SE446457B - Sett att framstella ett karbamid-formaldehyd-lim - Google Patents

Description

l0 446 457 Det således framställda limmet bibehåller dessutom sin reaktivi- tet gentemot ammoniaksalter och salter av syror som man vanligt- vis använder som katalysatorer under tillverkningen av skivorna eller plattorna.

Ett sådant lim kan dessutom framställas med olika molära förhål- landen formaldehyd/karbamid och driftsbetingelserna för tillverk- ningen av plattorna eller panelerna lsammanpressningstid, tryck etc) är desamma som för klassiska karbamid-formaldehyd-klister.

För uppnående av ovan nämnda syften föreslås enligt föreliggande uppfinning ett framställningsförfarande för ett karbamid-formal- dehyd-lim, enligt vilket man blandar ett oorganiskt salt, som väljes bland en alkalimetallhalogenid, en jordàlkalimetallhaloge- nid och ett alkalimetallsulfat, med en formaldehydavgivande förening, som utgöres av en vattenlösning av formaldehyd eller mer eller mindre polymeriserad formaldehyd eller paraformaldehyd eller formaldehyd, som redan förkondenserats med karbamid, värmer bland- ningen, tillsätter karbamid och värmer fortsättningsvis till ca l00°C för åstadkommande av begynnande polymerisation med karbamiden i sur miljö (pH 5-6,5), varefter polymerisationsreaktionen stoppas då blandningen uppnått önskad viskositet varefter man under kyl- ning tillsätter karbamid till blandningen i sådan mängd att det uppnådda molära förhållandet formaldehyd/karbamid uppgår till mel- lan l,45 och 2, varefter - efter kylningen - det eftersträvade lime: erhålles .

I det fall då man använder en vattenlösning av formaldehyd som formaldehydkälla utför man två tillsättningar av karbamid under värmningen innan man avbryter polymerisationsreaktionen.

Vattenlösningen av formaldehyd, vilken man utgår ifrån, kan vara varje i handeln förekommande lösning.. mest använd lösning är en 3? %-ig lösning, som innehåller till- räckligt med metanol för att förhindra en utfällning av fast po- lymer under normala transport- och lagringsbetingelser. Man kan emellertid även använda formaldehyd med högre koncentration eller paraformaldehyd. 446 457_ 3 I det fall då man använder en 37 %-ig lösning av formaldehyd tillsätter man en sådan mängd oorganiskt salt att det molära förhållandet mellan oorganiskt salt och formaldehyd uppgår till mellan 0,015 och 0,35. Efter tillsats av det oorganiska saltet värmer man blandningen, utför en första tillsats av karbamid, då blandningens temperatur är ca 50°C, och en sådan mängd att det molära förhållandet mellan formaldehyd och karb- amid uppgår till ca 2,65. Man fullföljer sedan värmningen och genomför en andra tillsats av karbamid, då blandningens tempera- tur uppgår till ca l00°C och i en sådan mängd att det molära för- hållandet mellan formaldehyd och karbamid uppgår till mellan ca 2,0 och 2,65.

I det fall då man använder en förkondenserad karbamidformaldehyd som formaldehydkälla tillsätter man karbamid under loppet av värm- ningen av blandningen) Den förkondenserade karbamid-formaldehyden, vilken används som formaldehydkälla, kan vara varje typ av förkondenserad karbamid- formaldehyd, som finns på marknaden.

Dessa.förkondensat uppvisar vanligtvis följande kännetecken: Aktiv koncentration (karbamid + formaldehyd): 60-85 %.

Molärt förhållande formaldehyd/karbamid: 4:1 - 6:1.

I Dessa förkondensat medför den fördelen att de uppvisar en höjd koncentration av formaldehyd samtidigt som de uppvisar en mycket god stabilitet (över 6 månader) och de förenklar i hög grad framställningen av karbamid-formaldehyd-lim.

Det finns flera kända förfaranden för framställning av förkon- densat av karbamid-formaldehyd, vilka i huvudsak beror på det sätt på vilket man erhåller formaldehyden: I - absorption av gasformig formaldehyd med karbamid-lösningar med hög koncentration samt - koncentrering av normala vattenlösningar av formaldehyd och stabilisering medelst karbamid. - direkt reaktion av en formaldehydlösning med mycket hög koncentration (68-70 %) med karbamid. 446 457 Utgående från ett förkondensat av karbamid-formaldehyd är framställningsstegen för ett klassiskt karbamid-formaldehyd- lim desamma som i det fall då man utgår från en formaldehyd- lösning, med undantag för att det normalt inte är nödvändigt att genomföra en slutlig eliminering av vatten.

Mängden tillsatt salt till förkondensatet av karbamid-formal- dehyd är sådan att det molära förhållandet mellan salt och form- aldehyd uppgår till mellan 0,015 och 0,35.

Värmningen av blandningen kan börjas antingen före tillsatsen av saltet och av vattnet eller omedelbart därefter.

Tillsatsen av karbamiden genomföres slutligen då blandningens temperatur uppgår till mellan 60 och 65°C och i sådan mängd att det erhållna förhållandet formaldehyd/karbamid uppgår till mellan 2,0 och 2,65. I , Efter denna första tillsats av karbamid reglerar man pH till mellan 5 och 6,5 och fortsätter värmningen tills blandningen uppnått en temperatur av 80-l00°C och man avbryter polymerisa- tionsreaktionen.

I de ovan nämnda två fallen, utgående från det stadium där man gör den första tillsatsen av karbamid, uppvisar blandningen samma egenskaper oberoende av typen av formaldehydkälla som an- vänds och den resterande operationen försiggår på samma sätt.

Då blandningen uppnått önskad viskositet avbryter man polyme- risationsreaktionen genom alkalisering av blandningen, exempel- vis genom tillsats av en natriumhydroxidlösning, då blandningens temperatur uppgår till mellan 80 och l00°C.

Man kyler slutligen blandningen och tillsätter karbamid) då blandningens temperatur uppgår till mellan 60 och 80°C och i sådan mängd att det erhållna förhållandet mellan formaldehyd åoch karbamid uppgår till mellan 1,5 och 2,0- Man avlägsnar eventuellt överskott av vatten genom destilla- tion i vakuum och fullföljer sedan kylningen till omgivande KT! l0 446 457 temperatur eller till en något höjd temperatur, dvs till en temperatur ev zo - 35°c, een Pri-värdet. regleras till 8,0 - 8,5.

Det erhållna limmet kan sedan användas vid tillverkning av agglo- mererade eller briketterade paneler eller kryssfanêrsskivor.

Vid hela förfarandet enligt uppfinningen kan karbamiden ersät- tas delvis med melamin för att förbättra limmets beständighet mot vatten i det fall då det används vid framställning av agglo- mererade eller briketterade paneler, avsedda för utomhusanvänd- ning.

Det i sättet enligt uppfinningen använda oorganiska saltet kan vara varje lösligt oorganiskt salt såsom ett alkalimetallsalt eller jordalkalimetallsalt och särskilt en halogenid av en al- kalimetall eller jordalkalimetall eller ett salt av en mineral- syra och en alkalimetall eller jordalkalimetall, exempelvis al- kalimetallsulfat.

Såsom icke begränsande exempel på lämpliga salter för förfaran- det enligt uppfinningen kan nämnas magnesiumklorid, kaliumklorid, natriumklorid, kalciumklorid, kaliumbromid, natriumbromid och natriumsulfat.

Till limmen eller klistren enligt uppfinningen kan man till- sätta en eller flera vanligtvis använda tillsatser i klassiska karbamid~formaldehyd-lim såsom tillsatser för förbättring av klistringsegenskaperna hos de erhållna panelerna eller plattorna, t ex eldfasthetstillsatser.

Karbamid-formaldehyd-limmen enligt uppfinningen används på sam- ma sätt som klassiska karbamid-formaldehydklister för tillverk- ning av agglomererade (briketterade) paneler eller kryssfanërs- skivor. 446 457 6l Temperatur-, tryck- och kompressionstidsbetingelserna är i synnerhet beroende av densiteten och tjockleken hos panelerna eller plattorna som skall agglomereras (briketteras) och utgör parametrar, vilkas val inte medför några svårigheter för fackman- nen. Vanligtvis uppgår temperaturen till ca 100 - 200°C och trycket till ca 2-30 kp/cm2. ' Den använda mängden klister uppgår till ca 5-15 viktdelar klister, räknat som 100 %-igt torrt material, per 100 viktdelar partiklar, som skall agglomereras eller sammanpressas.

Andra kännetecken och fördelar med uppfinningen framgår' av efterföljande exempel, vilka endast är belysande och inte be- gränsande för uppfinningen.

Exempel 1 a Man utgick från ett förkondensat at karbamid och formaldehyd med ett rnolârt förhållande formaldehyd/karbamid lika med 5 och vars pH uppgick till mellan 7,3 och 7,5. Man värmde detta förkondensat till en temperatur av 60-6500.

Man löste därefter ett oorganiskt salt i förkondensatet till- sammans med nödvändig mängd vatten för erhållande av slutlig fast- substanshalt hos klistret vid dess normala värde av 65 i l % och den tillsatta mängden oorganiskt salt var sådan, att det molära för- hållandet mellan oorganiskt salt och formaldehyd uppgick till mellan 0,015 aan 0,55. - t nå saltat fullständigt löstëig (temperatur 6o-65°c) tillsat- te man en första mängd karbamid så att det molära förhållandet mel- lan formaldehyd och karbamid uppgick till mellan 2,1 och 2,3 och man fullföljde värmningen. Man bestämda-pH vid SOOC och detta pH-värde bör normalt uppgå till mellan 6,3 och 6,6.

Man fortsatta värmningen till 1oo°c tan höll blandningen under återflöde, varvid pH och viskositeten kontrollerades perio- diskt. pH-värdet bör nu uppgå till mellan 6,3 och 6,5. Om nödvän- digt kan man sänka pH-värdet genom att tillsätta 10 %-ig myrsyra under reaktionen. En sådan tillsats är dock vanligtvis inte nödvän- dig. ' Polymerisatíonsreaktionen avstannas genom tillsats av en 50¿%-ig natriumhydroxidlösning, då blandningens viskositet uppnått önskat värde för varje enskild typ av klister.

Man kylde sedan blandningen till 70-90°C och utförde en and- ra tillsats av karbamid så att man fastställde det molära förhållan- 7 446 457 det formaldehyd/karbamid till mellan 1,53 och 1,59. Efter denna tillsats kyldes produkten till en temperatur mellan 20 och 3500 och slutligen justerades pH till ett värde av mellan 8,0 och 8,5.

Det erhållna klistret kunde sedan användas för tillverkning av paneler eller plattor av agglomererat trä eller för framställ- ning av kryssfanêrskivor.

Exempel 2 _ Man utgick från ett förkondensat av karbamid och formaldehyd, vars molära förhållande formaldehyd/karbamid var Ä,8. Man tillsatte nödvändig mängd vatten för att det slutliga klistret skulle uppvisa en halt av torrsubstans av normalt mellan 60 och 70 vikt~$. Om nöd- vändigt kunde pH hos förkondensatet justeras till 7,2-8,0.

Man tillsatte sedan oorganiskt salt i sådan mängd att det molära förhållandet formaldehyd/salt uppgår till mellan 0,015 och 0,35. ' e Som en variant är det möjligt att fullständigt eller delvis upplösa saltet i vatten innan det sättes till förkondensatet. Man värmer sedan blandningen till 6000 och uppför en första tillsats av karbamid så att det molära förhållandet formaldehyd/karbamid uppgår till mellan 2,2 och 2,5 efter denna tillsats.

Man fortsatte värmningen till 80°C och upprätthöll denna temperatur och reglerade pH till ett värde av mellan 5,8 och 6,0.

Man kontrollerade periodiskt pH och blandningens viskositet. Poly- merisationsreaktionen avstannades genom tillsats av en natrium- hydroxidlösning då blandningens viskositet uppgick till 5000 cps vid 25°c. »lan fortsätter kylningen till 6o°c een utför-ae en andra tillsats av karbamid för att fastställa ett förhållande formaldehyd/ karbamid av mellan 1,8 och 2;0. Efter denna tillsats kyldes produk- ten till 20°C och slutligen reglerades pH till mellan 8,0 och 8,5.

Det erhållna klistret var färdigt för användning.

Enligt exemplet använder man följander mängder: 100 kg av ett förkondensat av karbamid och formaldehyd, innehållande 60 % formaldehyd och 25 % karbamid, blandades med no kg vatten een 20 kg kaliumkleria. Den förste tilleeteen ev' karbamid uppgick till 23 kg och den andra tíllsatsen av karbamíd till 12 kg. Den således erhållna mängden klister var 195 kg.

Ett sådant klister lämpar sig speciellt för tillverkning av kryssfanêrsskivor. 446 457 Exempel 3 _ Man utgick från en 37 %-ig vattenlösning av formaldehyd.

Man justerade pH till ett svagt alkaliskt värde, d v s till mel- lan 7,0 och 8,0, och tillsatte det oorganiska saltet. Man började värmningen och då temperaturen uppgick till 50°C genomförde man den första tillsatsen av karbamid på sådant sätt att man erhöll ett molärt förhållande mellan formaldehyd och karbamid av 2,65.

Då temperaturen uppgick till 10000 justerade man pH till ett vär- de av mellan 5,8 och 6,2. 30 minuter senare utförde man en andra tillsats av karbamid så ett man erhöll ett molart förhållande mel- lan formaldehyd och karbamid av mellan 2,0 och 2,25. Reaktionen avstannades genom en lätt alkalisering då viskositeten uppgick till cps vid 25°C. t g Maníullföljde kylningen till 8000 och genomförde en tredje tillsats av karbamid för upprättande av ett molärt förhållande formaldehyd/karbamid av mellan 1,45 och 1,6. överskottet av vatten avlägsnades genom destillation i vakuum och klistret kyldes till 2000. Man justerade pH till ett vär- de mellan 8,0 och 8,5 och viskositeten hos det således erhållna klistret uppgick till mellan 350 och 500 eps.

Såsom ett belysande exempel kan man använda följande vikt- mängder: l50 kg av en vattenlösning av 37 % formaldehyd kg natriumbromid H2 kg karbamid (första tillsats) 8 kg karbamid (andra tillsats) 22 kg karbamid (tredje tillsats).

Den således erhållna mängden klister uppgick till ca 200 kg.

Det framställda klistret lämpade sig speciellt för tillverk- ning av agglomererade (briketterade) träpaneler.

Exempel Ä Man utgick från ett förkondensat av karbamid och formaldehyd, vars molära förhållande formaldehyd/karbamid var lika med 5.

Om nödvändigt kunde pH justeras till mellan 7,2 och 8,0 och man tillsatte slutligen vatten och det oorganiska saltet, som i det- ta fall var kaliumbromid. ï ' Man värmde blandningen till 6000 och utförde sedan en första tillsats av karbamid så att det molära förhållandet formaldehydlkarb- amid uppgick till 2,1-2,U efter tillsatsen. Man fortsatte värmgingen 446 457 fill 9500 och, under upprätthållande av denna temperatur justerades pH till mellan 5,9 och 6,1.

Man utförde periodiska kontroller av pH och viskositeten och avstannade polymerisatíonsreaktionen genom tillsats av en natrium- hydroxidlösning då.blandningens viskositet uppgick till 1300 cps vid °c. man xyiae blandningen till 6o°c och genomförde en andra till- sats av karbamid i syfte att fastställa ett molärt förhållande formaldehyd/karbamid av mellan 1,5 och 1,7.

Såsom belysande exempel kan man använda följande mängder: 115 kg av ett förkondensat av karbamid och formaldehyd, innehållande 50 % formaldehyd och 20 % karbamid, blandades med 22 kg kaliumbromid och 15 kg vatten. iDen första tillsatsen av karbamid uppgick till 32 kg och den andra tillsatsen av karbamid till 20 kg.

Den erhållna mängden klister uppgick till ca 200 kg.

Ett sådant klister lämpar sig speciellt för tillverkning av agglomererade (briketterade) träpaneler. 9 Exempel 5 Detta exempel belyser laboratorieframställning av en agglo- mererad träpanel,kfildad av tre skikt, nämligen två ytskikt och ett mellanskikt. l) utgångsmaterial a) trä Det använda trämaterialet utgöres till 100 % av tall och partikelstorleken uppgick till mellan 0,15 och 15 mm, varvid de minsta partiklarna användes i ytskikten. b) klister g Man använde klistret från exempel 3 eller från exempel U eller ett annat liknande klister, framställt genom införande av det oorganiska saltet i polymerisationsreaktionen. Fastsubstans- halten hos klistret var 65 i 1 %. 2) applicering av skikten a) ytskikten: Viktprocenten fastsubstans hos klistret räknat på vikten av torra träpartiklar var 10 vikt-%.

Man använde 973 Q träpartiklar och 175 g av en bindemedels- blandning, innehållande 135 g klister, 0,27-0,ül g NHnCl, 5,3 - ,6 g paraffinvax (50 %) och 30 - 35 g vatten. b) mellanskikt. J 44ei4s7 Förhållandet mellan torrsubstans hos klistret och torra träpartiklar uppgick till 8 1.

Man använde 1629 g träpartiklar och 2ü8 g av en bindeme- delsblandning, innehållande l9l g klister, 1,5-1,9 g NHHCI, 9,3 - 17,6 g paraffinvaxo(50 %) och 38-46 g vatten.

Industriellt är mängden vatten beroende av flera faktorer: a) typ av installation: med eller utan förpressning, tem- peratur hos plattorna etc. b) typ av limningsmaskin: centrifugmaskin, förstoftnings- anordning etc. p ' Den teoretiska densitetcn hos den färdiga agglomererade panelen var 680-690 kg/m5. Dimensionerna hos den erhållna pane- len var 500 x 500 x 17,5 mm. 3) pressníngsoperation.

Man använde en press av typen Siempelkamp. Man tillverka- de ett kvadratiskt lager med tillräcklig mängd partiklar för er- -hållande av ovan angivna densitet och med en tjocklek av 16 mm.

Temperatdren var l50°C och under loppet av pressningen varierade presstrycket mellan 3 kp/cm2 och 25 kp/omg med två mellanliggande ventíleringssteg under loppet av cykeln.

Samtliga kvaliteer hos de omnämnda karbamid-formaldehyd- klistren kan erhållas oberoende av använd formaldehydkälla (vat- tenlösning, paraformaldehyd, koncentrerad formaldehyd, förkonden- sat av karbamid och formaldehyd).

Claims (9)

10 15 20 25 30 fl 446 457 Patentkrav

1. Sätt att framställa ett karbamid-formaldehyd-lim, k ä n - n e t e c k n a t. av att man blandar ett oorganiskt salt, som utgöres av antingen en alkalimetallhalogenid eller jordalkali- metallhalogenid eller ett alkalimetallsulfat, med en formaldehyd~ källa som väljes bland en vattenlösning av formaldehyd eller mer eller mindre polymeriserad formaldehyd eller paraformaldehyd el- ler formaldehyd som redan förkondenserats med karbamid, värmer blandningen, tillsätter karbamid och fortsätter värmningen till ca l00°C för åstadkommande av en polymerisationsreaktion med g karbamiden i sur miljö vid pH 5-6,5, att man sedan avbryter poly- merisationsreaktionen genom att göra blandningen alkalisk då blandningen uppnått önskad viskositet och att man då blandningens temperatur uppgår till mellan 60 och 80°C, sätter karbamid till blandningen under kylning i sådan mängd att det erhållna molära förhållandet formaldehyd/karbamid uppgår till mellan 1,45 och 2, varefter, efter kylningen, det eftersträvade limmet erhålles.

2. Sätt enligt krav l, k ä n-n e t e c k n a t av att man som formaldehydkälla använder en vattenlösning av formaldehyd och att man genomför två tillsatser av karbamid under värmning.

3. Sätt enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t av att vatten- lösningenav formaldehyd är en 37 vikt-%-ig lösning och att man genomför en första tillsats av karbamid då blandningens tempera- tur är ca 50°C och i sådan mängd att det erhållna molära för- hållandet formaldehyd/karbamid är ca 2,65 och en andra tillsats av karbamid då temperaturen hos blandningen är ca l00°C och i sådan mängd att det erhållna molära förhållandet formaldehyd/ karbamid uppgår till mellan ca 2,0:l och 2,65:l.

4. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att man som formaldehydkälla använder ett förkondensat av karbamid och formaldehyd och att tillsatsen av karbamid sker under värmning.

5. Sätt enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av att förkon- densatet av karbamid och formaldehyd uppvisar ett molärt för- .hållande formaldehyd/karbamid av mellan 4:1 och 6:1 och att man genomför tillsatsen av karbamid under värmning då blandningens 10 15 20 446' 457 temperatur uppgår till mellan GO och 65°C och i sådan mängd att det erhållna förhållandet formaldehyd/karbamid uppgår till mellan 2,0:l och 2,65:l.

6. Sätt enligt krav 1, k ä'n n e t e c k n a t av att den tillsatta mängden oorganiskt salt är sådan att det erhållna molära förhållandet salt/formaldehyd är från 0,0l5:l till Q,35:l.

7. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att man av- bryter polymerisationsreaktionen genom alkalisering av bland- ningen då blandningens temperatur uppgår till flcllan 80 och 1oo°c.

8. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t av att efter Åtillsats av karbamid under kylning av blandningen denna destilleras.

9. Sätt enligt krav l, k ä n n e t'e c k n a t av att bland- ningen kyles till en temperatur av från 20 till 35°C och att pH justeras till 8,0 - 8;5 innan man erhåller det färdiga klist- ret.