CH537273A - Verfahren zur Herstellung von Holzwerkstoffen mit hoher Heisswasserbeständigkeit - Google Patents

Description

  
 



   Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Holzwerkstoffen mit hoher Heisswasserbeständigkeit unter Verwendung von alkalisch kondensierten Phenol-Aldehyd Harzen als Binde- oder Verleimungsmittel.



   Es ist bekannt, die Heisswasserbeständigkeit von Holzwerkstoffen, die unter Verwendung von Phenolharzen als Binde- oder Verleimungsmittel hergestellt werden, durch Zugabe von Karbonaten der Elemente der ersten drei Hauptgruppen des Periodensystems zu verbessern.



   Da diese Heisswasserbeständigkeit, die durch die Querzugfestigkeit nach 2stündigem Kochen in Wasser gemessen wird, vielfach als ein Mass für die Wetterbeständigkeit der Platten oder Formlinge angesehen wird, besteht grosses Interesse an der Herstellung von Holzwerkstoffen mit noch höherer Heisswasserbeständigkeit, wobei diese aus Gründen der Wirtschaftlichkeit nach einer möglichst kurzen Presszeit, entsprechend einem niedrigen Pressfaktor, erreicht werden soll.



   Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin, das eingangs genannte Verfahren so weiterzuentwickeln, dass damit Holzwerkstoffe in kürzester Presszeit hergestellt werden können, die zugleich möglichst hohe Querzugfestigkeiten und möglichst niedrige Quellung in kaltem Wasser aufweisen. Ausserdem soll das Auskristallisieren des Härters und das Ausblühen von Alkalisalzen weitgehend vermieden werden.



   Das diese Aufgabe lösende Verfahren gemäss vorliegender Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass man als Binde- oder Verleimungsmittel mit einem Aldehyd-Phenol Molverhältnis von mindestens 1,6:1 und mit 0,05 bis 2 Mol Alkalihydroxid pro Mol Phenol hergestellte Phenol-Aldehyd Harze mit einer Viskosität bei einem Feststoffgehalt von 48% von mindestens 200   cP,    gemessen im Höppler-Viskosimeter bei   20     C, und einem Gehalt an nicht mit dem Aldehyd in Reaktion getretenem Phenol von weniger als 6% verwendet und diese Harze mit 0,01 bis 1 Mol eines Alkylenkarbonates pro Mol des zur Herstellung des Phenol-Aldehyd-Harzes verwendeten Phenols zusammenbringt.



   Vorzugsweise kann als Alkylenkarbonat Propylenkarbonat eingesetzt werden.



   Liegt das Aldehyd-Phenol-Molverhältnis unter   1,6:1,    so erhält man keine zufriedenstellenden physikalisch-technischen Eigenschaften der Holzwerkstoffe, weil die Härtungsgeschwindigkeit zu gering ist.



   Wesentlich für die Eigenschaften ist auch ein ausreichend hoher Kondensationsgrad der Phenol-Aldehyd-Harze. Bei   einem Feststoffgehalt von 48  Sc soll die Phenol-Aldehyd-    Harzlösung mindestens eine Viskosität von 200 cP, entsprechend etwa 50 Sek. gemessen im 4 mm DIN-Becher bei   200 C,    aufweisen.



   Wenn das Phenol-Aldehyd-Harz in einer höheren Konzentration als   48 nu    vorliegt - und das ist praktisch immer der Fall - dann lässt sich vor der Viskositätsbestimmung der verlangte Feststoffgehalt von   48 Wo    z. B. wie folgt einstellen: Zunächst wird der tatsächlich vorliegende Feststoffgehalt nach folgender Methode bestimmt: 1 g der Phenol-Aldehyd-Harzlösung wird genau eingewogen und gleichmässig auf dem Boden einer Schale verteilt. Anschliessend wird die Harzlösung 2 Stunden bei 1200 C in einem Trockenschrank eingedampft.



  Der Rückstand ist die gesuchte Festharzmenge. Nachdem der Feststoff auf diese Weise bestimmt ist, wird die Harzlösung durch Zugabe der errechneten Wassermenge auf die erforderliche Konzentration von   48 Wo    eingestellt (Spezifikation:   48% t 1 1% Feststoff).   



   Grössere Mengen an freiem Phenol und Formaldehyd in der Phenol-Aldehyd-Harzlösung sind nicht zuträglich. Der Gehalt an freiem Phenol soll unter   6%,    nach Möglichkeit unter   1 %,    liegen.



   Besonders vorteilhaft bei dem erfindungsgemässen Verfahren ist es, wenn das Alkylenkarbonat erst kurz vor der Beleimung zugemischt oder in gelöster Form getrennt vom Bindemittel auf das Holz, die Holzteile oder Holzspäne aufgesprüht wird. Dadurch wird vermieden, dass die als Bindemittel verwendeten Phenol-Aldehyd-Harzlösungen durch den Zusatz des Alkylenkarbonates bereits während der Zeit bis zu ihrer Verarbeitung zu stark altern. Ausserdem hat die Zugabe des Karbonats kurz vor der Verarbeitung auch noch den grossen Vorteil, dass man den Mittel- und Deckschichten, z. B. bei der Herstellung von Spanholzplatten, unterschiedliche Härtermengen zumischen und dadurch die verschiedenen Härtungszeiten der einzelnen Schichten ausgleichen kann.



   Die Vorteile der Zugabe von Alkylenkarbonaten als Härter zu den Phenolharzen gegenüber der Zugabe von Karbonaten der Elemente der ersten drei Gruppen des Periodensystems sind:
1. Kürzere Gelierzeiten, dadurch schnelleres Härten und kürzere Presszeiten der Holzwerkstoffe.



   2. Erhöhte Biegefestigkeit der Holzwerkstoffe.



   3. Erhöhte Querzugfestigkeit der Holzwerkstoffe, vor allem nach 2-stündigem Kochen.



   4. Kein Auskristallisieren der Härter.



   5. Vermindertes Ausblühen von Alkalisalzen.



   6. Gute Mischbarkeit des Härters mit den Phenolharzen.



   Anhand der folgenden Beispiele sei das erfindungsgemässe Verfahren näher erläutert:
Beispiel 1
94,1 g Phenol (1 Mol), 234,6 ml einer   30%gen    Formalinlösung (2,55 Mol CH2O) und 28,9 ml einer   33%gen    Natronlauge (0,325 Mol NaOH) werden in einem Glaskolben unter Rühren vermischt und innerhalb von 40 Minuten auf   90"    C aufgeheizt. Dann werden weitere 28,9 ml 33 %ige Natronlauge zugegeben. Darauf lässt man 60 Minuten bei   90"    C reagieren, destilliert 70 ml Wasser ab und kondensiert bis zu einer Viskosität von etwa 60 Sek., gemessen im 4 mm-DIN Becher bei   20     C. Anschliessend wird die etwa   48%ige    Harzlösung in mehrere Proben aufgeteilt und mit den in der Tabelle aufgeführten Härtern versetzt.



   Mit diesen Phenolharzlösungen werden Spanholzplatten hergestellt. Dazu werden Holzspäne auf einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 6% getrocknet und in einer Mischvorrichtung mit 9 Gew.-Teilen Phenolharz auf 100 Gew.-Teile Holz bedüst. Die beleimten Holzspäne werden dann zu Spanmatten gestreut und in einer hydraulischen Presse bei einer Temperatur von   165     C und einem Druck von etwa 20 kp/cm2 zu Spanholzplatten mit einer Wichte von etwa 0,7 verpresst.

 

   Die erhaltenen Spanholzplatten weisen die in der Tabelle aufgeführten Eigenschaften auf.



   Daraus geht klar hervor, dass das Propylenkarbonat im Vergleich zu Kaliumkarbonat eine kürzere Gelierzeit und damit eine kürzere Härtung bzw. Presszeit bewirkt. Die mit Propylenkarbonat gehärteten phenolharzgebundenen Spanholzplatten zeichnen sich weiter durch besonders hohe Biegeund Querzugsfestigkeiten, vor allem aber durch wesentlich verbesserte Querzugfestigkeiten nach dem Kochen aus, wie die Werte der Tabelle 1 zeigen.  



   Tabelle 1 Härterzusatz auf 100 g ohne Härter- 4 g 50%-ig. 4 g 50%-ig.



     Phenolharzlösung in    g zusatz   K2CO°-Lösung    Propylencarbo natlösung
Feststoff in % ca. 48 ca. 48 ca. 48  (1 g/2 h/1200 C)
Viskosität im 4 mm-DIN- 63 Sek. 58 Sek 117 Sek.



   Becher bei 200 C
Wichte bei 200 C 1,22 1,25 1,23
Gelierzeit bei 1000 C 27,3 Min. 17,3 Min. 8,1 Min.



   Härtezeit bei 1100 C 106 Sek. 93 Sek. 78 Sek.



   Härtezeit bei 1300 C 45 Sek. 42 Sek. 35 Sek.



   Presstemperatur in   O    C 165   o    165 0 165 0
Pressfaktor in Min./mm 0,4 0,4 0,4
Wichte ca. 0,70 0,69 0,69
Biegefestigkeit in kp/cm2 219 316 347
Querzugfestigkeit in kp/cm2 4,6 7,4 8,9
Querzugfestigkeit in kp/cm2 1,5 2,1 3,1    nach V    100
Beispiel 2
In einem geeigneten heiz- und kühlbaren Rührautoklav mit Kühlervorlage und den erforderlichen Zuläufen werden 941 g (entsprechend 10 Mol) Phenol, 2550 g 30%iges Form   alin    (enthaltend 25,5 Mol Formaldehyd) und 578 ml 33 %ige
Natronlauge (enthaltend 6,5 Mol Natriumhydroxid) bei
20 bis 25        C miteinander vermischt.

  Diese Mischung wird dann in etwa 20 Minuten auf 35 bis   40     C aufgeheizt, unter
Kühlung 40 Minuten bei 40 bis   50     C gehalten und in 20 Minuten auf   90"    C aufgeheizt. Danach lässt man weitere 578 ml der 33 %igen Natronlauge zulaufen und bei   90"    C etwa 20 Mi nuten reagieren. Anschliessend destilliert man soviel Wasser bzw. flüchtige Bestandteile im Vakuum ab, dass der Feststoff gehalt   bei 48:e1 % liegt.    Nun wird die Lösung bei etwa   70"    C nachkondensiert, bis eine Viskosität von etwa 600 cP erreicht ist.



   Das erhaltene Spanholzbindemittel hat die folgenden
Eigenschaften: Feststoffgehalt in Gew.% (bestimmt mit 1 g,   2hbei 120 C): 48¯1% Viskosität bei 20  C (Höppler): 600 cP Härtezeit bei 110 C, gemessen an 1 g   
Harzlösung durch Rühren in der Vertiefung einer Durotest-Platte bis zur Resitbildung: 58 Sek.



     
Gelierzeit der Mischung bei 100" C: 28 Minuten   
Dem auf diese Weise erhaltenen Bindemittel werden nun 2 Gew.% Äthylencarbonat und 2 Gew.% Wasser zugemischt.



  Die bei   100"    C gemessene Gelierzeit der Harzmischung er niedrigt sich dadurch auf 7 Minuten. Der beträchtlichen
Gelierzeiterniedrigung von 28 auf etwa 7 Minuten entspricht eine starke Beschleunigung des Härtungsvorganges, die sich auch durch eine Verbesserung der physikalisch-technischen
Daten der aus dem Harz gepressten Platten ausdrückt.



   Zur Herstellung der Spanholzplatten werden 104 Gew. Teile des mit Äthylencarbonat versetzten Bindemittels mit
20 Gew.-Teilen Wasser vermischt, wobei eine 40%ige Flotte mit einer Viskosität von 65 cP erhalten wird. Weiterhin wer   den    Buchenholzspäne auf eine Restfeuchte von 2 bis 4 Gew.% getrocknet und dann mit 25 Gew.-Teilen der   40%gen    Flotte, entsprechend einem Beleimungsfaktor von 10%, bezogen auf atro-Späne, gleichmässig in einer Trommel beleimt.



   Die so beleimten Späne werden dann in einer Laboratoriumspresse bei   165     C mit einem Druck von 20 kp/cm2 mit Pressfaktoren von 0,3 und 0,5 Minuten pro mm zu 8 mm dicken Spanholzplatten mit einer Dichte von 0,75 g pro cm3 verpresst und nach einem Tag auf ihre physikalisch-technischen
Eigenschaften geprüft.

 

   Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammen gestellt:
Tabelle 2 Spanfeuchte   2-4 %    Beleimungsfaktor: 10   S   
Plattendicke: 8 mm
Plattendichte: 0,75   g pro      cms    Presstemperatur: 1650 C Pressdruck: 20 kp/cm2 Pressfaktor in Minuten pro mm: 0,3 0,5 Dickenquellung in % nach 2 Std.



  bei Prüfung gem. DIN-Entwurf 52364 vom November 1961: 13,6 10,5
Biegefestigkeit in kp pro   cm2    gem. DIN-Entwurf 52362 vom    November 1961:    289 344   Querzugfestigkeit in kp pro cm2 gem. DIN-Entwurf   52365    vom November 1962: 7,6 9,2 Querzugfestigkeit in kp/cm2   nachV    100: 2,2 3,2 

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Verfahren zur Herstellung von Holzwerkstoffen mit hoher Heisswasserbeständigkeit unter Verwendung von alkalisch kondensierten Phenol-Aldehyd-Harzen als Binde- oder Verleimungsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass man als Bindeoder Verleimungsmittel mit einem Aldehyd-Phenol-Molverhältnis von mindestens 1,6:1 und mit 0,05 bis 2 Mol Alkalihydroxid pro Mol Phenol hergestellte Phenol-Aldehyd Harze mit einer Viskosität bei einem Feststoffgehalt von 48 % von mindestens 200 cP, gemessen im Höppler-Viskosimeter bei 20 C, und einem Gehalt an nicht mit dem Aldehyd in Reaktion getretenem Phenol von weniger als 6% verwendet und diese Harze mit 0,01 bis 1 Mol eines Alkylenkarbonates pro Mo des zur Herstellung des Phenol-Aldehyd-Harzes verwendeten Phenols zusammenbringt.

   UNTERANSPRUCH Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass als Alkylenkarbonat Propylenkarbonat eingesetzt wird.