JP3025351B2 - 液状硬化剤 - Google Patents

液状硬化剤

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JP3025351B2 JP3213444A JP21344491A JP3025351B2 JP 3025351 B2 JP3025351 B2 JP 3025351B2 JP 3213444 A JP3213444 A JP 3213444A JP 21344491 A JP21344491 A JP 21344491A JP 3025351 B2 JP3025351 B2 JP 3025351B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、熱硬化性のホルマリン
系樹脂接着剤用の、硬化剤に関するものである。更に詳
しくは、木材やリグノセルロースの接着に用いられるホ
ルマリン系接着剤の使用時に供する硬化剤に関し、特に
少量の添加で、常温下での可使時間が極めて長く、且つ
高温下での硬化時間が短いという特徴を有し、産業上極
めて有用な液状硬化剤に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、合板、パーティクルボード、MD
F(中比重繊維板)、ファイバーボード、ウエハーボー
ド、集成材等の木材加工製品や、籾ガラを成型してなる
籾ガラボードやコーリャン茎を成型してなるコーリャン
ボード等の製造の為の接着剤又はバインダーとしては、
熱硬化性である尿素樹脂、メラミン樹脂、尿素メラミン
樹脂、フェノールメラミン樹脂、フェノールメラミン尿
素樹脂等が広く用いられている。これらの接着剤は安価
で接着力も優れ、比較的短時間で硬化するという特質を
有する。通常、これらの接着剤の実際の使用に当たって
は、接着剤樹脂液に、増量剤、硬化剤等を混合後、被着
体に種々の方法で塗布し、加熱圧締して使用される。こ
の加熱の温度は、例えば合板の場合には、通常105〜
130℃程度であり、ファイバーボード、パーティクル
ボードの場合は、130〜210℃である。当然の事な
がら、この加熱圧締に要する時間(以下熱圧時間)は、
短いほど生産の効率が向上するので、熱圧時間が短くて
すむような硬化剤に対する要望は多大なものがある。一
方常温での硬化時間は、硬化剤添加後の配合物の貯蔵性
や塗布性の観点からできるだけ長い事が要求されてい
た。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述のホルムアルデヒ
ド系樹脂は、熱硬化性を有し、且つ低いpH値下で、よ
り硬化性が助長される性質を有しているため、従来硬化
を促進するためには、pHを低下させうる種々の酸性物
質、アンモニウム塩もしくはこれらを主成分とする組成
物が用いられている。酸性物質を該硬化剤として用いる
場合、加熱圧締時の硬化時間を短くするとそれに比例し
て、常温時の硬化時間も短くなり、実際の使用に際して
は、多大の不都合を生じる。すなわち常温時つまり加熱
前の硬化時間が短いと使用する前に硬化反応が進んでし
まい、安定的な塗布状態が得られなかったり、合板やボ
ード類のリグノセルロース成型品の充分な物理的強度が
得られないという問題点があった。実際の合板、パーテ
ィクルボード工場等では、接着剤糊を配合、糊液塗布
後、実際に加熱圧締されるまでの時間は数時間にも及ぶ
ことがあり、常温時の硬化時間が充分に長くないと使用
に際し問題を生じる。一方、硬化剤としてアンモニウム
塩の粉末又は、水溶液を用いる場合、アンモニウム塩そ
のものは弱酸性であるが、接着剤中の遊離ホルマリンと
反応し酸を生成する事により、接着剤混合物系のpH値
を低下させ硬化を促進する。従って、遊離ホルマリンの
少ない接着剤では、充分な促進効果を達成できないとい
う欠点がある。酸性物質に比して、アンモニウム塩類は
潜在性を有するが、木材、リグノセルロース成型製品か
らの放出ホルマリンの低減化の社会的要請が強まる環境
下、木材業界の生産性の向上の要求には充分答えること
が出来ないのが現状である。この問題を解決するための
方法として、接着剤自身の改良を試みた例もあるが、接
着剤の安定性及び接着製品の物性、放出ホルマリン等を
全て、満足させるうる結果となってはいないのが実状で
ある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、種々の物
質のホルマリン系樹脂接着剤の硬化挙動、反応速度に与
える影響や、幅広い温度下での反応挙動について鋭意検
討を行った結果、ホルマリン系樹脂の縮合反応における
各種の物質の影響を解明し、特定比率の硬化剤水溶液を
用いることで、驚くべき事に、ホルマリン系樹脂の高温
時の硬化時間が短く、かつ低温時の硬化時間が極めて長
くなる事を見いだし、本発明を完成するに至った。すな
わち本発明は、強酸のアンモニウム塩(A)、強酸及び
/又は強酸の無水物(B)、アミノ基を含む化合物
(C)、ヘキサメチレンテトラミン(D)を必須成分と
して含有しAの含有量が5〜30重量%、Bの含有量が
5〜30重量%、Cの含有量が5〜25重量%、Dの含
有量が1〜15重量%であり、強酸の解離定数が3以下
である事を特徴とする水に分散しているか又は、溶解し
ている液状硬化剤に関する。
【0005】本発明の硬化剤を使用すれば、極めて短時
間の熱圧時間で硬化出来ると同時に、可使時間を充分に
とれるので作業工程上、圧締前の異常早期硬化による接
着性能の低下や、異常増粘による塗布障害といった問題
を生じる事はない。本発明における強酸とは、解離定数
(pKa)が、3以下の有機、または無機の酸であり、
マレイン酸、硫酸、塩酸、硝酸等を例示できる。pKa
とは、酸解離定数の逆数の対数値である。本発明の酸無
水物としては、無水マレイン酸、無水フタル酸等を例示
できる。本発明のアミノ基を有する化合物としては、尿
素、チオ尿素、メラミン、グアナミン、グアニジン、塩
酸ヒドロキシルアミン等を例示できる。強酸の解離定数
pKaの値が、3以下でないと高温時の硬化時間を速く
する事ができない。強酸のアンモニウム塩のみでは、低
温・高温共に反応が遅い為、樹脂の硬化時間を速くする
にも限度があり、あまり熱圧時間を短縮することはでき
ない。強酸のみでは、硬化時間が速すぎて加熱圧締に至
る迄に硬化反応が進んでしまい、合板やボード類等のリ
グノセルロース成型製品の充分な物理的強度が得られな
かったり、安定的な塗布状態が得られない。熱圧時間が
短くなると、圧締中に放出するホルマリン量が減る事
と、強酸自身が、ホルマリンと反応しない事により、合
板やボード類のリグノセルロース成型品の放出ホルマリ
ン量が多くなってしまうという理由で、ホルマリンと反
応をするアミノ基を含む物質の添加は必要である。又、
アミノ基を含む物質の添加により、後述する硬化時間と
硬化温度の関係を表す直線の傾きが大きくなる傾向にあ
る。強酸のアンモニウム塩と強酸のみでは、低温・高温
共に反応が速く(強酸のみよりは遅いが)、加熱圧締に
至る迄に硬化反応が進んでしまい、合板やボード類等の
リグノセルロース成型製品の充分な物理的強度が得られ
なかったり、安定的な塗布状態が得られない。熱圧時間
が短くなると、圧締中に放散するホルマリン量が減る事
と、強酸自身が、ホルマリンと反応しない事と、強酸の
アンモニウム塩がホルマリンと反応するだけでは、合板
やボード類等のリグノセルロース成型製品の放出ホルマ
リン量が多なってしまうという理由で、ホルマリンと反
応をする、アミノ基を含む物質の添加は必要である。
【0006】強酸のアンモニウム塩と強酸及び、アミノ
基を含む化合物のみでは、接着剤の硬化性と放出ホルマ
リンについて満足する事は、前項迄で述べたが、合板や
ボード類のリグノセルロース成型製品の物理的な強度を
より向上させる為には、ヘキサメチレンテトラミンの添
加が必要である。又ヘキサメチレンテトラミンもアミノ
基を含む物質と同様に、硬化時間と硬化温度を表す直線
の傾きを大きくする。すなわち、強酸のアンモニウム
塩、強酸及び/又は、強酸の無水物、アミノ基を含む化
合物、ヘキサメチレンテトラミンが必要である。各原料
の混合の方法は任意でかまわないが、水・アミノ基を含
む化合物・アンモニウム塩・ヘキサメチレンテトラミン
・強酸の順に添加するのが望ましい。強酸及び/又は、
強酸の無水物は、5重量%未満の含有量では、高温時の
硬化時間を速くすることができず、30重量%含有量を
越えると、高温・低温時の硬化時間が速すぎてしまい、
硬化時間と硬化温度の関係を表す直線の傾きが緩やかに
なってしまう。強酸のアンモニウム塩は、5重量%未満
の含有量では、高温時の硬化時間を速くすることが出来
ず、含有量30重量%を越える場合は、ホルマリン含有
量の多い樹脂では、低温時の硬化時間が速すぎてしま
い、ホルマリン含有量の少ない樹脂では増加しても効果
は増大しない為、硬化時間と硬化温度の関係を表す直線
の傾きが緩やかになってしまう。アミノ基を含む化合物
のは、5重量%未満の含有量では、合板やボード類のリ
グノセルロース成型製品の放出ホルマリン量の削減がで
きず、含有量25重量%を越えると、合板やボード類の
リグノセルロース成型製品の放出ホルマリン量の削減は
できるが、耐水性能が低下する。
【0007】ヘキサメチレンテトラミンは、1重量%未
満の含有量では合板やボード類のリグノセルロース成型
製品の物理的な強度の向上効果が認められず、含有量が
15重量%を越えると、硬化剤自身のコストが上がって
しまう。AとBの含有重量比を1〜5:1で、AとBの
合計含有量が15重量%以上でないと、配合糊中への添
加量が多くなり、大きなタンク等の設備が必要となり、
経済的に不利となる。硬化時間とは、JIS−K680
1に定められた方法によるものである。X軸に硬化時間
測定温度を絶対温度の逆数に取り、Y軸に硬化時間を自
然対数の逆数にとり、測定した各温度の硬化時間をプロ
ットすると、図1に示すように直線で表すことが出来
る。又、その回帰式を1式で表すことが出来る。図1よ
り、従来の硬化剤を使用すると、硬化時間と硬化温度の
関係を表す直線の傾きが緩やかであり、樹脂の硬化時間
が低温、高温共硬化が速い事がわかる。又、高温時の硬
化時間を速くすると、低温時の硬化時間も同時に速くな
ってしまう。逆に、低温時の硬化時間を遅くすると、高
温時の硬化時間も同時に遅くなってしまうと言うこと
で、目的を達成する事は出来ない。しかし、本発明の硬
化剤を使用すると、直線の傾きが急であり、高温時の硬
化時間が短く且つ、低温時の硬化時間が極めて長い事が
わかる。図1の直線の傾きとは、1式のaの値である。
1式のaの値が、10000以下であると、低温・高温
共に反応が速く、加熱圧締に至る迄に硬化反応が進んで
しまい、合板やボード類等のリグノセルロース成型製品
の充分な物理的強度が得られなかったり、安定的な塗布
状態が得られない。樹脂100部に対して、液状硬化剤
を1部添加した時の100℃の硬化時間が7分以上で
は、硬化時間を短くする為に添加する硬化剤の量が増え
てしまい、配合糊中の樹脂分が低下してしまうと共に、
経済的に不利となる。又、50℃での硬化時間が、10
0分以下では、硬化時間を短くした時の低温時の硬化時
間が短くなってしまい、合板やボード類等のリグノセル
ロース成型製品の充分な物理的強度が得られなかった
り、安定的な塗布状態が得られない。本発明に依れば、
従来技術で予想できなかった、可使時間が長く、硬化時
間の極めて短い硬化剤が得られる。本発明の硬化剤を使
用することにより、安定した物性を有し、且つ放出され
るホルマリンの少ない木材製品を得ることができ、接着
剤の硬化剤として極めて優れている。
【0008】
【実施例】以下、本発明を一層具体的に示すために次に
実施例を示すが、本発明はこれらの実施例により何ら限
定されるものではない。 実施例1〜7、比較例1〜9 (硬化剤の調製) 表1に示す配合割合で各硬化剤を調整した。なお配合割
合は重量部で示す。
【0009】
【表1】
【0010】(硬化試験)表1の硬化剤を、表2に示す
配合割合て接着剤に添加し、下記の条件でパーティクル
ボードの硬化試験を行った。その結果を表2に示す。 (ゲル化時間の測定)JIS−K6801に準じてゲル
化時間の測定を行った。 表層の硬化剤は、樹脂100部に対し塩化アンモン0.
5部添加。芯層硬化剤は、表1の割合で混合したものを
添加した。
【0011】
【表2】
【0012】
【発明の効果】熱硬化性のホルマリン系樹脂接着剤用
に、本発明の硬化剤を少量添加することにより、従来の
接着剤より常温下での可使時間が極めて長く、且つ高温
下での硬化時間が短いことが、表2から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図1】横軸(X軸)に硬化時間測定温度を絶対温度の
逆数に取り、縦軸(Y軸)に硬化時間を自然対数の逆数
にとり、測定した各温度の硬化時間をプロットした硬化
時間と硬化温度との関係を表すグラフである。1は従来
の硬化剤、2は本発明硬化剤である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C08K 3:28 3:30 5:09 5:21 5:31 5:3477 5:36) (72)発明者 松永 幸治 神奈川県横浜市栄区笠間町1190番地 三 井東圧化学株式会社内 審査官 藤本 保 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C08K 3/00 - 13/08 C08G 12/12 C08G 12/32 C08G 14/06

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 強酸のアンモニウム塩(A)、強酸及び
    /又は強酸の無水物(B)、アミノ基を含む化合物
    (C)、ヘキサメチレンテトラミン(D)及び水を必須
    成分として含有し、Aの含有量が5〜30質量%(重量
    %)、Bの含有量が5〜30質量%(重量%)、Cの含
    有量が5〜25質量%(重量%)、Dの含有量が1〜1
    5質量%(重量%)であり、かつ、強酸の解離定数が3
    以下であり、(A),(B),(C),(D)を前記範囲で水に分散し
    ているか或いは溶解していることを特徴とする液状硬化
    剤。
  2. 【請求項2】 AとBの含有重量比が1〜5:1であ
    り、AとBの合計含有量が15質量%(重量%)以上で
    ある請求項1記載の液状硬化剤。
  3. 【請求項3】 硬化温度(40〜80℃)と硬化時間の
    関係を、1式で、最小2乗法で1次回帰した時のaの値
    が、10000以上である事を特徴とする請求項1また
    は2記載の液状硬化剤。 ln(1/Tg)=−a×(1/T)+b -----
    (1) 但し Tg :熱硬化性のホルマリン樹脂と液状硬化剤の混合物
    硬化時間(JIS−K6801ゲル化時間に準じて測
    定、単位;分) T :硬化時間測定温度(絶対温度、K) a,b:定数
  4. 【請求項4】 熱硬化性のホルマリン系樹脂100部に
    対し、液状硬化剤を1部添加した時のゲル化時間が10
    0℃で、7分以下であり50℃で、100分以上である
    請求項1〜3に記載の何れかの液状硬化剤。
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