NO145015B - Fremgangsmaate ved liming av tre, samt herderblanding for utfoerelse av fremgangsmaaen - Google Patents

Description

Limtre, dvs. laminert tre, har vært anvent siden 1920-tallet og

har fått større og større betydning for bærende trekonstruksjoner såsom bjelker og buer innenfor bygningsindustrien. Den kraftige utvikling som har skjedd i de senere år er muliggjort gjennom det moderne trelimet.

I begynnelsen ble det anvendt ublandet kaseinlim innenfor limtre^ fremstillingen. Senere begynte man å anvende en del karbamid-harpikslim og kaldherdende fenolharpikslim, men i de siste årene har resorcinolharpikslim samt resorcinol-fenolharpikslim fått en dominerende anvendelse. Grunnen til dette er disse lim-typers meget gode resisbens mot eldingsforandringer også

for trekonstruksjoner/ utsatt for værets vekslinger. Ettersom disse limtyper herder i nøytral eller svakt alkalisk miljø,fins det heller ikke noen risiko for skader på treverket, hvilket kan være tilfelle med kaldherdende fenolharpikslim. Dessuten kan herd-ingen gå for seg ved romstemperatur eller ved noe forhøyet temperatur, hvilket minsker risikoen for innebyggende spenninger i en trekonstruksjon.

Limingen foregår vanligvis ved at et resorcinol-formaldehyd-forkondensat eller et resorcinol-fenol-formaldehydforkondensat med underskudd på formaldehyd blandes med et pulverformig fyllmiddel inneholdende herder samt paraformaldehyd i en slik mengde, at fullstendig fornetning erholdes ved reaksjon med forkondensatet. Det pulverformige paraformaldehyd. som er den aktive komponenten i herderen, løses etterpå i forkondensatet, hvorved det først fri-gjøres formaldehyd, hvilket siden reagerer med forkondensatet. En blanding fremstilt av pulverformig herder og flytende harpiks på-føres vanligvis de overflater som skal sammenlimes, enten med valsspredere eller med s.k. Streng-spreder. En betydelig ulempe med å anvende en blanding av pulverformig herder og flytende harpiks er den relativt korte brukstiden på blandingen. Anvendelse av pulverformig herder inneholdende fyllmiddel og paraformaldehyd innebærer dessuten betydelig sanitære ulemper. En slik herder er sterk støvende og det fintfordelte paraformaldehyd som finnes i luften i et arbeidslokale, der pulverherder håndteres, virker sterkt iriterende på øyne,nese,hals og lunger.

Problemet med den relativt korte brukstid for en blanding av pulverherder og flytende harpiks kan man avhjelpe med separat applicering av harpiks og herder, hvilket i denne forbind-else sistnevnte med fordel er flytende. Dette kan eksempelvis skje med en kombinasjon av først en valsspreder og deretter en

streng-spreder eller med en kombinasjon av to etter hverandre virkende streng-spredere. Ved sammenlegning av fugeover:-flatene og følgende presning skjer en blanding mellom komponentene og herdningsreaksjonen kan siden fullføres. Metoden med separat applicering av de begge komponentene gir også be-tydelige håndteringsmessige fordeler. Ettersom en herder for separat fremstilling må være flytende, oppstår ingen avstøvnings-problemer. En flytende herder utgående fra formalinløsning for-muleres normalt, hvis konsistens gjennom ulike tilsetninger kan gjøres slik at produktet blir utspredbar i en streng-spreder Probelmet med et lignende produkt kommer dog til å være den kraftige lukten av formaldehyd.

Fra det svenske patent nr. 75.14289-3 = uti. skrift nr. 408.063, alm. tilgj. 18.06.77 er det kjent å anvende flytende herder bestående av en stabil opp-slemning av finmalt paraformaldehyd i ikke-flyktige oppslemningsmidler slik som eksempelvis flytende polyoler eller blandinger med flytende og faste polyoler. Ved anvendelse av paraformpulver unngås herved i høy grad luktproblemene og ved at pulveret er dispergert unngås støvnings-problemet.' De angitte oppsle.mmingsmidlene er kompatible med trematerialet og med limets komponenter og er ikke flyktige, hvilket er fordelaktig med hensyn til stabilitet hygiene og brannsikkerhet.

For unngåelse av paraformaldehydets spaltning til formaldehyd. kreves dog at disse oppslemningsmiddelene er så vannfrie som mulig, hvilket kan medføre vanskeligheter på grunn av disse produkters hygroskope natur. Det er kjent at til lignende blandinger tilsettes formaldehydabsorbenter som eksempelvis urea for å unngå formaldehydlukt. Ved den reaksjonen som skjer mellom urea og formaldehyd dannes i begynnelsen lavmolekylære ureaformaldehydaddukter, som dog etter en viss tids lagring vidrereagerer med hverandre og danner harpiksartede produkter med høyere molvekter. Dette medfører at en flytende herder for separat streng-spreder med beskrevet sammensetning har en tendens til å tykne etter en viss tids lagring, hvoretter det kan bli vanskeligheter ved appliceringen å spre en tilstrekkelig mengde herder.

Anvendelse av polyoler kan også i visse tilfeller medføre visse problemer på lang sikt i den limede kombinasjonen. Polyoler er kompatible med både med harpiksen og trevirket, hvilket er en nødvendighet. Ettersom polyolene ikke deltar i den kjemiske reaksjonen mellom harpikset og paraformaldehyd uten utelukkende å bygges inn i harpiksstrukturen som ekstern mykgjører kan eksempelvis utvanning av disse erholdes etter lang tid i det fri. Dette kan i så fall medføre en forsvaket limfuge. En annen mulighet er at polyolerne kan absorberes av virket nærmest limfugen. Deretter kan en oppmykning av dette skikt erholdes, hvilket også innebærer en forsvaket limkombinasjon.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en forbedret fremgangsmåte

ved limning med formaldehydbaserte resorcinolinneholdende harpiks, samt en ny herderblanding for utførelse av fremgangsmåten^ slik det fremgår av kravene.

Oppfinnelsen kjennetegnes av at som oppslemningsmiddel for paraformaldehyden anvendes i et forkondensat mellom et keton og formaldehyd.

Ifølge en spesielt foretrukket utførelsesform inngår vann som viskositetsregulerende middel i komposisjonen.

Ifølge en særskilt foretrukket utførelsesform reguleres pH i oppslemningen til mellom 2 og 6.

Ifølge én ytteligere foretrukket utførelsesforra reguleres pH

i oppslemn ingen til mellom 3,5 og 5.

Ifølge ytteligere foretrukne utførelsesformer er ketonet aceton.

Ifølge en ytteligere foretrukket utførelsesform spres harpiks og herder i form av separate strenger det minste på den ene fugeoverflaten.

Ifølge en ytteligere foretrukken utførelsesform inneholder herderkomposisjonen et fyllmiddel.

Ved at man i henhold til oppfinnelsen utnytter et forkondensat mellom ketoner og formaldehyd som oppslemningsmiddel for paraformaldehyd oppnås mange fordeler utover dem som polyoler i henhold til det som ovenfornevnt normalt gir. Forkondensatet inneholder reaktive metylolgrupper hvorigjennom oppslemningsmiddelet når det kommer i kontakt med harpiksen fungerer som en limende komponent, hvilket tilsammen med resorcinolharpiksen deltar i sluttkondensasjonen og innbygges i harpiksstrukturen.

O'

I motsetning til tidligere anvente oppslemingsmidler basert på polyoler, kommer denne innebyggelse til å medføre at oppslaming-smiddelet ikke virker mykgjørende, og dermed i en vis grad for-svakende på fugen, uten i stedet å bidra til dens styrke. Ved at polyoler er hygroskopiske har disse tendens til å beholde vannet i fugen, hvilket hindrer denne i å oppnå full styrke, mens den hydrosko<p>iske karakteren hos oppslamningsmiddelet ifølge oppfinnelsen forsvinner i og med at den innbygges i harpiksstrukturen. Heller ikke fordrøyer oppslemingsmiddelet i henhold til oppfinnelsen utherdningen av harpikset slik som har skjedd med tidligere anvendte oppslémningsmiddler. En ytteligere fordel med det oppfunnede oppslemingsmiddel er at det har vist seg å ha en meget hensiktsmessig konsistens for streng-spredere gjennom en utpresset streng uten tendens til å brytes ned til dråper innen den er behandlet på overflaten.

PH-justeringen til mellom 2 og 6 og fortrinnsvis til mellom 3, 5 og 5 hemmer på en fordelaktig måte paraformaldehydets tendens

•til nedbrytning til fri formalin i nærvær av vann, hvori luktproblemet holdes nede. I dette pH-intervall er selv oppslem-

ningsmiddelet stabilt og verken avgir formaldehyd eller reager-

er videre til høyere molekylvekt. Tvert imot kan keton/formal-dehydproduktene ved denne pH gjennom acetaldannelse binde en viss mengde fri formaldehyd, hvori luktproblemet ytteligere unngås.

Særdeles fordelaktig er det å utnytte oppfinnelsen i sammenheng med separatspredning av harpiks og herder ettersom herderkomp-osisjonens gode viskositetsegenskaper her støtter den normalt vanskelige appliseringen av denne komponent til jevn fordeling og til en god omblanding med harpikskomponenten ved sammmen-legning.

OppsleSiningsmiddelet ifølge oppfinnelsen må være tilstrekkelig reaktivt i forhold til resorcinolharpikset og tilstrekkelig kom-patibelt med treet og harpikset for å kunne fungere på ovenfornevnte måte, hvori > det er delvis vannløslig, helst uendelig fortynn bart med vann.

Alle ketoner som ved reaksjonen med formaldehyd gir et forkondensat med tilstrekkelig vannløslighet og reaktivitet kan i prinsippet anvendes som oppslemingsmiddel ifølge oppfinnelsen. Med hensyn til andre synspunkter, sliksom styrke og stabilitet

i harpiksstrukturen, pris enkel metyloliseringsreaksjon mm. foretrekkes imidlertid lavere mono-alkylketoner med 1 til 6 karbonatom

i hver alkylkjede, passende dietylketon, metyl/etylketon og di-metylketon, fortrinnsvis den sistnevnte. Andre grupper enn ret-te kjeder kan imidlertid inngå. For høyere ketoner bør ytteligere karbonylgrupper eller andre elektronegative grupper inngå for at tilstrekkelig vannløslighet og reaktivitet skal erholdes.

Ved fremstilling av forkondensatet ved reaksjonen mellom keton og formalinløsning, som på kjente måte utføres i alkalisk miljø, dannes en blanding av molekyler med forskjellige kondensasjons-grader. Kondensasjonsgraden er i visse tilfeller bestemende for produktets viskositet og vannløslighet. For å få en tilfredstillende fornetning og reaksjon med det resorcinolinneholdende

harpiks bør i gjennomsnitt hvert ketonmolekyl tilføres flere metylolgrupper. For lavere ketoner utføres reaksjonen derfor med et molforhold keton/formaldehyd i intervallet 1:2-1:5, slik

at mellom tre og fire, fortrinnsvis noe mindre enn ca. 4 formaldehydmolekyler reagerer med et ketonmolekyl ettersom dette gir en god stabilitet mot fprmaldehydavspaltning til tross for tilstrekkelige reaksjonsmuligheter i forkondensatet. Dette inneholder fortrinnsvis hovedsakelig monomerer av den metyl-oliserede keton og kun ubetydelige mengder dimerer eller høyere komplekser ettersom vannfortynningen avtar raskt med sam-menslåing av molekylene og dermed kompatibiliteten med de øvrige komponenter. Også viskositeten øker på en ufordelaktig måte. Selv i sin monomere form har imidlertid produktene en så høy viskositet at den i alminnelighet ikke i ren form egner seg.

som oppsi .mningsmiddel for paraformaldehydpulveret. Den prakt-iske anvendelsen av en herderkomposisjon ifølge oppfinnelsen set-ter en øvre grense for viskositeten på oppslemningsmiddelet og med tanke på kravet på stabilitet og spredning finnes også en nedre grense for viskositeten. For å unngå tilsetning av for mye fortynningsmiddel, hvilket påvirker limet negativt, ønskes ikke for høy viskositet for det rene ketonharpiks;

Blant mulige midler foretrekkes vann som fortynningsmiddel

for ketonforkondensatet. Dette spes, eller inndunstes fra re-aksjonsløsningen, til et tørrstoffinnhold fortrinnsvis mellom 50 og 70 vekt % før tilsetning av paraformaldehydpulver og eventuelle ytteligere tilsetninger. Viskositeten uten tilsetning ligger fortrinnsvis mellom 20 og 300 cP for en løsning med 60 vekt% tørrstoffinnhold i vann ved 25°C.

Til det fortynnede ketonharpiks tilsettes finmalt paraformaldehyd, hvorved en stabil oppsleming i alminnelighet lett erholdes hvis ca 40 til 70 vekt deler paraformaldehyd settes til 100 deler oppslemningsmiddel. Nærvær av vann i oppslemningsmiddelet har imidlertid tendens til å frigjøre formaldehyd fra paraform-pulveret med etterfølgende luktproblem. En justering av pH i oppslemningen foretrekkes derfor i henhold til hva som ovenfor er diskutert. Den erholdte herderkomposisjonen er da kjemisk ganske stabil, men paraformaldehydet nedbrytes litt etter litt i en slik utstrekning at lukt begynner å oppstå, hvorved det kan være passende å fremstille ny herderkomposisjon etter en tid, eksempelvis etter noen døgn. Sammenlignet med at man som tidligere fremstiller harpiks/herderblandingen 5 til 10 ganger pr døgn innebærer således oppfinnelsen en anselig mindre håndtering av paraformaldehydpulver.

I herderkomposisjonen kan det innblandes fyllmiddel for å for-andre viskositeten eller øke volumet. Den sist nevnte mulighet-en er spesielt fordelaktig ved separat påføring av harpiks- re-spektive herderkomponener ettersom problemet med spredning kan oppstå om volumforskjellen mellom komponentene er for stor. Passende fyllmiddel er neutrale eller svakt sure } eks-

empelvis kaolin, kokosskallmel,valnøttskallmel,tremel m.f.

Ved tilsetning av fyllmiddel får man dog regne med at mengden paraformaldehyd som av viskositetshensyn suspensjonen kan inneholde,minsker.

Selv andre tilsetninger kan inngå i herderkomposisjonen, eksempelvis fortykningsmiddel, dispergeringsmiddel, beskyttelseskolloid-er, fargemidler, buffertkjemikalier, mykgjørere etc.

Fortrinnsvis har herderkomposisjonen følgende sammensetning regn-et i vekt % av hele komposisjonen:

Ved anvendelse av en herder i henhold til oppfinnelsen bør tørrstoff-innholdet i det resorcinolholdige harpikset overstige 50% for å erholde det beste limningsresultatet. Forholdet mellom den mengde herder som tilføres fugen bør baseres på at 100 deler 60 % resorcinolharpiks skal tilsettes mellom 4 og 15 deler paraformaldehyd og fortrinnsvis tilsettes mellom 10-60 deler herder-komposis jon.

Blandingen av harpiks og herder bør ha alkalisk reaksjon, hvor-

ved paraformaldehyden nedbrytes og reagerer med resorcinolharpikset og selv oppslemningsmiddelet aktiveres og reagerer med harpikset.

Ved limtrefremstilling, hvilket er oppfinningens viktigste til-egnelse, kan som tidligere nevnt appliseringen av resorcinol-eller herder i henhold til oppfinnelsen med fordel uføres med to etter hverandre anordnede spredere. Imidlertid begrenses anvendingen av en herder ifølge oppfinnelsen ikke bare ved lim-treprodukter og separat spredning men herderen kan også på vanlig måte blandes inn i limet og blandingen spres med vanlig forekommende sprederutstyr.

Ovenfornevnte oppfinnelse kan bedre forstås ved henvisning til de følgende eksempler.

Eksempel 1

Sammenlignende spredningsanordningsforsøk ifølge nedenforstående med prøvestykker av furu med formatet 15 x 3 0 cm. a) Ved hjelp av en laboratoriespredningsanordnings forsøk spredes på den ene siden av de ovenfornevnte prøvestykkene i form av lim-streng i en limblanding bestående av 100 deler resorcinolfenol-formaldehydforkondensat (molforholdénde 1:1:1,29) med et tørr-innhold på ca 55 % og 20 deler av en pulverherder basert på para-f.ormaldehyd og .fyllstoff (kokosskalmel) . Bredden av lim-strengene var ca 3-4 mm og avstanden mellom dem ca 5-6 mm. U-middelbart etter limspredningen ble prøvestykkene lagt sammen på en slik måte at den ikke-limbelagte overflaten ble lagt på lim-belagt overflate. Deretter skjedde innlegning i en laboratorie-presse og ble presset under et trykk på ca 8 kp/cm i et varme-skap med temperatur ca.4 0°C. Presningen vedvarte i 6 tiitier. b) Ved hjelp av to etter hverandre plaserte laboratoriespreder anordninger ble det på den ene siden av de ovenfornevnte prøve-stykkene spredt resorcinolfenolharpiks og en herder ifølge oppfinnelsen slik at forholdét ,var . 100 deler harpiks og 27 deler herder. Harpiksen var et resorcinolfenolformaldehydharpiks med molforholdet 1,5:1:1,5 og et harpiksinnhold på ca 60 I,samt inneholdende ca 6 % kokosskalmel som fyllmiddel. Herderen var en blanding av 100 deler acetonformaldehydforkondensat og 60 deler paraformaldehyd.

Acetonformaldehydforkondensatet var alkaliskt kondensert på kjent måte (molforhold 1:3,1) til et tørrstoffinhold ca 60%. Med maursyre ble pH justert til ca 5.

Umidelbart etter den separate påføringen av harpiks og herder

ble prøvestykkene lagt sammen hvoretter presning skjedde under de ovenfornevnte beskrevne betingelser.

Limfugene ble prøvd ved opprivning 1 døgn etter limningen hvorved nedenforstående resultat erholdtes (100% angir fullstendig trebrudd):

Laboratorieforsøkene viste således at limfugens styrke ikke ble dårligere ved separatapplisering av harpiks og herder overen-stemmende med oppfinnelsen, dvs. blandingen av harpiks og herder ble tilfredstillende for erholdelse av god liming.

Ved 1,2 og 4 døgn etter fremstillingn av herderblandingen prøvdes denne i laboratorie streng-spreder for å se hvordan herderblandingens alder påvirket egenskapene. Med den samme inn-stilling på streng-sprederen t ble etter 1,2 og 4 døgn 1100 g herderblanding pr minutt gjentatt, hvilket var akkurat den samme mengden som ble innstilt på den ferske blandingen. Etter 1 og 2 døgn kunne man ikke merke noen formalinlukt fra herderblandingen. Etter 4 døgn kunne man merke en svak formalinlukt. Disse resultatene viser at en slik herderblanding er anvendbar

i minst 2 døgn.

Eksempel 2

I fabrikkskala ble det gjort et forsøk i fullskala med to streng-spredere tter hverandre, idet den samme harpiks og herder som beskrevet i lb ble anvendt. Mengden harpiks var 213 g/m^ og mengden herder 57 g/m 2 (totalt 270 g/m<2>.., med blandingsforholdet 100:27). Etter spredning ble lamelene lagt sammen på vanlig måte til bjelker ble ført inn i press etter gjennomsnittlig ca 20 min. sluttet ventetid. Pressingen skjedde i et kontinuerlig håndpress med HF-oppvarming. Presstemperaturen ble målt umidelbart etter pressingen til' gjennomsnittlig ca 85-90uC, pressetiden var 2.5 min. og presstrykket ca 10 kp/cm 2 . Påi'.denne måten ble to bjelker bestående av 15 lameler og 2 bjelker bestående av 6 lameler limt sammen.

Av de 4 bjelkene ble det saget prøver, hvilke delvis ble testet etter 1 døgn på den måten som er beskrevet i eksempel lb, ved ved oppslag og delvis ved delaminerings prøver i henhold til ASTM D1101-59. Prøven innebærer at bjelke-prøvene første ble utsatt for et våkum på 0,5 atm i 15 min, siden 2 timer ved 10 atm kaldt vann, hvoretter denne prosessen ble gjenn-tatt . Deretter ble prøven tørket i 91,5 timer ved 2 9°C med 2,5 - 0,25 m/sekund hastighet for luftstrømmen, hvoretter hele syklusen ytteligere ble gjennopptatt. Bedømmelsen skjer ved at delamineringen i form av limslipp bestemmes og beregnes, hvilket innebærer at man vurderer hvor mange % av limfugen som slipper. Normen krever at for å få en godkjent liming at delamineringen

er mindre en 5% av den totale fuglengden. Vidré prøves bjelkene etter gjennomgåtte delamineringssykluser ved oppslagin<?

og bedømmelse av %fiberslitasjen, på samme måte som er beskrevet i eksempel 1.

Ovenforstående resultat fra fabrikk-forsøket viser at limfugen opp-fyller gjedende normkrav, samt at fiberslitasjen etter oppslag-ing av fugene blir normale og dessuten fullt ut like med resultatet fra konvensjonelt anvendte lim/herdersystemer.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte ved liming av tre med resorcinol- eller resor-cinolf enol-baserte harpikser ved hjelp av herderblandinger inneholdende paraformaldehyd oppslemmet i et oppslemmingsmiddel, hvorved harpiks og herderblanding påføres de deler som skal limes, og disse deler deretter presses sammen, karakterisert ved at herderblandingen påføres, enten i blanding med harpiksen eller separat, i form av en oppslemming av paraformaldehyd i et forkondensat mellom et keton og formaldehyd.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det påføres en herderblanding inneholdende et oppslemmingsmiddel som i det minste er delvis vannoppløselig og som inneholder vann som fortynningsmiddel.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at harpiks-, henholdsvis herderkomponenten påføres separat på minst den ene av fugeflatene i form av separate strenger.

4. Herderblanding for utførelse av limingsfremgangsmåten ifølge krav 1, karakterisert ved at den inneholder paraformaldehyd oppslemmet i en ketonharpiks som er et forkondensat mellom lavere ketoner og formaldehyd, og inneholder :

5. Herderblanding ifølge krav 4, karakterisert ved at ketonet er aceton.

6. Herderblanding ifølge krav 4, karakterisert ved at blandingens pH er 2 - 6.

7. Herderblanding ifølge krav 6, karakterisert ved at blandingens pH er 3,5 - 5.

8. Herdeblanding ifølge krav 5, karakterisert ved at forkondensatet har et molforhold formaldehyd/ aceton på 2 - 4, fortrinnsvis 2,5 - 3,5.