NL7906751A - Fabricage van spaanplaat. - Google Patents

Description

•r /

*. S

METHANOL CHEMIE NEDERLAND V.o.F. en STAMICARBON B.V.

Uitvinders: Arie TINKELENBERG te Limbricht

Henricus W.L.M. VAESSEN te Wijnandsrade Kwai W. SUEN te Geleen 1 3129

FABRICAGE VAN SPAANPLAAT

De uitvinding betreft een werkwijze voor het maken van plaatmateriaal met een zeer sterk verlaagde formaldehyde-afgifte, alsmede daarvoor geschikte bindmiddelen.

Het is bekend om platen te vervaardigen door cellulose bevat-5 tend materiaal met een ureum-formaldehyde of ureum-melamineformalde-hydehars als bindmiddel te verpersen. Een op deze wijze verkregen vezelplaat of spaanplaat staat echter gedurende zeer lange tijd geringe hoeveelheden formaldehyde af aan de lucht. Door vermindering van de hoeveelheid formaldehyde ten opzichte van de aminoverbindingen in de 10 lijm kan de formaldehyde-afgifte van het plaatmateriaal worden verminderd. Het is echter gebleken dat aan deze verlaging van het formalde-hydegehalte van de lijm grenzen gesteld worden, doordat deze verlaging leidt tot een vermindering van de sterkte-eigenschappen van de plaat. Voor weerbestendige, ureum/raelamine-formaldehyde gebonden platen, is 15 bijvoorbeeld gevonden dat de weerbestendigheid, gemeten als V-100 treksterkte volgens DIN 68763, in de meeste gevallen nog acceptabel is wanneer het formaldehydegehalte, uitgedrukt als mol formaldehyde per mol equivalent aminogroep (F/NHg), minimaal 0,65 en liefst tenminste 0,75 is. Bij toepassing van een lijm met een lagere molverhouding 20 F/NH^ dan 0,65 wordt een sterk verminderde V-100 waarde gevonden. De molverhouding F/NH^ van 0,65 wordt beschouwd als een grenswaarde, waar beneden de V-100 waarde zeer sterk afneemt en het in de praktijk onmogelijk is om een goede kwaliteit weerbestendige spaanplaat te verkrijgen. Als lijm voor platen welke alleen onder droge omstandigheden toe-25 gepast worden kan nog een lijm met een molverhouding F/NH^ van 0,625 toegepast worden, hoewel ook hier een verhouding F/NHg van 0,7 gebruikelijk is. Men heeft ook reeds voorgesteld om spaanplaat te maken die weerbestendig is en geen formaldehyde afsplitst door toepassing van een polyisocyanaat als bindmiddel. Nadelen van deze werkwijze zijn de hoge 30 kostprijs van het bindmiddel en de bij het verpersen optredende problemen. Ook heeft men reeds voorgesteld om als compromis zowel een aminoplast-hars als een polyisocyanaat als bindmiddel toe te passen, teneinde een weerbestendige spaanplaat met zo laag mogelijke kosten aan bindmiddel te verkrijgen. Omdat hier de gebruikelijke ureum-melamine-formaldehyde- 790 675 f * >** 2 harsen toegepast worden blijft de formaldehydeafgifte toch een probleem.

Het doel van de uitvinding is de bereiding van spaanplaat of andere gevormde voorwerpen die een zeer lage formaldehydeafgifte 5 vertonen en toch voldoende sterk zijn.

Volgens de uitvinding worden spaanplaat of gevormde voorwerpen gemaakt door uitharding bij verhoogde temperatuur en druk van lignocellulose bevattend spaanmateriaal met een polyisocyanaat en een aminoplasthars als bindmiddel, waarbij een aminoplasthars toegepast 10 wordt waarin per molequivalent aminogroepen 0,25 tot 0,625 mol formaldehyde verwerkt is, in een hoeveelheid tussen 3 en 14 gew.-% berekend op het spaanmateriaal en het polyisocyanaat toegepast wordt in een hoeveelheid tussen 0,5 en 3 gew.-%, berekend op het spaanmateriaal.

Het blijkt mogelijk om bij toepassing van een dergelijke 15 bindmiddelcombinatie de molverhouding F/NH^ te laten dalen tot een veel lager niveau., dan gebruikelijk, zonder dat de mechanische eigenschappen van het eindprodukt sterk achteruitgaan.

Met deze werkwijze kan plaatmateriaal verkregen worden dat een zeer lage formaldehyde-afgifte paart aan gunstige sterkte-eigen- . 3 ...... ......

20 schappen. De prijs van het bindmiddelsysteem per m spaanplaat is ongeveer gelijk aan of iets lager dan de prijs van de bekende bindmiddelen. De werkwijze is zowel geschikt voor het maken van spaanplaat voor droge toepassing als voor het maken van 'beperkt-weerbe-stendige' spaanplaat. Essentieel voor de uitvinding is het gebruik 25 van aminoplasthars op basis van formaldehyde, ureum en eventueel melamine waarin de molaire verhouding tussen formaldehyde en aminogroepen (hierna te noemen de verhouding F/NHg) lager is dan die van de gebruikelijke aminoplast-lijmen.

Voor het maken van spaanplaat die niet aan vocht blootgesteld 30 wordt kan men een^zmvere ureum-formaldehydehars of ureum-mel amine-formaldehydehars met een laag melaminegehalte toepassen. De toepassing van een geringe hoeveelheid melamine heeft een gunstige invloed op de reactiviteit van de hars. In de aminoplast-lijm voor deze toepassing zal in het algemeen niet meer dan 25 gew.-% melamine, berekend 35 op de hoeveelheid melamine plus ureum, aanwezig zijn. De verhouding F/NHg is bij deze uitvoeringsvorm liefst tussen 0,40 en 0,60 en meer in het bijzonder tussen 0,45 en 0,55. Bij het toenemen van de verhou- 7906751 * 3 ding F/NH stijgt de fonnaldehyde-afgifte van de spaanplaat en wordt de sterkte ook groter.

De werkwijze volgens de uitvinding is bijzonder geschikt voor het maken van spaanplaat die tegen de inwerking van vocht- en 5 weersinvloeden bestand is. Bij deze uitvoeringsvorm past men een ureum-melamine-formaldehydehars toe welke tussen 25 en 50 gew.-% melamine bevat, berekend op de hoeveelheid melamine plus ureum. De verhouding F/NH- kan tussen 0,25 en 0,625 gekozen worden. Gunstige combinaties

A

van lage formaldehyde afgifte en goede sterkte worden vooral verkre-10 gen bij een F/NHg verhouding tussen 0,35 en 0,55, en meer in het bijzonder tussen 0,40 en 0,50.

Als de formaldehyde-afgifte niet erg kritisch is kan ook een hogere verhouding, bijvoorbeeld 0,60, gebruikt worden. Het melaminegehalte ligt bij voorkeur tussen 35 en 45 gew.-%.

15 Bij de niet-weerbestendige uitvoeringsvorm kan de amino- plasthars toegepast worden in een hoeveelheid (als vaste stof) tussen 3 en 7 gew.-% berekend op de luchtdroge spaan. Bij de 'beperkt-weer-bestendige' uitvoeringsvorm wordt bij voorkeur een belijmingsgraad tussen 7 en 12 gew.-% toegepast. Een hogere belijmingsgraad is wel 20 mogelijk maar biedt weinig voordeel en verhoogt de kosten.

Het aminoplast-bindmiddel kan gemaakt worden door aan een gebruikelijke ureumformaldehydehars of ureum-melamine-formaldehyde-hars, bijvoorbeeld met een verhouding F/NH^ tussen 0,8 en 0,65, extra ureum toe te voegen of door een melamine-formaldehydehars te mengen 25 met een ureum(melamine)formaldehydehars en extra ureum toe te voegen tot de gewenste verhouding F/NH- bereikt is. Desgewenst kan de amino-

A

plasthars gemodificeerd zijn door inbouw van een fenolische verbinding of mengen met een fenol-formaldehydehars. Ook kunnen andere aminoplast-vormende verbindingen in ondergeschikte hoeveelheden toegepast worden, 30 zoals dicyaandiamide, thioureum, biureet, guanidine, ammoniak etc.

De effectieve verhouding F/NH^ wordt berekend op basis van de hoeveelheid aminogroepen die in de vorm van aminoplastvormende verbindingen toegepast is. Naast formaldehyde kunnen ook ondergeschikte hoeveelheden van een ander aldehyde zoals acetaldehyde, isobutyraldehyde, cro-35 tonaldehyde of benzaldehyde in de has verwerkt zijn.

De aminoplast-lijmoplossingen op basis van formaldehyde, ureum en desgewenst tot 50 gew.-% melamine, berekend op de hoeveelheid 7906751 4 melamine plus ureum, waarin per molequivalent aminogroepen tussen 0,25 en 0,625 mol formaldehyde verwerkt is, zijn nieuwe produkten.

Bij voorkeur is per molequivalent aminogroepen minder dan 0,55 en in het bijzonder minder dan 0,50 mol formaldehyde toegepast. Deze lijmen 5 worden toegepast voor het maken van spaanplaat die bijzonder weinig formaldehyde af geeft. De bereiding van deze lijmen is, zoals boven aangegeven, bijzonder eenvoudig en vereist geen nieuwe technologie.

Het laat zich aanzien dat deze lijmen een grotere opslagstabiliteit bezitten dan lijm van hetzelfde type met een hoger formaldehyde-aan-10 deel. Voor het maken van weerbestendige reukloze spaanplaat zijn in het bijzonder lijmen met een melaminegehalte tussen 25 en 50 gew.-%, berekend op melamine plus ureum, en een F/NH2 verhouding tussen 0,40 en 0,50 geschikt.

Aan de harsoplossing en/of de te verlijmen materialen kunnen 15 de verder gebruikelijke additieven toegevoegd worden, zoals hydrofobe ringsmiddelen, antischuimmiddelen, fungiciden en andere de micro-biöle afbraak remmende middelen. De harsoplossing wordt zonodig met water verdund tot de oplossing goed versproeibaar is. Het harsgehalte is dan meestal ongeveer 50 tot 60 gew.-%. Ook wordt een uithardings-20 katalysator aan de hars toegevoegd. Veelal is dit een latente katalysator, zoals ammoniumchloride,.eventueel gecombineerd met ammoniak of een zuur.

Als polyisocyanaat kunnen verbindingen die twee of meer isocyanaatgroepen per molecuul bezitten of daarvan afgeleide prepoly-25 meren of derivaten met geblokkeerde isocyanaatgroepen toegepast worden. Voorbèelden zijn tolueendiisocyanaat, hexamethyleendiisocyanaat, iso-forondiisocyanaat etc. Met voordeel kan met het goedkope en in de spaanplaatindustrie veel toegepaste difenylmethaandiisocyanaat (MDI) of polyaryleenpolyisocyanaat (PAPI) in ongezuiverde vorm gebruiken.

30 Het polyisocyanaat kan met de aminoplastharsoplossing gemengd worden of apart als vloeistof, in oplossing of als waterige emulsie opgebracht worden. De hoeveelheid polyisocyanaat die toegepast wordt ligt in het algemeen tussen 0,5 en 3 gew.-%, berekend op de luchtdroge spaan. Grotere hoeveelheden zijn minder gewenst omdat hierdoor de 35 kostprijs van de spaanplaat verhoogd wordt en problemen bij het persen van de plaat (kleven aan de persblikken) kunnen ontstaan. In verreweg de meeste gevallen worden goede resultaten bereikt bij toepassing 7906751 ï.

5 van 0,5 tot 2,0 gew.-% polyisocyanaat, in het bijzonder ongeveer 1,0 gew.-%.

De bereiding van het plaatmateriaal vindt op bekende wijze plaats. Het cellulose bevattende materiaal zoals houtspaanders en 5 -vezels wordt met de harsoplossing besproeid en tot een spaanmat ge vormd door strooien op een geschikte ondergrond. Het polyisocyanaat wordt gemengd met de harsoplossing opgebracht of wordt separaat voor tijdens of na het opbrengen van de aminoplasthars opgebracht. Het laat zich aanzien dat het aanbrengen van het isocyanaat vóór het aanbrengen 10 van de aminoplasthars het voordeel geeft van een betere beheersing van de belijmingsgraad van de diverse spaanfracties, bij het strooien van de spaanmat met 'Wind-Sicht' apparatuur. De spaanmat wordt dan op de gebruikelijke wijze bij een temperatuur tussen 150 en 200 °C en een 2 maximale druk van ongeveer 3,5 N/mm verdicht en uitgehard. Voor een 15 meer gedetailleerde beschrijving van gangbare methodieken kan bijvoorbeeld verwezen worden naar 'Technologie der Spanplatten' van H.J.

Deppe en K. Ernst, Stuttgart 1964. Eventueel kunnen de persblikken van een lossingsmiddel voorzien worden.

De uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van de vol-20 gende voorbeelden, zonder tot de beschreven uitvoeringsvormen beperkt te zijn.

Voorbeeld 1

Bereiding van enkele lijmharsoplossingen.

Diverse typen spaanplaatlijm werden bereid uitgaande van de volgende 25 componenten:

a) Een melamineformaldehyde harsoplossing met een molaire verhouding van formaldehyde tot melamine van 1,6. Deze oplossing werd verkregen door melamine en formaldehyde op de gebruikelijke wijze te laten reageren bij een pH hoger dan 9 en een temperatuur van 95 tot 98 °C

30 tot een waterverdunbaarheid van ca. 1 : 1 (g water per g harsopl.

bij 20 °C) bereikt is, gevolgd door indampen onder verminderde druk tot een vaste-stofgehalte van ongeveer 60 gew.-%.

b) Een in de handel verkrijgbare ureum-formaldehyde harsoplossing met een molaire verhouding van formaldehyde tot ureum van 1,25 (het han- 35 delsprodukt UF-6 SGA. van Methanol Chemie Nederland).

c) Ureum 7906751 6

Door menging van de componenten a), b) en c) in verschillende verhoudingen werden de lijmoplossingen A tot en met E verkregen. De menging verliep vlot bij toevoegen van componenten b) en c) aan component a) tijdens het afkoelen. In deze lijmen was 38,6 gew.-% 5 melamine, berekend op melamine plus ureum, aanwezig bij verhoudingen F/NH- tussen 0,325 en 0,50.

Voorbeeld II

Fabricage van spaanplaat

Onder gebruikmaking van de in voorbeeld I verkregen lijmoplossingen 10 en van difenylmethaandiisocyanaat (MDI) als bindmiddel werden op de verder gebruikelijke manier spaanplaten gemaakt.

De lijmoplossingen werden gemengd met een versnellersysteem (1,5 gew. -% ammoniumchloride en, afhankelijk van de F/NH^ verhouding, tot 0,5 gew.-% 25 %-ige ammonia of tot 2 gew.-% 10 N zoutzuuroplossing, 15 de percentages berekend op de hars vaste stof) en een hydrofoberings-middel (0,6 gew.-% Mobilcer paraffine emulsie, berekend op het droge spaangewicht) en verdund met water tot een voor het versproeien gewenste viscositeit.

In proevenserie I werd het isocyanaat in de lijmoplossing geëmulgeerd, 20 waarna het mengsel op de spanen versproeid werd. In proevenserie II werden de lijmoplossing en het isocyanaat separaat versproeid.

De spaanplaat werd gemaakt door van stof ontdane houtspanen (70 gew.-% spar, 30 gew.-% beuk) in een geschikte menger met de bindmiddelen te besproeien en daarna tot een mat te strooien, die bij o 2 25 een perstemperatuur van 180 C, een maximale persdruk van 3,4 N/mm en een perstijd van ongeveer 4 minuten verperst werd tot platen van 40 x 40 cm met een dikte van 16 mm en een dichtheid van ongeveer 700 kg/m^.

De treksterkte van de platen loodrecht op het plaatoppervlak 30 na twee uur onderdompeling in kokend water (V-100 treksterkte) werd gemeten volgens DIN 68763.

De formaldehyde-afgifte van de platen werd bepaald volgens de gemodificeerde DSM/WKI (Roffael) methode. Hierbij wordt een spaanplaatmon-ster bij 40 °C in een goed afgesloten fles boven een verzadigde keu-35 kenzoutoplossing gehangen. De zoutoplossing wordt met intervallen van achtereenvolgens 24, 24, 120, 24 en 24 uur ververst. De totaal in de 7906751 7 zoutoplossingen opgenomen hoeveelheid formaldehyde wordt bepaald 2 en uitgedrukt in mg formaldehyde per m spaanplaat.

De samenstelling van de lijmen, de toegepaste hoeveelheid bindmiddel, berekend op de droge (atro) spaan, en de sterkte en formaldehyde 5 afgifte van de spaanplaten zijn samengevat in tabel 1 onder serie I en II.

Voorbeeld III, vergelijkingsvoorbeeld

In de proevenserie III werd ter vergelijking spaanplaat gemaakt met buiten de uitvinding vallende bindmiddelen en bindmiddel-10 combinaties. De condities en resultaten zijn vermeld in tabel 1 onder serie III.

De bij de voorbeelden behorende tabel laat duidelijk zien dat bij de gangbare typen UMF-lijm (harstypen 5 en 6) vervanging van een belijming met alleen UMF-lijm door belijming met een combi-15 natie van isocyanaat en UMF-lijm een verwaarloosbare verandering van de V-100 treksterkte en een slechts geringe verlaging van de formaldehyde -afgifte bewerkt. Bij de nieuwe typen UMF-lijm met lage F/NH^ verhoudingen blijkt de sterkte van de platen bij belijming met een isocyanaat-UMF-lijm combinatie onverwacht groot te zijn, vergeleken 20 met een belijming met alleen de UMF-lijm.

Voorbeeld IV

Enkele aminoplastlijmen F-H met een melaminegehalte van ; 45 gew.-%, berekend op basis van melamine plus ureum, en met verschillende F/NH- verhoudingen werden bereid op de in voorbeeld I be-2 25 schreven wijze. De harsen werden toegepast als bindmiddel voor spaanplaat in combinatie met MDI, zoals beschreven in voorbeeld II, waarbij een mengsel van het MDI en de aminoplastoplossing op de spanen werd gesproeid. Ter vergelijking werden ook spaanplaten geperst onder toepassing van de aminoplasten als enig bindmiddel. De resultaten 30 zijn samengevat in tabel II.

7906751 8

Tabel I

serie UMF verhou- belijmingsgraad treksterkte F-afgifte test type ding gew.-% op spaan V-10Q (Roffael) F/NH UMF MDI N/mm mg/ra2 x 10

Li 1-6 A 0,50 12 0,5 0,2 4 - 7 A 0,50 10 1 0,25 4 - 15 C 0,40 12 0,5 0,1 1 - 16 C 0,40 10 1 0,2 1 - 17 C 0,40 8 2 0,2 1 - 22 E 0,325 10 1 0,15 nb II - 8 A 0,50 12 0,5 0,25 4 - 9 A 0,50 10 1 0,3 4 - 11 B 0,45 12 0,5 0,2 2 - 12 B 0,45 10 1 0,3 2 - 13 B 0,45 8 2 0,25 2 - 18 C 0,40 12 0,5 0,1 1 - 19 C 0,40 10 1 0,25 . 1 - 21 D 0,35 10 1 0,2 0,5 III 1 S 0,80 14 - 0,35 50 2 S 0,80 10 1 0,35 40 3 G** 0,65 14 - 0,3 17 4 G 0,65 10 1 0,3 15 5 A 0,50 14 - 0,1 4 10 B 0,45 14 - 0,05 2 14 C 0,40 14-0 1 20 D 0,35 14 - 0 0,5 *serie vergelijkende proeven ^commercieel verkrijgbare typen UMF-lijm van Methanol Chemie Nederland 7906751

Tabel II

9 serie UMF verhou- belijmingsgraad treksterkte test type ding gew.-% op spaan V-100 F/NH UMF MDI N/nnn2 _jL__ IV 23 F 0,40 10 1 0,25 24 G 0,325 10 1 0,2 25 H 0,275 10 1 0,15 V* 26 F 0,40 14 - 0,1 27 G 0,325 14 -0 28 H 0,275 14 -0 *serie vergelijkende proeven 7906751

Claims (10)

1. Werkwijze voor het maken van spaanplaat of gevormde voorwerpen door uitharding onder verhoogde temperatuur en druk van lignocellulose bevattend spaanmateriaal met een polyisocyanaat en een aminoplasthars als bindmiddel, met het kenmerk, dat men een aminoplasthars, bereid 5 onder toepassing van 0,25 tot 0,625 mol formaldehyde per mol equiva lent aminogroepen, toepast in een hoeveelheid tussen 3 en 14 gew.-%, berekend op de spaan en het polyisocyanaat toepast in een hoeveelheid tussen 0,5 en 3,0 gew.-% berekend op de spaan.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men een amino- 10 plasthars toepast op basis van formaldehyde, ureum en eventueel me lamine in een hoeveelheid van 0 tot 25 gew.-% berekend op de hoeveelheid melamine plus ureum, met een molaire verhouding F/NH^. tussen 0,40 en 0,60.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat men een amino- 15 plasthars met een molaire verhouding F/NH2 tussen 0,45 en 0,55 toe past.

4. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat men voor het maken van weerbestendige spaanplaat een aminoplasthars toepast op basis van formaldehyde, ureum en melamine, welke 25-50 gew.-% melamine 20 bevat, berekend op melamine plus ureum, met een molaire verhouding F/NH tussen 0,25 en 0,625, in een hoeveelheid tussen 7 en 12 gew.-%, a berekend op de spaan.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat men een aminoplasthars met een molverhouding F/NH2 tussen 0,35 en 0,55 toepast.

6. Werkwijze volgens conclusie 1-5, met het kenmerk, dat men het poly isocyanaat toepast in een hoeveelheid tussen 0,5 en 2,0 gew.-%, berekend op de spaan.

7. Werkwijze volgens conclusie 1-6, met het kenmerk, dat men diphenyl-methaandiisocyanaat toepast.

8. Spaanplaat, verkregen met de werkwijze volgens een of meer der con clusies 1-7.

9. Aminoplast-lijmoplossing op basis van formaldehyde, ureum en 0 tot 50 gew.-% melamine, berekend op de hoeveelheid melamine plus ureum, met het kenmerk, dat in de lijm per molequivalent aminogroepen tussen 35 0,25 en 0,625 mol formaldehyde verwerkt is. 7906751

10. Aminoplast-lijmoplossing volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat per molequivalent aminogroepen tussen 0,40 en 0,50 mol formaldehyde verwerkt is en het melaminegehalte tussen 25 en 50 gew.-% is, berekend op de hoeveelheid melamine plus ureum. 7906751