DE3687652T2 - Verfahren zur herstellung von isocyanatmodifizierten aminoplastharzen. - Google Patents

Verfahren zur herstellung von isocyanatmodifizierten aminoplastharzen.

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    • C08G18/00—Polymeric products of isocyanates or isothiocyanates
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von durch ein Isocyanat modifizierten Aminoplastharzen und hat insbesondere ein Verfahren zur Herstellung von Aminoplasten zum Gegenstand, die die Herstellung von Spanplatten mit verringerten Formaldehydemanationen und verbesserten mechanischen Eigenschaften erlauben.
  • Die Spanplatten werden üblicherweise durch Heißverpressen einer Masse aus Spänen aus Holz oder einem anderen Cellulosematerial in Mischung mit Klebern, insbesondere Harnstoff-Formol- Harzlösungen oder Melamin-Harnstoff-Formol-Harzlösungen, hergestellt. Die Preßtemperaturen betragen im allgemeinen etwa 150º bis 220ºC, um ein gutes Aneinanderhaften der Späne bei annehmbarer Fertigungszeit zu erhalten, wobei hohe Drücke bis zu 70 bar eingesetzt werden.
  • Der Hauptnachteil der Aminoplastharze ist, daß sie hohe Emanationen an freiem Formaldehyd hervorrufen. Man hat versucht, durch Entwicklung diverser Herstellungsverfahren den Prozentsatz an freiem Formaldehyd zu senken. Leider hat die Erfahrung gezeigt, daß, wenn man besonders niedrige Formaldehydprozentsätze erreichen will, dies von einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften der fertigen Platten begleitet ist. Zur Vermeidung des freien Formaldehyds hat man auch vorgeschlagen, formaldehydfreie Harze, insbesondere Harze auf Basis von Isocyanatlösungen, zu verwenden (siehe EP-A-0 025 245). Leider tritt dann an die Stelle des Formaldehydproblems das Problem der Isocyanate, deren Wirkung auf den Menschen schädlicher und anhaltender ist als die des Formaldehyds, weil man selbst nach mehreren Jahren nach der Herstellung in den Platten das Vorhandensein von freien Isocyanatgruppen nachgewiesen hat. Außerdem verursacht der Einsatz solcher Harze in Pressen aufgrund der Affinität der Isocyanate gegenüber metallischen Teilen ernste Probleme. Es ist auch vorgeschlagen worden, Verfahren anzuwenden, die darin bestehen, die beiden Kleber getrennt auf die Späne zu verstäuben. Die Durchführung dieser Verfahren ist aufgrund des geringen Prozentsatzes an Isocyanat, das so wirtschaftlich wie möglich einzusetzen ist, schwierig.
  • Es besteht daher das Verlangen nach der Entwicklung von Aminoplastharzen, die verringerte Formaldehydprozentsätze aufweisen und deren Einsatz zu fertigen Platten führt, die wenig Formaldehyd freisetzen und gute mechanische Eigenschaften besitzen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von durch ein Isocyanat modifizierten Aminoplastharzen, welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß das eingesetzte Aminoplastharz durch Kondensation von Melamin und Formolharnstoff über einem Harnstoff-Formol-Harz mit einem Molverhältnis F/U zwischen 0,9 und 2 erhalten wird, wobei die eingesetzte Melaminmenge höchstens 25 Gew.-% und mindestens 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der fertigen Harzlösung, beträgt, der eingesetzte Formolharnstoff ein Molverhältnis F/U zwischen 4 und 10 besitzt, die zugesetzte Menge höchstens 70 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Harnstoff-Formol-Harz-Ausgangslösung, beträgt, und wobei auf die Kondensation des Melamins und des Formolharnstoffs ein Schritt der Zugabe von Toluoldiisocyanat in einer Menge von höchstens 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der fertigen Harzlösung, folgt.
  • Es wurde gefunden, daß man, wenn man unter diesen Bedingungen arbeitet, Aminoplastharze erhält, die erlauben, fertige Platten mit verringerten Formaldehydprozentsätzen und mit verbesserten mechanischen Eigenschaften herzustellen. Es wurde auch gefunden, daß es nicht möglich ist, geeignete toluoldiisocyanathaltige Aminoplastharze herzustellen, indem man sich damit begnügt, Harnstoff-Formol-Harzen einfach das Toluoldiisocyanat zuzusetzen. Eine solche Einbringung in die Aminoplastharze ruft eine exotherme Reaktion hervor und führt infolge der Schaumbildung zu einer unbrauchbaren Mischung.
  • Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Melamin und den Formolharnstoff über einem Harnstoff-Formol-Harz zu kondensieren. Die eingesetzte Melaminmenge beträgt höchstens 25 Gew.-% und mindestens 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des fertigen Harzes. Der Einsatz einer Menge von weniger als 10 Gew.-% führt zu fertigen Platten mit geringer Wasserbeständigkeit. Der eingesetzte Formolharnstoff hat ein Molverhältnis F/U zwischen 4 und 10 und die eingesetzte Menge beträgt höchstens 70 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Harnstoff-Formol-Harz-Ausgangslösung.
  • Die nach dem Verfahren nach der Erfindung eingesetzten Harnstoff-Formol-Harze sind bekannte Harze mit einem Molverhältnis F/U zwischen 0,9 und 2. Sie werden in bekannter Weise durch Kondensation von Formol und Harnstoff bei einem pH-Wert zwischen 4 und 7 und bei einer Temperatur nahe dem Siedepunkt hergestellt, vorzugsweise erfolgt diese Kondensationsreaktion in mehreren Schritten.
  • Die Kondensationsreaktion des Melamins und des Formolharnstoffs über dem Harnstoff-Formol- Harz wird bei einer Temperatur zwischen 60º und 100ºC und bei einem pH-Wert zwischen 6 und 10 durchgeführt. Vorzugsweise werden das gesamte Melamin und der gesamte Formolharnstoff dem Harnstoff-Formol-Harz auf einmal bei einer Temperatur zwischen 40º und 100ºC zugegeben, wobei bis zur vollständigen Auflösung des Melamins ein pH-Wert über 6 aufrechterhalten wird.
  • Erfindungsgemäß setzt man dann der Reaktionsmischung Toluoldiisocyanat in einer Menge von höchstens 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der fertigen Harzlösung, zu. Es wurde nämlich gefunden, daß der Einsatz von Mengen über 10 Gew.-% starke Erhöhungen der Viskosität der fertigen Harze sowie einen bedeutenden Abfall der Wasseraufnahmefähigkeit hervorruft. Das Einbringen des Toluoldiisocyanats erfolgt bei einer Temperatur von etwa 50ºC unter Halten des pH-Werts zwischen 6 und 0, vorzugsweise zwischen 7 und 7,5. Das Einbringen des Toluoldiisocyanats kann vorzugsweise im Vakuum oder unter Einblasen von Kohlendioxid erfolgen, was erlaubt, Platten mit verbesserten Eigenschaften herzustellen.
  • Es eignen sich nicht alle organischen Isocyanate für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. So ist festgestellt worden, daß das 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat mit der Bezeichnung M.D.I., das eines der bekanntesten Isocyanate ist, zu nicht homogenen fertigen Harzen führt. Erfindungsgemäß wird das (2,4- und/oder 2,6-)Toluoldiisocyanat (T.D.I.) verwendet.
  • Die nachstehenden Beispiele veranschaulichen die vorliegende Erfindung.
  • BEISPIEL 1:
  • Es wird ein Harnstoff-Formol-Harz verwendet, das folgende Merkmale aufweist:
  • F/U 1,05
  • Trockenauszug: 59%
  • pH-Wert: 7,8
  • Zu 100 Gewichtsteilen des Harnstoff-Formol-Harzes werden 42 Gewichtsteile Melamin und 52 Gewichtsteile Formolharnstoff mit einem Molverhältnis F/U von 5 zugegeben. Die Reaktionsmischung wird auf 60ºC erwärmt.
  • Dem erhaltenen Harz werden 3 Gewichtsteile Toluoldiisocyanat (T.D.I.) bei einer Temperatur von 50ºC zugesetzt.
  • In der Tabelle 1 sind die Eigenschaften der erhaltenen Harze sowie die Eigenschaften von Platten zusammengefaßt, die unter den nachstehenden Bedingungen hergestellt wurden:
  • -einlagige Platte 45·55·1,7 cm
  • - Späne: Mischung CI/CE 2/3/1/3
  • Feuchtigkeit: 2%
  • Natur: Mischung von Laubhölzern
  • Verleimung: 10% trockenes Harz/trockene Späne
  • Härter: 1,5% NH&sub4;Cl/trockenes Harz
  • Vorpressen: 1 Minute - Druck 5 daN/cm²
  • Aushärten: 4 Minuten - Druck 22 daN/cm²-Temperatur 180ºC. TABELLE 1 Ohne 3 Teile Harze Platten Trockenauszug (%) Viskosität Pa/s Gelierzeit 80ºC Raumgewicht (kg/m³) Zug trocken (daN/cm²) Quellung % 24 H (Wasser 20ºC) Formoldehyd (Perforator) (mg/100 g) 9 min 50 s
  • BEISPIEL 2:
  • Das Beispiel 1 wird wiederholt, wobei ein weniger kondensiertes Harnstoff-Formol-Harz eingesetzt wird.
  • In der Tabelle 2 sind die Eigenschaften von mit und ohne T.D.I. erhaltenen Harzen sowie die Eigenschaften der Platten zusammengefaßt: TABELLE 2 Menge Ohne 5 Teile Harze Platten Trockenauszug (%) Viskosität (Pa/s) Gelierzeit 80ºC Raumgewicht (kg/m³) Zug trocken (daN/cm²) Quellung % 24 H (Wasser 20ºC) Formoldehyd (Perforator) (mg/100 g) 5 min 55 s
  • BEISPIEL 3:
  • Das Beispiel 1 wird wiederholt, jedoch unter Einsatz eines Harnstoff-Formol-Harzes mit einem gegenüber dem Harz des Beispiels 1 unterschiedlichen Kondensationsgrad. Das T.D.I. wird innerhalb von 20 Minuten bei 75ºC zugesetzt.
  • In der Tabelle 3 sind die Eigenschaften der erhaltenen Harze und die Eigenschaften der fertigen Platten zusammengefaßt. TABELLE 3 T.D.I. (Teile) Ohne T.D.I. 5 Teile Harze Platten Trockenauszug (%) Viskosität (Pa/s) Gelierzeit 80ºC (Sekunden) Raumgewicht (kg/m³) Zug (daN/cm²) - trocken Quellung (%) - 24 H Feuchtigkeit (%) Perforator (mg/100 g)
  • BEISPIEL 4:
  • Das Beispiel 1 wird wiederholt, wobei dasselbe Harnstoff-Formol-Ausgangsharz verwendet wird, das T.D.I. aber im Vakuum und auch unter Einblasen von Kohlendioxid eingebracht wird.
  • Die Tabelle 4 faßt die Eigenschaften der erhaltenen Platten zusammen. TABELLE 4 T.D.I. Ohne T.D.I. im Vakuum 5% T.D.I. 5% T.D.I. unter CO&sub2; Raumgewicht (kg/m&sub3;) Zug (daN/cm²) - trocken Quellung V 20 (%) Feuchtigkeit (%) Perforator (mg/100 g)
  • Die mechanischen Eigenschaften wurden nach den folgenden Normen bestimmt:
  • Dicke, Raumgewicht: Norm NFB 51222
  • Feuchtigkeit: Norm NFB 51221
  • Zug: Norm NFB 51 250
  • Zug V 100: Norm NFB 51262
  • Zug V 313: Norm NFB 51 263
  • Quellung: Norm NFB 51252
  • Formaldehydgehalt (Perforator): Norm EN 120.

Claims (1)

  1. Verfahren zur Herstellung von durch ein Isocyanat modifizierten Aminoplastharzen, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren in zwei Schritten durchgeführt wird, gemäß welchen das eingesetzte Aminoplastharz in einem ersten Schritt durch Kondensation von Melamin und Formolharnstoff über einem Harnstoff-Formol-Harz erhalten wird, wobei das Harnstoff-Formol-Harz ein Molverhältnis F/U zwischen 0,9 und 2 aufweist, der Formolharnstoff ein Molverhältnis F/U zwischen 4 und 10 aufweist, die eingesetzte Melaminmenge zwischen 10 und 25 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der fertigen Harzlösung, beträgt, die Formolharnstoffmenge höchstens 70 Gew.-% und wenigstens 52 Gew.-%,bezogen auf das Gewicht der Harnstoff-Formol-Harz-Ausgangslösung, beträgt, die Harnstoff-Formol-Harz-Ausgangslösung einen Trockenauszug von etwa 59 Gew.-% aufweist, und wobei auf diesen ersten Schritt ein zweiter Schritt der Zugabe von Toluoldiisocyanat in einer Menge zwischen 1,5 und 10 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der fertigen Harzlösung, folgt, wobei das Toluoldiisocyanat bei einer Temperatur von etwa 50ºC unter Halten des pH-Werts zwischen 6 und 8 zugegeben wird, und wobei das fertige Harz einen Trockenauszug zwischen 64,4 und 67,2% aufweist.
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