FI76107B - Modifieringsmedel foer anvaendning som tillsatsmedel i ett bindemedel och dess anvaendning. - Google Patents

Description

1 76107

Sideaineessa lisäaineena käytettävä modifiointiaine ja sen käyttö Tämä keksintö koskee modifiointiainetta, jota käy-5 tetään sideaineessa, joka perustuu (a) formaldehydin ja (b)urean, melamiinin tai fenolin tai kahden tai kolmen tällaisen yhdisteen seoksen kondensaatiotuotteeseen, sekä tällaisen modifiointiaineen käyttöä.

Formaldehydin ja urean, melamiinin tai fenolin 10 tai näiden ja muiden vastaavien aineiden, esim. guan- amiinien tai amidien, seoksen reaktiotuotteita on jo useita vuosia käytetty yhdessä lujite- tai täyteaineiden kanssa mm. laminoitujen tuotteiden valmistukseen.

Käytetty teknologia on hyvin tunnettu ja merkitsee 15 yleisesti, että annetaan formaldehydin vesiliuoksen reagoida valitun aineen kanssa pienimolekyyliseksi, liukoiseksi yhdisteeksi,joka liuotetussa muodossa yhdistetään lujiteta! täyteaineen kanssa, minkä jälkeen liuotinaine haihdutetaan. Tästä puolivalmisteesta muodostetaan sitten paineen 20 ja lämmön alaisena valmis tuote. Tässä prosessin vaiheessa tapahtuu pienimolekyyliselle formaldehydiin perustuvalle sideaineelle polykondensaatioreaktio, joka muuttaa sideaineen kolmiulotteiseksi suurimolekyyliseksi aineeksi, jolla on erinomaiset kemialliset ja fysikaaliset ominai-25 suudet.

Olennainen vaihe tässä prosessissa on, että pienimolekyylinen sideaine sulaa ja muuttuu juoksevaan faasiin ennen kuin molekyylien kasvu alkaa. Tämä on edellytyksenä, että lopputuote saavuttaa ne ominaisuudet, jotka ovat 30 välttämättömiä, mm. muotopysyvyyden.

Juoksevuuteen muovaus- ja kovetusvaiheissa vaikuttaa joukko tekijöitä. Tärkeämpiä ovat sideaineen ja lujäteaineen tai täyteaineen määrien välinen suhde, sekoituksen kosteussisältö sekä sideaineen sulamispiste, sulavis-35 kositeetti ja kovettumisnopeus valituissa olosuhteissa.

Tärkeimmät muodostusolosuhteet ovat muodostuspaine, lämpötila-alue ja muodostusaika. Käytettäessä korkeaa muodostus-painetta voidaan tyydyttävä jouksevuus saavuttaa suhteelli- 2 761 07 sen pienilläkin sideainemäärillä ja pienellä kosteuspitoisuudella käytettäessä sopivaa lämpötila-aluetta. Jos muodostuspainetta pienennetään, on muita, juoksevuuteen vaikuttavia tekijöitä muutettava tarkoituksena säilyttää 5 juoksevuuden vaikutukset. Muodostusmenett.ely laminoitujen tuotteiden valmistuksessa suoritetaan perinteisesti kahdella eri tavalla. Toisen mukaisesti materiaali johdetaan kylmään puristimeen, minkä jälkeen paine korotetaan ja lämpöä syötetään.Tämän jälkeen lämpötila lasketaan ja 10 paine vapautetaan. Toisen tavan mukaisesti materiaali syötetään kuumaan puristimeen, minkä jälkeen paine nostetaan ja lopuksi vapautetaan ilman jäähdytystä. Molemmat menettelytavat merkitsevät materiaalin puristusta ja muovausta sekä sideaineen sulattamista ja kovettamista.

15 Menetelmä valmiin tuotteen valmistamiseksi ilman jäähdytystä merkitsee suuria taloudellisia etuja verrattuna ensinmainittuun menetelmään osittain pienemmän energia-kulutuksen, osittain suurten ajansäästöjen vuoksi.

Viime aikoina on tapahtunut teknistä kehitystä 20 staattisista laminaattipuristimista, jotka toimivat jaksottaisesti, jatkuvatoimisiin nauhapuristimiin tasomaisten kertamuovilaminaattien valmistamiseksi. Laminaateille tarkoitetut jatkuvatoimiset nauhapuristimet toimivat useimmiten huomattavasti pienemmällä paineella, n. 10-25 25 bar'issa verrattuna 1Q0 bar'iin ja lyhyemmällä puristus- ajoilla, n. 1/30 - 1/300 -osalla siitä ajasta, jonka jäähdytyksellä varustettu staattinen puristin vaatii.

Verrattuna tavanomaiseen puristuskiertojaksoon jäähdytyksineen staattisessa puristimessa vaaditaan jat-30 kuvatoimisessa puristimessa huomattavasti parempaa juok-sevuutta ja olennaisesti suurempaa reaktiivisuutta sideaineelta. Nämä kaksi ominaisuutta ovat toisilleen vastakkaisia. Nopea molekyylipainon kasvu lyhentää nimittäin valamisaikaa. Eräs menetelmä tämän ongelman ratkaisemisek-35 si on nostaa sideainepitoisuutta lujiteaineeseen verrattuna sekä lisätä materiaalin kosteuspitoisuutta ennenkuin 3 76107 se muovataan ja kovetetaan. Tämä menetelmä aiheuttaa kuitenkin tarpeettoman korkeita kustannuksia ja valmis tuote saa epäedullisia ominaisuuksia, mm. suuren haurauden.

Tämän keksinnön avulla on kyetty ratkaisemaan 5 edellä mainitut ongelmat. Keksintö koskee sideaineessa lisäaineena käytettävää modifointiainetta, joka sideaine perustuu a) formaldehydin ja b) urean, melamiinin tai fenolin tai kahden tai kolmen tällaisen yhdisteen seoksen kondesaatiotuotteeseen. Keksinnölle on tunnusomaista, et-10 tä aine koostuu formaldehydin ja asetaldehydin välisellä emäksisellä reaktiolla moolisuhteella 3 - 6:1 saadusta reaktiotuotteesta, joka sisältää 30 - 70 painoprosenttia pentaerytritolin ja dipentaerytritolin formaalien seosta, 5-35 painoprosenttia pentaerytritolin ja dipentaerytri-15 tolin metyylieettereiden seosta sekä 0,5 - 15 painoprosenttia vapaata pentaerytritolia ja loput on erilaisia aldolikondensaatiotuotteita.

Sideaine voi koostua melamiini-formaldehydihart-sista, urea-formaldehydihartsista, fenoli-formaldehydi-20 hartsista, urea-melamiini-formaldehydihartsista, urea- fenoli-formaldehydihartsista, melamiini-fenoli-formaldehydihartsista tai urea-melamiini-fenoli-formaldehydi-hartsista. Nämä hartsit voivat myös sisältää mm. toluee-nisulfonamidia, laktaameja, guanamiineja, amideja tai 25 muita lisäyksiä, jotka parantavat hartsien ominaisuuksia.

Hartsit valmistetaan hyvin tunnettujen ja alan kirjallisuudessa kuvattujen menetelmien mukaisesti.

Keksintö koskee myös edellä kuvatun modifiointi-aineen käyttöä lisäaineena sideaineessa, joka perustuu 30 a) formaldehydin ja b) urean, melamiinin tai fenolin tai kahden tai kolmen tällaisen yhdisteen seoksen kondensaa-tiotuotteeseen, jolloin modifiointiaineen määrä on 5 - 60 painoprosenttia, laskettuna kuivasta sideaineesta.

4 76107

Modifiointiaine voidaan lisätä sideaineeseen ennen sideaineen synteesiä, sen aikana tai sen jälkeen.

Käytettäessä sideainetta kuitumateriaalin, kuten paperin jatkuvien rainojen kyllästämiseen lisätään si-5 deaineeseen kovettajaa.

Keksintöä selostetaan tarkemmin alla olevien suoristusesimerkkien yhteydessä, joista esimerkki 1 esittää urea-formaldehydihartsin valmistusta, joka sisältää keksinnön mukaista modifiointiainetta, sekä hart-10 sin käyttöä koristeellisen korkeapainelaminaatin valmistukseen. Esimerkki 2 esittää melamiini-formaldehydi-hartsin valmistusta, johon on sekoitettu keksinnön mukaista modifiointiainetta, sekä hartsin käyttöä jatkuvaan laminaattivalmistukseen. Esimerkki 3 esittää mela-15 miini-formaldehydihartsin valmistusta, joka on konden- soitu yhdessä keksinnön mukaisen modifiointiaineen kanssa, sekä hartsin käyttöä jatkuvaan laminaattivalmistukseen. Esimerkki 4 esittää lopuksi urea-melamiini-formal-dehydrihartsin valmistusta, joka on kondensoitu yhdes-20 sä keksinnön mukaisen modifiointiaineen kanssa, sekä hartsin käyttöä jatkuvaan laminaattivalmistukseen.

Esimerkki 1

Reaktioastiaan panostettiin 53,11 paino-osaa 50-prosenttista formaliinia, 38,86 paino-osaa fenolia 25 sekä 7,23 paino-osaa keksinnön mukaista modifiointi-ainetta, joka sisälsi:

Monopentaerytritolin ja dipentaerytritolin 45 painoprosenttia formaaleja

Erilaisia aldolikondensaatiotuotteita 24 painoprosenttia 30 Monopentaerytritolin ja dipentaerytritolin 14 painoprosenttia metyylieettereitä

Vapaata pentaerytritolia 7 painoprosenttia

Natriumformiaattia 0,5 painoprosenttia

Muuta 9,5 painoprosenttia 35 pH säädettiin arvoon n. 7,5 ja seos lämmitettiin refuluk-soivaksi. Natriumhydroksidia panostettiin jatkuvasti ref- 5 76107 luksoinnin aikana n. 35 minuutin aikana. Tämän jälkeen seos jäähdytettiin, minkä jälkeen lisää natriumhydroksi-dia panostettiin. Yhteensä lisättiin 1,4 painoprosenttia natriumhydroksidia fenolista laskettuna.

5 16,81 paino-osaa vettä tislattiin pois tyhjössä n. 60°C:ssa. Sen jälkeen panostettiin 5,0 paino-osaa metanolia ja 7,84 paino-osaa ureaa 60°:ssa. Kun urea oli liuennut, reaktioseos jäähdytettiin.

Valmistetulla veteen liuotetulla hartsilla oli 10 seuraavat ominaisuudet:

Kuiva-ainepitoisuus 65 %

Viskositeetti 180 cP

pH 8,4

Kovettumisaika 150 s 150°C:ssa 15 (stroke cure time) 2

Voimapaperia, jonka neliöpaino oli 150 g/m, kyllästettiin hartsiliuoksella 28 prosentin hartsipitoi-suuteen ja 7 %:n kovetushäviöllä. Viisi kappaletta täl-20 laisia kyllästettyjä voimapaperiarkkeja sekä kaksi kappaletta koristeena toimivaa paperista pinta-arkkia, jotka oli kyllästetty melamiinihartsilla, puristettiin la-minaatiksi tavanomaisessa korkeapainepuristimessa. Saatiin tyydyttävä laminaatti, joka oli hyväksyttävä 25 ISO-normin 4586 mukaisesti.

Esimerkki 2 25,5 paino-osaa 50 prosenttista formaliinia, 24,5 paino-osaa vettä, 0,6 paino-osaa trietanoliamiinia 1,3 paino-osaa tolueenisulfonamidia ja 29,2 paino-osaa 30 melamiinia panostettiin reaktioastiaan. pH säädettiin arvoon 9,7 ja seos lämmitettiin refluksoivaksi.

10 minuutin refluksoinnin jälkeen seos jäähdytettiin 90°C:een, minkä jälkeen reaktio sai jatkua, kunnes muodostui sakka, jolloin 1,9 ml vettä lisättiin 35 1 g:n lakkanäytteeseen 25°C:ssa. Sen jälkeen reaktio- seos jäähdytettiin huonenlämpötilaan, minkä jälkeen li- 6 76107 sättiin 8,9 paino-osaa keksinnön mukaista modifiointi-ainetta, joka sisälsi

Natriumformiaattia 0,2 painoprosenttia

Vapaata pentaerytritolia 6,8 painoprosenttia 5 Monopentaerytritolin ja dipenta- 46,1 painoprosenttia erytritolin formaaleja

Vapaata dipentaerytritolia 1,0 painoprosenttia

Monopentaerytritolin ja dipen- 14,4 painoprosenttia taerytritolin metyylieette-10 reitä

Puoliformaaleja 2,3 painoprosenttia

Muita aldolikondensaatiotuot- 27,2 painoprosenttia teitä

Vettä 2,0 painoprosenttia 15

Valmistetulla veteen liuotetulla hartsilla oli seuraavat ominaisuudet:

Kuiva-ainepitoisuus 50,5 %

Viskositeetti 30 cP

20 pH 9,6

Kovettumisaika 220 s 150°C:ssa (stroke curing time)

Kun oli lisätty 1,1 % paratolueenisulfonihappoa, laski 25 pH arvoon 6,9 ja reaktiivisuus kasvoi niin, että kovet-tumisajaksi (stroke cure time) tuli vain 27 sekuntia.

Kaksi erilaista voimapaperilaatua, joiden ne-liöpainot olivat 80 g/m ja 150 g/m , kyllästettiin hartsiliuoksella 50 prosentin hartsipitoisuuteen ja 30 9,5 prosentin kovettumishäviöllä.

Kahta tällä tavoin saatua peruspaperirainaa puristettiin pintakerroksena olevan, melamiinihartsilla kyllästetyn koristearkin ja taustana olevan pergamiini-paperin kanssa jatkuvatoimisessa kaksoisnauhapuristimes-35 sa laminaatiksi, jonka paksuus oli 0,6 mm. Puristuspai-ne oli 13 bar, nauhan lämpötila 160°C ja nauhan nopeus 8 m/min.

7 76107 Näin saatu laminaatti oli hyvin kovettunut ja sillä oli alla mainitut erinomaiset fysikaaliset ominaisuudet.

Lämpökoe, kattila 180°C, 20 minuuttia: hyväksytty 5 Iskukestoisuus DIN:in mukaan: 18/4 N Rakkulanmuodostuslämpötila: 190°C Dimensiostabiilisuus ISO:n mukaan pituussuuntaan: 4/5 promillea poikkisuuntaan: 11 promillea 10 Muovattavuus, säde 6 mm, 145°C: hyväksytty Vesikeittokoe, 15 minuuttia: hyväksytty

Esimerkki 3 218 paino-osaa 50 prosenttista formaliinia, 180 paino-osaa esimerkissä 2 kuvattua modifiointiainetta, 321 pai-15 no-osaa vettä ja 3,6 paino-osaa trietanoliamiinia sekoitettiin keskenään reaktioastiassa. pH säädettiin arvoon 9,8 natriumhydroksidiliuoksella, minkä jälkeen lisättiin 12 paino-osaa p-tolueenisulfonamidia ja 264 paino-osaa melamiinia.

20 Reaktioseos lämmitettiin 85°C:een, minkä jälkeen pH säädettiin arvoon 10,1 natriumhydroksidilla. Lämpötila pidettiin sen jälkeen vakiona 85°C:ssa n. 2,5 tuntia. Kun hartsin sekoittuvuus veteen alitti 2 ml vettä/g hartsia huoneenlämpötilassa, lisättiin vielä 1,5 paino-25 osaa trietanoliamiinia, minkä jälkeen koko seos jäähdytettiin huoneenlämpötilaan.

Valmistetulla, veteenliuotetulla hartsilla oli seuraavat ominaisuudet:

Kuiva-ainepitoisuus 49,2 %

30 Viskositeetti 28 cP

pH 9,6

Kovettumisaika 240 s 150°C:ssa (stroke cure time).

35 Kun oli lisätty 1,1 % paratolueenisulfonihappoa, pH laski arvoon 6,9 ja reaktiivisuus kasvoi niin, että 8 76107 kovettumisajaksi (stroke cure time) tuli vain 27 sekuntia.

Kaksi erilaatuista voimapaperia, joiden neliöpai-0 2 not olivat 80 g/m ja 150 g/m , kyllästettiin hartsi-5 liuoksella 51,3 prosentin hartsipitoisuuteen ja 9,5 pro-senti kovetushäviöllä ja vastaavasti 50,8 prosentin hartsipitoisuuteen ja 9,7 prosentin kovetushäviöllä.

Kahta tällä tavoin saatua peruspaperirainaa puristettiin pintakerroksena olevan, melamiinihartsilla kyllästetyn 10 koristearkin ja taustana olevan pergamiinipaperin kanssa jatkuvatoimisessa kaksoisnauhapuristimessa laminaa-tiksi, jonka paksuus oli 0,6 mm. Puristuspaine oli 13,5 bar, nauhan lämpötila 155°C ja nauhan nopeus 7,3 m/min.

Näin saatu laminaatti oli hyvin kovettunut ja sil-15 lä oli seuraavat erinomaiset fysikaaliset ominaisuudet. Lämpökoe, kattila 180°C, 20 minuuttia: hyväksytty Iskunkestoisuus DIN iin mukaan: 18,8 N

Rakkulanmuodostuslämpötila: 190°C

Dimensiostabiilisuus ISO:n mukaan 20 pituussuunnassa: 4,5 promillea poikkisuunnassa: 11 promillea Muovattavuus, 6 mm:n säde, 145°C: hyväksytty Vesikeittokoe 15 minuuttia: hyväksytty

Esimerkki 4 25 34,65 paino-osaa 50 prosenttista formaliinia, 18,63 paino-osaa vettä, 6,50 paino-osaa esimerkissä 2 kuvattu modifiointiainetta, 4,55 paino-osaa isobutanolia ja 0,36 paino-osaa trietanoliamiinia panostettiin reak-tioastiaan. pH säädettiin arvoon 9,1.

30 8,25 paino-osaa ureaa lisättiin, minkä jälkeen seos lämmitettiin 80°C:een. 30 minuutin kuluttua tässä lämpötilassa panostettiin 17,31 paino-osaa melamiinia. Vielä 30 minuutin kuluttua panostettiin 8,25 paino-osaa ureaa, minkä jälkeen lämpötila laskettiin 65°C:een. Koko 35 reaktion ajan pH pidettiin vähintään arvossa 8,6 natrium-hydroksidilla .

9 76107

Kondensaatio jatkui 65°C:ssa, kunnes sekoittuvuus veteen 25°C:ssa alitti 4 ml/g hartsia. Sen jälkeen panostettiin 1,0 paino-osaa trietanoliamiinia, minkä jälkeen reaktioseos jäähdytettiin.

5 Valmistetulla, veteen liuotetulla hartsilla oli seuraavat ominaisuudet.

Kuiva-ainepitoisuus 50 %

Viskositeetti 30 cP

pH 9 10

Reaktiivisuutta säädettiin 1,4-prosenttisella pa-ratolueenisulfonihapolla niin, että kovettumisajaksi (stroke cure time) tuli 28 sekuntia.

Valkaisematonta voimapaperia, jonka neliöpaino 2 15 oli 80 g/m , kyllästettiin valmistetulla hartsiliuok-sella 50 prosentin hartsipitoisuuteen ja 9 prosentin kovettumishäviöllä. Kolmea tällä tavoin saatua perus-paperirainaa puristettiin pintakerroksena olevan, me-lamiinihartsilla kyllästetyn koristearkin ja taustana 20 olevan pergamiinipaperin kanssa jatkuvatoimisessa kak-soisnauhapuristimessa laminaatiksi, jonka paksuus oli 0,6 mm. Puristuspaine oli 12 bar, nauhan lämpötila 150°C ja nauhan nopeus 7 m/min.

Näin saatu laminaatti oli hyvin kovettunut ja 25 sillä oli seuraavat erinomaiset fysikaaliset ominaisuudet.

Lämpökoe, kattila, 180°C, 20 min: hyväksytty Iskunkestoisuus DIN:in mukaan: 17,5 N 1/4 Rakkaulanmuodostuslämpötila: 180°C 30 Dimensiostabiilisuus pituussuunnassa: 4 promillea poikkisuunnassa: 10 promillea Vesikeittokoe 15 minuuttia: hyväksytty.

Claims (2)

1. Sideaineessa lisäaineena käytettävä modifi-ointiaine, joka sideaine perustuu a) formaldehydin ja 5 b) urean, melamiinin tai fenolin tai kahden tai kolmen tällaisen yhdisteen seoksen kondensaatiotuotteeseen, tunnettu siitä, että aine koostuu formaldehydin ja asetaldehydin välisellä emäksisellä reaktiolla mooli-suhteella 3 - 6:1 saadusta reaktiotuotteesta, joka sisäl-10 tää 30 - 70 painoprosenttia pentaerytritolin ja dipenta- erytritolin formaalien seosta, 5-35 painoprosenttia pentaerytritolin ja dipentaerytritolin metyylieetterei-den seosta sekä 0,5 - 15 painoprosenttia vapaata penta-erytritolia ja loput on erilaisia aldolikondensaatiotuot-15 teitä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukaisen modifiointiai-neen käyttö lisäaineena sideaineessa, joka perustuu a) formaldehydin ja b) urean, melamiinin tai fenolin tai kahden tai kolmen tällaisen yhdisteen kondensaatiotuot- 20 teeseen, jolloin modifiointiaineen määrä on 5 - 60 painoprosenttia, laskettuna kuivasta sideaineesta.