HU215944B

HU215944B - Eljárás karbamiddal módosított, nagy reakcióképességű fenolgyanták előállítására középhelyzetű forgácsok kötőanyagaként forgácslapok gyártásánál

Info

Publication number: HU215944B
Application number: HU9501806A
Authority: HU
Inventors: Adolf Buschfeld; Manfred Gramse; Hans-Jürgen Krezmin; Matthias Lattekamp
Original assignee: Neste Chemicals Gmbh.,
Priority date: 1993-01-02
Filing date: 1993-12-20
Publication date: 1999-03-29
Also published as: FI953044A0; FI953044A; NO952415L; NO306411B1; NO952415D0; DE4300035C1; DE59306946D1; RO112429B1; AU5692894A; PL309662A1; CA2151051C; DK0677071T3; CA2151051A1; CZ168995A3; WO1994015982A1; CZ281045B6; HUT71702A; EP0677071B1; ATE155502T1; US5681916A

Abstract

Találmányűnk szerint főrgácslapők készítésénél középréteg-kötőanyagként felhasználható, magas reakcióképességű, karbamiddalmódősítőtt fenőlgyantákat állítanak elő. Az előállítás sőrán fenőlt ésfőrmaldehidet előbb, röviddel a gélesedés előtti időpőntig, őly módőnkőndenzálnak, hőgy karbamid hőzzáadása űtán viszőnylag alkáliszegény,karbamiddal mó ősítőtt fenőlgyanta képződjék, amelyet adőtt esetbentárőlnak, és a fenőlgyanta győrs térhálósődásáhőz szükségesalkálitartalmat csak a főrgácsközéprétegek összeragasztásából állófeldőlgőzás előtt á lítják be lúg hőzzáadásával. ŕ

Description

Fenolgyantákat a fafeldolgozó iparban már hosszabb ideje használnak az időjárás viszontagságainak ellenálló forgácslapok előállításához (V 100 minőség, DIN 67 863). Fenol és formaldehid 1:1,5-3,5, előnyösen 1:2-2,7 fenol-formaldehid mólaránynak megfelelően, alkáliák jelenlétében végzett reakciójával előállított vizes, lúgosán keményedő fenol-formaldehid kondenzátumokról van szó, amelyeknek a minőségét lényegében a szilárdanyag-tartalom, a viszkozitás és alkálitartalom határozza meg.

Minél magasabb molekulatömegű a gyanta, annál nagyobb a kötési szilárdság, és annál rövidebb a keményedési idő, s ezáltal a forgácslapok préseléséhez szükséges idő. A molekulatömeg, illetve a kondenzációs fok előre megadott szilárdanyag-tartalom és alkálitartalom mellett nagymértékben a gyantaoldat viszkozitásától függ, amelynek a nagysága a gyanta feldolgozása során korlátozott.

A fenolgyanta által kötött forgácslapok higroszkóposságának csökkentése és a nedvesség által előidézett károsodás megakadályozása céljából az utóbbi években komoly kísérletek történtek a forgácslapok alkáliterhelésének a gyanta alkálitartalma csökkentése által történő mérséklésére. Az elmúlt években forgácslapok gyártásánál az erősen alkálikus, körülbelül 10-12 t% nátrium-hidroxidot tartalmazó 45-48 t%-os fenolgyantákról az alkáliákban szegény, 5-8 t% nátrium-hidroxidtartalmú gyantákra tértek át. Ezek a gyanták azonban természetesen alacsonyabb kondenzációs fokúak, és ez a kötési szilárdság csökkenéséhez, valamint a gyengébb reakcióképesség miatt hosszabb préselési időhöz vezet.

A 2 944 178 számú német közrebocsátási iratban ismertetett fenolgyanták esetében az alkáliákban gazdag kötőanyagok magas kondenzációs fokát azonos viszkozitás mellett oly módon tartják meg, hogy a szilárdanyag-tartalmat víz segítségével 30-41 t%-ra csökkentik. Ezek a gyanták azonban alacsony szilárdanyag-tartalmuk miatt a forgácslapok vízháztartását befolyásolják. A forgácslapokat a szokásosnál nagyobb mértékben ki kell szárítani, vagy a víznek a lapokból történő elpárologtatása céljából hosszabb préselési időre van szükség. A fenti gyanták ezért forgácslapokban csupán fedőrétegként használhatók, feltéve, hogy egyáltalán alkalmazást nyerhetnek.

A 84115 270.5 számú európai közrebocsátási irat értelmében a fenolgyanták magas kondenzációs fokát oly módon érik el, hogy a több, mint 300 és 20 000 mPa.s közötti viszkozitású, előnyösen legfeljebb 10000 mPa.s viszkozitású (20 °C-on) fenol-formaldehid gyantához lehűlés előtt, illetve után a fenolgyantaoldat tömegére vonatkoztatva 2-30 tömeg% karbamidot adnak, és ezáltal a viszkozitást 1000 mPa.s maximális feldolgozási viszkozitásértékre csökkentik. A fenol-formaldehid gyanta reakcióját a szilárdanyag-tartalom és alkálitartalom tekintetében oly módon szabályozzák, hogy a karbamid által módosított gyanta szilárdanyag-tartalma 30-651%, és alkálitartalma (nátrium-hidroxidban számítva) 2-12 tömeg% értéknek felel meg.

A 84 115 270.5 számú európai közrebocsátási irat szerint előállított, 2-6 t% alkálitartalmú, forgácsfedő rétegek enyvezésére alkalmas fenolgyanták a forgácslapgyártásban az utóbbi időben komoly gazdasági jelentőségre tettek szert. Ezek a fenolgyanták ugyanis magas kötési szilárdsággal rendelkeznek, formaldehidtől mentesek, továbbá a szokásos módosítatlan, fedőrétegekben felhasznált fenolgyantáknál olcsóbbak.

A 84 115 270.5 számú európai közrebocsátási irat szerint előállított, 2-6 tömeg% alkálitartalmú gyanták forgácslap-középrétegek enyvezésére nem alkalmasak, minthogy a manapság szokásos rövid préselési idők mellett, valamint a forgácslapok középső rétegeiben a préselésnél fellépő mindössze 100-110 °C-os hőmérsékleten e gyanták lúgossága a kívánt gyors kikeményítéshez nem elegendő.

A 84115 270.5 számú európai közrebocsátási irat szerint előállítható 6-12 t% alkálitartalmú módosított fenolgyanták a szokásos középréteg fenolgyantákhoz viszonyítva magasabb kondenzációs fokkal rendelkeznek ugyan, ez azonban kielégítő kötési szilárdság mellett a préselési idő csökkentésében jelentősebb mértékben nem mutatkozik meg. A magas lúgtartalom és az ezáltal bekövetkező erős Cannizzaro-reakció következtében a metilolcsoportok, illetve a formaldehid metanollá és formiáttá alakulnak, és ezáltal a forgácsmegkötés szempontjából veszendőbe mennek. További hátrány, hogy a nagy alkálitartalmú gyantákból tároláskor és elsősorban a préselés során ammónia szabadulhat fel, és ez kellemetlen szag fellépését okozza, valamint a környezetet károsítja.

A 84 115 270.5 számú európai közrebocsátási irat szerint előállított, forgácslapok középső rétegeiben felhasználható gyanták az elérhető reakcióképesség szempontjából az ismert gyanták préselési idejének jelentősebb megrövidítésére nem alkalmasak.

Találmányunk célkitűzése a forgácslapipar számára olyan forgácslap középhelyzetű fenolgyanták előállítása, amelyek az ismert gyanták fentiekben részletezett hátrányait nem mutatják, ugyanakkor a savasan keményedő aminogyantákkal azonos, vagy rövidebb préselési idővel préselhetők. A fenti célkitűzés az energiamegtakarítást és a berendezés kapacitásának növelését is magában foglalja.

Találmányunk értelmében a fenti célkitűzést oly módon oldjuk meg, hogy a fenolt és formalint alkálikus körülmények között oly mértékben kondenzáljuk, hogy a fenol-formaldehid kondenzációs termékre vonatkoztatva 30-50 tömeg% karbamid hozzáadása után 50-70 t%, előnyösen 55-65 t% szilárdanyag-tartalmú, 2-8 tömeg%, előnyösen 4-7 tömeg% (nátrium-hidroxidban számítva) alkálitartalmú, és legfeljebb 5000 mPa.s/20 °C, előnyösen 100-1500 mPa.s/20 °C, különösen előnyösen 200—1000 mPa.s/20 °C viszkozitású módosított fenolgyanta keletkezzék, és ehhez a magas reakcióképességű, karbamiddal módosított, viszonylag alkáliszegény fenolgyantához feldolgozás előtt a fenolgyantának a forgácson történő megfelelően gyors térhálósodásának biztosítása céljából annyi alkálilúgot adunk, hogy a gyantaoldat össz-alkálitartalma 7-13 tömeg%, előnyösen 8-12 tömeg% (nátrium-hidroxidban számítva) értéknek felel meg.

HU 215 944 Β

A találmányunk tárgyát képező eljárás szerint a fenolformaldehid gyantákat röviddel gélesedésük előtti időpontig kondenzáljuk, éspedig több, mint 3000 mPa.s/20 °C, előnyösen 5000-300000 mPa.s/20 °C viszkozitásérték eléréséig. A kapott nagy viszkozitású fenolgyantaoldathoz ezután karbamidot adunk, adott esetben tároljuk, és a kapott, karbamiddal módosított gyantát csak a feldolgozás előtt elegyítjük a fenolgyantának a forgácson történő gyors térhálósodásához szükséges további mennyiségű lúggal.

A jelen találmány fontos jellemző ismérve, hogy alkáliában viszonylag szegény (2-8 t% alkáli) középhelyzetű fenolgyantákat állítunk elő, amelyekhez feldolgozás előtt az enyvezőfolyadék készítésekor annyi lúgot adunk, hogy a fenolgyanta megfelelő gyors keményedését biztosító össz-alkálitartalom 7-13 t%, előnyösen 8-12 t% értéknek felel meg. Ez az intézkedés a fellépő reakcióhő miatt az enyvezőfürdő felmelegedéséhez vezet - éspedig a hozzáadott alkáli mennyiségétől függően 20 °C-ig -, ezáltal az enyvezőfolyadék viszkozitása kedvezően csökken, ennek következtében az enyv a forgács anyagában jobban oszlik el, és ez a szilárdsági tulajdonságok javulását eredményezi.

Az utólagos lúghozzáadás következtében az alkáliákban szegény gyanták magas reakcióképessége megmarad, minthogy az alacsony hőmérséklet és a rövid reakcióidő a formiát- és metanolképződést messzemenően visszaszorítja.

A fenti eljáráskezelés további előnye, hogy - az alkáliákban dús, karbamiddal módosított gyanták alkalmazásával ellentétben - ammónia nem szabadul fel.

További előny, hogy a feldolgozó - azaz a forgácslapgyártó - számára lehetőség nyílik a nátronlúg-adagolásnak az adott forgácstermék savasságának megfelelő beállítására, és ily módon a forgácslapgyártás során állandó minőséget biztosító duzzadási viselkedés alakítható ki.

A találmányunk szerint előállított forgácslap-középréteg gyanták - a gyakorlatban használatos fenolgyantákhoz hasonlóan - keményítőkkel és hasonló adalékokkal enyvezőfürdővé dolgozhatók fel, amely a forgácslap középső rétegére felvihető.

A találmányunk szerinti eljárás és feldolgozás további részleteit az alábbi példákban ismertetjük. A találmányunk szerinti újszerű, gyorsan kötő forgácslapközépréteg fenolgyantáknak az ismert gyanták tulajdonságait felülmúló minőségét - rövidebb préselési idő - a példákban igazoljuk.

A viszkozitást általában 20 °C-on mérjük. A szilárdanyag-tartalom meghatározása céljából 1 g anyagot keringetett levegős kemencében 120 °C-on 2 órán át szárítunk.

1. példa (találmányunk szerinti példa)

941 tömegrész (10 mól) fenolt és 232 tömegrész 50 t%-os nátrium-hidroxidot lombikban 90 °C-ra melegítünk. Ezután 80 perc alatt 1,950 tömegrész (26 mól) 40 t%-os formalint, majd 15 perc alatt 232 tömegrész 50 t%-os nátrium-hidroxidot adunk hozzá. A reakcióelegyet 85 °C-on 30 percen át kondenzáljuk, majd a hőmérsékletet 60 perc alatt 65 °C-ra csökkentjük, és 90 000 mPa.s/20 °C (formaldehidtartalom 4,2 t%) viszkozitásnál 1,357 tömegrész karbamidot (40,7 t%, a fenolgyantaoldatra vonatkoztatva) adunk hozzá.

A gyanta jellemző adatait az alábbiakban ismertetjük:

Szilárdanyag-tartalom 58,91%

Viszkozitás, 20 °C-on 620 mPa.s

Gélesedési idő, 100 °C-on 14 perc

Alkálitartalom (elméleti, NaOH-ban számítva) 4,91%

Formaldehidtartalom 0,31%

A fenti gyantához felhasználás előtt 11 tömegrész 50 t%-os nátrium-hidroxidot (100 tömegrész gyantaoldatra vonatkoztatva) adunk. A hozzáadott lúgmennyiség eredményeként az össz-alkálitartalom 9,4 tömeg% (nátrium-hidroxidban számítva). Az enyvezőfürdő hőmérséklete 20 °C-ról 33 °C-ra emelkedik. A viszkozitás - a fenti hőmérsékleten mérve - 320 mPa.s értékre csökken.

2. példa (összehasonlító példa)

Kereskedelmi forgalomban lévő, szokásos forgácslap-középréteg fenolgyantát alkalmazunk.

505 tömegrész (5,37 mól) fenolt és 218 tömegrész 50 t%-os nátrium-hidroxidot lombikban 80 °C-ra melegítünk. Ezután egy óra alatt 1,104 tömegrész (14 mól) 38 t%-os formaiint adunk hozzá, miközben a hőmérsékletet a fenti értéken tartjuk. A 900 mPa.s viszkozitási érték elérésekor a hőmérsékletet 70 °C-ra csökkentjük. Az 1700 mPa.s viszkozitás elérésekor 169 tömegrész 50 t%-os nátrium-hidroxidot adunk hozzá, és a reakcióelegyet lehűtjük.

A gyanta jellemző adatait az alábbiakban foglaljuk össze:

Szilárdanyag-tartalom 48,1 t%

Viszkozitás, 20 °C-on 750 mPa.s

Gélesedési idő, 100 °C-on 30 perc

Formaldehidtartalom 0,31%

Alkálitartalom (elméleti, NaOH-ban számítva) 9,7 t%

3. példa (összehasonlító példa)

Ez a példa a 84 115270.5 számú európai közrebocsátási iratnak felel meg.

941 tömegrész (10 mól) fenolt és 236 tömegrész 50 t%-os nátrium-hidroxidot lombikban 90 °C-ra melegítünk. Ezután 80 perc alatt 1,960 tömegrész (26 mól) 40 t%-os formaiint, majd 212 tömegrész 50 t%-os nátrium-hidroxidot adunk hozzá, miközben a hőmérsékletet a fenti értéken tartjuk. A reakcióelegyet 1320 mPa.s/20 °C viszkozitás eléréséig kondenzáljuk, és 15 perc alatt 440 tömegrész 50 t%-os nátrium-hidroxidot adunk hozzá. A reakciót 7200 mPa.s/20 °C viszkozitás elérésekor (formaldehidtartalom 0,6 t%) 940 tömegrész karbamid (a fenolgyantaoldatra vonatkoztatva 24,8 t%) hozzáadásával megszakítjuk.

A gyanta jellemző adatait az alábbiakban foglaljuk össze:

Szilárdanyag-tartalom 53,51%

Viszkozitás, 20 °C-on 690 mPa.s

HU 215 944 Β

Gélesedési idő, 100 °C-on 31 perc

Formaldehidtartalom 0,31%

Alkálitartalom (elméleti, NaOH-ban számítva) 9,41%

4. példa (összehasonlító példa)

Az összetétel tekintetében az 1. példával azonos jelen példa az előzetes lúghozzáadás hatását mutatja be. 941 tömegrész (10 mól) fenolt és 232 tömegrész t%-os nátrium-hidroxidot lombikban 90 °C-ra melegítünk. Ezután a hőmérsékletnek a fenti értéken tartása mellett 80 perc alatt 1,95 tömegrész (26 mól) 40 t%-os formaiint, majd 15 perc alatt 232 tömegrész 50 t%-os nátrium-hidroxidot adunk hozzá. A reakcióelegyet 20 percen át 85 °C-on kondenzáljuk, majd 15 perc alatt 518 tömegrész 50 t%-os nátrium-hidroxidot adagolunk be. A 900 mPa.s viszkozitás elérésekor a hőmérsékletet 70 °C-ra csökkentjük. Az 5900 mPa.s/20 °C viszkozitás elérésekor (formaldehidtartalom 0,8 t%) 1,357 tömegrész (a fenolgyantaoldatra vonatkoztatva 35,0 t%) karbamidot adunk hozzá.

A gyanta jellemző adatait az alábbiakban foglaljuk össze:

Szilárdanyag-tartalom 56,61%

Viszkozitás, 20 °C-on 630 mPa.s

Gélesedési idő, 100 °C-on 34 perc

Formaldehidtartalom 0,41%

Alkálitartalom (elméleti, NaOH-ban számítva) 9,41%

A gyanta szobahőmérsékleten már 1 napos tárolás után jelentős ammóniaszagot mutat.

Felhasználás középréteg gyantaként forgácslapokban

A találmányunk szerinti nagy reakcióképességű módosított fenolgyanták kvalitatív vizsgálatát 19 mm vas10 tag, háromrétegű forgácslapokon végezzük el; a forgácslapokban fedőréteg/középréteg arány 35:65. A fedőrétegben a kötőanyag mennyisége minden esetben 8 t% szilárd gyanta, míg a középrétegben 7 t% szilárd gyanta (teljesen kiszárított forgácsra vonatkoztatva).

A keményedés meggyorsítása céljából a középréteg gyantához 8 tömeg% 50 t%-os kálium-karbonát-oldatot adunk, a gyantaoldatra vonatkoztatva.

A forgácsok hidrofóbbá tétele céljából a fenolgyantához 50 tömeg%-os paraffinemulzió alakjában 1 t% paraffint adunk, teljesen kiszárított forgácsra vonatkoztatva.

A forgácsfedő réteg enyvezéséhez kereskedelmi forgalomban lévő 45 t%-os módosított fenolgyantát alkalmazunk (lásd 85 115270.5 számú európai közrebocsá25 tási irat).

A forgácslapok tulajdonságainak összehasonlítása

Pclda	Találmányunk szerinti	Összehasonlító
1	2	3	4
Préselési tényező	perc/mm	0,105	0,150	0,140	0,125
Hajlítószilárdság	N/mirf	18,8	18,2	18,4	18,4
Keresztirányú szakítószilárdság (V20)	N/mm²	0,47	0,45	0,43	0,41
Keresztirányú szakítószilárdság (V 100)	N/mm²	0,17	0,16	0,16	0,16

Az összes vizsgálatot a DIN 68 763 szerint végeztük el.

A fenti táblázatból látható, hogy az 1. példa szerint előállított, találmányunk szerinti gyantával az ismert gyantákkal (2. és 3. összehasonlító példa), valamint a

4. összehasonlító példa szerinti gyantával összehasonlítva hasonló szilárdság mellett lényegesen rövidebb préselési idő érhető el.

Claims

SZABADALMI IGÉNYPONTOK

1. Eljárás forgácslapok készítésénél forgácsközépréteg-kötőanyagként felhasználható, magas reakcióképességű, karbamiddal módosított fenolgyanták előállítására, azzal jellemezve, hogy fenolt és formaiint alkálikus körülmények között oly mértékben kondenzálunk, hogy a fenol-formaldehid kondenzációs termékre vonatkoztatva 30-50 tömeg% karbamid hozzáadása után 50-70 t% szilárdanyag-tartalmú, 2-8 tömeg% (nátriumhidroxidban számítva) alkálitartalmú, és legfeljebb 5000 mPa.s/20 °C viszkozitású, módosított fenolgyanta keletkezzék, és ehhez a karbamiddal módosított fenolgyantához feldolgozás előtt annyi alkálilúgot adunk,

45 hogy a gyantaoldat össz-alkálitartalma 7-13 tömeg% (nátrium-hidroxidban számítva) értéknek felel meg.

2. Az 1. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fenolt és formaldehidet a karbamid hozzáadása előtt alkálikus körülmények között több, mint

50 3000 mPa.s/20 °C viszkozitás eléréséig kondenzáljuk.

3. A 2. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a fenolt és formaldehidet alkálikus körülmények között 5000-300 000 mPa.s/20 °C viszkozitás eléréséig kondenzáljuk a karbamid hozzáadása előtt.

55 4. Az 1-3. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a karbamid hozzáadása után 55-65% szilárdanyag-tartalmú módosított fenolgyantát nyerünk.

4-7 tömeg% alkálitartalmú módosított fenolgyantát nyerünk.

5. Az előző igénypontok bármelyike szerinti eljárás,

60 azzal jellemezve, hogy a karbamid hozzáadása után

HU 215 944 Β

6. Az 1 -5. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a karbamid hozzáadása után 100-1500 mPa.s/20 °C viszkozitású módosított fenolgyantát nyerünk.

7. A 6. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a karbamid hozzáadása után 200-1000 mPa.s/20 °C viszkozitású módosított fenolgyantát nyerünk.

8. Az 1-7. igénypontok bármelyike szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a karbamiddal módosított fenolgyantához feldolgozása előtt annyi alkálilúgot adunk, hogy a gyantaoldat össz-alkálitartalma 5 8-12 tömeg%-nak (nátrium-hidroxidban számítva) felel meg.