DE1228053B

DE1228053B - Verwendung waessriger Kunstharzemulsionen als Bindemittel fuer Pressfaserplatten

Info

Publication number: DE1228053B
Application number: DED42430A
Authority: DE
Inventors: Fritz Wildner
Original assignee: Devind Internat A G
Current assignee: Devind Internat A G
Priority date: 1963-09-07
Filing date: 1963-09-07
Publication date: 1966-11-03

Description

Verwendung wäßriger Kunstharzemulsionen als Bindemittel für Preßfaserplatten Die Erfindung betrifft die Verwendung gehärteter Epoxydharze als Klebe- und Bindemittel für die Herstellung gepreßter Formlinge, wie Preßplatten, aus feinteiligen Materialien, wie Spänen oder Fasern organischen oder mineralischen Ursprungs.
Solche Platten werden gewöhnlich auf die Weise hergestellt, daß man vor dem Pressen die locker geschütteten Fasern oder Späne mit einem flüssigen Klebstoff besprüht und dann bei erhöhten Temperaturen in die gewünschte Form preßt. Gewöhnlich verwendet man hierzu wasserlösliche Klebemittel, wie Harnstoff-Formaldehyd-Harzleime. Auf diese Weise erhaltene Faser- oder Spanplatten besitzen jedoch nur einen beschränkten Anwendungsbereich, da einerseits ihre Stabilität gegenüber mechanischer Beanspruchung gering ist, andererseits durch Wassereinwirkung der Leim wieder aus den Fasern herausgelöst wird, wobei die Platten in ihre Bestandteile zerfallen. Faserplatten, die mit solchen Bindemitteln hergestellt werden, sind nach mehrstündiger Lagerung in Wasser vollkommen zerstört. Daher können solche Span- oder Faserplatten nur in geschlossenen Räumen verwendet werden oder müssen mit einer wasserdichten Schutzschicht überzogen werden.
Es ist bekannt, Epoxydharze, die Kondensationsprodukte aus Polyphenolen und Epichlorhydrin sind, bei erhöhter Temperatur mit Härtemitteln, wie Aminaddukten oder Polyamiden, zu verschmelzen oder diese Ausgangsprodukte bei Zimmertemperatur zu durchmischen, wobei man ein härtendes, hochviskoses Kunstharz erhält. Solche gehärteten Epoxydharze werden als Spachtelmasse zur Beschichtung etwa von Fußböden und Straßen sowie als Klebstoffe verwendet. Wegen des hohen Gestehungspreises ist es allerdings nicht möglich, derartige Epoxydharzprodukte auch als Bindemittel für Massenprodukte, wie Fertigbauteile aus Fasern oder Spänen, zu verwenden, sondern ihr Anwendungsgebiet bleibt auf Spezialleime für Metalle, Glas, Keramik u. ä., gegebenenfalls unter Zusatz von Füllstoffen, beschränkt.
Bei der Herstellung von Epoxydharzschichtstoffen, die Bahnen von Papier, Textilgeweben oder gleichgerichtete organische oder anorganische Fasern enthalten, ist ferner die Verwendung dünnflüssiger Harzkompositionen bekannt, die entweder niedermolekulare flüssige Epoxydharzvorprodukte oder Lösungen fester Epoxydharzvorprodukte enthalten. Bei Verwendung flüssiger Epoxydharzvorprodukte müssen jedoch die Bahnen aus Papier, Gewebe od. dgl. durchtränkt werden, wozu eine große Menge der teuren Epoxydharze erforderlich ist. Die für Lösungen von Epoxydharzvorprodukten erforderlichen organischen Lösungsmittel sind ebenfalls teuer und außerdem feuergefährlich und häufig auch giftig. Sie sind also gerade in Betrieben unzweckmäßig, wo in großen Mengen Späne oder Fasern organischen Ursprungs zu Preßplatten verarbeitet werden sollen.
Auch verlangt die Rückgewinnung der Lösungsmittel zusätzliche Anlagen, welche die Einrichtungs- und Betriebskosten erhöhen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bindemittel für die Herstellung von Faserplatten zu gewinnen, das auf der einen Seite die hohen Klebstoffqualitäten von Epoxydharzprodukten mit ihren wasserabstoßenden und die mechanische Stabilität der Formlinge verbessernden Eigenschaften besitzt, auf der anderen Seite aber in wäßriger Lösung oder Emulsion auf die Schüttmasse der Fasern oder Späne aufgesprüht werden kann sowie einen so niedrigen Gestehungspreis hat, daß es für Massenartikel, wie Fertigbauteile, herangezogen werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung durch Verwendung an sich bekannter härtender Gemische von aus Polyphenolen oder mehrwertigen Alkoholen und 1,2-Epoxydverbindungen gebildeten Epoxydharzen und Polyamiden zusammen mit einer geringen Menge einer konzentrierten mittelstarken bis starken organischen und/oder anorganischen Säure in wäßriger Emulsion als Klebe- und Bindemittel für aus feinteiligen, vorzugsweise faserigen Materialien organischen oder mineralischen Ursprungs gepreßte Formlinge.
Vorzugsweise können solche wäßrigen Emulsionen für die Herstellung von Preßplatten aus Flachsfaserschäben, Holzspänen, Bagasse, gehäckseltem Stroh, Kunststoffabfällen oder -granulaten, Asbest, Mineralwolle, Schlacke, Asche, Quarz, Glimmer oder anderen Steinarten benutzt werden. Auf diese Weise hergestellte Preßplatten oder andere Formlinge besitzen eine wesentlich bessere Biege- und Querzugfestigkeit und nehmen wesentlich weniger Wasser auf als Faserplatten mit den bisher bekannten gebräuchlichen Bindemitteln. Tabelle 1 zeigt die- mechanischen Eigenschaften und das Quellvermögen von fünf unter Verwendung einer wäßrigen Epoxydharzemulsion nach der Erfindung hergestellten Preßfaserplatten aus Flachsfaserschäben (A bis E) im Vergleich mit Faserplatten aus dem gleichen Fasermaterial unter Verwendung eines üblichen Harnstoff-Formaldehyd-Harzleimes (F bis H).

Tabelle 1

Plattendicke nach

Schleifen der Raumgewicht Biegefestigkeit Querzugfestigkeit

Proben 2¼ Stunden nach 2¼ Stunden

Oberflächen

mm kg/cm³ kg/cm² kg/cm² % %

A - 18,1 486 213 5,8 3,3 22

B 19,0 511 191 5,8 3,1 21

17,8 510 236 6,5 3,3 21

D 20,7 455 171 6,0 2,9 - 23

E 20,8 457 158 5,4 2,4 22

Betriebsübliche Werte mit Harnstoff-Formaldehyd-Harzleim

F 17 400 92 1,2 24 84

G 14 500 157 2,4 30 91

H 14 500 135 2,2 33 91

Während die mit; den bekannten Bindemitteln hergestellten Faserplatten bei mehrstündiger Lagerung in Wasser völlig zerstört werden, erreichen die Wasseraufnahme und Quellung solcher Platten, die mit einem Bindemittel nach der Erfindung hergestellt wurden, nach 24 bis 46 Stunden einen Grenzwert, so daß nach dieser Zeit kein weiteres Wasser mehr aufgenommen wird. Die Preßplatten bleiben während dieser Zeit und danach vollkommen stabil, was die Möglichkeit bietet, diese auch im Freien oder - sogar für Wasserbauten oder Tiefbauten unterhalb des Grundwasserspiegels zu verwenden. Tabelle 2 zeigt für einige unter Verwendung einer wäßrigen Epoxydharzemulsion hergestellte Flachsfaserplatten das Quellungsvermögen in Abhängigkeit von der Zeit, wobei festgestellt werden kann, daß die Wasseraufnahme nach. 24 Stunden Wasserlagerung nur noch sehr gering ist.

Tabelle 2

Quellung in %
nach 2 Stunden ~ nach 24 Stunden ~ nach 46 Stunden
4,1 10,2 10,3
3,6 10,3 11,4
3,6 10,3 10,3
3,6 10,3 10,8
3,6 10,3 11,3
3,6 10,8 11,4
3,6 9,8 10,3
3,6 10,3 10,3
3,1 9,8 11,3

Erhöhte wasserabstoßende Eigenschaften der Preßplatten erhält man, wenn man die Flachsfasern zuerst mit einer - 1,50/oigen Epoxydharzemulsion tränkt, um anschließend die durchtränkte Fasermasse mit einer 150/oigen Epoxydharzemulsion der gleichen Zusammensetzung zu leimen. Die Prozentangaben beziehen sich auf das Gewichtsverhältnis des Epoxyd harz-Polyamid-Gemisches zur getrockneten Faser- masse. Eine weitere Herabsetzung der Quellfähigkeit und Wasseraufnahme erreicht man ferner durch Klimatisieren der gepreßten Faserplatten, d. h., indem man diese mehrere Tage der Luft aussetzt. Tabelle 3 gibt die Quellwerte der in Tabelle 1 aufgeführten Proben nach 8tägiger Lagerung an der Luft und anschließender 2stündiger Wasserlagerung wieder.

Tabelle 3 Quellung nach Klimatisierung

Probe

1 2 3 4 5

Quellung nach 2 Stunden Wasserlagerung, % 2,2 2,6 2,2 2,4 1,9

Als Bindemittel werden nach der Erfindung wäßrige Epoxydharzemulsionen verwandt, die vorzugsweise unter Zusatz von Essigsäure, Ameisensäure, konzentrierter Salzsäure oder konzentrierter Schwefelsäure, insbesondere von Eisessig, in einem Volumenverhältnis von 0,1 bis 5 Teilen Säure pro 100 Teilen Epoxydharz oder Polyamid hergestellt werden. Eine so geringe Säuremenge genügt, um das Reaktionsprodukt aus Epoxydharz und Härter in der wäßrigen Phase während des Arbeitsvorganges als homogene Dispersion zu erhalten.
Grundsätzlich können alle härtbaren Epoxydharz-Polyamid-Gemische als Bindemittelemulsionen verwendet werden, so z. B. Produkte aus Epichlorhydrin, 1,2-Epi-4-chlorbutan, 1 ,2-Epi-5-chlorpentan, Dichlorhydrin oder Butadiendioxyd einerseits und Diphenolpropan, Resorcin, Brenzcatechin, Hydrochinon, Diphenolbutan, 1 ,5-Dihydroxynaphthalin, Athylenglycol, Trimethylenglycol, Glycerin, Pentaerythrit oder Polyvinylalkohol andererseits mit Polyamiden. Selbstverständlich sind nicht alle hier genannten, gehärteten Epoxydharze in gleicher Weise geeignet. Man verwendet vorzugsweise als Epoxydharzkomponente eine solche aus Polyphenolen und Epichlorhydrin. Besonders bevorzugt sind Epoxydharze aus Diphenylolpropan und Epichlorhydrin, nachfolgend als Epikote, wie Epikote 828 oder Epikote 1001, bezeichnet. Als Polyamid benutzt man vorzugsweise Kodensationsprodukte di- oder trimerisierter, ungesättigter Fettsäuren mit Polyaminen, die als Versamide bezeichnet werden, wie Versamid 115, 125 oder 140.
Vorzugsweise werden Volumenverhältnisse von 5 bis 50 Teilen Epoxydharz zu 5 bis 50 Teilen Polyamid in 0,5 bis 20 Volumteilen Wasser, bezogen auf 1 Teil Epoxydharz oder Polyamid, verwendet. Als Lösungsmittel für die Epoxydharz oder Polyamidkomponente wird vorzugsweise Aceton, Methylisobutylketon, Xylol oder Isopropanol in einem Volumenverhältnis von 0,1 bis 2 Teilen Lösungsmittel auf 10 Teile Epoxydharz oder Polyamid bei der Herstellung des nach der Erfindung verwendeten Bindemittels benutzt.
Das folgende Beispiel dient nur zur Erläuterung des Erfindungsgedankens, nicht aber dazu, den Schutzumfang auf die spezielle Verwendung zu beschränken.
Beispiel 100 Volumteile Polyamid mit der Bezeichnung Versamid 115 werden mit 10 Volumteilen Methylisobutylketon gut durchgerührt. Danach gibt man 0,5 Volumteile Eisessig oder 1 Volumteil Ameisensäure zu, rührt wiederum gut durch und läßt 5 Minuten lang stehen. Danach werden 100 Volumteile Epoxydharz mit der Bezeichnung Epikote 828 eingerührt, wobei eine klare Lösung entsteht. Anschließend gibt man allmählich in kleinen Anteilen die notwendige Wassermenge zu, die man für eine entsprechend konzentrierte Emulsion benötigt. Dabei erhält man eine homogene Dispersion in Form einer milchigen Flüssigkeit.
Flachfaserschäben werden nun zunächst mit dieser Dispersion in einer Konzentration behandelt, die 1,5 Gewichtsprozent an Epoxydharz-Polyamid, bezogen auf das lufttrockene Rohgewicht der Flachsfaserschäben, enthält. Darauf werden die imprägnierten Flachsfasern getrocknet und anschließend mit der gleichen Dispersion vermischt, die 15 Gewichtsprozent Epoxydharz-Polyamid, bezogen auf das lufttrockene Rohgewicht der imprägnierten Fasern, enthält. Anschließend wird bei 160 bis 170O C mit einem Druck von 100kg/cm2 die mit Bindemittel durchmischte Flachsfasermasse gepreßt, wobei die Presse jeweils schnell geöffnet und geschlossen wird und die jeweilige Preßzeit 8 Minuten beträgt.

Claims

Patentansprüche: 1. Verwendung an sich bekannter härtender Gemische von aus Polyphenolen oder mehrwertigen Alkoholen und 1,2-Epoxydverbindungen gebildeten Epoxydharzen und Polyamiden zusammen mit einer geringen Menge einer konzentrierten mittelstarken bis starken organischen und/ oder anorganischen Säure in wäßriger Emulsion als Klebe- und Bindemittel für aus feinteiligen, vorzugsweise faserigen Materialien organischen oder mineralischen Ursprungs gepreßte Formlinge.
2. Gemisch nach Anspruch 1 für Preßplatten aus Flachsfaserschäben, Holzspänen, Bagasse, gehäckseltem Stroh, Asbest, Quarz, Glimmer, Kunststoffabfällen, Mineralwolle, Asche oder Schlacke.
3. Verwendung von Gemischen nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Emulsion vor dem Verpressen der feinteiligen Materialien in geringerer Konzentration als Imprägniermittel für diese verwendet wird.
4. Imprägniermittel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Imprägniermittel aus 1 bis 5 Gewichtsprozent an Epoxyd-Polyamidprodukten, bezogen auf das lufttrockene Rohgewicht an feinteiligen Materialien, und das Bindemittel aus 5 bis 50 Gewichtsprozent an Epoxydharz-Polyamidprodukten, bezogen auf das lufttrockene Rohgewicht der feinteiligen Materialien, besteht.
5. Gemisch nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ihm als Säure Eisessig, Ameisensäure, konzentrierte Salzsäure und konzentrierte Schwefelsäure in einem Volumenverhältnis von 0,1 bis 5 Teilen Säure auf 100 Teile Epoxydharz oder Polyamid zugesetzt ist.
6. Verwendung von Gemischen nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine wäßrige Emulsion, deren Epoxydkomponente aus einem Epoxydharz aus einem Polyphenol und Epichlorhydrin, vorzugsweise aus Diphenylolpropan und Epichlorhydrin, und deren Polyamidkomponente aus dem Kondensationsprodukt di- und/ oder trimerisierter, ungesättigter Fettsäuren mit Polyaminen in einem Volumenverhältnis von 5 bis 50 Teilen Epoxydharz zu 5 bis 50 Teilen Polyamid besteht.
7. Verwendung von Gemischen nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine wäßrige Emulsion, die als Lösungsmittel für die Epoxydharz- oder Polyamidkomponente Aceton, Methylisobutylketon, Xylol oder Isopropanol in einem Volumenverhältnis von 0,1 bis 2 Teilen auf 10 Teile Epoxydharz oder Polyamid enthält.

In Betracht gezogene Druckschriften: P a q u in, Epoxydverbindungen und Epoxydharze, Berlin, 1958, S. 644 bis 670.