NO300222B1 - Fenolharpiks, dens fremstilling samt limpreparat inneholdende harpiksen - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fenolharpiks, ment for anvendelse i et limpreparat for mineralfibre. Harpiksen oppnås ved kondensasjon, i nærvær av en basisk katalysator, av fenol, formaldehyd, amin og urea.

Oppfinnelsen angår også en spesiell fremgangsmåte for fremstilling av denne harpiks og limpreparatet for mineralfibre, inneholdende harpiksen.

Oppfinnelsens gjenstand finner særlig anvendelse for liming av mineralfibre som spesielt er ment for fremstilling av produkter for isolasjon, samt produkter ment for å være substrater for hydroponisk plantedyring (dyrking uten jord).

Produktene på basis av mineralfibre kan tildannes på basis av fibre oppnådd ved forskjellige prosesser. Man kan for eksempel nevne den teknikk som er kjent som sentrifuge-trekking der materialet i smeltet tilstand innføres til en sentrifuge med et antall små munninger og der det smeltede materialet under innvirkning av sentrifugalkraften slynges mot den perifere vegg av sentrifugen og slipper ut via munningene i form av filamenter. Som filamenter fanges de ved utløpet av sentrifugen av en trekkgass-strøm og trekkes og føres mot et mottagerorgan ved hjelp av denne gass-strøm med høy hastighet og temperatur for på mottakeren å danne en fiberduk. For å sikre sammenhold fibrene seg i mellom blir det mot fibrene under deres bevegelse mot mottagerorganet forstøvet et preparat, kalt lim, som inneholder en termo-herdbar harpiks. Denne således behandlede fiberduk underkastes derefter en termisk behandling i en ovn for poly-kodensering av harpiksen og for å oppnå et isolasjonsprodukt som oppviser de ønskede egenskaper som dimensjonsstabilitet, - motstandsevne, gjenopptak av tykkelsen efter komprimering, homogen farge og lignende.

Limpreparatene som kan forstøves mot mineralfibrene inneholder en harpiks som generelt foreligger i form av et vandig preparat og videre urea og tilsetnings-stoff som silan, mineraloljer, ammoniakk, ammoniumsulfat og vann.

Med harpiks menes i oppfinnelsens konsept det produkt som oppstår ved kondensasjon av utgangsreaktantene i nærvær av en katalysator før et hvert varmebehandlingstrinn i en ovn.

De tilsiktede egenskaper for 1impreparatene er avhengig av harpiksens karakteristika. Et limpreparat må fremfor alt oppvise god evne til forstøvning og videre egenskaper som muliggjør omhylling og binding av fibrene og samtidig må de være lite forurensende.

For disse formål må harpiksen spesielt oppvise en god stabilitet med tiden og ha en høy fortynnbarhet i vann.

Harpiksen må være stabil i minst 8 dager ved 12 til 18° C. Således må man kunne oppbevare den noen dager før bruk for å danne limpreparatet. Limpreparatet som inneholder harpiksen og de ovenfor nevnte additiver fremstilles generelt på brukstidspunktet.

Harpiksen må videre oppvise en høy vannfortynnbarhet. Angivelsen om fortynnbarhet er spesielt viktig fordi limpreparatet inneholdende harpiksen da er egnet for forstøvning. Man definerer generelt fortynnbarheten på følgende måte: fortynnbarheten i vann for en harpiks i form av vandig limpreparat er det volum av deionisert vann som man ved en gitt temperatur kan sette til en volumenhet av preparatet før det fremtvinges dannelse av en permanent uklarhet.

Fortynnbarheten i vann for en harpiks, ment for anvendelse i et forstøvbart limpreparat, er fortrinnsvis, ved 20°C, lik eller mer enn 1000 % efter minst 8 dager.

Det er videre nødvendig at .harpiksen også er så fri som mulig for ikke-omdannede utgangsprodukter. Således er risiki for atmosfærisk forurensning spesielt å føre tilbake til nærvær av flyktige monomerer: dette er for eksempel utgangsprodukter som er nødvendige for å oppnå harpiksen, særlig formaldehyd og fenol, og som ikke omdannes under reaksjonen eller regenereres under limingen av fibrene eller senere.

For som en konsekvens å oppnå 1impreparater der mengden av forurensnings skapende faktorer, spesielt frifenol og f r if ormaldehyd, er så liten som mulig, er det nødvendig at harpiksen oppviser minst mulig restutgangsforbindelser mens den allikevel beholder sine brukskvaliteter.

Disse gjenstander, det vil si en stabil harpiks inneholdende lite friformaldehyd og frifenol under samtidig opprett-holdelse av de ønskede egenskaper, spesielt en god fortynnbarhet i vann som tillater en lett forstøvning mot mineralfibrene, virker mot hverandre fordi reduksjonen av mengden av frifenol og friformaldehyd generelt oppnås ved å øke kondensasjonsgraden, noe som i sin tur har som konsekvens en reduksjon av fortynnbarheten.

Det er kjent å fremstille harpikser som benyttes for 1impreparater for mineralfibre, ved å omsette fenol og formaldehyd i nærvær av en basisk katalysator. For å favorisere reaksjonen mellom fenol og formaldehyd og å redusere mengden ikke-omsatt fenol og å unngå risiki for forurensning, er det kjent å benytte mol-forhold formaldehyd: fenol på over 1 og å innføre urea for og fange opp over-skuddet av formaldehyd.

Man oppnår på denne måte harpiks dannet av formaldehyd-fenolkondensater og urea-formaldehydkondensater.

Således og slik det er beskrevet i EP-A-148 050, har man kunnet oppnå en harpiks i flytende form, oppnådd ved kondensering i alkalisk medium, av formaldehyd, fenol og urea, med en fortynnbarhet i vann på minst lik 1000$ og med en mengde fri fenol og fri formaldehyd, uttrykt i totalvekt av væsken, på lik eller mindre enn 0, 5% henholdsvis 3$. Denne harpiks oppnås med et mol-forhold formaldehyd: fenol mellom 3 og 6.

Denne harpiks anses å ha tilfredsstillende egenskaper for å kunne benyttes i 1impreparater for mineralfibre og som lite forurensende produkt. Hvis mengden fri fenol kan ansees som meget lav og lite forurensende, er mengden friformaldehyd i harpiksen som angitt ca 3%, fremdeles høy og man tilstreber å redusere den ytterligere under bibeholdelse av de nød-vendige egenskaper i harpiksen for den tilsiktede senere bruk.

Videre tillater anvendelse av et høyt mol-forhold F:P, slik det er angitt i det tidligere beskrevne '050, i merkbar grad å redusere mengden fri fenol, men dette nødvendiggjør å anvende urea for omsetning med overskytende formaldehyd. Dette resulterer i dannelsen av et kondensasj"onsprodukt urea-formaldehyd, et produkt som er lite varmestabilt.

Denne manglende termiske stabilitet er en mangel fordi mineralfibrene som behandles med limpreparatet ifølge oppfinnelsen underkastes en termisk behandling for å oppnå et isolasjonsprodukt.

Under anvendelsen av harpiksen for liming av mineralfibrene og der harpiksen underkastes temperaturer over 100°C, vil kondensasjonsproduktet urea-formaldehyd under innvirkning av varme danne formaldehyd som settes fri og derfor øker den atmosfæriske forurensning.

I henhold til dette angår foreliggende oppfinnelsen flytende harpiks med forbedret termisk stabilitet omfattende fenol-formaldehyd- og ureaformaldehyd-kondensater med et innhold av fritt formaldehyd ,på < 3% av den totale fluidvekt og en fortynnbarhet i vann på minst 1000% og harpiksen karakteriseres ved at den videre inneholder stabilitetsfor-bedrende fenol-formaldehyd-aminkondensater, fremkommet gjennom tilsats av et alkanolamin som reagerer ifølge en Mannich-reaksjon med fritt formaldehyd og fri fenol.

Som nevnt ovenfor angår oppfinnelsen også en fremgangsmåte for fremstilling av en harpiks inneholdende kondensater av fenolformaldehyd og ureaformaldehyd, omfåttene omsetning av fenol og formaldehyd i et mol-forhold over 1, i nærvær av en basisk katalysator, avkjøling av reaksjonsblandingen og omsetting av overskytende formaldehyd med urea, og denne fremgangsmåte karakteriseres ved at man, før tilsetningen av urea, etter avkjøling til reaksjonsmediet tilsetter et alkanolamin som kan gjennomgå en Mannich-reaksjon med formaldehyd og fenol.

Til slutt angår oppfinnelsen, som antydet ovenfor, et limpreparat for mineralfibre og dette preparat karakteriseres ved at det omfatter en fenolharpiks som beskrevet ovenfor samt eventuelt urea og eventuelt konvensjonelle 1imadditiver.

Den flytende harpiks ifølge oppfinnelsen, ment for anvendelse i et limpreparat for mineralfibre, inneholder i det vesent-lige fenol-formaldehyd(P-F)kondensater, ureaformaldehyd(U-F)kondensater og fenolformaldehydamin(P-F-A)kondensater.

Denne harpiks oppviser en mengde fri formaldehyd (FF), uttrykt i total vekt av væsken, på lik eller mindre enn 3%. Den oppviser også en fortynnbarhet i vann, målt ved 20°C, som minst er lik 1000%. Harpiksen er videre termisk stabil, det vil si at harpiksen inneholder lite eller intet metylolurea som er relativt lite stabil.

For å evaluere denne termiske stabilitet underkaster man et limpreparat inneholdende harpiksen, en prøve som simulerer de termiske betingelser som et, limpreparat underkastes under sin anvendelse for fremstilling av et isolasjonsprodukt som beskrevet ovenfor. Man anser harpiksen som termisk stabil og lite forurensende hva angår formaldehyd hvis mengden formaldehyd som settes fri under denne prøve er under 4 gram formaldehyd pr kilogram tørrstoff for en limoppløsning på 10$. Denne termiske stabilitet kan også vises ved termo-gravimetri. Aminet A velges blant slike som tillater en reaksjon av Mannich-typen, dette er for eksempel alkanol aminer som monoetanolamin MEA, dietanolamin DEA, cykliske aminer som piperidin, piperazin og morfolin.

I henhold til oppfinnelsen kan man før omsetningen av fri formaldehydig overskudd med urea-stoff, gjennomføre en omsetning av fri formaldehyd og fri fenol med et amin.

Reaksjonen ifølge oppfinnelsen er av Mannich-typen som generelt omdanner et aldehyd, en organisk forbindelse omfattende aktive hydrogenatomer og et amin, til en Mannich-base ved kondensasjon. Her er aldehydet formaldehyd og den organiske forbindelse er fenol. Hva angår aminet kan man for eksempel velge blant de ovenfor angitte. Ifølge oppfinnelsen reagerer aminet med fenol eller metylolfenoler og formaldehyd, noe som gir den oppnådde harpiks en meget mere stabil struktur.

For å oppnå en harpiks som definert ovenfor foreslår oppfinnelsen en fremgangsmåte som består i å omsette fenol og formaldehyd i et mol-forhold >1 i nærvær av en basisk katalysator, og avkjøler reaksjonsblandingen og å omsette formaldehyd i overskudd med urea. Oppfinnelsen karakteriseres ved at man, før tilsetning av urea og under avkjølingen, til reaksjonsmediet innfører et amin i stand til en Mannich-reaks j on .

Mere spesielt omsetter man fenol og formaldehyd i et mol-forhold mellom 1,8 og 5 inntil man har oppnådd en omdanningsgrad for fenol lik eller større enn 93$ og begynner så å avkjøle reaksjonsblandingen.

Omdanningsgraden for fenol er den prosentandel fenol som har deltatt i kondensasjonsreaksjonen formaldehyd-fenol, i forhold til 100$ opprinnelig fenol. Kondensasjons reaksjonen formaldehyd-fenol stanses ved avkjøling av reaksjonsblandingen i et stadium som tilsvarer en ennu vannfortynnbar harpiks.

Ifølge oppfinnelsen blir aminet A tilsatt før tilsetning av urea, enten under avkjøling av reaksjonsblandingen eller i kald tilstand. Aminet tilsettes progressivt når reaksjonen med formaldehyd og fenol er eksoterm. Tilsetningen av aminet kan finne sted under begynnelsen av avkjølingen av reaksjonsblandingen eller når reaksjonsblandingen er avkjølt til en temperatur mellom 45 og 20°C.

Reaksjonen ifølge oppfinnelsen mellom fenol, formaldehyd, metylolfenoler og amin, tillater å redusere mengden fri formaldehyd i reaksjonsmediet før tilsetning av~urea og, som et resultat, å oppnå en harpiks inneholdende et ureaformol-kondensat i mindre stor mengde: dette resulterer i sin tur i en større termisk stabilitet for harpiksen. Reaksjonen av fri formaldehyd med amin og derefter med urea tillater ytterligere å redusere mengden fri formaldehyd i sluttharpiksen og samtidig å oppnå en mengde fri formaldehyd i harpiksen på under 0,75$ og sågar under 0,5$.

Tilsetningen ifølge oppfinnelsen av et amin tillater videre ytterligere å redusere mengden fri fenol, spesielt for harpikser som fremstilles med et høyt F:P mol-forhold.

I en kjent fremgangsmåte for fremstilling av en fenolharpiks, for eksempel den harpiks som er beskrevet i '050, loe. eit., finner kondensasjonsreaksjonen mellom fenol og formaldehyd (med et mol-forhold F:P mellom 3 og 6) sted inntil man har oppnådd en omdanningsgrad på over 98%, under de følgende trinn for fremstillingsprosessen varierer ikke mengden fenol som ikke har reagert.

Tilsetningen av et amin ifølge oppfinnelsen, efter kondensasjonsreaksjonen mellom fenol og formaldehyd, tillater å fiksere ikke-omsatt fenol, noe som reduserer mengden fri fenol. Man kan således oppnå mengder av fri fenol på under 0,2$.

Anvendelsen av et amin har videre fordelen av å omsette fenol og formaldehyd i et mol-forhold F:P på under 3 mens man allikevel oppnår en harpiks med de ønskede karakteristika hva angår fortynnbarhet i vann og med henblikk på lav forurensning. Når man reduserer mol-forholdet F:P synker mengden fri formaldehyd i harpiksen, men mengden fri fenol øker. Tilsetningen av amin ifølge oppfinnelsen tillater, fra et lavt mol-forhold F:P, å oppnå harpikser inneholdende prosentandeler fri fenol som ikke kan oppnås hvis man benytter høye mol-forhold.

Mere spesielt finner fremstillingen av harpiksen sted i henhold til en temperatursyklus som skjematisk kan deles i 3 faser: en oppvarmingsfase, et temperaturplatå og en avkjøl-ingsfase.

I henhold til denne prosess omsetter man i et første trinn fenol og formaldehyd i nærvær av en basisk katalysator ved progressiv oppvarming til en temperatur mellom 60 og 75 "C og fortrinnsvis ca 70°C. Mol-forholdet F:P ligger som antydet ovenfor og fortrinnsvis mellom 1,8 og 5.

Som katalysator kan man benytte diverse basiske katalysatorer som trietylamin, kalk (CaO) eller alkali- eller jordalkali-metallhydroksyder som hydroksyder av natrium og kalium, kalsium og barium.

Uansett valgt katalysator er .mengden som benyttes fortrinnsvis 6 til 20 mol-hydroksylekvivalenter pr 100 mol opprinnelig f enol.

I den andre fase (temperaturplatået) blir reaksjonsblanding-ens temperatur, oppnådd under oppvarmingsfasen og generelt 60 til 75°C, fortrinnsvis 70°C, opprettholdt inntil man har oppnådd en fenolomdanningsgrad på minst 93%. Vargiheten for dette temperaturplatå er fortrinnsvis mer enn 90 minutter.

Den tredje fase er en avkjølingsfase i løpet av hvilken man i henhold til oppfinnelsen innfører amin til reaksjonsblandingen for å starte Mannich-reaksjonen og å produsere fenol-formaldehyd-aminkondensatet.

Man kan innføre aminet ved påbegynnelsen av avkjølingen av reaksjonsblandingen. Tilsetningen av amin skjer progressivt, for eksempel i en mengde av 0,33 vekt-% pr. minutt av den totale mengde amin beregnet på harpiksreaksjonsmassen, da reaksjonen er eksoterm.

Man kan også tilsette aminet ved slutten av avkjølingsfasen, for eksempel ved temperaturer mellom 20 og 45°C. Tilsetnings-varigheten for aminet kan variere mellom 20 og 45 minutter.

Mengden amin, spesielt alkanolamin, som tilsettes, varierer mellom 5 og 40 vekt-%, beregnet på vekten av fenol.

Efter dannelse av fenol-formaldehyd aminkondensatet avkjøles reaksjonsblandingen, hvis dette er nødvendig, slik at temperaturen blir 20 til 25° C og man nøytraliserer for å stanse kondensasjonsreaksjonen.

Generelt nøytraliseres reaksjonsblandingen ved å tilsette en syre som svovelsyre, sulfaminsyre, fosforsyre, borsyre, i en mengde tilstrekkelig til at pH-verdien i blandingen ligger mellom 7,0 og 8,5. Efter nøytralisering tilsettes urea for å fiksere ikke-omsatt formaldehyd.

Ifølge oppfinnelsen finner tilsetningen av urea sted i avkjølt tilstand, det vil si når temperaturen i reaksjonsblandingen har nådd 20 til 25°C. Mengden urea som tilsettes varierer fra 10 til 50 vekt-%, beregnet på vekten av harpiksen, uttrykt som tørrstoff.

Tilsetningen av urea i kold tilstand, under fremstillingen av harpiksen, er av stor interesse fordi reaksjonen mellom formaldehyd og urea er langsom ved lave temperaturer, noe som tillater å kontrollere reaksjonen og unngå en for kraftig kondensasjon som kan føre til en reduksjon av fortynnbarheten for sluttharpiksen.

I henhold til en annen variant av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan man til reaksjonsblandingen, før eller efter nøytraliseringen, sette ammoniakk for å fange opp en del av den frie formaldehyd. Det dannes heksametylentetramin.

Ammoniakken tilsettes i form av en vandig oppløsning i en mengde som tilsvarer mellom 0 og 100% av det støkiometriske for reaksjonen formaldehyd-ammoniakk i det mengden formaldehyd beregnes fra konsentrasjonen på tilførselsøyeblikket for ammoniakken.

Oppfinnelsen angår også 1impreparater ment for omhylling av mineralfibre, spesielt fibre av glass eller sten, samt de oppnådde limte fibre som kan benyttes for fremstilling av isolasjonsprodukter og hydrokoniske dyrkningssubstrater.

Et limpreparat ifølge oppfinnelsen omfatter en harpiks ifølge oppfinnelsen, limadditiver og urea.

Som angitt ovenfor kan harpiksen ifølge oppfinnelsen oppvise det karakteristikum at den har en meget lav mengde fri formaldehyd på under 2$ og fortrinnsvis under 0,75$. I dette tilfelle er nærværet av urea i limpreparatet ikke lenger nødvendig eller kan benyttes kun for å justere gel-tiden for limet for å unngå eventuelle problemer med for tidlig gel-dannelse.

I limpreparatene ifølge oppfinnelsen som inneholder urea er andelene bestanddeler, uttrykkt som tørrstoff, 50 til 90 deler harpiks pr. 10 til 50 deler urea.

Generelt omfatter et typisk limpreparat følgende additiver, alt beregnet på 100 deler tørrstoff av harpiks og urea: 0 til 5 deler ammoniumsulfat, generelt 1 til 3 deler;

0 til 2 deler silan, fortrinnsvis etaminosilan;

0 til 20 deler olje, generelt 6 til 15 deler; og 0 til 20 deler 20%-ig ammoniakk, generelt 3 til 12$.

Den rolle disse bestanddeler spiller er kjent og skal kun påpekes ganske kort her: ammoniumsulfatet tjener som polykondenseringskatalysator (i varm ovn) efter forstøving av limpreparatet mot fibrene; silanet er et bromiddel mellom fibrene og harpiksen og spiller også en rolle som anti-aldringsmiddel; oljene er anti-støvmidler og hydrofobimidler. Ammoniakken har i kold tilstand rollen av forsinker for polykondenseringen og fikserer videre fri formaldehyd mens urea modifiserer sammensetningen for å virke på pregel-dannelse av limet og bevirker redusering av forurensning.

Et silan som med fordel kan benyttes er det aminosilan som markedsføres av Union Carbide under betegnelsen "A1100". Som olje kan man benytte den mineralolje som markedsføres av Mobil Oil under betegnelsen "Mulrex 88".

De følgende eksempler skal illustrere oppfinnelsen.

Man kan klassifisere eksemplene i henhold til to varianter av fremgangsmåten for å oppnå harpiksen ifølge oppfinnelsen. I det ene tilfelle finner fremstillingen av harpiksen sted ved å innføre aminet i varm-masse; i det andre, tilsettes aminet koldt.

I begge tilfeller skjer det første trinn av kondenseringen mellom fenol og formaldehyd på følgende måte: Man innfører formaldehyd og fenol til en reaktor og derefter blir det hele, under mekanisk omrøring, oppvarmet eller avkjølt for å nå en temperatur som ligger noe over smelte-temperaturen for fenol. Man fortsetter den mekaniske omrøring under hele reaksjonscyklusens varighet. Man tilsetter katalysator på regulær måte og, umiddelbart efter slutten av denne tilsetning, heves temperaturen i blandingen til en verdi som tillater en optimal kondensasjon og oppnåelse av en fortynn-bar harpiks. Man opprettholder denne temperatur inntil omdanningsgraden for fenol er over 93%.

Derefter blir i det ene tilfelle det hele progressivt avkjølt og amin tilsatt under omrøring; i det andre tilfelle avkjøles det hele progressivt til en temperatur mellom 45 og 20° C hvorefter aminet tilsettes.

Eksemplene 1 og 2 gjelder fremstilling av harpikser med tilsetning av amin under avkjølingen.

Eksempel 1

a) Fremstilling av harpiksen

Til en 2 liters reaktor utstyrt med et røreverk, en konden-sator, et termometer og et reaktant innløp, settes 564,66 gram tilsvarende 6 mol fenol til 1217,43 gram tilsvarende 15 mol formaldehyd i 37%-ig vandig oppløsning for derved å oppnå et mol-forhold F:P lik 2,5.

Blandingen bringes til 45°C under omrøring og derefter tilsettes regulært, i løpet av 30 minutter og under opprett-holdelse av temperaturen på 45°C, 56,47 gram soda i 50%-ig vandig oppløsning (det vil si 11 mol 0H~ pr 100 mol opprinnelig fenol ).

Man hever derefter temperaturen på regulær måte fra 45 til 70°C i løpet av 30 minutter og holder temperaturen ved 70°C i 80 minutter inntil omdanningsgraden for fenol er 93%.

Derefter begynner man å avkjøle blandingen jevnt; man tilsetter progressivt i løpet av de første 30 minutter dietanolamin i en mengde av 141,16 gram tilsvarende 25 vekt-% i forhold til vekten av fenolen. Ved slutten av amin-tilsetningen er temperaturen ca 60°C. I løpet av de 15 minutter som følger efter slutten av tilsetningen av amin holdes temperaturen i reaksjonsmediet nær 60°C der reaksjonen er eksoterm. Derefter fortsetter man å avkjøle blandingen. Når temperaturen i reaksjonsblandingen når ca 25°C, efter ca 30 minutter, tilsettes svovelsyre i 20%-ig vandig oppløsning og i løpet av 60 minutter, for å nå en pH-verdi på 8,0 til 8,1. Man innfører derefter progressivt og i løpet av 60 minutter, ureakorn i en mengde av 426,5 gram~eller 35 vekt-%, beregnet på den totale vekt av harpiks, uttrykt på tørrstoff-basis.

Harpiksen foreligger i form av et klart vandig preparat med en uendelig vannfortynnbarhet i vann ved 20°C efter mer enn 8 dager. Mengden frifenol er 0,8% og mengden friformaldehyd er under 0,5%.

Man kan merke seg at hvis man sammenligner denne harpiks med en harpiks oppnådd i henhold til den prosess som er beskrevet i det ovenfor nevnte EP-Å-148 050, for eksempel harpiksen fra eksempel 4, har disse harpikser frifenolinnhold som er noe forskjellige, 0,5% henholdsvis 0,8%, dette skyldes at i det ene tilfelle, det ifølge oppfinnelsen, er forholdet F:P 2,5 mens forholdet i '050 er 3,5. Hva angår mengden fri formaldehyd i harpiksen i eksempel 4 i '050 er den 1, 12% mens fortynnbarheten er 2000% efter mer enn 8 dager.

b) Limpreparat

Man benytter den ovenfor oppnådde harpiks for å fremstille et

limpreparat uten tilsetning av urea. Limadditivene er ammoniumsulfat og ammoniakk. Pr. 100 vekt-deler harpiks utgjør ammoniumsulfatet 2 deler og ammoniakken 1 del.

c) Fremstilling av sluttprodukt:

Ved utløpet av en i og for seg kjent sentr ifugerings

innretning for fremstilling av mineralfibre, forstøves mot fibrene, mellom deres utløp fra sentrifugen og til de blir fanget opp på en oppsamlingsinnretning, et limpreparat som beskrevet ovenfor i en mengde av 2 til 20 vekt-% limpreparat i forhold til vekten av ferdig isolasjonsprodukt. Vannet i preparatet fordampes delvis på grunn av den høye temperatur. Efter oppfanging av fibrene på oppsamlingsorganet og efter dannelsen av en matte underkastes denne en termisk behandling i en ovn ved en temperatur mellom 180 og 200° C i ca 2 minutter, noe som fører til en polykondensering av harpiksen.

Under sin anvendelse for fremstilling av et sluttprodukt underkastes limpreparatet som omfatter harpiksen ifølge oppfinnelsen og bestående av fenolformaldehyd-, formaldehydurea- og fenolformaldehydaminkondensater, temperaturer på over 100°C. Urea-formaldehydkondensatet er lite stabilt mot varme og har en tendens til dekomponering og på ny å danne formaldehyd.

For å bedømme forurensningen på grunn av fri formaldehyd som kan settes fri under behandlingen av mineralfibrene og fra limpreparatet, benyttes en metode som simulerer de betingelser som limpreparatet underkastes.

Evalueringsmetode for avgivelse av formaldehyd:

man anbringer 100 gram limpreparat med 10% tørrstoff i en ovn ved 180°C i 2 timer og man underkaster den en spyling med luft i en mengde av 1 liter pr. minutt. Man fører dampene som avgis gjennom 3 feller inneholdende vann og bestemmer formaldehyd ved hjelp av spektrokolorimetri efter kromotropi-syre metoden og fenol ved gasskromatografi i gassfase ved hjelp av en apparatur utstyrt med en flammeioniserings-detektor. For bestemmelsen av fenol benyttes fortynnings-oppløsninger.

Mengden avgitt formaldehyd er 2,5 gram, mengden fri fenol er 8,8 gram pr. kilo tørrstoff i en 10%-ig 1imoppløsning.

Som en indikasjon er for et standardlim som definert nedenfor, de respektive mengder for formaldehyd og fenol under de samme betingelser 6,6 gram og 11 gram.

Eksempel 2

I dette eksempel omsettes 1003,15 gram "eller 12,4 mol formaldehyd i 37%-ig oppløsning med 377,6 gram tilsvarende 4 mol fenol. Som katalysator benyttes CaO i en mengde på 20,8 gram tilsvarende 0,316 mol. Under avkjølingen innføres 75,52 gram monoetanolamin, altså 20 vekt-%, beregnet på fenolen.

Mengden urea som tilsettes efter nøytralisering med svovelsyre for å oppnå en pH-verdi lik 8,2, tilsvarer 35 vekt-% beregnet på den totale vekt av harpiksen, uttrykt som tørrstoff.

Den oppnådde harpiks har en uendelig fortynnbarhet i vann, en mengde frifenol på under 0,2% og en mengde friformaldehyd på under 0,5%.

Det følgende eksempel angår en harpiks fremstilt ved å tilsette aminet koldt.

Eksempel 3

Fremstilling av harpiksen.

Til en reaktor av den ovenfor beskrevne type settes det 470,55 gram tilsvarende 5 mol fenol til 1420,34 gram formaldehyd i 37%-ig vandig oppløsning, tilsvarende et mol-forhold F:P lik 3,5. Som i eksempel 1 oppvarmes blandingen til ca 45°C hvorefter man i løpet av 30 minutter tilsetter 47,06 gram vandig 50%-ig sodaoppløsning, altså 0,588 mol og 11,76 mol OH" pr. 100 mol opprinnelig fenol, mens temperaturen ble opprettholdt til 45°C. Blandingen bringes til 70°C i løpet av 30 minutter og holdes derefter ved denne temperatur i ca. 90 minutter inntil man har oppnådd en omdanningsgrad for fenol på 97,5%. Blandingen blir derefter progressivt avkjølt til ca 25° C i løpet av 50 minutter. Man tilsetter så 38,76 gram monoetanolamin tilsvarende 8,2 vekt-% beregnet på vekten av fenol og tilsetninger skjer progressivt i løpet av 20 minutter. Man nøytraliserer reaksjonsblandingen med en 20%-ig svovelsyreoppløsning til pH 7,4. Derefter tilsettes, ved 20° C og i løpet av ca 30 minutter, en 27%-ig ammoniakkoppløsning, i en mengde som tilsvarer 20 vekt-% av støkiometrien for omsetningen formaldehyd-ammoniakk.

Man tilsetter derefter, i løpet av 60 minutter, 471,2 gram urea i kornform tilsvarende 35 vekt-%, beregnet på den totale vekt av harpiks og uttrykt som tørrstoff.

Harpiksen foreligger i form av et vandig klart preparat med en uendelig fortynnbarhet i vann ved 20° C efter mer enn 8 dager. Mengden fri-fenol er under 0,2% og mengden friformaldehyd er under 0,75%.

b) Limpreparat

Som i eksempel 1 fremstilles et limpreparat som kun inneholder harpiksen som fremstilt ovenfor og som limadditiv inneholder 6 deler ammoniumsulfat og 3 deler ammoniakk. Man bedømmes den termiske stabilitet for harpiksen som i eksempel 1. Mengden formaldehyd som gjendannes under prøven er 3 gram, den til fenol er 6 gram pr. kilo tørrstoff fra en 10%-ig 1imoppløsning.

Eksempel 4

Man fremstiller en harpiks som i eksempel 1 fra formaldehyd og fenol for å oppnå et mol-forhold F:P lik 2,3. Reaksjonen mellom formaldehyd og fenol finner sted ved 70° C og i 90 minutter. Man tilsetter dietanolamin i en mengde av 22 vekt-%, beregnet på vekten av fenol, ved begynnelsen av av-kjølingen av reaksjonsblandingen som antydet i eksempel 1. Efter nøytralisering med svovelsyre tilsettes det ikke urea.

Harpiksen som oppnås oppviser en mengde frifenol på 1,3% og en mengde friformaldehyd på under 0,5%. Mengden frifenol som er høyere enn i de andre eksempler, skyldes et lavt F:P forhold. Derimot inneholder harpiksen, da urea ikke tilsettes, ikke urea-formaldehydkondensat og ~er derfor mere stabil. Man kan sette urea til limpreparatet inneholdende denne harpiks for å justere gel-tiden for limet.

Den følgende beskrivelse angår anvendelsen av mineralfibre som er limt ifølge oppfinnelsen.

Mineralfibrene som er limt med et limpreparat ifølge oppfinnelsen, kan spesielt benyttes som isolasjonsprodukter, men også som substrater for hydroponisk dyrkning.

Fordelene som er forbundet med bruken av limpreparatene ifølge oppfinnelsen på de to områder som er antydet ovenfor, fremgår av de nedenfor angitte sammenlignende eksempler i forbindelse med 6 preparater , A2, , % 2 °S C. Blandingene og Ag er standard preparater som nevnt ovenfor. De omfatter begge to en harpiks kun på basis av formaldehyd og fenol i et mol-forhold F:P mellom 2,7 og 4,2 og fortrinnsvis 3,0 og 3,5; samt de vanlige limpreparat-additiver som angitt ovenfor: urea, ammoniumsulfat, silan, ammoniakk og eventuelt en mineralolje. Det er således ingen tilsetning av urea i fremstillingssyklusen for harpiksen, men kun under formuleringen av det ferdige lim.

Preparatene B^ og Bg er i henhold til oppfinnelsen. De omfatter en harpiks med sammensetning identisk den som er gitt i eksempel 1 og med et F:P forhold lik 2,5, men med en noe forskjellig mengde urea som står for 20 vektdeler tørrstoff av limet, mens den ferdige harpiks utgjør 100 deler for B-L og 35 deler for Bg- De omfatter likeledes additiver analog de ovenfor nevnte, men denne gang uten supplementær urea.

Preparat B er også ifølge oppfinnelsen og er på et hvert punkt sammenlignbart med B^. Den eneste modifikasjon er forholdet F:P som her er lik 2.

Nedenfor er andelene, uttrykt i tørrstoff av limet, for hver av bestanddelene, oppført:

Uansett om det er for å , oppnå isolasjonsplater eller dyrkningssubstrater har man sammenlignet mengdene fenol og formaldehyd som settes fri i en fibreringslinje ved sentri-fuger ing-trekking av glassfibre, når man forstøver limene Ag og Bg mot fibreringsorganet (sentrifugen) og mottageren (transportørbåndet). Disse målinger gjennomføres på høyde med mottagerorgan som mottar fibrene, vanligvis utstyrt med sugeinnretninger som tillater på mere effektiv måte å samle opp fibrene. Det er i avgassene som oppnås fra denne avsuging, man bestemmer mengdene fenol og formaldehyd, uttrykt i kilo pr. tonn fibrert glass:

Det fremgår av dette at andelene av limene A og B i fohold til mengden impregnert glass, er identiske,""nemlig ca 4,5%, en mengde som er vanlig for isolasjonsprodukter. Dette viser at det å benytte lim Bg ifølge oppfinnelsen i stedet for et standard lim Ag, i betydelig grad tillater å redusere mengden fenol (med 53%) og i særdeleshet formaldehyd (85%) som settes fri i fibreringslinjen i det området som er mest tilbøyelig til å favorisere slik frisetting.

Med et limpreparat som oppviser en harpiks ifølge oppfinnelsen ved et forhold F:P på 2,5 oppnås således frisettingsgrader for fenol og formaldehyd i linjen for limte glassfibre på 0,17 gram pr. tonn glass.

Man har likeledes beregnet mengden av formaldehyd som avgis av hydroponiske substrater på basis av limte glass- og stenfibre når disse benyttes under sine bruksanvendelser, det vil når de impregneres med vann, når plantene vannes og det til substratene settes de nødvendige stoffer for plantevekst.

Man benyttet hele tiden en metode for simulering av disse betingelser: den består i å tildanne prøvestykker på 75 mm x 70 mm x 40 mm (210 ml) i sluttsubstrat i det vektandelen lim i forhold til fibrene denne gang er ca. 2,5, en mengde som er vanlig for slike hydroponiske dyrkningssubstrater. Prøvene massereres derefter i en parallell epipedisk plastbeholder i nærvær av 250 milliliter demineralisert vann. (Dimensjonene for esken er slik at prøven befinner seg så og si helt nedsenket i vannet).

Man skal merke seg at betingelsene og massereringsvarigheten velges for best mulig å tilsvare en standard dyrkings blokk, mettet i sitt plasthylster på hvilken man anbringer pepper-planten efter 3 dager nedsenking.

Efter 3 dagers kontakt, "lukket eske", blir oppløsningen (deminerali sert vann pluss eventulet formaldehyd) gjenvunnet i sin helhet ved pressing og filtrering. Derefter blir den mengde formaldehyd som er gått i oppløsning i vannet, bestemt ved syrekromotropi og uttrykkt i milligram formaldehyd pr. liter vandig oppløsning.

Resultatene av sammenlignende prøver med 3 lim , og C, er oppført i tabellen:

Helt uventet fastslår man at limene ifølge oppfinnelsen B^ og Ci frigir meget mindre formaldehyd i vann enn standard-limet A i det denne reduksjon er mer enn 41% når det gjelder glassfibere og minst 74% når det gjelder stenfibre.

Det er således fastslått at formaldehyd, oppløseliggjort i meget stor mengde i vanningsvannet, kan ha katastrofale konsekvenser for planteveksten. Det er således spesielt fordelaktig å benytte limene ifølge oppfinnelsen på grunn av at de er meget mindre tilbøyelige enn de andre til å sette friformaldehyd ved hydrolyse i vandig medium.

Som en antydning kan det sies at et limpreparat med en harpiks ifølge oppfinnelsen og med et F:P forhold på 2,5, tillater å oppnå frisettingsgrader formaldehyd for dyrkningssubstrater av glassfibere og stenfibere på henholdsvis 0,35 mg/l og 0,53 mg/l nedsenkingsvann, det vil si mengder som ligger godt under 0,60 mg/l.

Det skal videre påpekes at selv om alle harpikser ifølge oppfinnelsen kan benyttes med fordel ved lTming for isolasjonsprodukter og hydroponiske dyrkningsprodukter, er det å foretrekke og unngå å katalysere harpikspolymeriserings-reaksjonen med bariumoksyd, dette kan medføre en senere toksisitetsrisiko for plantene.

Claims (16)

1. Flytende harpiks med forbedret termisk stabilitet omfattende fenol-formaldehyd- og ureaformaldehyd-kondensater med et innhold av fritt formaldehyd på < 3% av den totale fluidvekt og en fortynnbarhet i vann på minst 1000%, karakterisert ved at harpiksen videre inneholder stabil-itetsforbedrende fenol-formaldehyd-aminkondensater, fremkommet gjennom tilsats av et alkanolamin som reagerer ifølge en Mannich-reaksjon med fritt formaldehyd og fri fenol.

2. Harpiks ifølge krav 1, karakterisert ved at aminet er et monoetanolamin eller dietanolamin.

3. Harpiks ifølge krav 1 og 2, karakterisert ved at den har et innhold av friformaldehyd på under 0,75%, fortrinnsvis under 0,5%, et innhold av frifenol på under 0,2% og en uendelig fortynnbarhet i vann.

4. Fremgangsmåte for fremstilling av en harpiks inneholdende kondensater av fenolformaldehyd og ureaformaldehyd, omfåttene omsetning av fenol og formaldehyd i et mol-forhold over 1, i nærvær av en basisk katalysator, avkjøling av reaksjonsblandingen og omsetting av overskytende formaldehyd med urea, karakterisert ved at man, før tilsetningen av urea, etter avkjøling til reaksjonsmediet tilsetter et alkanolamin som kan gjennomgå en Mannich-reaksjon med formaldehyd og fenol.

5 . Fremgangsmåte ifølge krav 4, karakterisert ved at man omsetter fenol og formaldehyd i et mol-forhold mellom 1,8 og 5.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 4 eller 5, karakterisert ved at man omsetter fenol og formaldehyd i nærvær av en basisk katalysator i en mengde tilsvarende 6 til 20 mol hydroksyl (OH~ekvivalenter) pr. 100 mol opprinnelig fenol ved en temperatur mellom 60 og 75°C, fortrinnsvis ca 70° C, til en omdanningsgrad for fenol lik større enn 93%.

7. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 4 til 6, karakterisert ved at man som amin benytter monoetanolamin eller dietanolamin.

8. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 4 til 7, karakterisert ved at man tilfører aminet i en mengde av 5 til 40 vekt-%, beregnet på vekten av fenol, fortrinnsvis progressiv under avkjøling av reaksjonsblandingen.

9. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 4 til 8, karakterisert ved at man avkjøler reaksjonsblandingen til en temperatur mellom 45 og 20° C og derefter progressivt tilsetter aminet i kulde.

10. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kraven 4 til 9, karakterisert ved at man som basisk katalysator benytter kalk CaO, natrium-, kalium-, kalsium-eller bariumhydroksyd eller trietylamin.

11. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 4 til 10, karakterisert ved at man påbegynner tilsetningen av urea når reaksjonsblandingen befinner seg ved en temperatur på ca 25°C.

12 . Fremgangsmåte ifølge krav 11, karakterisert ved at man tilsetter en ureamengde som representerer 10 til 50 vekt-%, i forhold til den totale vekt av harpiksen uttrykt som tørrstoff.

13. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 4 til 12, karakterisert ved at man tilsetter ammoniakk i en mengde av 0 til 100% av den støkiometriske mengden for omsetningen formaldehyd-ammoniakk, før tilsetning av urea.

14 . Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 4 til 13, karakterisert ved at man nøytraliserer reaksjonsblandingen, før tilsetning av urea, med svovel-, sulfamin-, fosfor- eller borsyre.

15 . Limpreparat for mineralfibre, karakterisert ved at den omfatter en fenolharpiks i henhold til et hvilket som helst av kravene 1 til 3, samt eventuelt urea og eventuelt konvensjonelle 1imadditiver.

16. Limpreparat ifølge krav 14, karakterisert ved at den, beregnet på tørrstoff, inneholder 50 til 90 deler harpiks og 10 til 50 deler urea.