DE19653627A1 - Verfahren zur Herstellung eines alkalisch kondensierten Phenol-Harnstoff-Formaldehyd-Harzes unter Verwendung eines Extruders - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines alkalisch kondensierten Phenol-Harnstoff-Formaldehyd-Harzes unter Verwendung eines ExtrudersInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein verbessertes Verfahren zur Herstellung
eines alkalisch kondensierten Phenol-Harnstoff-Formaldehyd-Harzes das
dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Stufe in einem Extruder durchgeführt
wird, ein derartiges Harz an sich sowie dessen Verwendung als Bindemittel
für lignocellulosische Materialien.
Phenol-Harnstoff-Formaldehyd-Harze, im folgenden auch als Phenolharze
bezeichnet, werden seit langem in der Holzwerkstoffindustrie als Bindemittel
bei der Herstellung von z. B. Spanplatten eingesetzt.
Bindemittel auf Basis von wäßrigen Lösungen alkalisch kondensierter Phenol
harze, die für die Verleimung von zerteiltem, gewachsenem Holz, wie
Holzfasern, Holzspänen, Holzfurnieren oder Holzleisten zu den entsprechen
den Holzwerkstoffen, wie Holzfaserplatten, Holzspanplatten, Sperrholz und
Tischlerplatten geeignet sind, sind allgemein bekannt. Üblicherweise werden
bei der Herstellung der Holzwerkstoffe die Bindemittel auf das zerteilte,
gewachsene Holz aufgetragen und bei erhöhten Temperaturen zusammen
gepreßt, bis das Bindemittel ausgehärtet ist.
Zur Erreichung einer hohen Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung von
beispielsweise Holzwerkstoffen werden Bindemittel gewünscht,
- - die eine nicht zu hohe Viskosität aufweisen, da ansonsten beim Auf tragen des Bindemittels auf zerteiltes, gewachsenes Holz technische Schwierigkeiten auftreten und insbesondere im Fall von Holzspänen und Holzfasern das Bindemittel nicht gleichmäßig verteilt ist,
- - die beim Verleimen des zerteilten, gewachsenen Holzes, z. B. beim Heißpressen, möglichst rasch aushärten, d. h. eine ausreichend hohe Reaktivität besitzen, und
- - mit denen sich Holzwerkstoffe mit einem allgemein vorteilhaften Eigen schaftsprofil, d. h. ausreichender mechanischer Stabilität und zumindest bedingter Feuchtigkeitsbeständigkeit, herstellen lassen.
Besonders kurze Fertigungszeiten beim Heißpressen lassen sich mit solchen
Phenolharzen erreichen, die einen relativ hohen Gehalt des die Härtung be
schleunigenden Alkalihydroxides und bereits einen hohen Kondensationsgrad
aufweisen. Die Möglichkeit, den Kondensationsgrad zu erhöhen, wird jedoch
dadurch begrenzt, daß sich mit steigendem Kondensationsgrad die Viskosität
des Bindemittels erhöht, was zu technischen Schwierigkeiten beim Auftragen
des Bindemittels auf das zerteilte, gewachsene Holz führt.
Aus der DE-A 2 944 178 ist bekannt, daß die Viskosität der Bindemittel
auf Basis eines Phenolharzes mit hohem Kondensationsgrad sich dadurch
reduzieren läßt, daß man den Feststoffgehalt der Harze durch Verdünnung
mit Wasser absenkt. Die Preßzeiten lassen sich jedoch durch diese Maßnah
me kaum verkürzen, denn der Vorteil des hohen Kondensationsgrades wird
hier durch den höheren Wassergehalt kompensiert.
In der EP-A 0 146 881 werden rasch aushärtende, wäßrige Bindemittel für
Spanplatten auf Basis eines Phenol-Formaldehyd-Harzes mit einer Viskosität
von mehr als 300 mPa.s (gemessen bei 20°C), einem Alkaligehalt von
2 bis 12 Gew.-%, einem hohen Kondensationsgrad sowie einem Formalde
hydanteil von 20 bis 25 Gew.-% beschrieben. Die Bindemittel werden
erhalten, indem man Phenol und Formaldehyd in waßrig alkalischem Medi
um kondensiert und am Ende der Kondensationsreaktion 2 bis 30 Gew.-%
Harnstoff, bezogen auf die wäßrige Lösung des Phenol-Formaldehyd-Kon
densationsharzes zusetzt.
Die EP-A 0 282 903 beschreibt niedrigviskose wäßrige Bindemittel für
Spanplatten auf Basis eines Phenol-Formaldehyd-Kondensationsharzes und
Harnstoff mit einem Trockengehalt von 38 bis 65 Gew.-% und einem
Gehalt an Dimethylol- und/oder Trimethylolharnstoff von 0 bis 5 Gew.-%,
die bei ihrer Verarbeitung zu Spanplatten besonders schnell aushärten. Nach
den dortigen Herstellvorschriften wird der wäßrigen Lösung des Phenol-
Formaldehyd-Kondensationsharzes unmittelbar nach seiner Herstellung Harn
stoff zugesetzt und das Gemisch anschließend mit Dimethylolharnstoff abge
mischt.
In der EP-A 0 282 910 wird offenbart, daß ein Zusatz von 0,2 bis 3 Gew.-%
an Sulfit und/oder Hydroxymethansulfinat zu den in der EP-A 0 282 903
beschriebenen Bindemitteln den Anstieg der Viskosität während der
Lagerung des Harzes verlangsamt.
In der DE 44 09 512 wird ein Verfahren zur Herstellung von hochreaktiven
wäßrigen Bindemitteln für Holzwerkstoffe aus zerteiltem, gewachsenen Holz
beschrieben, in dem A) eine wäßrige Lösung eines Phenol-Formaldehyd-Kon
densationsharzes mit einem Feststoffgehalt von 40 bis 55 Gew.-%, einer
Viskosität von 0,5 bis 5 Pa.s und einem Anteil von 0,8 bis 1,5 Mol
äquivalente, bezogen auf das Phenol, eines Alkalihydroxids und B) Harnstoff
in Form einer wäßrigen Lösung oder als Feststoff miteinander vermischt
werden, wobei gemäß des dort beanspruchten Verfahrens das Gemisch der
Komponenten A) und B) höchstens 96 h vor dem Auftragen des Binde
mittels auf das zerteilte, gewachsene Holz und dessen Verleimung zu Holz
werkstoffen miteinander vermischt werden.
Die DE-C-43 00 035 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung hochreaktiver
Harnstoff-modifizierter Phenolharze als Bindemittel für Mittellagenspäne bei
der Herstellung von Spanplatten, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Phenol
und Formaldehyd unter alkalischen Bedingungen soweit kondensiert werden,
daß nach Zusatz von 30 bis 50 Gew.-% Harnstoff, bezogen auf das Phenol-
Formaldehyd-Kondensationsharz, modifizierte Phenolharze resultieren, die
einen Feststoffgehalt von 50 bis 70 Gew.-%, Alkaligehalte von 2 bis 8 Gew.-%
(berechnet als NaOH) und Viskositäten von maximal 5000 mPa.s/20°C
haben und daß diesen hochreaktiven Harnstoff-modifizierten, relativ
alkaliarmen Phenolharzen vor ihrer Verarbeitung zur Gewährung einer ausrei
chend schnellen Vernetzung des Phenolharzes auf dem Span soviel Alkalilau
ge zugesetzt wird, daß ein Gesamtalkaligehalt der Harzlösung von 7 bis
13 Gew.-% (berechnet als NaOH) resultiert.
Im Lichte des oben beschriebenen Standes der Technik liegt der vorliegen
den Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein weiter verbessertes Verfahren zur
Herstellung eines alkalisch kondensierten Phenol-Harnstoff-Formaldehyd-Harzes
zur Verfügung zu stellen, das zum einen gegenüber den bislang zur Ver
fügung stehenden Verfahren schneller, einfacher und damit ökonomisch
vorteilhaft durchführbar ist und darüber hinaus zu vergleichsweise lagerungs
beständigen, alkaliarmen und reaktiven Produkten führt.
Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
eines alkalisch kondensierten Phenol-Harnstoff-Formaldehyd-Harzes mit einem
Molverhältnis Phenol : Formaldehyd : Harnstoff von 1 : (1,5 bis 3,5) : (0,3
bis 2,5), wobei das Verfahren die folgenden Stufen a) bis c) umfaßt:
- a) Herstellen eines Phenol-Formaldehyd-Kondensationsharzes durch alkali sche Kondensation von Phenol und Formaldehyd bis zu einer Viskosität von 100 bis 5000 mPa.s,
- b) Herstellen eines Phenol-Formaldehyd-Harzes durch Weiterkondensieren des in Stufe a) hergestellten Phenol-Formaldehyd-Kondensationsharzes bis zu einer Viskosität von mehr als 5000 mPa.s, und
- c) Umsetzen des in Stufe b) erhaltenen Phenol-Formaldehyd-Harzes mit Harnstoff,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Kondensation gemäß Stufe b) in
einem Extruder durchgeführt wird.
Eine Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, daß
durch die Verwendung eines Extruders in Stufe b) auch hochviskose Lösun
gen eines Phenol-Formaldehyd-Kondensationsharzes ohne Probleme bezüglich
eines "Festfahrens" des Reaktors verarbeitet werden können, wobei im
vorliegenden Fall der Begriff "hochviskos" für Lösungen eines Phenol-
Formaldehyd-Kondensationsharzes mit einer Viskosität von ungefähr 5000 bis
ungefähr 300 000 mPa.s, vorzugsweise ungefähr 10 000 bis ungefahr
100 000 mPa.s und insbesondere ungefähr 20 000 bis ungefähr 50 000 mPa.s
steht.
Dabei ist zu beachten, daß bei einer herkömmlichen Kondensation im
Rührkessel Lösungen eines Phenol-Formaldehyd-Kondensationsharzes mit einer
Viskosität von mehr als ungefähr 50 000 mPa.s nur noch bei genauer
Reaktionsführung und aufwendiger Überwachung der Kondensation, z. B.
bezüglich der Wärmeabfuhr, verarbeitet werden können.
Die Temperatur, bei der die Kondensation im Extruder gemäß Stufe b)
durchgeführt wird, liegt vorzugsweise bei ungefähr 90 bis ungefähr 150°C,
vorzugsweise bei ungefahr 100 bis ungefähr 140°C und insbesondere bei
ungefahr 110 bis ungefähr 130°C.
Wie bereits oben beschrieben, wird die Kondensation gemäß Stufe b) im
Extruder stets kontinuierlich durchgeführt. Die Stufen a) und c) können
entweder diskontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt werden. Das
bedeutet, daß die Stufen a) bis c) gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens
wie folgt durchgeführt werden können:
- 1. Stufe a): diskontinuierlich - Stufe b): kontinuierlich - Stufe c): diskon tinuierlich;
- 2. Stufe a): kontinuierlich - Stufe b): kontinuierlich - Stufe c): diskon tinuierlich;
- 3. Stufe a): diskontinuierlich - Stufe b): kontinuierlich - Stufe c): kon tinuierlich; und
- 4. Stufen a) bis c): jeweils kontinuierlich,
wobei die Variante, dergemäß die Stufen a) bis c) jeweils kontinuierlich
durchgeführt werden, bevorzugt ist.
Die kontinuierlichen und/oder diskontinuierlichen Verfahrensschritte werden
im allgemeinen in an sich bekannter Weise was z. B. Verweilzeiten und zu
verwendende Reaktoren betrifft durchgeführt (vgl. Ullmanns Encyklopädie der
Technischen Chemie, 5. Auflage, Verlag Urban & Schwarzenberg, Mün
chen/Berlin 1979, Band 18, S. 245-257, insbesondere S. 249-252). Die
kontinuierliche Herstellung der Phenol-Formaldehyd-Harze wird besonders
günstig in einer aus mehreren Einzelreaktoren bestehenden, kontinuierlich
durchflossenen Reaktionsanlage vorgenommen, die in der DE-A 1 720 306
beschrieben ist.
Bezüglich der im Rahmen des vorliegenden Verfahrens verwendbaren Ex
truder existieren keinerlei Beschränkungen. Im allgemeinen können Extruder,
wie sie beispielsweise in Ullmann's Encyklopädie der technischen Chemie,
4. Aufl., Verlag Urban und Schwarzenberg, München/Berlin 1972, Band 2,
S. 295ff. beschrieben werden, eingesetzt werden. Insbesondere zu nennen
sind kontinuierliche Einwellenmischer, wie z. B. Einschnecken-Extruder,
FRENKEL-Mischer, Plastifikatoren, Extructoren, Votatoren und Co-Kneter; kon
tinuierliche Zweiwellen-Mischer (Doppelschneckenextruder), wie z. B. gleich
läufige Doppelschnecken aufweisende Extruder, COLOMBO-Schnecken auf
weisende Extruder, ZSK-Schnecken aufweisende Extruder, Holo-Flite-Doppel
schnecken aufweisende Extruder, gegenläufige Doppelschnecken aufweisende
Extruder, LEISTRITZ-Knetpumpen, PASQUETTI-Doppelschnecken aufweisende
Extruder, Cotruder-Schnecken aufweisende Extruder, MAPRÉ-Doppelschnecken
aufweisende Extruder, eine GETECHA-Knetstrangpresse, eine WELDING-ENGINEERS-Ma
schine, ANGER-Tandem-Extruder und ZIMMERMANN-JANSEN-Extruder;
Zweiwellen-Durchlaufkneter, wie z. B. DSM-Zweiwellenmischer, ECK-Misch
truder, FCM-Kneter und LIST-Allphasen-Geräte; und kontinuierliche Mehr
wellenkneter, wie z. B. Vierschnecken-Extruder und Planetwalzen-Extruder.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform betrifft die vorliegende
Erfindung ein Verfahren wie vorstehendend beschrieben, wobei zunächst in
Stufen a) und b) ein Phenol-Formaldehyd-Harz durch Umsetzen von Phenol
mit einer Ausgangsmenge von 60 bis 90% der Gesamtmenge des eingesetz
ten Formaldehyds hergestellt wird und anschließend in Stufe c) das gemäß
Stufen a) und b) hergestellte Phenol-Formaldehyd-Harz mit einer Restmenge
von 10 bis 40% der Gesamtmenge des eingesetzten Formaldehyds und mit
Harnstoff umgesetzt wird.
Die Besonderheit dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist darin zu sehen, daß das Phenol zunächst lediglich mit einem Teil der
Gesamtmenge des Formaldehyds umgesetzt wird, der im allgemeinen bei
ungefähr 60 bis ungefähr 90% und vorzugsweise bei ungefähr 70 bis unge
fähr 85% der Gesamtmenge des eingesetzten Formaldehyds liegt [(Stufen a)
und b)], und anschließend in Stufe c) das in gemäß Stufen a) und b)
erhaltene Phenol-Formaldehyd-Harz mit einer Restmenge von im allgemeinen
ungefähr 10 bis ungefähr 40% und vorzugsweise ungefähr 15 bis ungefähr
30% der Gesamtmenge des eingesetzten Formaldehyds und mit Harnstoff,
vorzugsweise bei ungefähr 30 bis ungefahr 70°C, umgesetzt wird.
Dabei kann die Restmenge an Formaldehyd zusammen mit oder unmittelbar
vor dem Harnstoff zugegeben und anschließend umgesetzt werden, oder aber
auch in Form eines Harnstoff-Formaldehyd-Vorkondensats eingesetzt und
umgesetzt werden.
Der Feststoffgehalt, der nach der Methode zur Messung des Feststoffgehalts,
nach der 1 g der Substanz in einem Wägeglas nach DIN 12 605 mit einem
Durchmesser von 35 mm bei einer Temperatur von 120°C 2 h lang
getrocknet werden, bestimmt wird, des erfindungsgemäß hergestellten Phenol-
Harnstoff-Formaldehyd-Harzes beträgt vorzugsweise ungefähr 40 bis ungefähr
70 Gew.-%, weiter bevorzugt ungefähr 45 bis ungefähr 65 Gew.-% und
insbesondere ungefähr 50 bis ungefähr 60 Gew.-%.
Die Viskosität der so hergestellten Harze wird nach DIN 53 019 bestimmt.
Dabei wird die Viskosität an einer auf einen Feststoffgehalt von 48 Gew.-%
eingestellten Lösung des Phenolharzes in einem Rotationsviskosimeter bei
20°C und einem Schergefälle von 41 s⁻1 gemessen, wobei die Probe zuvor
20 s lang bei einem Schergefälle von 41 s⁻1 geschert wurde. Die so gemesse
nen Viskositäten der Phenol-Harnstoff-Formaldehyd-Harze betragen vorzugs
weise etwa 500 bis ungefähr 5 000 mPa.s, weiter bevorzugt ungefähr 500
bis ungefähr 1500 mPa.s und insbesondere ungefähr 500 bis ungefähr
1000 mPa.s.
Das Molverhältnis von Phenol zu Formaldehyd im erfindungsgemäßen Harz
beträgt im allgemeinen 1 : (ungefähr 1,5 bis ungefähr 3,5), vorzugsweise
1 : (ungefähr 2 bis ungefähr 3,0) und insbesondere 1 : (ungefähr 2,2 bis
ungefähr 2,8).
Ferner können neben dem o.g. Phenol noch bis zu 2 mol-% Phenolderivate
mitverwendet werden, wobei dabei insbesondere solche in Betracht kommen,
durch deren Mitverwendung das Eigenschaftsbild der Harze im Vergleich zu
solchen, die ausschließlich aus Phenol aufgebaut sind, nicht wesentlich
verändert wird. Als geeignete Phenolderivate sind beispielsweise Homologe
des Phenols, wie C1- bis C6-Alkylphenole, beispielsweise m-, o- und
p-Kresol, die Xylenole sowie das Resorcin zu nennen.
Weiterhin enthalten die Lösungen der Phenol-Formaldehyd-Harze ein Alkali
hydroxid, vor allem Natrium- oder Kaliumhydroxid. Der Alkaligehalt des
erhaltenen Phenol-Harnstoff-Formaldehyd-Harzes beträgt dabei vorzugsweise
ungefähr 0,4 bis ungefähr 1,2, weiter bevorzugt ungefähr 0,7 bis ungefähr
0,9 Moläquivalente, bezogen auf das Phenol.
Die Gesamtmenge des Alkalihydroxids kann bereits dem Gemisch der
Ausgangsprodukte, bevorzugt in Form einer 40 bis 60 gew.-%igen wäßrigen
Lösung, zugesetzt werden. Es empfiehlt sich jedoch, dem Gemisch der
Ausgangsprodukte lediglich einen Teil der Gesamtmenge an Alkalihydroxid,
im allgemeinen ungefähr 35 bis ungefähr 45 Gew.-%, vor der Kondensation
in Stufe a) zuzusetzen und den restlichen Anteil während der (Weiter-)Kon
densationsreaktion in Stufe a) und/oder b) zuzugeben.
Das Molverhältnis Phenol : Harnstoff im Harz beträgt im allgemeinen
1 : (ungefähr 0,3 bis ungefähr 2,5), vorzugsweise 1 : (ungefähr 0,7 bis unge
fähr 2,0) und insbesondere 1 : (ungefähr 1,2 bis ungefähr 1,8).
Im allgemeinen wird das erfindungsgemäße Phenol-Harnstoff-Formaldehyd-Harz
wie folgt hergestellt:
Gemäß Stufe a) wird zunächst das Phenol und ggf. die Phenolderivate zusammen mit einem Teil des Alkalihydroxids vorgelegt und entweder die Gesamtmenge des Formaldehyds oder eine Ausgangsmenge des Formalde hyds, wie oben definiert, zudosiert und bei Temperaturen im Bereich von ungefähr 70 bis ungefähr 120°C, wobei bei Temperaturen oberhalb von 100°C bei erhöhtem Druck gearbeitet wird, vorzugsweise bei einer Tempe ratur von ungefähr 80 bis ungefähr 100°C, bis zu einer Viskosität von ungefähr 500 bis ungefähr 5000 mPa.s kontinuierlich oder diskontinuier lich kondensiert. Anschließend wird das in Stufe a) erhaltene Phenol-Formal dehyd-Kondensationsharz gemäß Stufe b) in einem Extruder, vorzugsweise unter weiterer Zugabe von Alkalihydroxid, bei Temperaturen von ungefähr 90 bis ungefähr 150°C, vorzugsweise ungefähr 100 bis ungefähr 130°C, bis zu einer Viskosität von ungefahr 5000 mPa.s oder darüber kon densiert, wobei die Obergrenze für die Viskosität des in Stufe b) erhaltenen Phenol-Formaldehyd-Harzes bei ungefähr 300 000 mPa.s, vorzugsweise bei ungefahr 100 000 mPa.s und insbesondere bei ungefähr 50 000 mPa.s, liegt.
Gemäß Stufe a) wird zunächst das Phenol und ggf. die Phenolderivate zusammen mit einem Teil des Alkalihydroxids vorgelegt und entweder die Gesamtmenge des Formaldehyds oder eine Ausgangsmenge des Formalde hyds, wie oben definiert, zudosiert und bei Temperaturen im Bereich von ungefähr 70 bis ungefähr 120°C, wobei bei Temperaturen oberhalb von 100°C bei erhöhtem Druck gearbeitet wird, vorzugsweise bei einer Tempe ratur von ungefähr 80 bis ungefähr 100°C, bis zu einer Viskosität von ungefähr 500 bis ungefähr 5000 mPa.s kontinuierlich oder diskontinuier lich kondensiert. Anschließend wird das in Stufe a) erhaltene Phenol-Formal dehyd-Kondensationsharz gemäß Stufe b) in einem Extruder, vorzugsweise unter weiterer Zugabe von Alkalihydroxid, bei Temperaturen von ungefähr 90 bis ungefähr 150°C, vorzugsweise ungefähr 100 bis ungefähr 130°C, bis zu einer Viskosität von ungefahr 5000 mPa.s oder darüber kon densiert, wobei die Obergrenze für die Viskosität des in Stufe b) erhaltenen Phenol-Formaldehyd-Harzes bei ungefähr 300 000 mPa.s, vorzugsweise bei ungefahr 100 000 mPa.s und insbesondere bei ungefähr 50 000 mPa.s, liegt.
In Stufe c) wird schließlich entweder Harnstoff und Formaldehyd oder,
gemäß einer weiteren Ausführungsform, der Formaldehyd als Harnstoff-Form
aldehyd-Vorkondensat (z. B. 4,95 mol Formaldehyd; 1,24 mol Harnstoff)
und die Restmenge an Harnstoff als Harnstoff zugegeben und mit dem in
Stufe b) erhaltenen Phenol-Formaldehyd-Harz üblicherweise bei Temperaturen
von ungefähr 30 bis ungefähr 70°C bis zu einer Viskosität von vorzugs
weise ungefähr 100 bis ungefähr 5000 mPa.s, weiter bevorzugt ungefähr
500 bis ungefahr 1500 und insbesondere ungefähr 500 bis ungefähr
1000 mPa.s, umgesetzt.
Das so erhaltene Phenol-Harnstoff-Formaldehyd-Harz kann dann in Form
seiner erfindungsgemäß erhaltenen wäßrigen Lösung bei Raumtemperatur
gelagert werden.
Vor der Verarbeitung wird dieser Harzlösung eine geeignete Menge an
Alkalilauge zugegeben, wobei vorzugsweise so viel Alkalihydroxid zugegeben
wird, daß das Verhältnis Phenol : Alkalihydroxid 1 : 0,9 bis ungefähr 1,5,
vorzugsweise 1 : 1,2 bis ungefähr 1,5 liegt.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein alkalisch kondensiertes Phenol-
Harnstoff-Formaldehyd-Harz mit einem Molverhältnis Phenol : Formaldehyd : Harn
stoff von 1 : (ungefähr 1,5 bis ungefähr 3,5) : (ungefähr 0,3 bis
ungefähr 2,5), herstellbar mittels eines Verfahrens, das die folgenden Stufen
a) bis c) umfaßt:
- a) Herstellen eines Phenol-Formaldehyd-Kondensationsharzes durch alkali sche Kondensation von Phenol und Formaldehyd bis zu einer Viskosität von 100 bis 5000 mPa.s,
- b) Herstellen eines Phenol-Formaldehyd-Harzes durch Weiterkondensieren des in Stufe a) hergestellten Phenol-Formaldehyd-Kondensationsharzes bis zu einer Viskosität von mehr als 5000 mPa.s, und
- c) Umsetzen des in Stufe b) erhaltenen Phenol-Formaldehyd-Harzes mit Harnstoff,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensation gemäß Stufe b) in einem
Extruder durchgeführt wird,
sowie die Verwendung des erfindungsgemäßen oder des erfindungsgemäß her gestellten Phenol-Harnstoff-Formaldehyd-Harzes als Bindemittel für ligno cellulosische Materialien, wie z. B. Holzspäne aus gewachsenem und/oder recyceltem Holz, Hanf, Flachs, Stroh, z. B. zur Herstellung von Spanplatten oder Dämmplatten für beispielsweise Pkw-Innenräume.
sowie die Verwendung des erfindungsgemäßen oder des erfindungsgemäß her gestellten Phenol-Harnstoff-Formaldehyd-Harzes als Bindemittel für ligno cellulosische Materialien, wie z. B. Holzspäne aus gewachsenem und/oder recyceltem Holz, Hanf, Flachs, Stroh, z. B. zur Herstellung von Spanplatten oder Dämmplatten für beispielsweise Pkw-Innenräume.
Im folgenden wird die erfindungsgemäße Verwendung anhand der Anwen
dung bei der Verleimung von Holz als lignocellulosisches Material beispiel
haft beschrieben.
Die Anwendung des erfindungsgemäßen Phenol-Harnstoff-Formaldehyd-Harzes
erfolgt im allgemeinen dadurch, daß man eine wäßrige Lösung davon auf
zerteiltes, beispielsweise zerspantes oder gefasertes, gewachsenes und/oder
recyceltes Holz aufträgt und es verleimt. Die Verleimung erfolgt günstiger
weise, indem man das mit der Lösung versehene zerteilte, gewachsene Holz
bei Temperaturen von ungefahr 100 bis ungefahr 250°C, vorzugsweise bei
ungefähr 105 bis ungefähr 225°C zusammenpreßt. Unter diesen Bedingungen
härtet das Phenol-Harnstoff-Formaldehyd-Harz rasch aus und man erhält
Holzwerkstoffe mit einem günstigen Eigenschaftsprofil.
Der Lösung können zur Beschleunigung der Härtungsreaktion zusätzlich
Kaliumcarbonat in Mengen von ungefähr 2 bis ungefähr 8, vorzugsweise
ungefähr 4 bis ungefähr 6 Gew.-%, bezogen auf die Lösung, zugefügt
werden.
Daneben kann die Lösung Insektizide und/oder Mikrobizide wie z. B. han
delsübliche Fungizide, enthalten, wobei diese vorzugsweise unmittelbar vor
der Anwendung zugemischt werden.
Die Wasserfestigkeit von Holzwerkstoffen wie Spanplatten oder Faserplatten
kann erhöht werden, indem der Lösung eine handelsübliche, wäßrige Paraf
findispersion zugesetzt wird.
Das erfindungsgemäß hergestellte Harz eignet sich besonders zur Herstellung
von Holzwerkstoffen wie Sperrholz oder Tischlerplatten und vor allem von
Holzfaserplatten und Holzspanplatten, die durch Verleimung von zerteiltem,
gewachsenem Holz wie Holzfasern, Holzspänen, Holzfürnieren oder Holzlei
sten mit dem Harz erhalten werden.
Die Herstellung derartiger Holzwerkstoffe ist an sich bekannt und wird u. a.
in H.-J. Deppe, K. Ernst, Taschenbuch der Spanplattentechnik, 2. Auflage,
Verlag Leinfelden 1982, in Ullmanns Encyklopädie der Technischen Chemie,
4. Auflage, Band 12, S. 709 bis 727, sowie in der DE 44 09 512, deren
Inhalt bezüglich der Herstellung von Holzwerkstoffen unter Verwendung von
Phenolharzen voll umfänglich in die vorliegende Anmeldung einbezogen
wird, ausführlich beschrieben.
Die Erfindung soll nunmehr anhand von einigen Ausführungsbeispielen näher
erläutert werden.
In eine Rührkesselkaskade wurden 9,8 kg Wasser, 27,7 kg Phenol
(0,295 kmol), 46,1 kg 40%iges Formaldehyd (0,615 kmol) und 6,75 kg 50%ige
Natronlauge (0,084 kmol) pro Stunde über eine Mischstrecke in einen Rühr
kessel eingebracht und bei einer Temperatur von 100 bis 101°C bei einer
Verweilzeit von 20 min bis zu einer Viskosität von 70 mPa.s konden
siert.
Anschließend wurde das Produkt über einen Rohrbündelwärmetauscher
geleitet, wobei es auf 80°C abgekühlt wurde und eine Viskosität von
100 mPa.s aufwies. Die Verweilzeit im Rohrbündelwärmetauscher betrug 40
min.
Anschließend gelangte das Phenol-Formaldehyd-Kondensationsharz in einen
zweiten Rührkessel und wurde dort nochmals mit 8,1 kg 50%iger Natron
lauge (0,101 kmol) pro Stunde versetzt und bei 80°C innerhalb von
90 min bis zu einer Viskosität von 300 mPa.s kondensiert.
In einem weiteren (dritten) Rührkessel wurde das Produkt innerhalb von
45 min bei 75°C bis zu einer Viskosität von 700 mPa.s kondensiert.
Beim Ausgang aus der Rührkessel-Kaskade wies eine auf 20°C abgekühlte
Probe der Primärlösung folgende Kenndaten auf:
Viskosität: 820 mPa.s
Feststoffgehalt: 47%
Alkaligehalt: 7 Gew.-%
Gelierungszeit (100°C ohne Härter): 32 min
Feststoffgehalt: 47%
Alkaligehalt: 7 Gew.-%
Gelierungszeit (100°C ohne Härter): 32 min
Der Alkaligehalt des Harzes wurde in diesem und dem weiteren Beispiel
durch Titration des erhaltenen Produkts mit 0,25-molarer Schwefelsäure bis
zum Äquivalenzpunkt bestimmt.
Der Gelierungszeitpunkt wurde in diesem und dem weiteren Beispiel wie
folgt bestimmt:
Es wurden 20 g des erhaltenen Produkts in ein Reagenzglas eingewogen. Das Reagenzglas mit dem Produkt wurde in ein Wasserbad (Rundkolben), das auf eine Temperatur von 100°C temperiert war, gestellt. Mit einem angewärmten Glasstab, der sich im Rundkolben befand, wurde das Produkt bis zur Erstarrung gerührt. Die Gelierungszeit, die der Zeit entspricht, die bis zur Gelierung des Produkts seit Beginn des Rührens verstrichen war, wurde mittels einer Stoppuhr gemessen und ist hier in Minuten angegeben.
Es wurden 20 g des erhaltenen Produkts in ein Reagenzglas eingewogen. Das Reagenzglas mit dem Produkt wurde in ein Wasserbad (Rundkolben), das auf eine Temperatur von 100°C temperiert war, gestellt. Mit einem angewärmten Glasstab, der sich im Rundkolben befand, wurde das Produkt bis zur Erstarrung gerührt. Die Gelierungszeit, die der Zeit entspricht, die bis zur Gelierung des Produkts seit Beginn des Rührens verstrichen war, wurde mittels einer Stoppuhr gemessen und ist hier in Minuten angegeben.
Die Primärlösung wurde über eine Zahnradpumpe in einen Extruder ge
pumpt. Bei einem Harzdurchsatz von ungefähr 100 kg/h ergab sich eine
Verweilzeit von 5,2 min im Extruder. Die Reaktionstemperatur wurde auf
120°C gehalten. Die Kenndaten des erhaltenen Phenol-Formaldehyd-Kon
densationsprodukts waren:
Viskosität bei 20°C: 30 000 mPa.s
Gelierungszeit: 11 min.
Gelierungszeit: 11 min.
Das auf 50°C abgekühlte Produkt wurde mit 27,3 kg Harnstoff fest und
8,6 kg Formaldehyd-Harnstoff-Vorkondensat (4,95 mol Formaldehyd: 1,24 mol
Harnstoff) versetzt, wobei der Harnstoff über eine spezielle Zuführschnecke
und das Formaldehyd-Harnstoff-Vorkondensat über eine Rohrleitung kon
tinuierlich zudosiert wurden.
Nach dem Abkühlen des Produkts auf 20°C wies dieses die folgenden
Kenndaten auf:
Viskosität: 720 mPa.s
Feststoffgehalt: 55 Gew.-%
Alkaligehalt: 5 Gew.-%
Gelierungszeit (100°C ohne Härter): 15 min.
Feststoffgehalt: 55 Gew.-%
Alkaligehalt: 5 Gew.-%
Gelierungszeit (100°C ohne Härter): 15 min.
In einem 1 m3-Rührkessel wurden 98 kg Wasser, 277 kg Phenol
(2,95 kmol), 461 kg 40%iger Formaldehyd (6,15 kmol) vorgelegt. Die Mischung
wurde auf 40°C erwärmt und mit 148,5 kg 50%iger Natronlauge (3,71 kmol)
in drei Stufen bei 40°C, 55°C und 85°C innerhalb von 30 min
unter gleichzeitiger Abführung der Reaktionswärme versetzt. Danach wurde
auf 100°C erhitzt und weitere 50 min unter Rückfluß bei dieser Tempera
tur kondensiert. Nun wurde auf 85°C abgekühlt und auf eine Endviskosität
von 500 bis 700 mPa.s kondensiert. Nach Erreichen dieser Viskosität
wurde auf 40°C abgekühlt.
Eine Probe des auf 20°C abgekühlten Phenol-Formaldehyd-Kondensations
produktes hatte folgende Kenndaten:
Viskosität: 750 mPa.s
Feststoffgehalt: 46,5 Gew.-%
Alkaligehalt: 7 Gew.-%
Gelierungszeit: 28 min.
Feststoffgehalt: 46,5 Gew.-%
Alkaligehalt: 7 Gew.-%
Gelierungszeit: 28 min.
In einer weiteren Stufe wurde die in einem Zwischenbehälter gelagerte
Primärlösung über eine Zahnradpumpe in einen Extruder gepumpt. Bei
einem Harzdurchsatz von 100 kg/h ergab sich eine Verweilzeit von 5,2 min
im Extruder. Die Reaktionstemperatur wurde auf 120°C gehalten. Die
Kenndaten des erhaltenen Phenol-Formaldehyd-Kondensationsprodukts waren:
Viskosität bei 20°C: 32 000 mPa.s
Gelierungszeit: 10 min.
Gelierungszeit: 10 min.
Das auf 50°C abgekühlte Produkt wurde mit 295 kg Harnstoff fest und
107 kg 40%igem Formaldehyd versetzt, wobei der Harnstoff über eine
spezielle Zuführschnecke und der 40%ige Formaldehyd über eine Rohrleitung
kontinuierlich zudosiert wurden.
Nach dem Abkühlen des Produkts auf 20°C wies dieses folgende Kenn
daten auf:
Viskosität: 580 mPa.s
Feststoffgehalt: 54 Gew.-%
Alkaligehalt: 5 Gew.-%
Gelierungszeit (100°C ohne Härter): 14 min.
Feststoffgehalt: 54 Gew.-%
Alkaligehalt: 5 Gew.-%
Gelierungszeit (100°C ohne Härter): 14 min.
Claims (12)
1. Verfahren zur Herstellung eines alkalisch kondensierten Phenol-Harnstoff-Form
aldehyd-Harzes mit einem Molverhältnis Phenol : Formaldehyd : Harn
stoff von 1 : (1,5 bis 3,5) : (0,3 bis 2,5), wobei das Verfahren
die folgenden Stufen a) bis c) umfaßt:
- a) Herstellen eines Phenol-Formaldehyd-Kondensationsharzes durch alkalische Kondensation von Phenol und Formaldehyd bis zu einer Viskosität von 100 bis 5000 mPa.s,
- b) Herstellen eines Phenol-Formaldehyd-Harzes durch Weiterkondensie ren des in Stufe a) hergestellten Phenol-Formaldehyd-Kondensations harzes bis zu einer Viskosität von mehr als 5000 mPa.s, und
- c) Umsetzen des in Stufe b) erhaltenen Phenol-Formaldehyd-Harzes mit Harnstoff,
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kon
densieren gemäß Stufe b) in einen Extruder bei einer Temperatur von
90 bis 150°C durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in
Stufe b) als Extruder ein kontinuierlicher Einwellenmischer, ein kon
tinuierlicher Zweiwellenmischer, ein Zweiwellen-Durchlaufkneter oder ein
kontinuierlicher Mehrwellenkneter verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Stufen a) bis c) jeweils kontinuierlich durchgeführt
werden.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß
zunächst in Stufen a) und b) ein Phenol-Formaldehyd-Harz durch Um
setzen von Phenol mit einer Ausgangsmenge von 60 bis 90% der
Gesamtmenge des eingesetzten Formaldehyds hergestellt wird und
anschließend in Stufe c) das gemäß Stufen a) und b) erhaltene Phenol-
Formaldehyd-Harz mit einer Restmenge von 10 bis 40% der Gesamt
menge des eingesetzten Formaldehyds und mit Harnstoff umgesetzt
wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß in Stufe c) der Harnstoff und die Restmenge an Form
aldehyd in Form eines Harnstoff-Formaldehyd-Vorkondensates eingesetzt
werden.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß das alkalisch kondensierte Phenol-Harnstoff-Formaldehyd-Harz
einen Feststoffgehalt von 40 bis 70 Gew.-% besitzt.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß das alkalisch kondensierte Phenol-Harnstoff-Formaldehyd-Harz
ein Molverhältnis Phenol : Alkalihydroxid von 1 : (0,4 bis 1,2)
besitzt.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß das in Stufe b) hergestellte Phenol-Formaldehyd-Harz eine
Viskosität von mehr als 5000 bis 100 000 mPa.s besitzt.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß dem alkalisch kondensierten Phenol-Harnstoff-Formaldehyd-Harz
vor der Verarbeitung so viel Alkalihydroxid zugesetzt wird, daß
das Verhältnis Phenol : Alkalihydroxid 1 : (0,9 bis 1,5) beträgt.
11. Alkalisch kondensiertes Phenol-Harnstoff-Formaldehyd-Harz mit einem
Molverhältnis Phenol : Formaldehyd : Harnstoff von 1 : (1,5 bis
3,5) : (0,3 bis 2,5), herstellbar mittels eines Verfahrens, das die folgenden
Stufen a) bis c) umfaßt:
- a) Herstellen eines Phenol-Formaldehyd-Kondensationsharzes durch alkalische Kondensation von Phenol und Formaldehyd bis zu einer Viskosität von 100 bis 5000 mPa.s,
- b) Herstellen eines Phenol-Formaldehyd-Harzes durch Weiterkondensie ren des in Stufe a) hergestellten Phenol-Formaldehyd-Kondensations harzes bis zu einer Viskosität von mehr als 5000 mPa.s, und
- c) Umsetzen des in Stufe b) erhaltenen Phenol-Formaldehyd-Harzes mit Harnstoff,
12. Verwendung des alkalisch kondensierten Phenol-Harnstoff-Formaldehyd-Har
zes gemäß Anspruch 11, oder eines mittels eines Verfahrens gemäß
einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellten alkalisch kondensierten
Phenol-Harnstoff-Formaldehyd-Harzes als Bindemittel für lignocellulosi
sche Materialien.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19653627A DE19653627A1 (de) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | Verfahren zur Herstellung eines alkalisch kondensierten Phenol-Harnstoff-Formaldehyd-Harzes unter Verwendung eines Extruders |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19653627A DE19653627A1 (de) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | Verfahren zur Herstellung eines alkalisch kondensierten Phenol-Harnstoff-Formaldehyd-Harzes unter Verwendung eines Extruders |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19653627A1 true DE19653627A1 (de) | 1998-06-25 |
Family
ID=7815746
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19653627A Withdrawn DE19653627A1 (de) | 1996-12-20 | 1996-12-20 | Verfahren zur Herstellung eines alkalisch kondensierten Phenol-Harnstoff-Formaldehyd-Harzes unter Verwendung eines Extruders |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19653627A1 (de) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999008856A1 (de) * | 1997-08-18 | 1999-02-25 | Basf Aktiengesellschaft | Kontinuierliches verfahren zur herstellung von amino- und/oder phenoplasten |
| WO2004076514A1 (de) * | 2003-02-28 | 2004-09-10 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Phenol-harnstoff/melamin- formaldehyd-copolymere, verfahren zu ihrer herstellung und verwendung derselben |
-
1996
- 1996-12-20 DE DE19653627A patent/DE19653627A1/de not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1999008856A1 (de) * | 1997-08-18 | 1999-02-25 | Basf Aktiengesellschaft | Kontinuierliches verfahren zur herstellung von amino- und/oder phenoplasten |
| WO2004076514A1 (de) * | 2003-02-28 | 2004-09-10 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Phenol-harnstoff/melamin- formaldehyd-copolymere, verfahren zu ihrer herstellung und verwendung derselben |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8130 | Withdrawal |