NO327348B1 - Forbedret fremgangsmate for liming. - Google Patents

Abstract

Det blir beskrevet en fremgangsmåte for sammenføyning av et første og andre substrata av trebaserte materialer, hvilken fremgangsmåte omfatter de følgende trinn: påføring av en vannbasert limsammensetning på en første overflate av et første substrat, tørking av det andre substratet, sammenlegging av den første overflaten og en andre overflate på det andre substratet, og pressing av de to overflatene mot hverandre inntil en initiell binding er etablert.

Description

Oppfinnelsens felt

Foreliggende oppfinnelse angår feltet liming av tre og trebaserte produkter. Mer spesifikt angår foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for herding av lim for liming av trebaserte eller treprodukter.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Ved produksjon av tre- eller trebaserte produkter, f.eks. laminerte produkter slik som laminerte bjelker, I-bjelker, parkett, formbøyde laminater, folierte produkter etc, blir et lim påført på en eller begge overflatene som skal limes, fulgt av et pressetrinn. Normalt blir varme tilført under pressetrinnet for å akselerere herdingen av limet.

En utfordring for produsenter av lim er å fremskaffe oppløsninger som tillater en maksimal brukstid for limet hvor det blir benyttet innblandingssystemer, og en akseptabel stabletid, kombinert med en kort herdetid. Brukstiden til et limsystem er tiden fra blanding av herder og lim for å gi et lim som er klart til bruk, inntil viskositeten til det blandede limet blir for høy for påføring / håndtering eller de reaktive komponentene i herderen har reagert med andre komponenter i limblandingen.

Ved separat påføring av limet og herderen, starter limet og herderen først å reagere på det tidspunktet når de blir påført på overflaten(e) som skal limes. Således, er begrensningene som er gitt ved begrenset brukstid fjernet. Imidlertid, er forholdet mellom maksimal stabletid og kort herdetid det samme som for innblandingsapplikasjoner. Ved bruk av enkomponentsystemer er de samme kravene hva angår stabletid og pressetid gyldige. Stabletiden er tiden fra påføring av limet på en overflate inntil presset blir påført. Herdetiden er tiden fra presset blir påført til det er etablert tilstrekkelig styrke til at presset kan fjernes. Under denne operasjonen kan varme bli tilført for å redusere pressetiden. Fremgangsmåter for tilførsel av varme kan være direkte kontaktoppvarming fra en varm presse, oppvarming med varmluft, eller oppvarming av limfugen eller treet ved bruk av radiofrekvenspresser eller mikrobølger eller en hvilken som helst annen fremgangsmåte for å øke temperaturen. Den nødvendige pressetiden blir bestemt av tiden ved en gitt temperatur som er nødvendig for å bygge opp en tilstrekkelig styrke for å tillate ytterligere håndtering / behandling. Fullstryke og vannresistens blir normalt oppnådd en tid etter pressoperasjonen.

Herdehastigheten for de fleste lim blir hovedsakelig bestemt av den kjemiske reaktiviteten og hastigheten for vanntransport bort fra limflaten.

WO2004/104123, som er inkludert her som referanse, angår bruk av varme for å redusere vanninnhold i et lim basert på vannbaserte emulsjoner, slik som polyvinylacetatlim eller emulsjonspolymer isocyanatadhesiver, eller vannbaserte resiner av amino- eller fenoltype. Limet blir påført på en første overflate som skal limes, og varme blir tilført limet for å varme opp og delvis tørke ut limet. Den første overflaten blir så brakt sammen med den andre limfrie overflaten før pressing av de to overflatene sammen for å fullføre limingssekvensen. Denne fremgangsmåten er imidlertid avhengig av et homogent substrat og en homogen filmtykkelse av det påførte limet. Varierende sunstrat og/eller filmtykkelse kan resultere i ujevnt fuktighetsinnhold og forårsake ujevnhet i limingsresultatet. Kun små variasjoner i prosessparametrene kan resultere i dramatisk reduksjon i limingskvalitet og gi dårlige limingsresultater ved for eksempel delaminering. Følgelig er det ekstremt vanskelig å oppnå akseptable resultater med denne fremgangsmåten. Videre, må overflatene som skal limes bli satt sammen innen kort tid etter tørking for å unngå at limfilmen tørker opp og blir ødelagt. Et kort stopp i produksjonen kan derfor forårsake at lamellene hvor lim har blitt påført må vrakes.

EP 1 190 823 beskriver en fremgangsmåte og en anordning for sammenføyning av treblokker, i hvilken fremgangsmåte limet blir påført på den ene overflaten som skal limes. Deretter blir begge overflatene som skal limes, oppvarmet. Limfilmen blir oppvarmet til en temperatur I størrelsesorden 40 til 90 °C, og den motsatte siden til en temperatur høyere enn 100 °C, eksemplifisert med 140 °C. Det faktum at begge overflatene blir oppvarmet og oppvarmet til forskjellig temperaturer, legger kompleksitet til fremgangsmåten og apparatet.

Fl B 103490 angår en fremgangsmåte for sammenliming av trestykker hvor i det minst det ene av trestykkene som skal limes sammen oppvarmes for att varme skal lagres i dette. Varmen tilføres ifølge dette patentet syklisk, med pause mellom oppvarmingssyklussene slik at treet kan oppta varme uten at overflaten tar fyr.

En oppvarming til nær antennelsestemperaturen er ifølge foreliggende oppfinnelse uønsket da dette misfarger treet, og at en slik oppvarming vil medføre en uttørking av substratet som går i dybden av substratet.

US 5.144.822 vedrører også en fremgangsmåte for hurtig sammenliming av tre for å fremstille en laminert trestruktur. Her behandles først et av trestykkene med steam før den steambehandlede overflaten oppvarmes videre ved høyfrekvens spenning lagt over elektroder i emnenes bane, for å gi en overflatetemperatur på fira 50 til 60 °C, før det således behandlede emnet føres sammen med et emne som har fått påført lim på overflaten og emnene presses sammen for å herde.

NO 2005 6044) angår en fremgangsmåte for sammenføyning av overflater for å danne et laminert produkt. Det beskrives her bruk av varme for å tørke den ferdig påførte limsammensetningen etter at denne er påført på substratet, men før overflatene føres sammen.

EP 1 190 823) beskriver en fremgangsmåte for liming av treblokker, hvor limblandingen påføres den ene av overflatene som skal limes sammen, og hvor deretter begge overflatene oppvarmes, men til forskjellige temperaturer.

Et mål ved foreliggende oppfinnelse er derfor å fremskaffe en forbedret fremgangsmåte for liming ved hjelp av en vannbasert limsammensetning, slik som Emulsjon Polymer Isocyanat (EPI), Polyvinylacetat (PVAc), Urea Formaldehyd (UF), Melamin Urea Formaldehyd (MUF), Melamin Formaldehyd (MF), and Fenol Resorcinol Formaldehyd (PRF) limsystemer, som unngår ulempene ved de tidligere kjente fremgangsmåtene.

Oppsummering av oppfinnelsen

Ifølge foreliggende oppfinnelse blir det fremskaffet en fremgangsmåte for liming av et første og et andre substrat av trebaserte materialer, hvor fremgangsmåten omfatter de følgende trinn: a) påføring av en vannbasert limsammensetning på en første overflate av nevnte første substrat,

b) sammenføring av den første og en andre overflate av et andre substrat, og

c) pressing av de to overflatene mot hverandre inntil det er etablert en initiell binding,

hvor et overflatelag med en tykkelse på 0,01 til 5 mm, av den andre overflaten på det andre substratet, blir tørket til et fuktighetsinnhold på under 5% før overflatene legges sammen i trinn b).

Tørkingen av den andre substratet klargjør det andre substratet for absorbsjon av vann fra det vannbaserte limet for således å fjerne vann fra limfugen for å aksellerere dannelsen av en initiell binding som har en tilstrekkelig håndteringsstyrke. Tørking av substratet som sådan under det fuktighetsinnholdet som er tiltenkt for det tiltenkte miljøet for bruk, kan forårsake dannelsen av uønsket stress og dimensjonsinstabilitet i det limte produktet. Fjerning av fuktighet i et slikt overflatelag er foretrukket da det gir en tilstrekkelig kapasitet for absorpsjon av vann fra limfugen samtidig som det ikke fjerner for mye vann fira tresubstratet

Det er foretrukket at substratet(ene) blir tørket ved hjelp av varme. Under tørkingen ved hjelp av varme blir overflaten(e) tørket til en temperatur på 50 til omkring 400 °C, mer foretrukket fra omkring 100 til omkring 300 °C, slik som f.eks. fra omkring 125 til omkring 250 °C, slik som fra omkring 150 til omkring 200 °C. Overflatetemperaturen til substratet under tørkeprosessen er fortrinnsvis så høy at tørkingen blir akselerert sammenlignet med tørking under omgivelsestemperatur, og ikke så høy at det opptrer forkulling eller andre skader på overflaten. Den foretrukne temperaturen kan variere innen de ovenfor angitte grensene avhengig av den planlagte tørketiden, substratet, den opprinelige fuktigheten til substratet og den tilsiktede endelige fuktigheten. Den optimale temperaturen kan bli funnet av fagmannen uten unødvendig eksperimentering

Andre spesielle og foretrukne utførelsesformer ifølge foreliggende oppfinnelse er som angitt i de uselvstendige kravene.

Detaljert beskrivelse

Foreliggende oppfinnelse er basert på det faktum at vannbaserte lim, slik som EPI, PV Ac, UF, MUF, MF og PRF adhesiver, blir helt eller i det minste delvis herdet eller satt, og kan etablere en binding til et substrat som har i det minste en initiell styrke eller håndteringsstyrke, ved fjerning av vann fra limfugen. Denne effekten ved fjerning av

vann er mest uttalt for EPI og PV Ac, men er også til stede i andre nevnte limsystemene.

Ved liming av to trebaserte substrater ved hjelp av de ovenfor nevnte limene, blir limet påført på en første overflate på det første substratet. Den første overflaten blir så brakt I kontakt med en andre overflate på et andre substrat og de to overflatene blir tvunget sammen ved presseanordninger inntil en binding som har en håndteringsstyrke er etablert mellom de to overflatene. Håndteringsstyrken av en limfuge er styrken som tillater at presseanordningene blir fjernet slik at limfugen kan etterherde uten pressing. Håndteringsstyrken kan således variere avhengig av hvordan produktet skal håndteres etter fjerningen av presseanordningene. Det limte produktet kan deretter hvile i en periode som er tilstrekkelig til å tillate limfugen å etterherde til en endelig styrke. Etterherdingen kan ta fra minutter til dager avhengig av limtypen og betingelsene under etterherdingen.

Avhengig av bruksområde og råmaterialene, kan fuktighetsinnholdet til trebaserte produkter som skal limes variere fra omkring 18% for f.eks. limtre, og til omkring 3% for finer for visse anvendelser I møbelindustrien. Normalt fuktighetsinnhold for limtre er omkring 12%, mens normalt fuktighetsinnhold for møbelindustrien kan være omkring 6%.

Ifølge foreliggende oppfinnelse blir limet påført på den første overflaten på det første substratet, mens det andre substratet blir fullstendig eller delvis tørket før overflatene blir fort sammen. Avhengig av anvendelsen av det limte produktet og på tykkelsen av det andre substratet, kan det være foretrukket å tørke kun det ytre laget av det andre substratet, f. eks. at kun den andre overflaten av det andre substratet blir tørket. Eksempler på fremgangsmåter for tørking av det andre substratet omfatter oppvarming f.eks. ved hjelp av IR, mikrobølger, blåsing av varmluft, kontaktoppvarming, og avdamping ved hjelp av vacuum etc. benyttet separate eller i kombinasjon.

En foretrukket utførelsesform for partiell oppvarming, slik som tørking av en overflate, er IR-oppvarming. IR-oppvarming sikrer en effektiv oppvarming av overflatelaget og tillater den avdampede vanndampen å unnslippe. Oppvarmingstiden for tørking av en overflate av et tresubstrat avhenger av karakteristikken til tresubstratet, slik som tetthet og fuktighetsinnhold, temperaturen på IR-varmekilden, avstanden til varmekilden og den påkrevde overflatetemperaturen for substratet. EN høy temperature sikrer avdamping av vann, men en for høy temperature kan forårsake en uønsket forkulling av det ytre laget. Den foretrukne overflatetemperaturen på substratet under tørketrinnet kan variere fra omkring 50 til omkring 400 °C, mer foretrukket fra omkring 100 til omkring 300 °C, slik som f.eks. fra omkring 125 til omkring 250 °C, slik fra omkring 150 til omkring 200 °C.

For å oppnå en effektiv tørking av et overflatelag uten fullstendig å tørke substratet, er det foretrukket at tørketiden er relativt kor, slik som fra omkring 10 sekunder til 30 minutter, foretrukket fra omkring 15 sekunder til omkring 10 minutter. En kortere tørketid kombinert med en kort tidsforsinkelse mellom tørking og sammenføring av overflatene som skal limes sammen sikrer at kun overflatelaget blir tørket og at migrering av fuktighet fra den indre delen av substratet for å utligne fuktigheten, blir minimalisert.

Etter fullstendig eller delvis tørking av den andre substratet, blir overflatene fort sammen og presset for å herde limet for å gi en vannresistent limfuge. Tiden mellom tørketrinnet og trinnet ved sammenføring av verflatene og påføring av press er ikke kritisk så lenge den tørkede overflaten ikke absorberer fuktighet fra omgivelsene og fra resten av substratet dersom kun overflaten blir tørket. Følgelig, avhenger tiden av fuktigheten i omgivelsene og i resten av substratet.

Dersom varme blir benyttet for tørking av substratet, kan det være fordelaktig å bringe den tørkede og og varme overflaten sammen med overflaten som er påført lim før den oppvarmede overflaten er avkjølt. Varmen vil aksellerere herdingen av limet da limfugen blir oppvarmet av den varme overflaten.

Etter at de to overflatene er fort sammen, absorberer den limfrie overflaten vann fra limet for å gi en relativt rask initiell herding for å gi en initiell binding slik at presset kan bli fjernet og det limte produktet kan bli tatt ut av pressen. Dersom den tørre overflaten i tillegg er var, vil temperaturen i limfugen stige asmmenlignet med omgivelsene for aksellerasjon av den endelige herdingen.

En delvis tørking, slik som tørking av overflatelaget av substratet, og få millimeetere, slik som f.eks. fra omkring 0,01 til omkring 5 mm, eller fra omkring 0,05 til omkring 3 mm, inn i substratet tillegger et ytterligere trek. Fjerning av fuktighet fra eller tilsetting av fuktighet til produktet kan forårsake problemer i dimensjonsstabiliteten til det limte produktet og kan resultere i behov for ytterligere prosessering og/eller kondisjonering av produktet. Ved tørking av kun et tynnt ytre lag av en lamell og deretter tilsette fuktughet i form av vann fra limet, kan netto fjerning eller tilsetning av vann under limingsprosessen bli i det minste delvis balansert. Det totale fuktighetsinnholdet i det limte produktet er da når det ønskede eller normale fuktighetsinnholdet og fuktigheten kan bli utlignet gjennom produktet under etterherdingen eller akklimatiseringen av produktet etter liming uten dannelse av uønsket stress og dimensjonsinstabilitet.

Det kan også være foretrukket at det første substratet, foretrukket kun en første overflate derav, blir tørket før limet blir påført på den første overflaten. Den eventuelle tørkingen av det første substratet, slik som den første overflaten. Blir foretrukket utført som indikert ovenfor med referanse til tørkingen av det andre sunstratet og andre overflaten. Tørking av det første substratet, eller foretrukket den første overflaten derav, vil legge ytterligere kapasitet for vannfjerning til tresubstratene på begge sider av limfugen. I tillegg vil limet bli trukket I nærmere kontakt med treoverflaten under absorbsjoneen av vann og kan resultere i en mer intim kontakt mellom limet og det første substratet for å forbedre limingskvaliteten.

Eksempel 1 - effekten av tørkingen

Beregninger er gjort for typiske vannbaserte emulsjonsadhesiver, slik som Prefere 6151/6651 fra Dynea AS. Disse adhesivene har et faststoffinnhold på omkring 60 %, og følgelig et vanninnhold på omkring 40%. Den initielle bindingen blir oppnådd når omkring 30 il 60% av dette vannet er trukket ut av limfugen. Påføring av 150 g/m<2> av et adhesive med et faststoffinnhold på 60 % tilsvarer 60 g/m<2> vann. For å gi en initiell binding må 18 til 36 g/m<2> vann bli fjernet fra limfugen.

Tørking av et overflatelag på 1 mm av en lamell som har en initiell fuktighet på 12 % til en fuktighet på 0% resulterer i en fjerning av 47 g/m vann. Følgelig, vannet some r nødvendig for å gi en initiell binding tilsvarende til vannet som trenges for å gjenopprette den intielle fuktigheten i en dybde på omkring 0,4 til omkring 0,8 mm av lamellen.

For å verifisere enne teorien, ble testlameller med en dimensjon på 20 x 150 x 400 mm fremskaffet. Lamellene ble delt i to grupper. En første gruppe lameller ble tørket ved hjelp av varme til en fuktighet til 3% og deretter avkjølt til 20 °C. En andre gruppe ble holdt ved 20 °C og en fuktighet på 12 %.

Tre limingstester ble utført som indikert i tabell 1, nedenfor. Umiddelbart etter påføring av limet ved 150 g/m<2>, blelamellene brakt i kontakt og presset sammen i 3 minutter ved 20 °C. Den normalt nødvendige / anbefalte pressetiden for dette limet for liming av trelameller med en fuktighet på 12% er omkring 30 minutter.

Umiddelbart etter liming ble limingskvalliteten til limfugen testet ved hjelp av en meiseltest, dvs. ved å tvinge en meisel inn i limfugen for å forårsake delamininering av det limte produktet. Overflaten til bruddet ble inspisert visuelt og nærværet av trebrud I forholdt til limbrudd ble estimert. En høy Verdi for trebrudd indikerer en god limingskvalitet.

Tabell 1 - Testresultater

De beste limingsresultatene ble oppnådd for testprøven ved bruk av to tørkede lameller. Resultatene for testprøven omfattende en tørket og en ikke-tørket lamell, hvor limet ble påført på den ikketørkede lamellen, viste god liming selv om trebrudd var lavere. Kontrollprøven, dvs. liming av to utørkede lameller, ga ingen liming som forventet. Resultatene fra tabell 1 viser klart at tørking av en eller begge lamellene resulterer I betydelig kortere påkrevet pressetid enn forventet for lameller ved en fuktighet på 12% ved 20 °C. Begge testprøvene hvor minst en av de to lamellene var tørket til en fuktighet på omkring 3% ga god liming, etter 3 minutters pressetid for et limsystem som normalt trenger en pressetid på 30 minutter.

Eksempel 2

En laboratorietest ble utført ved bruk av et hurtigherdende EPI lim, Prefere 6151/6651 fra Dynea AS. Det testede limsystemet krevde en pressetid på 30 minutter ved 20 °C og 12 % fuktighet I tresubstratet. Limet ble påført på en overflate av en lamell som hadde diminsjonene 30 x 150 x 400 mm, ved en limspredning som indikert I tabellen. Mengden lilm ble testet bade før og etter liming ifølge WO2004/104123 og ifølge foreliggende oppfinnelse ved tørking av overflaten til den andre overflaten av det andre substratet ved hjelp av varme. Varmen ble tilført ved hjelp av en IR-lampe med en avstand på 2 cm til substratet. Substratet ble oppvarmet med intervaller på 7 sekunder.

Limingskvaliteten ble testet ved hjelp av meiseltesten umiddelbart etter liming og resultatene er illustrert i tabell 2 nedenfor.

Tabell 2

Oppvarming og delvis tørking av det påførte lim ifølge WO2004/104123.

<++> Oppvarming og tørking av den ikke-påførte overflaten ifølge foreliggende oppfinnelse.

Oppvarming av limfugen ifølge W02004/104123 resulterte I varierende limingskvalitet som vist I tabell 2. Små variasjoner I limspreding, temperature, IR oppvarmingstid og tid mellom oppvarming og pressing av lamellene sammen resulterte i varierende resultater / limingskvalitet. Foreliggende fremgangsmåte ved tørking av den motsatte overflaten ga bedre og jevnere resultater, noe som gjør fremgangsmåten mer anvendelig for industrielle prosesser.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for liming av et første og et andre substrat av trebaserte materialer, hvor fremgangsmåten omfatter de følgende trinn: a) påføring av en vannbasert limsammensetning på en første overflate av nevnte første substrat, b) sammenføring av den første og en andre overflate av et andre substrat, og c) pressing av de to overflatene mot hverandre inntil det er etablert en initiell binding, karakterisert ved at et overflatelag med en tykkelse på 0,01 til 5 mm, av den andre overflaten på det andre substratet, blir tørket til et fuktighetsinnhold på under 5% før overflatene legges sammen i trinn b).

2. Fremgangsmåten ifølge krav 1, karakterisert ved at et overflatelag med en med en tykkelse omkring 0,05 til omkring 3 mm, av nevnte andre substrat blir tørket.

3. Fremgangsmåten ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at fuktighetsinnholdet til nevnte andre overflate er under 3 % og mer foretrukket under 1% før nevnte første og andre overflater blir ført sammen.

4. Fremgangsmåten ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det første substratet blir tørket før påføring av lim.

5. Fremgangsmåten ifølge krav 4, karakterisert ved at fuktighetsinnholdet til nevnte første overflate er under 5%, mer foretrukket under 3 % og mer foretrukket under 1 % før lim blir påført nevnte første overflate.

6. Fremgangsmåten ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at substratet (ene) blir tørket i fra omkring 10 sekunder til omkring 3o minutter, mer foretrukket fra omkring 20 sekunder til omkring 10 minutter.

7. Fremgangsmåten ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at overflaten(e) blir tørket ved hjelp av varme.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at nevnte overflate(r) blir tørket ved oppvarming til en temperatur på 50 til omkring 400 °C, mer foretrukket fra omkring 100 til omkring 300 °C, slik som for eksempel fra omkring 125 til omkring 250 °C, slik som fra omkring 150 til omkring 200 °C.

9. Fremgangsmåten ifølge krav 7 eller 8, karakterisert ved at ved at nevnte overflate(r) blir oppvarmet ved hjelp av en eller flere IR lampe(r).