SE459971B - Saett att binda vatten fraan en limfog som kristallvatten - Google Patents

Description

459 971 lö. 15. 20. 25. 30. 35. 2 att dimensionsstabilitet och hàllfasthetsegenskaper ej pâverkas negativt. Vid vissa tillämpningar, såsom t ex framställning av spånskivor och plywood, utnyttjas höga temperaturer och höga tryck i pressar för avgång av huvud- mängden vatten medan vid andra tilllämpningar vattenavgången måste ske vid omgivningstemperatur eller endast något för- höjd temperatur. Det enklaste sättet att minska torktiden är givetvis att utnyttja vattenhaltiga bindemedelskomposi- tioner med så hög torrhalt som möjligt men här sätter fak- torer som fördelning vid spridning, vätning och penetra- tion vissa gränser och även vid utnyttjande av bindemedel i mer eller mindre helt torr form kan dessa vid härdning avspjälka vatten vilket är önskvärt att avlägsna. Det kvar- står således önskemål att avlägsna vatten vid processer för sammanfogning där vattenbaserade bindemedel eller binde- medel som vid härdning avspjälkar vatten utnyttjas och att göra det på sådant sätt att hállfasthetsegenskaper och dimensionsstabilitet_átminstone bibehàlles.

Föreliggande uppfinning erbjuder ett sätt att binda vatten, så att det ej föreligger i fri form och behöver avlägsnas genom värmning, utdragen lagring, andra väntetider etc, vid sammanfogning av material medelst bindemedel av ovan angivna slag och sättet enligt uppfinningen medför att limningsförloppet kan accelereras väsentligt. Sättet enligt uppfinningen kan utnyttjas vid de flesta typer av sammanfogningar av olika sorters material och ge stora fördelar. Sättet enligt uppfinningen är speciellt fördel- aktigt vid tjocka limfogar, t ex vid limning av trä med dåligt bearbetade ytor eller vid användning av låga press- tryck, såsom vid limning inom husbyggnad, och vid limning av täta material såsom limning av metall mot trä, där prob- lemen med vattenavgång är särskilt utpräglade. Speciellt fördelaktigt är sättet enligt uppfinningen vid sammanfogning av material vilka ej kan utsättas för högre torkningstempe- raturer utan risk att vatten avgår ojämnt och där mycket höga krav ställes pà dimensionsstabilitet och hållfasthet.

Vid dylika typer av sammanfogningar kan enligt uppfinningen tider för utbildande av erhållas väsentligt förkortade slutlig limfogstyrka med samtidig väsentlig förbättring 5. 10. l5. 20. 25. 30. 35. 459 971 av denna.

Föreliggande uppfinning avser således ett sätt att binda vatten från limfogen. vid sammanfogning av material medelst bindemedel bindemedel vid härdning avspjälkar vatten enligt vilket vatten bindes vattenbaserade eller som som kristallvatten till ett salt vilket finnes närvarande i åtminstone ett av de material som sammanfogas, eller till ett salt som bildas i anslutning till sammanfogningen.

Sättet enligt uppfinningen kan utnyttjas vid samman- 'fogning av material med användning av vattenbaserade binde- medel och/eller bindemedel som. vid härdning avspjälkar vatten. Dessa bindemedel kan principiellt indelas i torkande .lim och härdande lim. Genom att enligt uppfinningen ett salt som kan binda kristallvatten finnes närvarande vid limningsprooessen kan en väsentlig acceleration av tork- ningsförloppet eller härdningsförloppet erhållas för dessa typer av lim.

De torkande limmerna' utgöres av vattendispersioner av partiklar av naturliga eller syntetiska material eller vattenlösningar för vilka bindningsförmàgan erhålles genom avgång av vattnet, och övergång till fast sammanhängande fas. Exempel pà denna typ av bindemedel är vattenglas och naturliga polymerer, såsom djurlim, stärkelse, naturgummi etc, och syntetiska polymerer, såsom syntetiskt gummi, polyvinylalkohol, polyvinylacetat etc. De torkande limmerna utnyttjas vanligen i form av vattendispersioner eller lös- ningar med torrhalter av ca 20 till ca 80 viktprocent och de dominerande användningsomràdena för dessa är samman- fogning av pappersprodukter och annan typ av laminering, sammanfogning vid renovering och montering etc och i andra sammanhang där vanligen kraven på belastningshàllfasthet och utomhusklimathållfasthet ej är så betonade.

De härdande bindemedlen ger bindningsförmága genom kemisk reaktion vilken _oftast innefattar avspjälkning av vatten. De härdande bindemedlen utnyttjas oftast som tvákom- ponentsystem, dvs i form av harts och härdare för accelera- tion av den kemiska reaktionen. Med bindemedel avses här då tvákomponentsystem och härvid att vad gäller den förening termen användes för härdande bindemedel även sådana 459 971 10. 15. 20. 25. 30. 4 som enligt uppfinningen bildas vid sammanfogningen att denna, eller förening från vilken denna bildas, kan före- ligga i den ena eller den andra av de tvâ komponenterna.

Exempel pà denna typ av bindemedel är amino-formaldehydhart- ser, såsom. urea-formaldehydharts och melamin-formaldehyd- _ fenol och harts, blandningar och samkondensat av dessa, Amino-formaldehydhartser härdar i sur oftast härdar resorcinolhartser. miljö, medan fenol och resorcinolhartser i alkalisk eller neutral miljö. De härdande limmerna använ- des vanligen i form av vattenlösningar av harts respek- tive härdarkomponent där torrhalterna för hartslösningarna oftast är från ca 40 till ca 70 viktprocent och torrhalterna för härdarlösningarna är från ca 5 till ca 75 viktprocent.

Det förekommer dock att såväl harts som hårdare utnyttjas i torr form. De dominerande användningsomrádena för dessa härdande bindemedel är framställning av sammansatta cellulo- sabaserade skivmaterial såsom spànskivor och fiberskivor, framställning av plywood och trä eller träbaserade konstruk- tioner med vanligen mycket höga krav pà hàllfasthet. uppfinning bindes vatten vid sammanfogning kemiskt till en flera föreningar, salter, och detta är det fundamentala Enligt föreliggande som kristallvatten eller Sättet således utnyttjas generellt i samband med sammanfogningar med an- i uppfinningen. enligt uppfinningen kan vändning av vattenbaserade bindemedel, torkande och härdande lim, och sättet kan utnyttjas vid sammanfogningar av ett flertal olika typer av material, som ovan angivits. Speci- ellt föredraget är dock att utnyttja sättet enligt uppfinn- ingen vid sammanfogning med härdande bindemedel och speci- ellt fördelaktigt är att härvid som den förening som upptar kristallvatten eller som deltar i reaktion för bildning av en eller flera föreningar vilka binder kristallvatten utnyttja sådana vilka även kan fungera som hårdare för hartset. _ Enligt föreliggande uppfinning bindes vatten från limfogen genom att ett salt finnes närvarande vilket kan binda vatten som kristallvatten eller genom att ett sàdant salt, eller givetvis flera sådana salter, bildas vid samman- fogningen. Saltet bör kunna uppta minst l mol vatten per 10. _ 15. 20. 25. 30. 35. 459 971 mol, och helst minst 4 mol vatten, och härvid underförstás att vid reaktion till bildning av tvá eller flera salter som upptar kristallvatten skall dessa tillsammans uppta minst l och helst minst 4 mol per mol bildade salter. Sal- terna som utnyttjas för sin kristallvattenbindande förmåga eller för reaktion till förening med sådan förmåga väljes givetvis med hänsyn till det vid sammanfogningen utnyttjade bindemedlet och med hänsyn till övriga betingelser vid sammanfogningen så att negativ inverkan ej erhålles. Således bör vid utnyttjande av härdande bindemedel där härdning sker med' sura ämnen, som för amino-formaldehydhartser, saltet utgöras av ett "surt salt" och härmed avses dá ett salt som.i vattenlösning ger sur reaktion, och således sänker pH för den ursprungliga hartslösningen. Vid binde- medel som härdar i basisk eller neutral miljö, som fenol och resorcinolhartser, bör givetvis "basiska eller neutrala salter", dvs salter som i. vattenlösning ger neutral eller basisk reaktion, och således höjer hartslösningens ursprung- liga pH utnyttjas. Vid torkande lim ställes oftast ej så höga krav på pH intervall för själva limningen varför salter för kristallvattenbindning här kan väljas friare. Som exem- pel pà lämpliga föreningar med kristallvatten som kan ut- nyttjas enligt uppfinningen kan som sura salter nämnas: sulfater, speciellt olika aluminiumsulfater, sulfater av alkali och jordalkalimetaller såsom natrium, kalcium och magnesiumsulfat, andra aluminiumföreningar, som t ex alumi- niumklorid och aluminiumnitrat. Som speciellt lämpliga aluminiumsulfater kan nämnas Al2(SO4)3~l8H2O, NaAl(SO4)2- l2H2O, K2SO4'Al2(SO4)3'24H2O, (NH4)2SO4Al2(SO4)3-24H2O.

Som exempel på basiska eller neutrala salter kan nämnas alkali och nitriter karbonater, halider och fosfater av ammonium, jordalkali metaller. Vidare kan t ex nitrater, alkali och även t ex bariumhydroxid. Som speciellt lämpliga neu- och borater av och jordalkalimetaller utnyttjas trala eller basiska salter kan nämnas: Ba(OH)2-8H2O, CaBr2-6H2O, CaCl2'6H2O, Ca(NQ2)2'4H2O, MQBI2-6H2O, Na2B4O7~lOd2O, Na2CO3-l0H2O och Na3PO4-l0fl2O. Foreningarna kan tillsättas i helt eller delvis dehydratiserad form eller bildas i sin hydratform genom reaktion mellan till- 459 971 10. l5. 20. 25. 30. 35. 6 satta föreningar för denna bildning.

Som exempel på bildning av föreningar med förmåga att binda vatten kan anges reaktionen Al2(SO4)3-l8H20 + 6NaCl > 2AlCl3-6H2O + 3Na2S04-l0H20 Vid denna reaktion bildas som framgår två föreningar och netto bindes i reaktionen 24 mol H20. Viss del kristall- vatten i använd aluminiumsulfat skulle även kunna avdrivas från t ex material impregnerat med denna och öka nettobind- ningen av kristallvatten. Ovan angivna reaktion är speciellt fördelaktig då dels tvâ föreningar som binder kristallvatten bildas och dels det ursprungliga 1 även den bildade aluminiumkloriden kan fylla funktion som härdare vid användning amino-formaldehydbaserade bindemedel.

Med hänsyn till de olika föreliggande sätt är tillämpbart och med hänsyn till varie- rande molvikter för föreningar med kristallvattenbindande aluminiumsulfatet och användningsområdena där förmåga kan generella mängder för tillsats till material eller bindemedel svårligen ges. Givetvis utnyttjas så höga mängder som möjligt i varje respektive tillämpning för att binda största möjliga mängd vatten. Hänsyn måste dock givetvis tagas så att negativ inverkan på :bindemedlets funktion ej uppstår. Den eller de föreningar som tillföres utnyttjas lämpligen i sådana mängder att minst 10% av till- fört och/eller bildat vatten bindes och helst så att minst 50% vatten bindes. 7 Själva tillsatsen av de aktuella föreningarna kan ske på ett flertal olika sätt. kristallvatten eller den eller de föreningar kristallvattenbindande Den förening som binder vilka vid sammanfogningen ger förening kan tillsättas separat och ej ingående i bindemedlet. Det faller vidare givetvis även inom uppfinningens ram att då det anges att en förening finnes närvarande i ett av de material som sammanfogas att denna förening' kan finnas närvarande antingen genom att vara separat tillförd .och impregnerad i materialet, vilket kan vara lämpligt t ex vid framställ- ning av hylsor för pappersindustrin, eller vara applicerad ovanpå ett av de naterial som skall sammanfogas, t ex vid golvbeläggningar och limning av trä mot metall etc. Möjlig- heter finns således att applicera ett dehydratiserat salt 10. 15. 20. 25. 30. 35. 459 971 7 torrt på en av de ytor som skall sammanfogas eller att torrt eller vått applicera en förening som skall delta i reaktion till kristallvattenbindande förening. Impregner- ing av material med dehydratiserad förening kan göras ur lösningsmedel eller med vattenbaserad lösning av hydratise- rad förening varefter materialet värmes för avgång av kri- stallvatten från föreningen.

Ett område där föreliggande sätt år mycket värdefullt är framställning av hylsor för pappersindustrin, dvs fram- ställningen av spirallindade rörformiga produkter av papp eller kartong: Konventionellt användes vattenglas eller polyvinylalkohol som bindemedel vid tillverkning av hylsor för pappersindustrin. Dessa lim ger i sig god limning men då de endast kan utnyttjas med låga torrhalter erfordras mycket långa torktider. Försök har även gjorts att utnyttja amino-formaldehydbaserade hartser med högre torrhalter i avsikt att förkorta torktiden. Dessa försök har dock ej givit tillfredsställande resultat utan det förefaller som om att de tätare limfogar som erhålles med dessa binde- medel förhindrar vattenângdiffusion ur hylsan.

De hylsor som framställes för användning inom pappers- industrin skall kunna tåla mycket höga ex skall tjocka hylsor kunna belastas med upp till 4 ton belastningar, t papper. Detta ställer speciella krav pà dimensionsstabilitet och medför att torkning efter limning normalt ej kan ske vid temperaturer över 30°C då med åtföljande krympning och negativ inverkan pà dimensions- stabiliteten. Varierande med hylsans godstjocklek, limtyp och torkluftens relativa fuktighet tar det vid konventionell framställning av hylsor 3 till 6 dygn och ända upp till l2 dygn för att avdriva vatten och få en användbar hylsa. annars vatten avgår ojämnt Genom att utnyttja sättet enligt uppfinningen att binda vatten kemiskt som kristallvatten kan vid framställ- ning av hylsor väsentligt förkortade_ torktider erhållas med samtidig väsentlig ökning av styrkan hos den framställda produkten. Sättet enligt uppfinningen är givetvis tillämp- ligt i. anslutning till utnyttjande av de vid denna fram- ställning konventionellt använda bindemedlen som vattenglas och polyvinylalkohol och härvid erhålles minskad torktid. 459 971 10. 15. 20. 25. 30. 35. 8 Speciellt föredrages dock att utnyttja den kemiska bindning- en av vatten i kombination med användning av amino-formalde- hydhartser som bindemedel, och främst då urea-formaldehyd- harts men även melamin-formaldehydharts, blandningar och samkondensat av dessa.

Kristallvattenbindande föreningar som kan utnyttjas i denna tillämpning .fâr t ex sådana som tidigare angivits och vid användning av amino-formaldehydharts som bindemedel speciellt då föreningar med sur reaktion. Allra helst ut- nyttjas olika aluminiumsulfat, i dehydratiserad form, eller i hydratform för reaktion till andra föreningar som kan binda kristallvatten, och helst även sådana som kan fungera som hârdningsacceleratorer eller ge upphov till föreningar som fungerar som sådana. Den typreaktion som tidigare an- givits är speciellt lämplig i denna limningstillämpning.

Vid framställning av hylsorna kan t ex hylskartongenl före belimningen impregneras med förening för bildande av kristallvattenbindande förening eller med ett salt vars kristallvatten kan avdrivas med hjälp av måttlig värme t ex på torkpartiets valsar vid tillverkning av kartongen eller vid limpressen. Alternativt .kan impregnering göras i en impregneringsmaskin. Övriga tidigare beskrivna metoder är givetvis även tillämpliga vid denna tillverkning t ex att lösa eller dispergera tvâ 'föreningar utan kristallvatten i harts respektive hårdare.

Vid hylstillverkningen i konventionell apparatur páföres vid limning med amino-formaldehydharts detta lämp- ligen i en mängd av zs till 150 g/mz, som 40 till voæ-ig hartslösning. Som exempel kan nämnas att vid utnyttjande av något aluminiumsulfat, dehydratiserat eller för bildning av kristallvattenbindande föreningar, erfordras då för bindande av i princip hela mängden med hartset tillfört vatten en mängd aluminiumsulfat i storleksordningen 5 till 90 g/m2.

I Uppfinningen beskrives närmare i följande utförings- exempel, vilka emellertid ej är avsedda begränsa densamma.

Delar och procent avser viktdelar respektive viktprocent såvida annat ej anges. lir l0. lS. 20. 25. 30. 35. 459 971 Exempel l Ett kartongmaterial avsett för hylstillverkning imp- regnerades med en 50%-ig aluminiumsulfatlösning och torkades i en kontinuerlig värmeugn för avdrivande av lösningsvatten och kristallvatten i aluminiumsulfatet. Därefter belimmades hylskartongen med ett urea-formaldehydharts 10 vikt% NaCl. Torrhalten på limmet var 70% efter tíllsatsen av NaCl. efter limning och upp till två veckor efter limning ej Hállfastheten innehållande Efter belimningen erhölls en hylsa son1 l timme uppvisade någon hos den framställda hylsan var således fullt utbildad efter någon timme i rumstemperatur, vilket skall jämföras med traditio- Û viktsförändring. nell belimning med polyvinylalkohol eller vattenglas där torkning i. torkanläggning i. flera dygn erfordras för att uppnå fullt utbildad hàllfasthet.

Exemoel 2 Till ett resorcinol-fenolharts med en torrhalt av S6 viktsprocent sattes 38 viktsprocent NaN03. En härdarlös- ning med en torrhalt av 64 viktsprocent bereddes av para- formaldehyd, formaldehyd, fyllmedel och vatten. Till hårdar- lösningen sattes 30 g KZCO3.

Limning utfördes på ojämnt, material och till tjock limfog. Härdarlösningen och limlösningen applicerades sepa- rat pá två träskivor i en mängd av 250 g/m2 för båda. Ski- vorna pressades samman med lätt tryck, 0,1 kg/cmz, vid rumstemperatur. Efter 5 minuter hade sådan fogstyrka utbil- dats att fiberbrott uppstod vid uppslagning. Vid motsvarande limning utan tillsats av föreningarna, natriumnitrat och kaliumkarbonat vilka bildar kristallvattenbindande före- ning - natriumkarbonat, erfordras ca 40 minuters härdnings- förlopp för utbildande av denna fogstyrka.

Harts- och härdarlösningarna enligt ovan blandades även som sådana och blandningen härdade mycket snabbt. Torr- halten före blandning var 69,8 viktprocent och efter bland- ning 75 viktsprocent. En torrhaltsökning av 7,5% erhölls således genom bindning av kristallvatten och således hade l7,2% och härdarlösning bundits. av vattnet från harts- Q

Claims (10)

459 971 10. 15. 20- 25. 30. 35. 10 Patentkrav

1. l. Sätt att binda vatten fràn limfogen vid sammanfog- ning av' material medelst vattenbaserade bindemedel eller bindemedel som vid härdning avspjälkar vatten, k ä n n e - t e c k n a t därav, att vatten bindes som kristallvatten till en förening vilken finnes närvarande i åtminstone ett av' de material. som sammanfogas, eller i bindemedlet, eller till en förening som bildas i anslutning till samman- fogningen.

2. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t därav, att bindemedlet utgöres av harts och hårdare för detta och att vatten bindes som kristallvatten till en förening vilken bildas vid kontakt mellan dessa.

3. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t därav, att vatten bindes som kristallvatten till en förening vilken bildas vid kontakt mellan åtminstone ett av' de material som skall sammanfogas och bindemedlet eller en komponent av detta.

4. Sätt enligt krav l, k ä n n e t e c k n a t därav, att vatten bindes som kristallvatten till en förening vilken bildas vid kontakt mellan åtminstone ett av de material som skall sammanfogas och ett separat tillfört ämne eller vid kontakt mellan bindemedlet och ett separat tillfört ämne. I

5. Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e - t e c k n a t därav, att bindemedlet utgöres av ett härdande sådant och att den förening som binder kristallvatten eller som deltar i reaktion för bildning av förening som binder kristallvatten är en härdarkomponent för bindemedlet.

6. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att vatten bindes som kristallvatten till en förening vilken finnes närvarande i papp eller kartong, eller finnes närva- rande i bindemedel för sammanfogning av papp eller kartong, _vid framställning av rörformiga produkter, eller att vatten bindes som kristallvatten till en förening som bildas i anslutning till sammanfogning av papp eller kartong 'till .rörformiga produkter.

7. Sätt enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t därav, att vatten bindes som kristallvatten vid sammanfogning w ,«. 10. 459 971 ll av papp eller kartong till rörformiga produkter medelst en vattenlösning av ett amino-formaldehydbaserat harts.

8. Sätt enligt krav 6 eller 7, k ä n n e t e c k n a t därav, att pappen eller kartongen är impregnerad med ett salt vilket vid sammanfogningen deltar i reaktion för bild- ning av en förening som binder vatten i form av kristall- vatten.

9. t e c k n a t därav, upptar minst 1 mol vatten per mol.

10. Sätt enligt något av föregående krav, t e c k n a t därav, att minst 10 viktprocent av tillfört Qcn/eller bildat vatten binaes. ' Sätt enligt något av föregående krav, k ä n n e - att saltet som binder kristallvatten k ä n n e -