WO2005093003A2 - Bindemittel zur verklebung von holz- und/oder pflanzenmaterialien oder herstellung von formkörpern aus holz- und/oder pflanzenmaterialien, dessen verwendung und formkörper - Google Patents

Bindemittel zur verklebung von holz- und/oder pflanzenmaterialien oder herstellung von formkörpern aus holz- und/oder pflanzenmaterialien, dessen verwendung und formkörper Download PDF

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WO2005093003A2
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Wolfgang Heep
Wolfgang Kantner
Jürgen Lang
Ursula Weber
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Dynea Erkner Gmbh
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    • C08L61/06—Condensation polymers of aldehydes or ketones with phenols only of aldehydes with phenols

Definitions

  • the invention relates to a binder for bonding wood and / or
  • Plant materials or for the production of moldings from wood and / or plant materials are glued to the binder according to the invention.
  • urea-formaldehyde UF
  • melamine-formaldehyde MF
  • melamine-urea-formaldehyde MUF
  • melamine-urea-phenol-formaldehyde resins MUPF
  • phenol are traditionally used to manufacture molded articles from wood-based materials -Formaldehyde (PF), phenol-urea-formaldehyde (PUF) and polymeric diisocyanate (PMDI) are used.
  • phenolic resins are the most traditional binders for the production of moisture-resistant wood-based materials and have proven themselves in practice for many decades and have been continuously developed (DE 33 46 153; US 6,489,392).
  • binders are usually alkaline curing resoles, in the production of which phenol with a molar excess of formaldehyde, i.e. in a molar ratio of phenol: formaldehyde of ⁇ 1 in an alkaline medium. These binders are used as spray-dried glues both in aqueous solution and in powder form.
  • aqueous systems The manufacturing process of the spray-dried glue is complex and expensive.
  • a disadvantage of the aqueous systems is the limited reactivity, which only can be improved by adding significant amounts of urea.
  • Resoles that are free of urea or only slightly modified with urea have a gelling time at 100 ° C. of about 25-50 minutes with an alkali content of about 7-12 percent by weight.
  • the gelling times at 100 ° C. of such resols are greater than 10 minutes. Their use is limited to the outer layers of multi-layer wood-based panels due to the small amount of alkali.
  • ground novolaks ie phenol-formaldehyde resins
  • phenol is reacted with a molar deficit of formaldehyde, ie a molar ratio of phenol: formaldehyde of> 1 in the acidic medium.
  • a hardening agent for example hexamethylenetetramine, is preferably added to these in the grinding process, which then has the necessary formaldehyde potential for hardening the novolake during processing releases.
  • Novolaks without hardening agents behave thermoplastic.
  • the disadvantage here is in particular the price and the handling or the uniform application of the binder powder to the materials to be glued.
  • the binders are used, among other things, for the production of chipboard, MDF (Medium Density Fibreboard) or OSB (Oriented Strand Board) boards and for fiber glue application, for example for the production of molded parts for the automotive industry or also for the production of doors (DE 199 56 765) , used.
  • MDF Medium Density Fibreboard
  • OSB Oriented Strand Board
  • thermosetting binders Mixtures of thermosetting binders are also discussed and used to implement customized solutions for the user (US Pat. No. 4,209,433; US Pat. No. 6,214,265).
  • additives can also be added to the binders to improve the properties, the additives alone not being suitable as binders (DE 199 19 525, DE 10060 253).
  • No. 2,538,884 describes a binder which is formed by cocondensation of an acetone-formaldehyde adduct with a phenolic component or a novolak. This cocondensate is then made slightly basic and dewatered. After dewatering, a usable solid binder is obtained.
  • Cocondensation specifies the properties of the end product.
  • a further disadvantage is that the binder must be dewatered in order to convert it into a usable state. This process for producing a one-component binder is therefore very cost-intensive. It is also disadvantageous that such a one-component binder is extremely inflexible, since it has a fixedly specified reactivity, ie the reactivity cannot be set flexibly without further ado. From US 4,915,766 a binder is also known which has a thermosetting phenol-aldehyde resin, which is usually also referred to as a resol, an acetone-formaldehyde resin and additionally an alkaline catalyst.
  • thermosetting phenol-aldehyde resin or resole is produced by reacting a phenol component with an aldehyde component under alkaline conditions. According to the teaching of US 4,915,766, an excess of phenol-aldehyde resin, based on the acetone-formaldehyde resin, is to be used.
  • the object of the invention is therefore to provide a highly reactive and inexpensive binder.
  • Another object of the invention is to provide a fast and thermosetting binder, in particular for gluing middle-layer materials of three- or multi-layer wood-based panels and for gluing wood and / or vegetable fiber materials.
  • the object on which the invention is based is achieved by providing a binder for bonding wood and / or plant materials or for producing moldings from wood and / or plant materials, the binder comprising at least two components (A) and (B), the Component (A) comprises a novolak solution taken up in an alkaline liquid medium, and component (B) comprises an acetone-formaldehyde reaction product.
  • the binder comprising at least two components (A) and (B)
  • the Component (A) comprises a novolak solution taken up in an alkaline liquid medium
  • component (B) comprises an acetone-formaldehyde reaction product.
  • the invention therefore relates to an extremely fast and thermosetting binder system for bonding wood and / or plant materials and for producing moldings from wood and / or plant materials.
  • the shaped bodies can have any three-dimensional geometry and are preferably plate-shaped.
  • the moldings are therefore wood materials that can be glued and / or processed or processed.
  • the binder according to the invention is particularly suitable for gluing middle layers of three-layer or multi-layer wood-based panels or wood-based molded articles made of wood and / or plant materials such as chipboard or OSB (Oriented Strand Board) panels or for the production of fiber mats, fiber boards and / or others Composite systems that are made from wood and / or plant materials such as renewable wood and / or plant components and binders.
  • wood and / or plant materials such as chipboard or OSB (Oriented Strand Board) panels
  • Composite systems that are made from wood and / or plant materials such as renewable wood and / or plant components and binders.
  • the novolak used in the invention is not heat-curable unlike the conventionally used resol.
  • the phenol and the formaldehyde can be condensed in a molar ratio of 1: 1 to 1: 0.1, preferably 1: 0.6 to 1: 0.9, in the acidic pH range.
  • the condensation is preferably carried out up to a degree of condensation, measured at 40 ° C., of> 100 mPas, preferably> 2,000 mPas.
  • the two-phase mixture obtained in this way consisting of resin phase and water phase, is unsuitable in this state for use as a binder for wood and / or plant materials or for gluing wood and / or plant fiber materials.
  • this mixture is taken up in an alkaline liquid medium, preferably sodium hydroxide solution, the mixture then becoming single-phase.
  • an alkaline liquid medium preferably sodium hydroxide solution
  • the two-phase mixture is dissolved in the alkaline liquid medium.
  • the alkali content (calculated as NaOH) is preferably 3 to 50% by weight, preferably 5 to 40% by weight, more preferably 10 to 30% by weight, in each case based on the total weight of novolak and alkaline liquid medium.
  • alkalis or bases such as the hydroxides of alkali or alkaline earth metals, for example potassium hydroxide solution, can also be used as the alkaline liquid medium.
  • the alkaline liquid medium is preferably an alkaline aqueous solution.
  • Sodium hydroxide solution has proven to be very suitable as an alkaline liquid medium.
  • Reaction product (component B) by reacting acetone and formaldehyde in a molar ratio of 1: 2 to 1: 6, preferably from 1: 4 to 1: 5, more preferably from 1: 4.1 to 1: 4.5 in a pH - Value range, measured at 20 ° C, preferably 7-10, in particular 7-9.
  • a very fast-curing binder system is obtained extremely advantageously.
  • This binder system is outstandingly suitable for the gluing or gluing of wood and / or plant materials and / or wood and / or plant fiber materials, in particular for the production of moldings.
  • the binder according to the invention preferably has a pH in the range from pH 9 to 14, more preferably from pH 10 to 14.
  • the binder according to the invention is particularly suitable for the production of multi-layer moldings, such as, for example, three-layer chipboard or OSB boards or also multi-layer plywood or beach / chipboard or fiber board.
  • the temperatures which can be achieved in the middle binder layers in the case of multi-layer molded articles usually only exceed 100 ° C. insignificantly and, based on the binder, determine the speed of the production process.
  • the mixing ratio of component (A) to component (B) is in the range from 80:20 to 20:80, preferably from 70:30 to 30:70, the details being in each case parts by weight.
  • the acetone-formaldehyde reaction product (component (B)) is preferably in relation to the novolak
  • Component (A) in excess, based on the respective proportions by weight of component (A) and (B).
  • the mixing ratio of component (A) to component (B) is more preferably in the range from 49:51 to 30:70, the details being in each case parts by weight.
  • the binder is produced immediately before use by mixing component (A) and component (B). In view of the extraordinary reactivity of the binder according to the invention, it is preferred to prepare the binder shortly before, preferably immediately before, by mixing component (A) and component (B).
  • the binder according to the invention preferably has a gelling time of 0.5 min to 15 min, more preferably 0.5 min to 10 min, in each case measured at a temperature of 100 ° C.
  • the gel time is determined according to the present invention as indicated below.
  • components (A) and (B) of the binder are applied simultaneously or successively to wood and / or plant materials to be glued or glued, for example wood fibers and / or vegetable fibers, or separately to wood to be glued together and / or plant materials, for example wood fibers and / or vegetable fibers.
  • the terms "glue” and “glue” as well as “glue” and “glue” are used interchangeably here, i.e. have the same meaning in the sense of the invention.
  • the binder according to the invention is suitable for a large number of different processes for the production of moldings such as sheets or moldings. This means that the point in time at which component (A) and component (B) are mixed or the suitable application of component (A) or component (B) can be selected as a function of the production process used or the molding to be produced.
  • the productivity in the production of wood moldings using wood materials and / or wood and / or plant materials to be glued can be increased considerably per unit of time.
  • the curing time is shortened, the energy required for the heat application per molded body produced is reduced.
  • the manufacturing costs of molded articles, for example of multilayer boards or moldings can be significantly reduced using the binder according to the invention.
  • urea can be added.
  • the amount of urea can be, for example, up to 1.5 mol of urea / mol of acetone. In a preferred embodiment, 0.01 to 1 mol urea / mol acetone, more preferably 0.05 to 0.5 mol urea / mol acetone are added.
  • the binder according to the invention has an extraordinary reactivity even without the addition of urea.
  • additives such as, for example, flame retardants, fungicides, etc.
  • flame retardants such as, for example, flame retardants, fungicides, etc.
  • inorganic and / or organic fillers such as e.g. Chalk, flours, starches, kaolins, proteins, methyl celluloses; Adhesion promoters, e.g. Silanes, isocyanates; Water repellents such as e.g. Paraffins, waxes; Film formers such as acrylates; Flexibilizers such as polyvinyl alcohols; and / or further additives for setting special property profiles desired by the customer are added.
  • inorganic and / or organic fillers such as e.g. Chalk, flours, starches, kaolins, proteins, methyl celluloses
  • Adhesion promoters e.g. Silanes, isocyanates
  • Water repellents such as e.g. Paraffins, waxes
  • Film formers such as acrylates
  • Flexibilizers such as polyvinyl alcohols
  • further additives for setting special property profiles desired by the customer are added.
  • the present invention therefore provides a two-component binder which is advantageously very flexible.
  • the reactivity of the two-component binder according to the invention can be adjusted extremely advantageously.
  • the reactivity of the binder can thus be matched to the respective intended use.
  • the two-component binder according to the invention advantageously liquid and therefore easy to dose and apply to substrates to be glued.
  • the object on which the invention is based is also achieved by using the binder according to the invention for gluing or bonding wood and / or plant materials and for producing moldings from wood materials.
  • the wood materials are preferably chip-like, fibrous, particulate or dust-like wood materials.
  • wood chips can be used as the wood material.
  • the materials to be bonded are obtained from renewable plant materials such as fibers or cockroaches, preferably from flax, hemp, kenaf, jute, sisal, bast, cotton, straw or mixtures thereof.
  • the object on which the invention is based is further achieved by a shaped body, the shaped body having or consisting of wood and / or plant material or wood and / or plant materials bonded with a binder according to the invention.
  • the molded body from the group consisting of chipboard or OSB (Oriented Strand Board) boards, MDF (Medium Density)
  • Fibreboard or High Density Fibreboard panels, fiber mats, fiberboard and molded parts and composite systems is selected.
  • the invention is further illustrated below using examples. The invention is of course not limited to these examples.
  • the characterization of the reactivity of the binders was determined via the gelling time. In the production of three-layer or multi-layer wood-based materials or moldings, the temperatures which can be achieved, in particular in the middle layers, are generally only about 100 ° C. or just above it. In this respect, a temperature of 100 ° C. was used in the present case to determine the gel time of the binders.
  • the gel time at 100 ° C was determined as follows:
  • the binder mixture 5.0 g ⁇ 0.1 g are weighed into a test tube without the binder adhering to the wall of the test tube.
  • the test tube is then placed in a heating bath at a temperature of 100 ° C.
  • the gel time is measured by lifting a glass rod that is immersed in the test tube at intervals. Gelation is achieved when the binder stops pulling threads when the glass rod is lifted. For the purposes of the invention, this point in time is generally referred to as the gel time.
  • Aqueous novolak was produced by the condensation of phenol and formaldehyde in the acid pH range of approx. PH 1. 802.2 g of phenol 90% by weight in water and 418.1 g of 44% by weight aqueous formaldehyde solution, so that the molar ratio of phenol to formaldehyde was 1: 0.8, were initially introduced and by adding 3.24 g of paratoluenesulfonic acid (about 65% by weight) set a pH of about pH 0.87. The mixture was heated to 100 ° C. with stirring for about 25 minutes. The condensation of phenol and formaldehyde took place up to a degree of condensation, measured at 40 ° C., of 4,000 mPas.
  • the degree of condensation or the viscosity was measured in a Höppler rheoviskosimeter according to the manufacturer's instructions.
  • the condensate obtained was then cooled to about 30 ° C. and dissolved with the addition of 960 g of 45% by weight aqueous sodium hydroxide solution and 233 g of water, so that a homogeneous resin solution with a viscosity of about 440 mPas / 20 ° C. , non-volatile components according to DIN 16916-02 H1 of approx. 57 % By weight and an alkali content, calculated as NaOH, of 17% by weight was obtained.
  • the viscosity of the condensate was measured in a falling ball viscometer according to Höppler at 20 ° C according to the manufacturer's instructions.
  • the acetone-formaldehyde reaction product was obtained by reacting acetone with formaldehyde under alkaline conditions. 186.8 g of acetone with 928.4 g of 44% by weight aqueous formaldehyde solution were added to a stirred container so that the molar ratio of acetone to formaldehyde was 1: 4.23. With the addition of 60 g of 45% by weight aqueous sodium hydroxide solution, the mixture was condensed at a temperature of up to 80 ° C., then cooled to approx. 50 ° C. and 20 g of urea were added. By gentle drainage, the
  • Binder No. 1 For each of the binder numbers 1 to 2 below, the gelling time, as explained above, was determined as a measure of the reactivity of the respective binder.
  • Binder Nos. 1 and 2 according to the invention are notable for excellent reactivity, measured as the gelling time at 100.degree.
  • the gelling time of the binder according to the invention at 100 ° C. is very short in particular when the weight fractions of component (A) in the binder according to the invention are less than the weight fractions of component (B).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bindemittel zur Verklebung von Holz- und/oder Pflanzenmaterialien oder zur Herstellung von Formkörpern aus Holz- und/oder Pflanzenmaterialien, wobei das Bindemittel wenigstens zwei Komponenten (A) und (B) umfaßt, wobei die Komponente (A) eine in alkalischem Flüssigmedium aufgenommene Novolaklösung umfaßt und wobei die Komponente (B) ein Aceton-Formaldehyd-Umsetzungsprodukt umfaßt. Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung des Bindemittels zur Herstellung von Formkörpern sowie die hergestellten Formkörper.

Description

Bindemittel zur Verklebung von Holz- und/oder Pflanzenmaterialien oder Herstellung von Formkörpern aus Holz- und/oder Pflanzenmaterialien, dessen Verwendung und Formkörper
Die Erfindung betrifft ein Bindemittel zur Verklebung von Holz- und/oder
Pflanzenmaterialien oder zur Herstellung von Formkörpern aus Holz- und/oder Pflanzenmaterialien. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung eines Bindemittels sowie Formkörper aus Holz- und/oder Pflanzenmaterialien, bei denen die Holz- und/oder Pflanzenmaterialien mit dem erfindungsgemäßen Bindemittel verklebt sind.
Traditionell werden zur Herstellung von Formkörpern aus Holzwerkstoffen sowohl Harnstoff-Formaldehyd- (UF), Melamin-Formaldehyd- (MF) , Melamin-Harnstoff- Formaldehyd- (MUF) als auch Melamin-Hamstoff-Phenol-Formaldehyd-Harze (MUPF), Phenol-Formaldehyd (PF), Phenol-Harnstoff-Formaldehyd (PUF) und polymeres Diisocyanat (PMDI) verwendet.
Hierbei sind die Phenolharze das traditionellste Bindemittel zur Herstellung bedingt feuchteresistenter Holzwerkstoffe und haben sich seit vielen Jahrzehnten in der Praxis bewährt und wurden ständig weiter entwickelt (DE 33 46 153; US 6,489,392).
Bei diesen Bindemitteln handelt es sich üblicherweise um alkalisch härtende Resole, bei deren Herstellung Phenol mit einem molaren Überschuß an Formaldehyd, d.h. in einem Molverhältnis von Phenol : Formaldehyd von < 1 im alkalischen Medium umgesetzt wird. Diese Bindemittel werden sowohl in wässriger Lösung als auch in Pulverform als sprühgetrocknete Leime verwendet.
Der Herstellungsprozeß der sprühgetrockneten Leime ist aufwendig und teuer. Nachteilig bei den wässrigen Systemen ist die begrenzte Reaktivität, welche nur durch erhebliche Zusätze an Harnstoff verbessert werden kann. Harnstoff-freie oder nur sehr gering mit Harnstoff modifizierte Resole haben eine Gelierzeit bei 100 °C von ca. 25 - 50 Min. bei einem Alkaligehalt von ca. 7 - 12 Gew.-%.
Höher reaktive Resole erhält man durch längere Kondensation während der Herstellung, was aber auch zu sehr hochviskosen Produkten führt, welche erst durch Lösen in Harnstoff in einen verarbeitungsfähigen Zustand gebracht werden können. Nachteilig sind hier die erheblichen Mengen an Harnstoff, welche in der Regel 10 - 40 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht an Resol, betragen und die resultierende geringe Lagerfähigkeit des mit Harnstoff modifizierten Resols von ca. 2 - 3 Wochen. Bedingt durch diesen hohen Harnstoffgehalt sind diese Harze nur bei einem Alkalianteil von kleiner 5 Gew.-% lagerfähig, was ihre Verwendung einschränkt.
Die Gelierzeiten bei 100 °C derartiger Resole liegen bei größer 10 min.. Ihr Einsatz ist, bedingt durch den geringen Alkalianteil, auf die Deckschichten mehrschichtiger Holzwerkstoffplatten begrenzt.
Will man diese Resole in den schlechter durchwärmten Mittelschichten einsetzen, so ist unmittelbar vor der Verarbeitung noch eine Erhöhung des Alkalianteils auf ca. 7 - 12 Gew.-% notwendig.
Trotzdem sind auch bei diesen Systemen die Härtungsgeschwindigkeiten für den Einsatz in der schlechter durchwärmten Mittelschicht von mehrschichtigen Holzwerkstoffplatten begrenzt, was zum vermehrten Einsatz von alternativen Bindemitteln, üblicherweise PMDI (polymeres Diisocyanat), führt.
Des weiteren werden gemahlene Novolake, d.h. Phenol-Formaldehydharze, bei deren Herstellung Phenol mit einem molaren Unterschuß an Formaldehyd, d.h. einem Molverhältnis von Phenol : Formaldehyd von > 1 im sauren Medium umgesetzt wird, verwendet. Diesen wird vorzugsweise im Mahlprozeß ein Härtungsmittel, z.B. Hexamethylentetramin, hinzugefügt, welches dann während der Verarbeitung das notwendige Formaldehydpotential zur Härtung des Novolakes freisetzt. Novolake ohne Härtungsmittel verhalten sich thermoplastisch. Nachteilig sind hier insbesondere der Preis und die Handhabung bzw. das gleichmäßige Aufbringen des Bindemittelpulvers auf die zu verleimenden Materialien.
Die Bindemittel werden unter anderem zur Herstellung von Spanplatten, MDF (Medium Density Fibreboard) oder OSB- (Oriented Strand Board)-Platten und zur Faserstoffbeleimung, beispielsweise zur Herstellung von Formteilen für die Automobilindustrie oder auch zur Herstellung von Türen (DE 199 56 765), verwendet.
Zur Realisierung maßgeschneiderter Lösungen für den Anwender werden auch Mischungen von duroplastisch härtenden Bindemitteln diskutiert und verwendet (US 4,209,433; US 6,214,265).
Des weiteren können den Bindemitteln auch Additive zur Eigenschaftsverbesserung hinzugefügt werden, wobei die Additive für sich alleine nicht als Bindemittel geeignet sind (DE 199 19 525, DE 10060 253).
In der US 2,538,884 wird ein Bindemittel beschrieben, welches durch Kokondensation eines Aceton-Formaldehyd-Adduktes mit einer phenolischen Komponente oder auch einem Novolak entsteht. Dieses Kokondensat wird dann leicht basisch eingestellt und entwässert. Nach Entwässerung wird ein gebrauchsfähiges festes Bindemittel erhalten.
Nachteilig ist hier der aufwendige Kokondensationsprozeß. Durch die
Kokondensation werden die Eigenschaften des Endproduktes vorgegeben. Des weiteren ist nachteilig, daß das Bindemittel zur Überführung in einen gebrauchsfähigen Zustand entwässert werden muß. Dieses Verfahren zur Herstellung eines Einkomponenten-Bindemittels ist somit sehr kostenintensiv. Auch ist nachteilig, daß ein solches Einkomponenten-Bindemittel äußerst unflexibel ist, da es eine fest vorgegebene Reaktivität aufweist, d.h. daß die Reaktivität nicht ohne weiteres flexibel eingestellt werden kann. Aus der US 4,915,766 ist ferner ein Bindemittel bekannt, das ein wärmehärtbares Phenol-Aldehyd-Harz, welches üblicherweise auch als Resol bezeichnet wird, ein Aceton-Formaldehyd-Harz und zusätzlich einen alkalischen Katalysator aufweist. Das wärmehärtbare Phenol-Aldehydharz bzw. Resol wird - im Unterschied zur Herstellung von Novolak, welche unter sauren Bedingungen erfolgt - dabei durch Umsetzung einer Phenolkomponente mit einer Aldehydkomponente unter alkalischen Bedingungen hergestellt. Gemäß der Lehre der US 4,915,766 ist ein Überschuß an Phenol-Aldehyd-Harz, bezogen auf das Aceton-Formaldehyd-Harz, zu verwenden.
Die vorgenannten Bindemittel bzw. Bindemittelsysteme sind jedoch in ihrer Reaktivität für manche Zwecke ungenügend. Es besteht in der Industrie ein Bedarf an in der Reaktivität verbesserten und kostengünstigen Bindemitteln. Insbesondere besteht ein Bedarf an Bindemittel zur Verklebung bzw. Verleimung schlecht durchwärmter Mittelschichten von Spanplatten und Platten aus Strandmaterial, wie z.B. OSB.
Aufgabe der Erfindung ist mithin, ein hochreaktives und kostengünstiges Bindemittel bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein schnell und duroplastisch härtendes Bindemittel, insbesondere zur Verleimung von Mittelschichtmaterialien drei- oder mehrschichtiger Holzwerkstoffplatten und zur Verleimung von Holz- und/oder pflanzlichen Fasermaterialien, bereitzustellen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch Bereitstellung eines Bindemittels zur Verklebung von Holz- und/oder Pflanzenmaterialien oder zur Herstellung von Formkörpern aus Holz- und/oder Pflanzenmaterialien gelöst, wobei das Bindemittel wenigstens zwei Komponenten (A) und (B) umfaßt, wobei die Komponente (A) eine in alkalischem Flüssigmedium aufgenommene Novolaklösung umfaßt und wobei die Komponente (B) ein Aceton-Formaldehyd-Umsetzungsprodukt umfaßt. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung betrifft mithin ein äußerst schnell und duroplastisch härtendes Bindemittelsystem zur Verklebung von Holz- und/oder Pflanzenmaterialien und zur Herstellung von Formkörpern aus Holz- und/oder Pflanzenmaterialien. Die Formkörper können dabei jegliche dreidimensionale Geometrie aufweisen und sind vorzugsweise plattenförmig. Die Formkörper sind mithin Holzwerkstoffe, die verklebt und/oder bearbeitet bzw. verarbeitet werden können.
Das erfindungsgemäße Bindemittel eignet sich insbesondere zur Verleimung von Mittelschichten drei- oder mehrschichtiger Holzwerkstoffplatten oder Holzwerkstoff- Formkörper aus Holz- und/oder Pflanzenmaterialien wie Span- oder OSB- (Oriented Strand Board)-Platten oder zur Herstellung von Fasermatten, Faserplatten und/oder anderen Verbundsystemen, die aus Holz- und/oder Pflanzenmaterialien wie nachwachsenden Holz- und/oder Pflanzenkomponenten und Bindemittel hergestellt werden.
Überraschenderweise wurde festgestellt, daß eine Kombination einer, vorzugsweise wässrigen alkalischen, Novolaklösung mit einem Aceton-Formaldeyd-
Umsetzungsprodukt die Härtungszeit gegenüber klassischen Phenol-Formaldehyd- Resol-Systemen signifikant verringert.
Der bei der Erfindung verwendete Novolak ist als solcher im Unterschied zu dem herkömmlicherweise verwendeten Resol nicht wärmehärtbar.
Das Phenol und der Formaldehyd können gemäß der Lehre der DE 199 19 525 im Molverhältnis von 1 :1 bis 1 :0,1 , bevorzugt 1 :0,6 bis 1 :0,9, im sauren pH Wertbereich kondensiert werden. Dabei wird die Kondensation vorzugsweise bis zu einem Kondensationsgrad, gemessen bei 40°C, von > 100 mPas, bevorzugt > 2.000 mPas, durchgeführt. Das so erhaltene, aus Harzphase und Wasserphase bestehende zweiphasige Gemisch ist in diesem Zustand für die Verwendung als Bindemittel für Holz- und/oder Pflanzenmaterialien oder zur Verleimung von Holz- und/oder pflanzlichen Fasermaterialien ungeeignet.
Um dieses zweiphasige Gemisch in eine verwendbare, homogene Form zu bringen, wird dieses Gemisch in einem alkalischen Flüssigmedium, vorzugsweise Natronlauge, aufgenommen, wobei das Gemisch dann einphasig wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das zweiphasige Gemisch in dem alkalischen Flüssigmedium gelöst.
Der Alkaligehalt (berechnet als NaOH) beträgt vorzugsweise 3 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 40 Gew.-%, weiter bevorzugt 10 bis 30 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht an Novolak und alkalischem Flüssigmedium.
Als alkalisches Flüssigmedium können neben Natronlauge auch andere Alkalien oder Laugen, wie beispielsweise die Hydroxide von Alkali- oder Erdalkalimetallen, beispielsweise Kalilauge, verwendet werden.
Vorzugsweise ist das alkalische Flüssigmedium eine alkalische wässrige Lösung. Als sehr geeignet hat sich als alkalisches Flüssigmedium Natronlauge erwiesen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Aceton-Formaldehyd-
Umsetzungsprodukt (Komponente B) durch Umsetzen von Aceton und Formaldehyd in einem Molverhältnis von 1 :2 bis 1 :6, vorzugsweise von 1 :4 bis 1 :5, weiter bevorzugt von 1 :4,1 bis 1 :4,5 in einem pH - Wertbereich, gemessen bei 20°C, von vorzugsweise 7 - 10, insbesondere von 7 - 9, hergestellt.
Beim Mischen von in alkalischem Medium aufgenommenem Novolak (Komponente (A)) mit einem Aceton-Formaldehyd-Umsetzungsprodukt (Komponente (B)), das im Molverhältnis 1 :2 bis 1 :6, vorzugsweise von 1 :4 - 1 :5, bevorzugt im alkalischen Medium, hergestellt ist, wird äußerst vorteilhaft ein sehr schnell härtendes Bindemittelsystem erhalten. Dieses Bindemittelsystem eignet sich hervorragend zur Verklebung oder Verleimung von Holz- und/oder Pflanzenmaterialien und/oder Holz- und/oder pflanzlichen Fasermaterialien, insbesondere zur Herstellung von Formkörpern.
Das erfindungsgemäße Bindemittel weist vorzugsweise einen pH im Bereich von pH 9 bis 14, weiter bevorzugt von pH 10 bis 14 auf.
Das erfindungsgemäße Bindemittel eignet sich insbesondere zur Herstellung von mehrschichtigen Formkörpern, wie beispielsweise dreischichtigen Span- oder OSB- Platten oder auch mehrschichtigen Sperrholz- oder Strand/Span- oder Faserplatten.
Die bei mehrschichtigen Formkörpern in den mittleren Bindemittelschichten erreichbaren Temperaturen überschreiten üblicherweise 100 °C nur unwesentlich und sind - auf das Bindemittel bezogen - geschwindigkeitsbestimmend für den Herstellungsprozeß.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung liegt das Mischungsverhältnis von Komponente (A) zu Komponente (B) im Bereich von 80:20 bis 20:80, vorzugsweise von 70:30 bis 30:70, wobei die Angaben jeweils Gewichtsteile sind.
Vorzugsweise liegt bei dem erfindungsgemäßen Bindemittel das Aceton- Formaldehyd-Umsetzungsprodukt (Komponente (B)) in bezug auf den Novolak
(Komponente (A)) im Überschuß vor, bezogen auf die jeweiligen Gewichtsanteile von Komponente (A) und (B).
Weiter bevorzugt liegt das Mischungsverhältnis von Komponente (A) zu Komponente (B) im Bereich von 49:51 bis 30:70, wobei die Angaben jeweils Gewichtsteile sind.
Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, daß das Bindemittel unmittelbar vor Verwendung durch Mischen von Komponente (A) und Komponente (B) hergestellt ist. Im Hinblick auf die außerordentliche Reaktivität des erfindungsgemäßen Bindemittels ist es bevorzugt, das Bindemittel erst kurz vor, vorzugsweise unmittelbar vor der Verwendung durch Mischen von Komponente (A) und Komponente (B) herzustellen.
Das erfindungsgemäße Bindemittel weist vorzugsweise eine Gelierzeit von 0,5 min bis 15 min, weiter bevorzugt von 0,5 min bis 10 min, jeweils gemessen bei einer Temperatur von 100°C auf. Die Gelierzeit wird gemäß der vorliegenden Erfindung, wie weiter unten angegeben, bestimmt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Komponenten (A) und (B) des Bindemittels gleichzeitig oder nacheinander auf zu be- oder verklebende Holz- und/oder Pflanzenmaterialien, bspw. Holzfasern und/oder pflanzliche Fasern, oder getrennt auf miteinander zu verklebende Holz- und/oder Pflanzenmaterialien bspw. Holzfasern und/oder pflanzliche Fasern, aufgebracht. Die Begriffe „verkleben" und „verleimen" sowie „bekleben" und „beleimen" werden vorliegend austauschbar verwendet, d.h. haben im Sinne der Erfindung die gleiche Bedeutung.
Das erfindungsgemäße Bindemittel eignet sich für eine Vielzahl von verschiedenen Verfahren zur Herstellung von Formkörpern wie Platten oder Formteilen. Das heißt, der Zeitpunkt des Vermischens von Komponente (A) und Komponente (B) bzw. der geeignete Auftrag von Komponente (A) oder Komponente (B) kann in Abhängigkeit von dem jeweils verwendeten Herstellungsverfahren bzw. dem herzustellenden Formkörper gewählt werden.
Im Hinblick auf die äußerst hohe Reaktivität des erfindungsgemäßen Bindemittels kann die Produktivität bei der Herstellung von Holzformkörpern unter Verwendung von zu verleimenden Holzwerkstoffen und/oder Holz- und/oder Pflanzenmaterialien pro Zeiteinheit erheblich gesteigert werden.
Des weiteren wird, da die Aushärtezeit verkürzt wird, der für die Wärmebeaufschlagung erforderliche Energiebedarf pro hergestelltem Formkörper verringert. Somit können die Herstellungskosten von Formkörpern, beispielsweise von Mehrschichtplatten oder Formteilen, unter Verwendung des erfindungsgemäßen Bindemittels signifikant gesenkt werden.
Auch ist es im Hinblick auf die außerordentliche Reaktivität des erfindungsgemäßen Bindemittels möglich, die Aushärtetemperatur gegenüber herkömmlichen Bindemitteln abzusenken und mithin weiter Energiekosten zu sparen.
Dem erfindungsgemäßen Bindemittel können auch weitere Zusätze zugesetzt werden. Beispielsweise kann Harnstoff zugesetzt werden. Die Menge an Harnstoff kann beispielsweise bis zu 1 ,5 mol Hamstoff/mol Aceton betragen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden 0,01 bis 1 mol Hamstoff/mol Aceton, weiter bevorzugt 0,05 bis 0,5 mol Harnstoff/mol Aceton zugesetzt.
Äußerst vorteilhaft weist das erfindungsgemäße Bindemittel jedoch auch ohne Zusatz von Harnstoff eine außerordentliche Reaktivität auf.
Dem erfindungsgemäßen Bindemittel können auch weitere Zusatzstoffe, wie beispielsweise Flammschutzmittel, Fungizide, etc., zugesetzt werden.
Natürlich können auch anorganische und/oder organische Füllstoffe, Streckmittel, Verdicker wie z.B. Kreide, Mehle, Stärken, Kaoline, Proteine, Methylcellulosen; Haftvermittler, wie z.B. Silane, Isocyanate; Hydrophobierungsmittel wie z.B. Paraffine, Wachse; Filmbildner wie z.B. Acrylate; Flexibilisatoren wie z.B. Polyvinylalkohole; und/oder weitere Additive zur Einstellung spezieller, vom Kunden gewünschter Eigenschaftsprofile zugesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung stellt mithin ein Zweikomponenten-Bindemittel bereit, das vorteilhafterweise sehr flexibel ist. Durch Einstellung der relativen Anteile von Komponente (A) zu Komponente (B) kann äußerst vorteilhaft die Reaktivität des erfindungsgemäßen Zweikomponenten-Bindemittels eingestellt werden. Somit kann die Reaktivität des Bindemittels auf den jeweiligen Verwendungszeck abgestimmt werden. Ferner ist das erfindungsgemäße Zweikomponenten-Bindemittel vorteilhafterweise flüssig und mithin einfach zu dosieren und auf zu verleimende Substrate aufzubringen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch durch Verwendung des erfindungsgemäßen Bindemittels zur Verleimung oder Verklebung von Holz- und/oder Pflanzenmaterialien und zur Herstellung von Formkörpern aus Holzwerkstoffen gelöst.
Vorzugsweise sind die Holzmaterialien spanartige, faserartige, partikuläre oder staubartige Holzmaterialien. Beispielsweise können als Holzmaterial Hackspäne verwendet werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die zu verklebenden Materialien aus nachwachsenden Pflanzenmaterialien wie Fasern oder Schaben, vorzugsweise aus Flachs, Hanf, Kenaf, Jute, Sisal, Bast, Baumwolle, Stroh oder Gemischen davon, gewonnen.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch einen Formkörper gelöst, wobei der Formkörper mit erfindungsgemäßem Bindemittel verklebtes Holz- und/oder Pflanzenmaterial bzw. verklebte Holz- und/oder Pflanzenmaterialien aufweist oder daraus besteht.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird der Formkörper aus der Gruppe, die aus Span- oder OSB (Oriented Strand Board)-Platten, MDF- (Medium Density
Fibreboard) oder HDF (High Density Fibreboard )-Platten, Fasermatten, Faserplatten und Formteilen und Verbundsystemen besteht, ausgewählt.
Beispiele
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen weiter veranschaulicht. Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf diese Beispiele beschränkt. Die Charakterisierung der Reaktivität der Bindemittel wurde über die Gelierzeit bestimmt. Bei der Herstellung drei- oder mehrschichtiger Holzwerkstoffe oder Formkörper betragen die erzielbaren Temperaturen, insbesondere in den Mittelschichten, in der Regel nur etwa 100°C oder knapp darüber. Insofern wurde vorliegend zur Bestimmung der Gelierzeit der Bindemittel eine Temperatur von 100°C herangezogen.
Die Gelierzeit bei 100°C wurde dabei wie folgt bestimmt:
5,0 g ± 0,1 g der Bindemittelmischung werden in ein Reagenzglas eingewogen, ohne daß Bindemittel an der Wandung des Reagenzglases haftet. Das Reagenzglas wird nachfolgend in einem Heizbad mit einer Temperatur von 100°C angeordnet. Die Gelierzeit wird gemessen, indem ein Glasstab, der in das Reagenzglas eingetaucht ist, in zeitlichen Abständen angehoben wird. Die Gelierung ist erreicht, wenn das Bindemittel beim Heben des Glasstabes keine Fäden mehr zieht. Dieser Zeitpunkt wird im Sinne der Erfindung allgemein als Gelierzeit bezeichnet.
Herstellung von Komponente (A)
Wässriger Novolak wurde durch Kondensation von Phenol und Formaldehyd im sauren pH Wertbereich von ca. pH 1 hergestellt. Dabei wurden 802,2 g Phenol 90 Gew.-% in Wasser und 418,1 g 44 Gew.-%-ige wässrige Formaldehydlösung, so daß das Molverhältnis von Phenol zu Formaldehyd von 1 :0,8 betrug, vorgelegt und durch Zugabe von 3,24 g Paratoluolsulfonsäure (ca. 65 Gew.-%-ig) ein pH-Wert von ca. pH 0,87 eingestellt. Die Mischung wurde unter Rühren auf 100 °C für ca. 25 min erwärmt. Die Kondensation von Phenol und Formaldehyd erfolgte bis zu einem Kondensationsgrad, gemessen bei 40°C, von 4.000 mPas. Der Kondensationsgrad bzw. die Viskosität wurde in einem Rheoviskosimeter nach Höppler gemäß Herstellerangaben gemessen. Das erhaltene Kondensat wurde anschließend auf ca. 30 °C gekühlt und unter Zugabe von 960 g 45 Gew.-%-iger wässriger Natronlauge und 233 g Wasser gelöst, so daß eine homogene Harzlösung mit einer Viskosität von ca. 440 mPas/20 °C, nichtflüchtigen Anteilen nach DIN 16916-02 H1 von ca. 57 Gew.-% und einem Alkaligehalt, berechnet als NaOH, von 17 Gew.-% erhalten wurde. Die Viskosität des Kondensats wurde dabei in einem Kugelfallviskosimeter nach Höppler bei 20 °C gemäß Herstellerangaben gemessen.
Die Bestimmung der Gelierzeit für die Komponente (A) bei 100°C wurde nach 1 h abgebrochen, da keine Gelierung festzustellen war.
Herstellung von Komponente (B)
Das Aceton-Formaldehyd-Umsetzungsprodukt wurde durch Umsetzung von Aceton mit Formaldehyd unter alkalischen Bedingungen erhalten. Dabei wurden 186,8 g Aceton mit 928,4 g 44 Gew.-%-iger wässriger Formaldehydlösung in einen Rührbehälter gegeben, so daß das Molverhältnis von Aceton zu Formaldehyd 1 : 4,23 betrug. Unter Zugabe von 60 g 45 Gew.-%-iger wässriger Natronlauge wurde bei einer Temperatur von bis zu 80 °C kondensiert, anschließend auf ca. 50 °C gekühlt und 20 g Harnstoff hinzugefügt. Durch schonendes Entwässern wurde der
Gehalt an nichtflüchtigen Anteilen nach DIN 16916-02-H1 auf ca. 47,5 Gew.-% bei einer Viskosität von ca. 22 mPas eingestellt.
Die Bestimmung der Gelierzeit von Komponente (B) bei 100°C wurde nach 1 h abgebrochen, da keine Gelierung zu erkennen war.
Bindemittelherstellunq
Unmittelbar vor der Verarbeitung wurden die vorstehend beschriebenen Komponenten (A) und (B) unter Rühren in den nachstehenden Mengenverhältnissen zusammengegeben. Für jedes der nachstehenden Bindemittel Nr. 1 bis 2 wurde die Gelierzeit, wie oben erläutert, als Maß für die Reaktivität des jeweiligen Bindemittels bestimmt. Bindemittel Nr. 1 :
49 Gew.-% Komponente (A) + 51 Gew.-% Komponente (B) Viskosität bei 20°C: ca. 173 mPas Alkalität, berechnet als NaOH: ca. 8,32 Gew.-% Gelierzeit bei 100°C: ca. 1 min 37 s
Bindemittel Nr. 2:
30 Gew.-% Komponente (A) + 70 Gew.-% Komponente (B) Viskosität bei 20°C: ca. 119 mPas Alkalität, berechnet als NaOH: ca. 4,8 Gew.-% Gelierzeit bei 100°C: ca. 44 s
Die erfindungsgemäßen Bindemittel Nr. 1 und 2 zeichnen sich durch eine ausgezeichnete Reaktivität, gemessen als Gelierzeit bei 100°C, aus.
Die Gelierzeit des erfindungsgemäßen Bindemittels bei 100°C ist insbesondere dann sehr kurz, wenn in dem erfindungsgemäßen Bindemittel die Gewichtsanteile an Komponente (A) geringer sind als die Gewichtsanteile an Komponente (B).

Claims

Patentansprüche
1. Bindemittel zur Verklebung von Holz- und/oder Pflanzen matehalien oder zur Herstellung von Formkörpern aus Holz- und/oder Pflanzenmaterialien, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel wenigstens zwei Komponenten (A) und (B) umfaßt, wobei die Komponente (A) eine in alkalischem Flüssigmedium aufgenommene Novolaklösung umfaßt und wobei die Komponente (B) ein Aceton-Formaldehyd-Umsetzungsprodukt umfaßt.
2. Bindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Novolaklösung durch Kondensation von Phenol und Formaldehyd im Molverhältnis von 1:0,1 bis 1:1, vorzugsweise von 1:0,6 bis 1:0,9, im sauren pH Bereich hergestellt ist.
3. Bindemittel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Novolaklösung nach der Herstellung in alkalischem Flüssigmedium aufgenommen, vorzugsweise gelöst, ist.
4. Bindemittel nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an alkalischem Flüssigmedium 5 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 10 bis 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht von Novolaklösung und alkalischem Flüssigmedium in Komponente (A), beträgt.
5. Bindemittel nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aceton - Formaldehyd - Umsetzungsprodukt durch Umsetzen von Aceton und Formaldehyd in einem Molverhältnis von 1:2 bis 1:6, vorzugsweise von 1 :4 bis 1 :5, weiter bevorzugt von 1 :4,1 bis 1 :4,5 in einem pH - Wertbereich, gemessen bei 20°C, von 7-10, insbesondere von 7-9, hergestellt ist.
6. Bindemittel nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Mischungsverhältnis von Komponente (A) zu Komponente (B) im Bereich von 80:20 bis 20:80, vorzugsweise von 70:30 bis 30:70, wobei die Angaben jeweils Gewichtsteile sind, liegt.
7. Bindemittel nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß das Mischungsverhältnis von Komponente (A) zu Komponente (B) im Bereich von 49:51 bis 30:70, wobei die Angaben jeweils Gewichtsteile sind, liegt.
8. Bindemittel nach einem der vorherigen Ansprüche dad u rch geken nzeich net, daß das Bindemittel unmittelbar vor Verwendung durch Mischen von Komponente (A) und Komponente (B) hergestellt ist.
9. Bindemittel nach einem der vorherigen Ansprüche dad u rch geken nzeich net, daß das alkalische Flüssigmedium eine alkalische wässrige Lösung, vorzugsweise Natronlauge, ist.
10. Bindemittel nach einem der vorherigen Ansprüche, dad u rch ge ken nzeich net, daß die Komponenten (A) und (B) des Bindemittels gleichzeitig oder nacheinander auf zu be- oder verklebende Holz- und/oder Pflanzenmaterialien oder getrennt auf miteinander zu verklebende Holz- und/oder Pflanzenmaterialien aufgetragen sind.
11. Bindemittel nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Holz- und/oder Pflanzenmaterialien spanartige, faserartige, partikuläre oder staubartige Holz- bzw. Pflanzenmaterialien sind.
12. Bindemittel nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Pflanzenmaterialien aus nachwachsenden Rohstoffen, vorzugsweise aus Flachs, Hanf, Kenaf, Jute, Sisal, Bast, Baumwolle, Stroh oder Gemischen davon, gewonnen sind.
13. Verwendung des Bindemittels nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel zur Verklebung von Holz- und/oder Pflanzenmaterialien und/oder zur Herstellung von Formkörpern verwendet wird.
14. Verwendung des Bindemittels nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Holz- und/oder Pflanzenmaterialien spanartige, faserartige, partikuläre oder staubartige Holz- bzw. Pflanzenmaterialien sind.
15. Verwendung des Bindemittels nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Pflanzenmaterialien aus nachwachsenden Rohstoffen, vorzugsweise aus Flachs, Hanf, Kenaf, Jute, Sisal, Bast, Baumwolle, Stroh oder Gemischen davon, gewonnen sind.
16. Formkörper aus Holz- und/oder Pflanzenmaterialien, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper mit einem Bindemittel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 verklebtes Holz- und/oder Pflanzenmaterial aufweist.
7. Formkörper nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Formkörper aus der Gruppe, die aus Spanplatten, OSB (Oriented Strand Board)-Platten, Fasermatten, Faserplatten und Verbundsystemen besteht, ausgewählt wird.
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