighet med patentkrav 1, kännetecknat av att som lignin används kraftlignin antingen som en vattensuspension eller ett motsvarande ligninpulver, varvid ligninets torrsubstanshalt uppgär till över 50 vikt-%, t.ex. till cirka 75 vikt-%.Process according to Claim 1, characterized in that kraft lignin is used as lignin either as an aqueous suspension or a corresponding lignin powder, the dry matter content of the lignin amounting to more than 50% by weight, e.g. to about 75% by weight. N N 25 3. Förfarandei enlighet med patentkrav 1 eller 2, kännetecknat av att för att upp- 3 lösa ligninet används ett lösningsmedel, som utgörs av metanol, etanol eller aceton.Process according to Claim 1 or 2, characterized in that a solvent consisting of methanol, ethanol or acetone is used to dissolve the lignin. N E 4. Förfarande i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av 0 att lösningsmedlet används i en tillräcklig mängd for att bibehälla blandningens torrsub- 3 30 — stanshalt lämplig för fortsatt reaktion, exempelvis när det gäller metanol uppgår halten av 9 metanol i vatten till cirka 1,6-12 vikt-%.NE 4. A process according to any one of the preceding claims, characterized in that the solvent is used in a sufficient amount to maintain the dry matter content of the mixture suitable for further reaction, for example in the case of methanol the content of 9 methanol in water to about 1.6-12% by weight. 5. Förfarande i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att som katalysator används NaOH eller KOH eller ammoniak eller en organisk amin, eller en blandning av tvä eller flera ämnen. Process according to any one of the preceding claims, characterized in that NaOH or KOH or ammonia or an organic amine, or a mixture of two or more substances is used as catalyst. 6 Förfarandei enlighet med nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att formaldehyd används som vattenlösning, vars formaldehydhalt uppgär till cirka 30-60 vikt-%.Process according to any one of the preceding claims, characterized in that formaldehyde is used as aqueous solution, the formaldehyde content of which amounts to about 30-60% by weight. 7. Förfarande i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av — att lignin och formaldehyd kondenseras vid en temperatur av cirka 50-90 °C tills all form- aldehyd reagerat, varefter hartset tas tillvara.Process according to any one of the preceding claims, characterized in that - lignin and formaldehyde are condensed at a temperature of about 50-90 ° C until all formaldehyde has reacted, after which the resin is recovered. 8. Förfarande i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att lignin och formaldehyd kondenseras i vätskefasen bildad av ligninets lösningsmedel — eller dess blandning.Process according to any one of the preceding claims, characterized in that lignin and formaldehyde are condensed in the liquid phase formed by the solvent of the lignin - or its mixture. 9. Förfarande i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att framställningen av harts utförs 1 flera steg, varvid den alkaliska katalysatorn tillförs under processen i flera än tvä steg för att hälla reaktionsblandningens viskositet sä läg att — kondenseringen kan utföras effektivt.Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the preparation of resin is carried out in several steps, the alkaline catalyst being fed during the process in more than two steps to keep the viscosity of the reaction mixture so low that the condensation can be carried out efficiently. 10. Förfarande i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat av att först löses ligninet i blandningen bildad av vatten och lösningsmedlet samt den i - vatten lösliga alkaliska katalysatorn (första delen) genom att blanda blandningen i rums- O 25 — temperatur eller vid lindrigt förhöjd temperatur, som är under 70 °C.Process according to any one of the preceding claims, characterized in that first the lignin is dissolved in the mixture formed by water and the solvent and the water-soluble alkaline catalyst (first part) by mixing the mixture at room temperature or at slightly elevated temperature, which is below 70 ° C. S o S o 11. Förfarande i enlighet med patentkrav 10, kännetecknat avatt dä ligninet lösts E helt och hållet, höjs lösningens temperatur till över 60 °C, exempelvis till cirka 65 °C, och 9 vatten tillförs, varefter formaldehydens beräknade mängd tillförs stegvis under det att lös- 3 30 — ningen samtidigt blandas.Process according to Claim 10, characterized in that when the lignin is completely dissolved E, the temperature of the solution is raised to above 60 ° C, for example to about 65 ° C, and 9 water is added, after which the calculated amount of formaldehyde is added stepwise while dissolving. - 3 30 - the mixture is mixed at the same time. OO 12. Förfarande i enlighet med patentkrav 10, kännetecknat av att efter tillförseln av formaldehyd höjs temperaturen till över 80 °C, exempelvis till cirka 85 °C, vid vilken tem- peratur en kondensationsreaktion sker mellan ligninet och formaldehyden.Process according to Claim 10, characterized in that after the addition of formaldehyde the temperature is raised to above 80 ° C, for example to about 85 ° C, at which temperature a condensation reaction takes place between the lignin and the formaldehyde. 13 Förfarandei enlighet med patentkrav 12, kännetecknat av att den andra delen av den alkaliska katalysatorn tillförs, blandningen avkyls till 80 °C eller därunder och kon- densationsreaktionen fortsätts.Process according to Claim 12, characterized in that the second part of the alkaline catalyst is added, the mixture is cooled to 80 ° C or below and the condensation reaction is continued. 14. Förfarande i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat — av att kondensationsreaktionen fortsätts tills formaldehydhalten uppgår till högst 5 %, före- trädesvis till högst 1 vikt-%, t.ex. till 0,1-1,0 %, och dess Brookfield-viskositet uppgår till ätminstone 20 cP och högst till 10 000 cP.Process according to one of the preceding claims, characterized in that the condensation reaction is continued until the formaldehyde content does not exceed 5%, preferably not more than 1% by weight, e.g. to 0.1-1.0%, and its Brookfield viscosity is at least 20 cP and at most 10,000 cP. 15. Forfarande i enlighet med något av de föregående patentkraven, kännetecknat av att kondensationsreaktionen utförs i närvaro av ligninets lösningsmedel för att hålla re- aktionsblandningens viskositet tillräckligt läg.Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the condensation reaction is carried out in the presence of the solvent of the lignin in order to keep the viscosity of the reaction mixture sufficiently low. 16. Förfarande i enlighet med patentkrav 15, kännetecknat av att kondensations- reaktionen utförs i ett reaktionskärl utan tryck eller i en övertryckspanna, varvid reaktorn är lämpligast utrustad med anordningar för uppvärmning och avkylning av reaktorn samt med temperatursensorer och -reglering.Process according to Claim 15, characterized in that the condensation reaction is carried out in a reaction vessel without pressure or in an overpressure boiler, the reactor being most suitably equipped with devices for heating and cooling the reactor and with temperature sensors and control. 17. Förfarande i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven, kännetecknat — av att hartset tas tillvara utan lösningsmedel eller innehällande högst 15 vikt-% lösnings- O 25 — medel.Process according to one of the preceding claims, characterized in that the resin is recovered without solvent or containing not more than 15% by weight of solvent. S S S S 18. Harts framställt i enlighet med nägot av de föregäende patentkraven. x a 2 Resin prepared according to any one of the preceding claims. x a 2 19. Väsentligen fenolfritt impregneringshart i enlighet med patentkrav 18, vilket impreg- 2 30 — neringsharts omfattar en kondensationsprodukt av formaldehyd och lignin, vars halt av fri = formaldehyd uppgår till högst 5 vikt-%.A substantially phenol-free impregnating resin according to claim 18, which impregnating resin comprises a condensation product of formaldehyde and lignin, the content of free = formaldehyde of not more than 5% by weight. 20. Impregneringsharts i enlighet med patentkrav 18 eller 19, kännetecknat av att det förekommer i form av en sädan vattenblandning, vars torrsubstanshalt i förhällande till hartset uppgår till cirka 30-70 %.Impregnation resin according to claim 18 or 19, characterized in that it is present in the form of such a water mixture, the dry matter content of which in relation to the resin amounts to about 30-70%. 21 Impregneringshartsi enlighet med något av patentkraven 18-20, vilket impregnerings- harts erhällits medelst avdunstning av de lösningsmedelsrester som hartset innehäller i en separat avdunstningsfas.Impregnation resin according to any one of claims 18-20, which impregnation resin is obtained by evaporation of the solvent residues which the resin contains in a separate evaporation phase. 22. Användningen av impregneringsharts i enlighet med något av patentkraven 18-21 för impregnering av baspapper, impregnering av filmpapper, framställning av en faner-, LVL-, spänskiva eller för framställning av fiberskivor, säsom MDF- (medium-density fiberboard, halvhärd fiberskiva) eller HDF- (high-density fiberboard) -skivor, för framställning av slippapper, som balklim, i ullhartser, i synnerhet i mineralull, säsom glasull eller stenull.The use of impregnating resin according to any one of claims 18-21 for impregnating base paper, impregnating film paper, producing a veneer, LVL, clamping board or for producing fibreboard, such as MDF (medium-density fiberboard, semi-hard fiberboard) ) or HDF (high-density fiberboard) boards, for the production of abrasive paper, such as bale glue, in wool resins, in particular in mineral wool, such as glass wool or rock wool. NN OO N ©N © IIN OO NN I a a 0I a a 0 OO OO LOLO MNMN OO NN
FI20175363A 2017-04-21 2017-04-21 Phenol-free impregnation resin FI129275B (en)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20175363A FI129275B (en) 2017-04-21 2017-04-21 Phenol-free impregnation resin
PCT/FI2018/050286 WO2018193166A1 (en) 2017-04-21 2018-04-23 Phenol-free impregnation resin
EP18728202.5A EP3612586A1 (en) 2017-04-21 2018-04-23 Phenol-free impregnation resin

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI20175363A FI129275B (en) 2017-04-21 2017-04-21 Phenol-free impregnation resin

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FI20175363A1 FI20175363A1 (en) 2018-10-22
FI129275B true FI129275B (en) 2021-11-15

Family

ID=62455525

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI20175363A FI129275B (en) 2017-04-21 2017-04-21 Phenol-free impregnation resin

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3612586A1 (en)
FI (1) FI129275B (en)
WO (1) WO2018193166A1 (en)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109535441B (en) * 2018-11-27 2021-08-24 常州大学 Preparation method of hydroxymethylated lignin
CN109679044A (en) * 2018-12-21 2019-04-26 上海昶法新材料有限公司 A kind of preparation method of the modified phenolic resin adhesive suitable for bond paper
DE102021100142A1 (en) 2021-01-07 2022-07-07 Suncoal Industries Gmbh Process for producing a crosslinked lignin with a high specific surface area
EP4001376A1 (en) 2020-11-13 2022-05-25 Wilsonart LLC Multi-part lignin-based resin system for decorative laminates

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5177169A (en) * 1989-04-03 1993-01-05 Colorado State University Research Foundation Method for recovering and using lignin in adhesive resins
EP0693090A4 (en) * 1993-04-09 1996-07-17 Alcell Tech Inc Lignin-based formulations for wood composites
US20130116383A1 (en) * 2011-11-03 2013-05-09 Ut-Battelle, Llc Lignin-derived thermoplastic co-polymers and methods of preparation
AT513670A1 (en) * 2012-11-26 2014-06-15 Annikki Gmbh Process for the preparation of phenol-formaldehyde-resin-analogous polymers

Also Published As

Publication number Publication date
EP3612586A1 (en) 2020-02-26
WO2018193166A1 (en) 2018-10-25
FI20175363A1 (en) 2018-10-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10894855B2 (en) Method for increasing the reactivity of lignin
US20230339998A1 (en) Method of making a binder composition, and binder composition
EP3783008B1 (en) A method for treating lignin and for producing a binder composition
Kalami et al. Replacing 100% of phenol in phenolic adhesive formulations with lignin
FI129275B (en) Phenol-free impregnation resin
CA3120737A1 (en) Process for preparing a solution of lignin in an aqueous medium
FI129584B (en) Resin composition
US11667792B2 (en) Process for preparing a solution of lignin in an aqueous medium
FI129050B (en) Phenol-free tannin-formaldehyde impregnation resin
US12134629B2 (en) Binder composition, and products including binder composition
RU2022100403A (en) RESIN COMPOSITION

Legal Events

Date Code Title Description
FG Patent granted

Ref document number: 129275

Country of ref document: FI

Kind code of ref document: B