NO146914B - Fremgangsmaate ved sammenfoeyning av hjelp av herdbare aminoplastlim - Google Patents

Description

Herdbare lim har fått stor anvendelse ved sammenføyning av

tre for fremstilling av trekonstruksjoner av ulike slag. Vanligvis anvendes derved som bindemiddel en partielt kon-densert flytende formaldehydharpiks med tilsetning av herder. Eksempler på herdbare lim er kondensasjonsprodukter av formaldehyd med karbamid, melamin, fenol, resorcinol og fenol-resorcinol.

Det er ved liming av tre kjent å påføre en løsning av harpiks, vanligvis umodifisert eller modifisert karbamidharpiks, og flytende herder separat på hver sin flate som skal sammen-føyes, samt deretter å legge flatene sammen og presse fugen ved rom- eller høyere temperatur. Pressing ved romtemperatur anvendes bl.a. i slike tilfeller hvor fugekonstruk-sjonen eller noen av dens deler ikke tåler høy temperatur.

Som eksempel nevnes liming av plastlaminat på trebasert plate-materiale, som board- eller sponplater. Ved sådan liming starterden kjemiske herdningsreaksjonen umiddelbart etter sammenlegningen når harpiks og herder kommer i kontakt med hverandre, og presstrykket må derfor påføres limfugen senest innen 3-4 minutter, hvis oppbevaringen skjer ved 18-20°C.

Hvis denne ventetiden, den såkalte lukkede ventetiden, over-skrides, har herdningsreaksjonen nådd et sådant stadium at limets flytende egenskaper er nedsatt, slik at tilfredsstil-lende feste og filmdannelse ikke oppnåes. Innen ventetiden muliggjøres god fuktning og feste mot fugeoverflaten og limet danner en sammenhengende adhesiv film i fugen. Hvis presningen påbegynnes innenfor den foreskrevne ventetid kreves en presstid på ca. 25 minutter ved romtemperatur.

Det er også kjent ved liming av tre først å blande den flytende harpikskomponenten med en pulverformig eller flytende herder og deretter å påføre den således erholdte limblanding på en eller begge fugeflåtene, samt etter sammenlegningen å presse fugen enten ved romtemperatur eller ved høyere temperatur i en såkalt varmepresse, hvorved temperaturen i limfugen normalt kommer opp til ca. 90-100°C. Da harpiksen og herderen ved denne fremgangsmåten blandes på forhånd be-høver normalt mindre reaktiv herder å anvendes for at bruks-tiden for limblandingen, dvs. den tid hvorunder limblandingen har så lav viskositet at den kan påføres, skål være tilstrekkelig lang. I praksis trenges ofte en brukstid på ca. 4 timer ved 2 0°C. Med denne limefremgangsmåten anvendt ved liming av 0,6 mm tykt kryssfinér på hård plate med karbamidharpiks og ammoniumklorid som herder erholdes ved en presstemperatur på 100°C en presstid på ca. 60 sekunder. Ved varmpressingsfremgangsmåten overføres varme fra pressen til limet via trematerialet, dels ved varmeledning, dels ved vanndampkonveksjon og presstiden blir derfor stadig lengere jo tykkere trematerialet er. Således erholdes ved liming av 3 mm tykt finér på pusset hård plate ved en presstemperatur på 100°C en presstid på ca. 210 sekunder.

Det er videre kjent å forvarme treflåtene før påføringen av limblanding for å eliminere behovet for varmpresse og avhen-gigheten av trematerialets tykkelse. På denne måten varmes limblandingen raskt og herdningsreaksjonen akselererer sterkt. Ytterligere forkortelse av presstiden kan erholdes ved at

den ene eller begge flatene som skal sammenføyes varmes før og/eller etter separat påføring av harpiks respektiv herder, hvoretter sammenlegning og presning kan skje. Denne fremgangsmåten tillater anvendelse av meget reaktiv herder,

men samtidig fås av dette kort sluttet ventetid, og pressing må derfor skje kort etter sammenlegningen.

Fra norsk patent nr. 55. 494 er det ved liming kjent å spre separat harpiks- hhv. herderkomponentene til et karbamidlim. Ved fremstilling av harpikset anvendes trinatriumfosfat som har evne til å oppta hydrogenioner. Formålet med tilsetning er bare å avbryte kondensasjonsreaksjonen under tilvirkningen av harpiksen. Den tilsatte mengden er for liten til å ha noen virkning på den separat tilførte herder, som er av langsom art. Noen forlengelse av ventetiden uten samtidig forlengelse av sluttherdingstiden får man derfor ikke.

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte ved sam-menføyning av deler ved hjelp av herdbare formaldehydbaserte aminoplastlim ved separat tilførsel i limfugen dels av harpikskomponenten av det formaldehydbaserte aminoplastlimet og dels av en herder som inneholder en syre eller en syreavspaltende bestanddel. Det oppnås en lang sluttet ventetid uten at herdningstiden samtidig blir lang.

Dette oppnås ved at herderkomponenten velges slik at den gir en brukstid under 1 time, og at det tilføres en harpikskomponent som inneholder en buftrende substans for den separat tilførte herder i slik mengde at den blir mettet med hydrogenioner når herdingsreaksjonen ønskes.

Det foretrekkes at harpikskomponenten påføres på den ene fugeflaten, mens herderen i form av en løsning påføres på den andre fugeflaten.

Det foretrekkes videre at den separat tilførte herderen inneholder eller kan avspalte en syre med en pKs-verdi som ligger under 2,5 ved 25°C.

En annen foretrukken utførelsesform er at herdningsreaksjonen skjer i en varmpresse.

En ytterligere foretrukken utførelsesform er at harpikskomponen-

ten utover den buftrende substansen inneholder en langsommere reagerende herder enn den separat tilførte herderen.

Det har vist seg at tilførsel av buftrende substans ifølge oppfinnelsen forlenger den sluttede ventetiden uten å øke herdningstiden. Dette antas å bero på at når de separat på-førte harpiks-og herderkomponentene kommer i kontakt med hverandre begynner en hydrogenionvandring fra herderkomponenten, over grensesjiktet inn i harpikssjiktet, hvorved dog den puf tr ende substansen i harpikssjiktet binder de først inn-vandrede hydrogenionene og forhindrer herdningsreaksjonen inntil den puftrende substansens hydrgenionopptakskapasitet er forbrukt. Når den puftrende substansen ikke lenger formår å oppta hydrogenioner synker pH raskt i harpikssjiktet av den fortsatte hydrogenionvandr ingen., og herdningsreaks jonen starter. Begrensende for hvor lang den sluttede ventetiden kan gjøres blir altså bl.a. antallet hydrogenioner som pr.

.tidsenhet vandrer over grensesjiktet og den buftrende tilset-

ningens hydrogenionopptakskapasitet. Man får således ved oppfinnelsen et ekstra kontrollmiddel ved hvis hjelp den sluttede ventetiden kan påvirkes temmelig uavhengig av den øns-kede reaksjonshastigheten. Eksempelvis kan på denne måte uten risiko for for tidlig herdning velges en raskere herder enn ellers, hvilket kan utnyttes ved kortere presstider eller lavere presstemperaturer ved varmpressing.

For best mulig funksjon bør den buftrende substansen velges slik at den bufrer harpikskomponenten ved en'pH over den hvorved herdningsreaksjonen tar sin begynnelse. Den må velges i en sådann mengde, at den blir mettet med hydrogenioner innen herderens hydrogenioninnhold er forbrukt og må også velges slik at den nøyaktig blir mettet når herdningsreaksjonen ønskes, f.eks. når presstrykket nettopp er lagt på fugen eller når alle deler bringes i sine riktige stillinger. Den riktige mengde beror f.eks. på hvilken syre eller syreavspaltende forbindelse som anvendes som herder, samt typén av aminoplastharpiks. Denne kan enkelt bestemmes av en fag-mann eksperimentielt ved måling av tiden inntil påbegynt herdning ved ulike buffermengder i ulike systemer eller måling av pH i grensesjikt mellom harpiks- og herderkomponent.

Maksimalt utnyttes mulighetene for lang sluttet ventetid

hvis harpikskomponenten legges på den ene overflaten og herderkomponenten i form av en løsning på den andre flaten slik at disse ikke kommer i kontakt med hverandre før delene regges sammen. Dette utgjør derfor en foretrukket utførel-sesform. Det er imidlertid i og for seg også mulig å anbringe harpiks- og herderkomponentene separat i form av eksempelvis to på hverandre lagte sjikt.

En pKs-verdi under 2,5 ved 25°C foretrekkes hos herderens syre fordi problemene med den sluttede ventetiden er størst, og oppfinnelsen således av størst verdi ved så sterkt sur herder. Med en sterk syre erholdes også en mere markert over-gang til pH-senkning i harpiksen etter pufferens metning.

Hvis oppfinnelsen tillempes i sammenheng med varmepressing oppnåes ytterligere fordeler. Bufferen mettes raskerer når fugen utsettes for varme slik at hydrogenioninnvandringen øker delvis som følge av øket varmebevegelse og dels som følge av senket viskositet hos limkomposisjonene. Dette innebærer at varmetilførselen i seg selv starter herdningsreaksjonen ved å påskynde bufferens metning, hvilket innebærer at sammev harpiks+pufferkomposisjon kan utnyttes for ulike krav av sluttet ventetid. Ettersom varmpresser er dyre i installa-sjon og drift er det her særskilt viktig at herdetidene holdes nede for en rasjonell utnyttelse av pressene. Denne tilstrebelse har hittil vært begrenset av den sluttede ventetiden, men ved hjelp av foreliggende oppfinnelse kan herde-tiden forkortes uten forkortet sluttet ventetid.

Hvis harpikskomponenten utover innholdet av buftrende forbindelse også inneholder en langsommere reagerende herder enn den separat påførte herderen, erholdes andre fordeler.

Ved industriell liming har de inngående materialene ofte skjevheter og varierende mål, og det kan derfor ikke unn-gås at påføringen av limkomponentene iblant blir ujevn eller ufullstendig på en slik måte at bare harpikskomponenter er flekkvis tilstede, men ingen herder finnes i fugeflaten. Hvis da ingen herder forefinnes innblandet i harpiksen, kommer harpiksen til å forbli flytende og ureagert, hvilket foruten å forsemre fugestyrken også innebærer luktproblemer og hygieniske problemer med avgang av løsningsmidler og urea-gerte komponenter i harpiksen, f.eks. formaldehyd. At harpiksen forblir flytende, kan på lengere sikt forårsake gjen-nomtrengning og råtnende gjennomslag på tynnere materialsjikt, eksempelvis finérsjikt. Disse problemer kan oppstå, foruten ved skjevheter i materialene, også når et heldek-kende materialsjikt skal limes på et ikke-sjiktformig mate-riale, eksempelvis et regelverk ellér som ved dørtilvirkning en ramme med et avstandsmateriale av bikakeform mellom ramme-sidene.

Om i likhet med foreliggende oppfinnelse harpiksen imidlertid inneholder en langsomt reagerende herder, oppstår ikke de ovenfor nevnte problemer, ettersom all harpiks etterhvert herder opptil full styrke, selv om den ikke er kommet i kontakt med den hurtige herderen.

Den separat påførte herderen velges passende raskt ettersom man ønsker å oppnå en så rask dannelse som mulig av limfugen når delene legges sammen, særskilt da dette jo ikke påvirker den åpne ventetiden. Herderen skal ha en brukstid som ligger under 1 time og fortrinnsvis under 15 minutter.

Den herderen som føyes til harpiksen velges langsommere enn den separat påførte ettersom denne blir bestemmende for hvor lenge man kan vente mellom blanding av harpiks og herder og sammenlegning av delene. Denne herderen kan dessuten uten større besvær velges langsom ettersom den ikke er bestemmende for hvor rask limfugen dannes etter sammenlegning, og det heller ikke er kritisk hvor lenge det varer innen all harpiks er herdet, ettersom den raske herderen sørger for at tilstrekkelig fugestyrke raskt oppnåes. Herderen bør således ha en brukstid som overstiger 1 time, og fortrinnsvis 4-8 timer.

Ved sammenføyning av flersjiktsmaterialer i en varmpresse

å la dypere liggende fuger inneholde rask herder og utenfor liggende fuger bare langsomt reagerende herder har også sær-skilte fordeler. Ved at det tar en viss tid for varmen krever disse normalt en lengere presstid enn utenfor liggende fuger. Hvis imidlertid denne foretrukne metoden tillempes md med rask herder tilstedeværende i de dypere liggende limfugene og bare langsom herder tilstede i de utenfor liggende limfugene, oppnåes foruten de ovennevnte fordelene at i denne sammenheng erholdes en like rask utherdning i de dyptliggende fuger som i de utenfor liggende uten at andre limblandinger trenges å anvendes enn de som kreves ved tillempning av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen generelt. Ved flersjiktslim-ning er det særlig viktig at den sluttede ventetiden kan holdes lang ifølge foreliggende oppfinnelse, ettersom sammenlegningen av de mange delene innen materialet som innføres i pressen tar lengere tid enn enklere liminger.

Som eksempler på syrer med en pKs ved 25°C, som er mindre enn 2,5, fortrinnsvis mindre enn 2,0, nevnes maleinsyre, trikloreddiksyre, uorganiske syrer samt syreavspaltende for-bindelser. Som eksempler på mindre reaktiv herder, egnet for innblanding i harpikskomponenten, nevnes ammoniumsalter som ammoniumklorid, ammoniumsulfat og ammoniumfosfat. Den buftrende substansen kan være trikalsiumfosfat, natriumacetat, natriumsulfitt og/eller ammoniakk.

Med formaldehydbaserte aminoharpikser menes ifølge oppfinnelsen kondensasjonsprodukter av formaldehyd og dermed konden-serbare aminoforbindelser, fortrinnsvis karbamid og melamin. Molforholdet formaldehyd/aminoforbindelse ligger i slike harpikser vanligvis mellom 1,2 til 2,2 og fortrinnsvis mellom 1,5 - 2,0.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan modifiseres ved tilsetning av overflateaktive midler til den reaktive herderen på den ene fugeflaten for å øke herderens fuktning og inn-trengning i overflaten. På denne måten erholdes lavere syre-konsentrasjon i overflaten med lengere ventetid som følge.

Som nevnt har oppfinnelsen særlig stor praktisk betydning ved limning av flersjiktsmateriale med en presseoperasjon, hvorved man kan variere limningsbetingelsene for fuger med ulik avstand fra pressens varmeplater. Som eksempel på sådant flersjiktsmateriale nevnes tilvirkning av dører og skapluker.

En dør f.eks. tilvirkes som regel av en 3 4 mm tykk treramme og ett i den festet avstandsmateriale som kan være papir av honey-comb-type. På begge sider rundt rammen og papiret legges siden 3 mm tykke hårde plater som er limbelagte på begge sidene. Ytterst anbringes 0,6 mm tykk finér hvoretter døren legges i press og limet herdes ved forhøyet temperatur. Ved denne tilvirkningen må den sluttede ventetiden av praktiske hensyn være 5 til 15 minutter. Harpiks-herderblandingen må dessuten være tilstrekkelig tolerant for å motstå herding i dé 0,6 mm dypt liggende limfugene ved innlegning av dørene i pressen. De nevnte hensyn gjør det vanskelig å anvende reaktive separatherder ved dørtilvirkning, og man er derfor henvist til varmeherder, som gir ønsket ventetid og som gir

blandingen av harpiks og herder en brukbarhetstid på ca. 3-

5 timer. Presstiden som kan erholdes med disse herderne, er ca. 3,5 - 4 minutter ved 90-100°C for å sikre fullstendig utherdning av den ca. 4 mm dyptliggende limfugen. Denne presstiden er for lang for en effektiv utnyttelse av kapa- ' siteten til moderne korttakts- eller rotasjonspresser. I samtlige tilfeller er man derfor tvunget til å øke presstemperaturen til størrelsesordenen 105-130°C og kan på sådann måte senke presstiden til 2,5-3 minutter.

Presstemperaturer over 100°C forårsaker dog flere alvorlige problemer, f.eks. dampdannelse, skjevheter i konstruksjonen under lagring, høyere energiforbruk, og gir miljøulemper, f. eks. høyere formaldehydinnhold og høyere temperatur i arbeids-lokalene. Det er derfor av stor praktisk betydning å kunne senke presstemperaturen til 100°C og derunder og samtidig redusere presstiden til 2 minutter og lavere.

EKSEMPEL 1

En hård plate ble bestrøket med ca. 60 g/m 2 av en 25%'ig løs-ning av maleinsyre og etter 2 minutter ble dette lagt på furu-biter som var belagt med ca. 12 0 g/m 2 av:

a) en karbamidharpiks med et molforhold formaldehyd:karba-

mid 1,83 og et tørrstoffinnnold på ca. 68%.

b) 100 vektdeler karbamidharpiks blandet med 15 vektsdeler relativ rask varmherder som inneholder trikalsiumfosfat,

ammoniumsulfat, urinstoff og fyllmidler.

c) 10 0 vektdeler karbamidharpiks blandet med 15 vektdeler relativ langsom varmherder inneholdende natriumsulfit,

trikalsiumfosfat, ammoniumsulfat, urinstoff og fyllmidler.

Molforhold formaldehyd:karbamid var i samtlige tilfeller

1,83 .

Den sluttede ventetiden ved romtemperatur ble for a), ca. 3 minutter, for b) 9 minutter og for c) ca. 19 minutter.

EKSEMPEL 2

3 mm hård plate ble bestrøket med ca. 60 g/m 2 av en 25%-ig løsning av maleinsyre som inneholdt:

a) Intet overflateaktivt middel

b) 0,3 % ikke-ion-aktivt nonylfenol-polyetylenoksyd-kondensa-sjonsprodukt.

Etter 1 minutt ble påført ca. 120 g/m 2 blanding av 100 vektdeler karbamidharpiksforkondensat med 15 vektdeler relativ rask varmeherder bestående av trikalsiumfosfat, ammoniumsulfat, urinstoff og fyllmidler. Ventetiden ved romtemperatur ble for:

a) ca. 5 minutter

b) ca. 8 minutter.

EKSEMPEL 3

I en dørfabrikk ble utført forsøk i full størrelse ved konti-

nuerlig drift som følger:

På en treramme med innlegg av honeycomb-papir ble påført

på begge sider tilsammen ca. 55 g av en 25%-ig maleinsyre-løsning. Etter ca. 20 sekunder ble rammen og papiret på hver side dekket med 3 mm tykk hård plate., hvis begge flater var belagt med ca. 120 g/m 2 av en blanding av 100 vektdeler karbamidharpiks med 15 vektdeler relativ rask varmeherder bestående av trikalsiumfosfat, ammoniumsulfat, urinstoff og fyll-middel. Opp på den limbelagte platen- ble derpå lagt 0,6 mm tykt trefinér (koto) på hver side (ingen behandling). Etter 8 minutters ventetid ble døren presset med 2,5 kp/cm 2 ved en presstemperatur på 80°C

presstid på 2 minutter (mot normalt 6 1/2 minutt uten separat herder).

EKSEMPLE 4

Samme oppbygning av døremne og samme separatherder og lim-herderblanding som i eksempel 3.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for å forlenge ventetiden mellom sammen-føring av harpiks- og herderkomponent og anbringelse av press-trykk ved sammenføyning av deler ved hjelp av formaldehydbaserte aminoplastlim, hvorved limfugen separat tilføres både en harpikskomponent av limet og en herder inneholdende en syre eller en syreavspaltende forbindelse, karakterisert ved at herderkomponenten velges slik at den gir en brukstid under 1 time, og at det tilføres en harpikskomponent som inneholder en buffrende substans for den separat tilførte herder i slik mengde at den blir mettet med hydrogenioner når herdingsreaksjonen ønskes.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at harpikskomponenten påføres den ene fugeflaten mens herderen i form av en løsning påføres den andre fugeflaten.

3. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-2, karakterisert ved at den separat tilførte herderen inneholder eller kan avspalte en syre med en pKs-verdi under 2,5 ved 25°C.

4. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1-3, karakterisert ved at det påføres en harpikskomponent som utover den buffrende substans inneholder en langsommere reagerende herder enn den separat tilførte herderen.