NO742820L - - Google Patents

Description

"Fremgangsmåte for fremstilling av støpte,

ekspanderte urea/ formaldehydprodukter"

Oppfinnelsen vedrører støpte produkter som. inneholder harpikser som er basert på urea-formaldehyd(UF)-kondensasjons-produkter i vandig løsning, med eller, uten tilsetninger av melamin-formaldehyd(MF)-kondensasjonsprodukter. Disse materialer kan fremstilles- i form av plater eller ha andre former, med lav spesifikk vekt (0,2-0,8), god mekanisk styrke, tilfredsstillende motstands-dyktighet overfor vann og vær og med langt bedre brannresistens enn f.eks. ekspanderte polyuretanskum-sandwich-materialer. Paneler som fremstilles ved denne prosess, har lav pris og kan overflate-behandles slik at man får sandwich-plater med et ytre skikt av syntetisk harpiks, som eventuelt kan være armert med fibere eller fyllstoffer,' eller med trefinér, metallblikk, papirhud eller andre konvensjonelle kledninger.

Det er velkjent at lettvektartikler med høyt harpiks-innhold i sin helhet kan fremstilles fra ureaformaldehyd- og andre harpiksløsninger ved innarbeidelse av en katalysator som bevirker gelering og herding av harpiksløsningen, sammen med et skummemiddel. Den blandede løsning slås mekanisk opp i den hensikt å innarbeide findelte luftbobler, som stabiliseres av skummemidlet,

og dette tillates å herdes i en støpeform eller et hulrom. Slike skummede artikler har generelt meget lav mekanisk styrke og opp-viser vanligvis stor krymp, deformering og sprekkdannelse ved herding, noe som skyldes tap av betydelige mengder vann som er til-stede i blandingen, og også det som produseres under herde-reaksjonen.

Det er nå imidlertid funnet at UF-harpiksløsninger (og blandinger derav med MF-harpikser) kan brukes til å fremstille hårde, stabile paneler eller artikler av annen form som ikke sprekker eller utsettes for forvridning, ved at det i harpiks-løsningen innarbeides en katalysator som bevirker gelering og herding, eventuelt også innarbeidelse i harpiksløsningen av til-strekkelig skummemiddel til å tillate en moderat grad av skumming, blandingen støpes og tørkes delvis., og den resulterende gel

herdes for frembringelse av en preform, preformen varmebehandles, fortrinnsvis ved en temperatur over ca. 120°C, fortrinnsvis over 140°C, i en innspennings-støpeform som tillater ekspansjon av preformen under varmebehandlingen.

Hvis det anvendes et skummemiddel, kan det være bare lett ekspansjon av preformen i den innspennende støpeform. På den

annen side, hvis det ikke anvendes noe skummemiddel, kan den innspennende støpeform tillate større ekspansjonsgrad i preformen under varmebehandlingen. (Videre, selv om det foretrekkes å fremstille en preform i et første trinn og varmebehandle den i støpe-formen i et annet trinn, er det mulig å kombinere disse trinn ved delvis herding av gelen i støpeformen i første rekke, og deretter tørkes og herdes den fullstendig i denne, under trykk.)

Oppfinnelsen tilveiebringer følgelig en fremgangsmåte for fremstilling av støpte, ekspanderteUF-produkter, og fremgangsmåten omfatter de trinn som går ut på å innarbeide i en UF-harpiks-løsning (eller en blanding derav med MF-harpiks) en katalysator som bevirker gelering og herding av harpiksløsningen, eventuelt også innarbeidelse i harpiksløsningen av et skummémiddel, støping av blandingen i en støpeform som er åpen på toppen, for gelering, delvis tørking og herding av den resulterende gel for frembringelse av en preform, og påfølgende varmebehandling av preformen ved en temperatur over. 120°C i en lukkbar innspenningsstøpeform og til-latelse av ekspansjon av preformen i denne.

Dimensjonene for støpeformen kan være slik at den kolde, herdede preform kan tillates å ekspandere i en viss utstrekning under den endelige varmebehandling slik at man kan anta at alle støpeformens dimensjoner nyttegjøres. Graden av kold skumming kan varieres innen vide grenser, og også mengden av endelig ekspansjon under varmebehandlingsprosessen, men det er funnet at paneler som har en endelig, tilsynelatende spesifikk vekt i området 0,2-0,8 synes å ha de beste egenskaper både med hensyn til mekanisk styrke og fremstillingsomkostninger.

Fremgangsmåten kan eksemplifiseres på følgende måte:

Eksempel 1

100 volumdeler av en standard flytende UF-harpiks med et faststoff innhold på 69% deles i to. deler

(a) 20 volumdeler

(b) 80 volumdeler

De 20 volumdeler harpiksløsning fortynnes med 20 volumdeler vann

som er blitt tilsatt et passende skummemiddel, f.eks. "Polawax GP200 (Croda Ltd.) eller natriumalkylsulfat eller en annen egnet skum-produserende substans, f.eks. såpe eller vaskemiddel, og løsningen slås deretter mekanisk opp ved høy hastighet til det er blitt inn-arbeidet 50-150 volumdeler luft. Det resulterende stive skum,

i hvilket luftboblene er stabilisert ved hjelp av skummemidlet, kjøres så gjennom en homogenisator for fjerning av store bobler og for å frembringe en glatt krem som inneholder luften immeget findelt, jevn tilstand. Dette er kjent som "skum-råmaterialet".

Til de andre 80 volumdeler harpiksløsning tilsettes 10 volumdeler av en 10 vekt% løsning av handelsvanlig 85% maursyre, og denne blanding fortynnes så umiddelbart med det allerede fremstilte skum-råmateriale idet man passet på å ikke.innføre storeJluft-bobler.

Den resulterende blanding helles så ned i en flat støpeform som er åpen på toppen ("støpeformen") for å gelere. Denne støpe-form er fortrinnsvis foret med papir slik at gelen lett kan tas ut på et senere stadium.

Den gelerte blanding har således følgende sammensetning:

Gelen får herde (idet man passer på å forhindre noe særlig tap av vann) til den blir fast nok til å kunne fjernes fra støpeformen som en preform. Denne prosess vil kreve 12-24

timer ved omgivelsestemperatur, eller den kan fullføres i løpet av få minutter ved 50/60°C, eller den kan gjøres enda raskere

ved å øke konsentrasjonen av maursyreløsning som anvendes.

Hvis oppvarmning anvendes i dette trinn, bør temperaturen ikke være så høy i de tidlige trinn at det bevirker noen ekspansjon av gelen.

Etter fjerning fra støpeformen, anbringes den "koldherdede" preform i en lukkbar, flat støpeform, fortrinnsvis med dimensjoner som er litt større enn for den opprinnelige "støpeform". Støpeformen som inneholder preformen, anbringes så

i en standard varmpresse med flat plate, hvor platetemperaturen er over ca. 120°C, f.eks. ca. 140-155°C, og ved et lukket trykk av størrelsesorden ca. 3,5-21 kg/cm<2>for å holde støpeformen lukket. Lokket på toppen av støpeformen kan være forsynt med riller på undersiden slik at eventuelt damptrykk som bygger seg opp,

kan unnslippe.

Under varmeherdingen,. som krever 10-30 minutter, avhengig av tykkelsen av panelet og katalysatorkonsentrasjonen, vil preformen ekspandere slik at den antar den annen støpeforms fulle dimensjoner. Etter varmherding av panelet kan dette lagres flatt under, vekter slik at man får fullstendig stabilisering og tørking.

Følgende punkter bør iakttas:

(i) Hvis store hulrom frembringes under varmebehandlingstrinnet, vil det være på grunn av at preformen har vært util-strekkelig koldherdet før varmebehandlingstrinnet. (ii) Den flytende standard UF-harpiks som er anvendt ovenfor, er "Aerolite 300", CIBA-GEIGY UK Ltd. En egnet resept for anvendelse ved prosessen er som følger:

(iii) Andre syre- eller syredannende katalysatorer enn

maursyre kan anvendes.

(iv) Den koldherdede preform kan med fordel tørkes delvis før den endelige varmeekspansjon.

Tilfredsstillende paneler kan også fremstilles ved at skummeoperasjonen utelates og hele ekspansjonen tillates å finne sted under den endelige varmebehandling av preformen i støpeformen. En egnet resept for denne utførelsesform av oppfinnelsen er som følger: .

Resept II

Flytende UF-harpiks ("Aerolite 300"): 100 volumdeler

8 til 12% maursyreløsning: 10 volumdeler.

Syrekonsentrasjonen justeres slik at man får en geltid på ca. 15 minutter ved 21°C. Dette er simpelthen for å lette den eksperimentelle håndtering. Geltidene kan reduseres forsvarlig til 2-3 minutter ved 21°C når kontinuerlig blande- og støpeutstyr er. tilgjengelig.

UF- harpiks- herdemekanisme ( generell)

Omdannelsen av flytende UF-harpikser til en endelig, usmeltelig masse er en totrinnsprosess som krever følgende

.betingelser:

(a) Gelering - som kan gjennomføres ved oppvarmning og/eller

surgjøring fulgt av:

(b) Fjerning av vann ved fordampning.

Geltrinnet kan derfor nås bare ved-oppvarmning, men det er en langvarig prosess. Surgjøring vil imidlertid bevirke gelering under kolde betingelser, og hastigheten kan reguleres innen fine grenser i henhold til de grader som pH-verdien synkes i.

Geltrinnet er et mellomliggende trinn i herdecyklusen, og selv om produktet kan være relativt kort, kan fullstendig herding ikke oppnås før praktisk talt alt det løst bundne, vann i gelen er fjernet ved fordampning. Når vannet fordamper fra massen, fort-setter- fornetningen inntil det endelige, usmeltelige faste stoff er produsert.

Hvis den sure gel som fremstilles av en flytende UF-

harpiks oppvarmes i en lukket støpeform for forhindring av unn-slippels av vanndamp, kan herdingen ikke fortsettes i tilfredsstillende grad selv om oppvarmningen kan forlenges. Under disse betingelser er herdeprosessen reversibel-, og eksempelvis kan fullt herdede masser myknes i betydelig grad ved behandling med damp under trykk.

Damp av meget høyt trykk vil. faktisk frembringe fullstendig ned-brytning til aminer og andre enklere forbindelser.

Valget av syrekatalysatorer som skal anvendes, har også innvirkning på herdémekanismen. Hvis en relativt ikke-flyktig syre anvendes, er det mulig å frembringe eksepsjonelt lave pH-verdier på overflaten av massen .når^yann går tapt fra, geltrinnet, og dette resulterer i en varierende herdehastighet fra overflaten og inn-

over i massen. De således frembragte spenninger som skyldes for-skjellig krymp, bevirker brudd i massen slik at det oppstår små partikler.

Maursyre velges som den foretrukne katalysator, fordi dens damptrykk ligger meget nær verdien for vann, og man har således mindre tendens til overflatekonsentrasjon.

Hvis man betrakter virkningene av de faktorer som styrer herdecyklusen i forhold til produksjonen av UF-plater, kommer man frem til følgende konklusjoner: A. Ekspandert syregelprosess ( uten anvendelse av et skummemiddel).

Vanninnhold/pH-balansen bør reguleres med en viss

presisjon.

Kommersielle flytende UF-harpikser produseres normalt ikke med mer enn ca. 70. vekt% faststoffinnhold, fordi et høyt faststoff generelt ville frembringe uhåndterlige viskositeter som nærmer seg halvfast tilstand.

Hvis en syregel produseres fra en .70% flytende harpiks og deretter ekspanderes ved oppvarmning over 100°C, har den resulterende plate en ganske grov porestruktur og er fremdeles noe myk ved fjerning fra støpeformen. Fullstendig herding vil imidlertid finne sted under postherdekondisjoneringstrinnet (tap av vann).

Hvis på den annen side noe av vannet fjernes fra syregelen før varm-ekspansjonén, er porestrukturen meget finere og den ekspanderte

plate vil trenge meget liten postherdekondisjonering.

B. Skummet og ekspandert syregelprosess ( med anvendelse av et skummemiddel).

Dette er naturligvis en variant av prosess A ovenfor. Før geleringen finner sted preskummes den flytende harpiks som beskrevet i eksempel 1. En meget fin, stabil porestruktur.er viktig i dette trinn.

Etter geleringen må det fjernes en noeQstørre vannmengde, og det vil inntreffe en viss krymp. Det er mulig i' dette trinn å frembringe en endelig hård, herdet plate med tilfredsstillende mekaniske egenskaper, simpelthen ved å la fullstendig tørking finne sted ved romtemperatur, forutsatt at platene innspennes i flat tilstand. Fullstendig tørking under høy hastighet kan naturligvis oppnås ved sirkulering.av varm luft med én temperatur på f.eks. 60-70°C. På den annen side, hvis dette tørketrinn stanses når platen fremdeles har i behold et betydelig fuktighetsinnhold (og således.ikke er fullstendig herdet), kan ytterligere ekspansjon oppnås ved varmpressing, f.eks. ved 150°C, i ét kort tidsrom da celleveggene i den opprinnelige skumstruktur selv vil ekspandere under innflytelse av det resterende vanninnhold.

Eksempel 2

10 vektdeler av en 10% maursyreløsning ble tilsatt til 100 deler av en flytende UF-harpiks ("Aerolite 300"). Dette ble støpt inn i en støpeform som var 12 mm dyp og ble hensatt til gelering. Etter 90 minutter ble støpeformen lukket og anbragt i en oppvarmet presse ved en temperatur på 140°C. Et trykk på 7 kg/cm ble anbragt på støpeformen slik at man skulle være sikker på at den var lukket. Etter 30 minutter i pressen ble støpeformen avkjølt til under 50° C og trykket ble så avlastet. Et stabilt, ekspandert materiale ble fjernet fra støpeformen. Tettheten til materialet var tilnærmet 0,4 g..cm og den gjennomsnitlige størrelse på boblene i det ekspanderte materiale var mindre enn 1 mm.

For sammenligningens skyld ble harpiksen, uten maursyre, anbragt uten foregående behandling i støpeformen som så umiddelbart ble oppvarmet ved 140°C i 30 minutter som beskrevet ovenfor.

Etter avkjøling og åpning ble et skummet produkt fjernet fra støpe-formen. Tettheten var ca. 0,35 g.cm -3, men materialet var sprøtt og hadde en svært grov cellestruktur: (boblestørrelse > 2 mm i mange tilfeller).

Den samme umodifiserte harpiks ble satset inn i en støpe-form og gelert ved oppvarmning ved 60°C i 180 minutter. Dette ga, etter oppvarmning og avkjøling i en presse som tidligere, også

et utilfredsstillende produkt, med begrenset ekspansjon og meget grov cellestruktur.

Eksempel 3

5 vektdeler av en 10% maursyreløsning ble tilsatt til en flytende UF-harpiks ("Aerolite 300"). Blandingen ble satset i to støpeformer, i likhet med dem som ble anvendt i eksempel 2,

den ene fikk stå ved 25°C i 20 minutter og den annen ble oppvarmet til 60°C i 20 minutter. Begge prøver gelerte. Støpeformene ble så lukket og oppvarmet i en presse under anvendelse av de betingelser som er angitt i eksempel 2. Ved fjerning fra støpeformene hadde begge prøver ganske gode cellestrukturer (boblestørrelse ca. 1 mm).

-3

Tettheten til den første prøven var 0,4 4 g.cm og for den annen

-3

prøve 0,40 g.cm

Eksempel 4

Det ble fremstilt en løsning ved blanding av 100 deler av flytende UF-harpiks, 20 deler av en forstøvningstørket melaminformaldehydharpiks ("Melolam 2 85", fra Ciba-Geigy Ltd.) og 6 deler av en 10% maursyreløsning. Blandingen ble satset i en støpeform og oppvarmet ved 60°C i 20 minutter, og i løpet av denne tid hadde gelering inntruffet. Støpeformen ble lukket og oppvarmet i en presse som angitt i eksempel 2. Et materiale ble oppnådd som hadde tetthet 0,76 g.cm med fin cellestruktur (boblediameter < 0,5 mm).

Denne fremgangsmåte ble gjentatt, med unntagelse av at forstøvningstørket UF-harpiks ("Aerolite 306" fra Ciba-Geigy Ltd.) ble brukt istedenfor melamin-harpikspulveret. Dette ga et skum-materiale med fin struktur (boblediameter generelt < 0,5 mm)

-3

med tetthet 0,40 g.cm

Eksempel 5

Det ble fremstilt en UF-harpiks/maursyreløsning som angitt

i eksempel 3. Denne ble satset i en støpeform (dybde 12 mm) og gelert ved oppvarmning ved 60°C i 20 minutter. Støpeformen ble lukket og overført til en presse med 15 3°C. Støpeformen ble lukket under et trykk pa ca. 21 kg/cm 2, og etter 35 minutter ble pressen og støpeformen avkjølt til under 50°C før støpeformen ble åpnet.

En prøve med ganske fin cellestruktur (boblestørrelse

ca. 0,5 mm) ble oppnådd, tetthet 0,62g.cm - 3. Den høyere tetthet for

prøven i sammenligning med eksempel 3 ble oppnådd ved den enkle metode å satse mer harpiks i støpeformen.

Eksempel 6

Følgende komponenter ble blandet:

80 deler "Aerolite 300"

25 deler kalsiumsulfat-hemihydrat (brent gips)

8 deler av en 20% maursyreløsning.

Blandingen ble delt i to deler. Første del ble satset i en 12 mm støpeform i en høyde av ca. 5 mm. Annen del ble bredt utover et ark av "Melinex" polyester til en høyde av ca. 2 mm.

Begge ble oppvarmet ved 70°C i 10 minutter. Det tørkede ark som resulterte fra del nr. to ble skåret opp, og de tre lag ble satset i en støpeform, i likhet med den som ble brukt for første del. Begge støpeformer ble så oppvarmet til 140°C i 45 minutter, under et trykk på 3,5 kg/cm 2. Begge prøver som ble oppnådd, hadde fin cellestruktur (boblediameter < 0,5 mm) og tetthet 0,45-0,5 g.cm -3. I den laminerte prøve som resulterte fra del nr. to, var bindingen mellom lamineringene utmerket.

Eksempel 7

Følgende ble blandet:

80 deler "Aerolite 300" 20 deler "Aerolite 306"

10 deler av en 20% maursyreløsning

Blandingen ble i en tykkelse av ca. 2 mm bredt utover en "Melinex"-film som beskrevet i eksempel 6, og oppvarmet ved 70°C

i 10 minutter. Tre skikt av det delvis tørkede, gelerte ark ble laminert og støpt under anvendelse av den fremgangsmåte som ble angitt i eksempel 6. En prøve med god cellestruktur (boblediameter

< 0,5 mm) og tetthet 0,39 g.cm ble oppnådd.

Oppsummering - UF- støpte plater

Nyttige støpte produkter kan oppnås fra flytende UF-harpikser ved hver av de to prosesser som her er beskrevet: Ekspandert syregelprosess - hovedtrinn

(1) Tilsett syrekatalysator til harpiksløsningen

(2) - Støp flat gel

(3) Tørk delvis (bestemmer porestørrelsen)

(4) Varmpresse-ekspansjon av preformen

(5) Avsluttende kondisjonering/tørking

Skummet og ekspandert syregel- prosess - hovedtrinn

(1) Fremstill skumm-råmateriale (redusert luftvolum)

(2) Tilsett surgjort harpiksløsning

(3) Støp flat gel

(4) Tørk delvis under innspenning

(5) Ekspander med varm presse preformen (motvirker krymp som opptrer i trinn 4)

(6) Endelig kondisjonering/tørking.

Det er utenfor denne beskrivelses ramme å gi en detaljert oversikt over den voluminøse litteratur som befatter seg med katalysatorer for gelering og herding av ureaformaldehydharpikser, og med fremgangsmåter og midler for skumming av dem. Standard lærebøker som behandler disse emner, innbefatter: (1) "Encyclopaedia of Chemical Technology" av Kirk & Othmer, 1963, Vol. II, sider 225-258 (The Interscience Encyclopaedia Inc., New York) (2) "Amino Resins" av J. F. Blåis, 1959 (Reinhold Book Division, New York) særlig sidene 11 til 14, 207 (3) "Modern Plastics Encyclopaedia", 1967, sider 370-382 (McGraw-Hill

Inc, New York).

(4) "Amino plastics" av C. P. Vale, 1950 (Clearer-Hume Press Ltd, London)

(5) "Amino plasticsl,Xay P. Talet, 1950 (Dunod, Paris).

Claims (9)

1. Støpte, ekspanderte ureaformaldehydprodukter, karakterisert ved at de har en spesifikk vekt på mellom ca. 0,2 og 0,8, fortrinnsvis mellom ca. 0,4 og 0,75, og en cellestruktur med gjennomsnitlig boblediameter som ikke overskrider 1 mm, og som fortrinnsvis ikke overskrider 0,5 mm.

2. Fremgangsmåte for fremstilling av støpte, ekspanderte ureaformaldehydprodukter som angitt i krav 1, karakterisert ved de trinn som går ut på å innarbeide i en ureaformaldehydharpiksløsning (eller en blanding derav med melaminformaldehydharpiks) en katalysator som bevirker gelering og herding av harpiksløsningen, støping av blandingen i en støpeform som ér åp^n] på toppen, for gelering, delvis tørking og herding av den resulterende gel for frembringelse av en preform, og påfølgende varmebehandling av preformen ved en temperatur over ca. 120°C i en lukkbar, innspennende støpeform, og å la preformen ekspandere i denne.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 2, karakterisert ved det trinn som går ut på å innarbeide et skummemiddel i harpiksløsningen.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 2 eller 3, karakterisert ved at det som katalysator anvendes maursyre.

5. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at den delvise tørking og herding av gelen utføres ved en temperatur mellom omgivelsestemperatur og ca. 70°C.

6. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at varmebehandlingen av preformen utføres ved en temperatur mellom ca. 140 og 155°C.

7. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at trykk anbringes på innspenningsstøpeformen for å sikre at den forblir lukket, og at 2 trykket ligger mellom ca. 3,5 og 21 kg/cm .

8. Fremgangsmåte som.angitt i hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at to eller flere, preformer fra støpeformen med åpen topp anbringes over hverandre i innspenningsstøpeformen og varmebehandles i denne for dannelse av et laminert, støpt produkt.

9. Fremgangsmåte som angitt i hvilket som helst av kravene 2 til 7, utstyrés med et lokk som kan lukkes, hvorved støpeformen med åpen topp omdannes til innspenningsstøpeformen.