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Bindemittelzusammensetzung, insbesondere für Glasfaserprodukte
Die Erfindung betrifft die Zusammensetzung eines Bindemittels, insbesondere eines solchen Bindemittels, welches aus einer wässerigen Dispersion eines Phenol-Resols, freiem Harnstoff und einem Aminoalkoxysilans oder dessen Hydrolyse-Produkten, sowie gegebenenfalls weiteren Zusätzen wie Härtungsbeschleunigern, Füllstoffen, Weichmachern, Modifizierungsmitteln usw. besteht ; derartige Bindemittel werden z. B. bei der Herstellung von Produkten aus Glasfasern oder andern glasähnlichen Fasern verwendet.
Die Verwendung wässeriger Dispersionen von Phenol-Resolen als Bindemittel bei der Herstellung von Produkten, z. B. Tafeln auf der Basis von Glaswolle oder andern glasähnlichen Fasern ist bereits bekannt. Es ist auch bekannt, dass Phenol-Resole durch Umsetzen mit Dicyandiamiden abgewandelt werden können, um die Temperatur- und Flammbeständigkeit zu verbessern. Zum selben Zweck ist es auch bekannt, Melamine, Harnstoff und Thioharnstoff zum Modifizieren von Phenol-Resolen heranzuziehen.
Durch Versuche wurde festgestellt, dass die Verwendung von Harnstoff insofern einige Vorteile mit sich bringt, als die Temperaturbeständigkeit der damit hergestellten Produkte dadurch verbessert wurde, obwohl Melamine und Dicyandiamide in dieser Hinsicht beide weit wirkungsvoller sind. Darüber hinaus bringt die Verwendung von Harnstoff ernste Probleme mit sich, wenn er bei der Herstellung eines Bindemittel-Harzes für die Herstellung von Produkten auf Basis von Glaswolle oder Tafeln aus Glasfasern od. dgl. verwendet wird.
Insbesondere neigen die unter Verwendung von Harnstoff hergestellten Phe-
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ausserdem sind sie als Bindemittel nicht genügend wirksam und lassen sich schlecht verdünnen-es ist wünschenswert, dass wenn ein Bindemittel der eingangs erwähnten Art auf Glas- oder glasähnliche Fasern aufgebracht wird, dieser vor seinem Abbinden derart in die Fasern einzieht, dass er jeweils mehrere Fasern benetzt. Ein vorzeitig abbindendes Bindemittel ist dazu nicht fähig, was zur Folge hat, dass eine grössere Bindemittelmenge benötigt wird, um einen gewünschten Effekt zu erzielen.
Die Wirksamkeit eines Kunstharzbindemittels wird üblicherweise in Prozent ausgedrückt und beträgt einhundert Mal die Anzahl von Gewichtseinheiten einer bestimmten Menge des Endproduktes, dividiert durch die Anzahl der Gewichtseinheiten des Bindemittels (Trockengewicht), die bei der Herstellung des Endproduktes verwendet wurden. Im allgemeinen neigt ein Phenol-Resol zum Zusammenballen, wenn es mit Wasser verdünnt wird ; die Verdünnbarkeit eines Resols ist einMass für den höchstmöglichen Ver- dünnungsgrad, ehe ein Zusammenballen auftritt.
Es wurde auch schon versucht, als Harzbinder Mischungen eines Phenol-Resols mit Harnstoff-Formaldehyd-Kondensationsprodukten zu verwenden ; es wurde jedoch festgestellt, dass derartige Mischungen nicht sonderlich wirksam sind.
Die Erfindung basiert auf der Feststellung, dass Harnstoff mit Phenol-Resolen gemischt werden kann, ohne dass eine merkliche Umsetzung eintritt, und dass die sich so ergebenden Mischungen bei der Herstellung von Gegenständen auf der Basis von Glasfasern oder glasähnlichen Fasern ausserordentlich vorteilhaft sind. Der nicht umgesetzte Harnstoff führt nicht zu einem vorzeitigen Abbinden des Resols, ver- mindert auch nicht dessen Wirksamkeit und verbessert in beachtlicher Weise die Verdünnbarkeit.
Wird
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nämlich ein Aminoalkoxysilan oder ein Hydrolyseprodukt desselben in einem Bindemittel mit einem
Phenol-Resol und nicht umgesetztem (freiem) Harnstoff verwendet, so werden darüber hinaus gewisse
Eigenschaften des abgebundenen Endmaterials in völlig unerwarteter Weise gegenüber einem Bindemit- tel verbessert, bei dem der Harnstoff, das genannte Silan oder dessen Hydrolyseproduktweggelassen wer- den. Durch die Erfindung wird daher ein verbessertes Bindemittel geschaffen.
Weitere, vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung darstellende Merkmale können der nachfol- genden Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele der Erfindung entnommen werden.
Eine erfindungsgemässe Zusammensetzung eines Resol-Bindemittels enthält eine wässerige Dis- persion von Harnstoff, ein Resol und ein Aminoalkoxysilan oder ein Hydrolyseprodukt desselben. Im allgemeinen kann das genannte Silan oder sein Hydrolyse-Produkt zwischen ungefähr 0,02 und unge- fähr 21a des gesamten Feststoffgehaltes der Zusammensetzung ausmachen, und der Harnstoff sollte zwischen ungefähr 3 und ungefähr 60% und das Phenol-Resol zwischen ungefähr 40 und ungefähr 97% ausmachen (sofern nichts anderes gesagt ist, bedeuten "Prozent" und "Teile" jeweils Gewichtsprozent bzw. Gewichtsteile). Wie nachfolgend noch beschrieben wird, hängen die optimalen Anteile der ver- schiedenen Bestandteile von mancherlei Umständen ab, insbesondere von dem spezifischen Verwen- dungszweck der Zusammensetzung und dem besonderen Resol.
Ein besonderes Phenol-Resol in der erfindungsgemässen Zusammensetzung zu verwenden, ist nicht erforderlich. Infolgedessen ist die Art des Phenols sowie des Aldehyds, die zum Resol umgesetzt wer- den, lediglich von nebensächlicher Bedeutung. Das Resol kann ein partielles Kondensationsprodukt eines jeden geeigneten Phenols mit einem ebensolchen Aldehyd sein (die verschiedenen Resole werden in der Veröffentlichung von Martin, The Chemistry of Phenolic Resins, John Wiley & Sons, Inc.,
New York [1956], beschrieben). Es wird jedoch bei der Herstellung von Faserprodukten ein Resol be- vorzugt, welches sich in ein unschmelzbares Resit umwandelt.
In diesem Fall wird wenigstens ein beträchtlicher Anteil eines trifunktionellen Phenols, üblicher- weise ein Trihydroxybenzol für gewerbliche Zwecke angewendet und Formaldehyd ist für gewerbliche
Zwecke infolge der grösseren Einfachheit seiner chemischen Reaktionen mit einem Phenol der bevor- zugte Aldehyd. Es ist erwünscht, wenn das Resol durch Umsetzung von Formaldehyd mit Phenol gewonnen wird, u. zw. üblicherweise bei einem Mol-Verhältnis von 1 bis 3 Mol Formaldehyd pro Mol Phe- nol, wobei Verhältnisse von ungefähr 1, 75 bis ungefähr 2, 9 Mol, und vorzugsweise von ungefähr 2 bis
2,75 Mol Formaldehyd pro Mol Phenol besonders zweckmässig. sind, wenn das Produkt als Bindemittel verwendet wird.
Enthält ein Phenol-Resol Metallkationen, insbesondere solche der Alkalimetalle, so ist dessen Anwendung auf Glas-od. dgl.-Fasern schädlich, da dann sowohl die Fasern als auch das ResitBindemittel zerstört werden können. Phenol-Resole werden üblicherweise in stark alkalischem Milieu gebildet, und die in diesem vorhandenen Metallkationen werden vorzugsweise aus dem Resol vor dessen Verwendung entfernt, beispielsweise durch eine Kationen-Austauschbehandlung des Resols, oder sie werden in eine Form übergeführt, in der sie unschädlich sind.
Als ein Beispiel für die zuletzt angewendete Technik kann die Kondensation zur Herstellung des Resols in Anwesenheit von Bariumhydroxyd als Kondensationsmittel angeführt werden, und das Bariumhydroxyd kann nach Durchführung der teilweisen Kondensation zur Bildung des Resols mit Schwefelsäure od. dgl. zu Bariumsulfat umgesetzt werden. Das Bariumsulfat kann im Resol belassen werden, da es unschädlich ist, vorausgesetzt, dass es in ausreichend kleiner Partikelgrösse vorliegt, so dass es die Handhabung des Resols nicht beeinträchtigt. Das Bariumsulfat kann aber auch durch Filtration entfernt werden.
Es wurde bereits angedeutet, dass eine verbesserte Resol-Zusammensetzung gemäss der Erfindung einen Aminoalkoxysilan oder dessen Hydrolyse-Produkt enthält. Ganz allgemein wurde festgestellt, dass jedes im Handel erhältliche Aminoalkoxysilan in einer solchen Binderzusammensetzung grosse Vorteile mit sich bringt. Diese Silane haben die allgemeine Formel R-Si (-O-R'),,, worin R ein Amino-Alkyl-Rest ist, welcher an das Siliziumatom gebunden ist, R'bedeutet einen Al- kylrest mit 1 bis 4 Kohlenstoffatomen, und n ist 1, 2 oder 3. Optimale Ergebnisse wurden mit einem Silan der allgemeinen Formel NHP2H4NHCsH6Si (-O CHs) s
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erzielt. Ausgezeichnete Ergebnisse erhält man auch bei der Verwendung von y-Aminopropyltriäthoxy-
Silan.
Eine bevorzugte Gruppe dieser Silane ist jene, bei der R in der vorhergehenden, allgemeinen
Formel von der Art H2N ist, worin R"ein Alkylen-Rest mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen ist. Eine andere bevorzugte Gruppe ist jene, bei der R die Formel H2N -Rn-NH-RItt hat, wobei R"und R'"Alkylen-Reste mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen sind.
An Hand einiger Beispiele soll die Erfindung näher erläutert werden, jedoch ist sie nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
Beispiel l : Ein Mischbehälter mit einem Propeller-Rührwerk wurde mit 25 Teilen Wasser gefüllt, welches mit den später hinzugegebenen Reagenzien während der Bildung eines Bindemittels gemäss der Erfindung gerührt wurde. 0,02 Teile eines Aminoalkoxysilans der Formel
NH2C2H4NHC3H6Si (-OCH3)3 wurden in den Mischbehälter eingebracht, worauf 0, 12 Teile Ammonium-Sulfat, 4,98 Teile Harnstoff und 7,46 Teile eines Phenolharzes A (was später noch näher erläutert wird), 1, 12 Teile einer 28%igen Ammoniumhydroxydlösung und 1, 24 Teile eines mit Stearinsäure und Ammoniumkarbonat emulgierten Mineralöles hinzugefügt wurden. Schliesslich wurde so viel Wasser hinzugefügt, dass eine BindemittelZusammensetzung mit 16% Feststoffen entstand.
Die so hergestellte Bindemittel-Zusammensetzung wurde in eine Formierhaube eingesprüht, durch die hindurch Glasfasern auf ein perforiertes Förderband geschickt wurden. Die mit dem Bindemittel versehenen Fasern wurden in Form einer wolleähnlichen Masse aufgesammelt. Die Verhältnisse von Bindemittel zu Glasfasern waren derart, dass das Bindemittel nach seinem Abbinden ungefähr 11%des Endproduktes ausmachte.
Das Abbinden vollzog sich in einem auf ungefähr 2040C gehaltenen Ofen, durch den die mit dem Bindemittel versehenen Glasfasern mit einer Verweilzeit von ungefähr 2 min hindurchgeschickt wurden, und in dem das Produkt derart zusammengepresst wurde, dass das Endprodukt eine tafel- ähnliche Masse aus Glasfasern darstellte, die an ihren Berührungspunkten miteinander durch den ausge-
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24, 2 l Phenol-Resol A, 7, 9 l Fichtenholzharzextrakt (es handelt sich hiebei um ein natürliches Harz mit folgender Analyse : 6% hochschmelzendes Furfural-Kondensat (in Methanol unlöslich), 4% neutrale Öle (Kohlenwasserstoffe, Ester und Äther), 9% Kolophonium, 5% eines Phenollactons vermutete For-
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Wasser gelöst und 37 g des Aminoalkoxysilans gemäss Beispiel 1.
Diese Bindemittel-Zusammensetzung wurde, wie in Beispiel 1 beschrieben, dazu verwendet, eine tafelähnliche Glasfasermasse herzustellen, in der die Glasfasern durch den ausgehärteten Resit aneinander gebunden sind ; der Resit bildet ungefähr 11% des Gesamtproduktes, die Dichte betrug ungefähr 0,144 g/cm3. Die Verbundstärke dieses Produktes war erheblich geringer als diejenige des gemäss Beispiel 1 hergestellten Produktes und das Resit-Bindemittel war erheblich weniger temperaturbeständig.
Ferner wurde zu Vergleichszwecken, jedoch nicht in Übereinstimmung mit der Erfindung, eine Bindemittel-Zusammensetzung wie bei Beispiel 1 hergestellt, jedoch mit dem Unterschied, dass das Silan weggelassen wurde. Diese Bindemittel-Zusammensetzung wurde wie in Beispiel 1 dazu benutzt, eine Glasfaser-Tafel mit einer Dichte von ungefähr 0,144 g/cms herzustellen, wobei der gesamte Resit-Bindemittelanteil ungefähr 11% des gesamten Produktes ausmachte. Im trockenen Zustand hatte dieses Produkt eine wesentlich geringere Festigkeit als das gemäss Beispiel 1 hergestellte, seineFestigkeit entsprach ungefähr derjenigen des im vorhergehenden Absatz beschriebenen Erzeugnisses.
Das Phenol-Resol A wurde dadurch hergestellt, dass ein etwa 95 1 fassendes Reaktionsgefäss mit 78 kg 45% igem Formalin, 45 kg Phenol und 2,9 kg Barium-Monohydrat gefüllt wurde und die sich so ergeben-
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sol, das sich so ergab, wurde mit verdünnter Schwefelsäure auf einen pH-Wert von ungefähr 7,5 gebracht.
Das im Beispiel 1 beschriebene Verfahren wurde in Übereinstimmung mit der Erfindung ausserdem mit der Abwandlung wiederholt, dass der Anteil des Ammoniumsulfats bei der Bildung der BindemittelZusammensetzung auf 0,06 Teile herabgesetzt wurde. Es wurden insoweit im wesentlichen dieselben Ergebnisse erzielt, als es die Eigenschaften des schliesslich erhaltenen Tafelproduktes betraf, aber das Aushärten des Resol-Bindemittels ging etwas langsamer vor sich.
Beispiel 2 : Das in Beispiel l beschriebene Verfahren wurde ferner zur Herstellung einer Bindemittel-Zusammensetzung und einer Glasfasertafel verwendet, wobei das Bindemittel folgende Zusammensetzung hatte : 25 Teile Wasser, 0,03 Teile des Silans gemäss Beispiel 1, 0, 6 Teile Ammoniumsulfat, 9 Teile Harnstoff, 21 Teile Phenol-Resol A, 2,8 Teile von 28% igem Ammoniumhydroxyd, 3 Teile eines in Stearinsäure und Ammoniumkarbonat emulgierten Mineralöles und ausreichend Wasser zur Erzielung eines Feststoffgehaltes von 19%. Die schliesslich erhaltene Tafel aus Glasfasern hatte eine Dichte von ungefähr 0,032 g/cm und das gehärtete Bindemittel hatte einen Anteil von ungefähr 12% am Ge- samtprodukt.
Verglichen mit ähnlichen Produkten der vorhergehend beschriebenen Art zeigte dieses Produkt wesentliche Verbesserungen, wie Vergleichsteste bewiesen.
Beispiel 3 : Weitere Bindemittel-Zusammensetzungen gemäss der Erfindung sowie damit gemäss dem Verfahren nach Beispiel l hergestellte Glasfaserprodukte sind in der unten stehenden Tabelle I erläutert :
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Tabelle I
EMI5.1
<tb>
<tb> Probe <SEP> Nr.
<SEP> 3 <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <SEP> 7 <SEP>
<tb> Teile <SEP> der <SEP> Bindemittel-Zusammensetzung
<tb> Wasser <SEP> 11 <SEP> 25 <SEP> 25 <SEP> 25 <SEP> 25
<tb> Aminoalkoxysilan <SEP> +) <SEP> 0, <SEP> 00086 <SEP> 0, <SEP> 018 <SEP> 0,005 <SEP> 0,0031 <SEP> 0,006
<tb> Ammoniumsulfat <SEP> 0,04 <SEP> 0, <SEP> 06 <SEP> 0,026 <SEP> 0, <SEP> 016 <SEP> 0, <SEP> 1
<tb> Harnstoff <SEP> 0, <SEP> 26 <SEP> 11,9 <SEP> 0,52 <SEP> 1, <SEP> 24 <SEP> 2,19
<tb> Phenol-Resol <SEP> A <SEP> 0,6 <SEP> 6, <SEP> 57 <SEP> 3,77 <SEP> 18,65 <SEP> 5,11
<tb> 28%igues <SEP> Ammoniumhydroxyd <SEP> 0, <SEP> 08 <SEP> 1,26 <SEP> 0,7 <SEP> 0,28 <SEP> 0,77
<tb> Fichtenholz-Teer-Extrakt <SEP> ++)-4, <SEP> 18- <SEP>
<tb> Fichtenholz-Teer-Extrakt <SEP> vermischt <SEP> mit
<tb> Tallöl-Peth <SEP> +++) <SEP> - <SEP> - <SEP> 0,94
<tb> Öl-Emulsion <SEP> +) <SEP> 0,1 <SEP> 1,19 <SEP> 0,65 <SEP> 0, <SEP> 28 <SEP> 0,
25
<tb> Wasser <SEP> zur <SEP> Herstellung <SEP> eines <SEP> Feststoffgehaltes <SEP> von <SEP> 8, <SEP> 0% <SEP> 15, <SEP> 0% <SEP> 7, <SEP> 0% <SEP> 4, <SEP> 0% <SEP> 9, <SEP> 0%
<tb> Glasfaserprodukt
<tb> % <SEP> Bindemittel <SEP> 41/2 <SEP> 11 <SEP> 41/2 <SEP> 4 <SEP> 3/4 <SEP> 10-20 <SEP>
<tb> Dichte <SEP> in <SEP> g/cm <SEP> 3 <SEP> 0, <SEP> 012 <SEP> 0,144 <SEP> 0, <SEP> 012 <SEP> 0,032 <SEP> 0,0048-0, <SEP> 032
<tb>
+) Beschrieben in Beispiel 1 ++) vorstehend beschrieben +++) Die Mischung bestand aus gleichen Teilen des vorstehend beschriebenen Fichtenholz-Pech-Extraktes und eines
Tallöl-Pechs mit einem Flammpunkt von 545 F.
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In der beschriebenen Bindemittel-Zusammensetzung beschleunigt das Ammoniumsulfat das Aushär- ten ; das Öl verbessert die Eigenschaften bezüglich des Anfassens der Glasfaserprodukte ; der Fichtenholz-
Teer-Extrakt und die Mischung aus Fichtenholz-Teer-Extrakt und Tallöl-Pech dienen der Erhöhung der
Zugfestigkeit. Diese oder ähnliche Materialien können bei einer erfindungsgemässen Zusammensetzung verwendet werden, sie sind jedoch nicht wesentlich.
Die Folgen zahlreicher Abänderungen der erfindungsgemässen Bindemittel-Zusammensetzung wur- den durch einen Test ermittelt, der nachfolgend in Beispiel 4 erläutert wird, worin gleichzeitig typi- sche Testergebnisse angegeben werden. Die Ergebnisse dieser Teste standen in gutem Zusammenhang mit den Resultaten, die bei Glasfaserprodukten unter gewerblichen Bedingungen erzielt wurden.
Beispiel 4 : Testproben wurden aus einer Mischung von 36 Teilen eines Phenol-Resols und 582 Teilen Natronkalk in Form glasiger Perlen hergestellt ; für verschiedene Teste wurden unterschiedliche Mengen verschiedener Aminoalkoxysilane und von Ammoniumsulfat der Phenol-Resol oder der Harnstoff-Resol-Mischung hinzugefügt, ehe diese mit den Perlen gemischt wurden. Die Testproben wurden dann weiterverarbeitet, indem die Resol-Perlen-Mischung mit einer Unterlage in Kontakt gebracht wurde, die auf eine Temperatur von ungefähr 520C erhitzt wurde. Teile der Mischunghaftetenan der Schablone an, und nach einer Aushärtezeit von ungefähr 7 min bildeten sie eine hautförmige Abscheidung.
Bei den meisten Testproben wurden insgesamt 64 solcher Abscheidungen hergestellt ; 32 davon wurden während 16 h unter äusseren Bedingungen von ungefähr 230C und 50% relativer Luftfeuchtigkeit konditioniert ; ferner wurden 32 davon während 16 h bei 500C einer Atmosphäre ausgesetzt, die im wesentlichen 100% relative Feuchtigkeit aufwies. In den folgenden Tabellen werden die Zugfestigkeiten der Testproben angegeben, wobei die Testproben mit verschiedenen Resol-und Resol-Harnstoff-Bindemit- teln hergestellt wurden. Jede Zugfestigkeit ist in 4309,2 dyn/cm2-EiIÙ1eiten angegeben, und jede Zahl stellt einen Durchschnittswert von 32 Proben dar.
Der Ausdruck"Nass-Zugfestigkeifist der Durchschnitts- wert von Proben, die während 16 h bei 600C in einer Atmosphäre von im wesentlichen 100% relativer Feuchtigkeit konditioniert wurden, während der Ausdruck "Trocken-Zugfestigkeit" bei Proben verwendet wurde, die bei Aussenluftverhältnissen konditioniert wurden. Das bei den Wertender Tabellen IT, IH und IV verwendete Phenol-Resol wurde im wesentlichen nach dem Verfahren zur Herstellung des Phe- no1-Reso1s A hergestellt ; der einzige Unterschied bestand darin, dass die am Ende stattfindende Erhitzung auf 71 C dann beendet wurde, wenn der Gehalt an freiem Formaldehyd in dem Resol schliesslich 5% (Tabelle II) bzw. 6% (Tabelle III) bzw. 7% (Tabelle IV) betrug, so dass nicht während einer festgelegten Zeitspanne erhitzt wurde.
Tabelle II
EMI6.1
<tb>
<tb> (In <SEP> 4309,2 <SEP> dyn/cm-Einheiten)
<tb> 0/0 <SEP> Harnstoff <SEP> +) <SEP> in <SEP> der <SEP> BindemittelZusammensetzung, <SEP> bezogen <SEP> auf
<tb> den <SEP> gesamten <SEP> Feststoffgehalt <SEP> an
<tb> Phenol-Harz <SEP> und <SEP> Harnstoff <SEP> 0 <SEP> 30 <SEP> 40 <SEP> 50
<tb> mittlere <SEP> Trocken-Zugfestigkeit <SEP> 720 <SEP> 1090 <SEP> 1000 <SEP> 880
<tb> mittlere <SEP> Nass-Zugfestigkeit <SEP> 600 <SEP> 1040 <SEP> 900 <SEP> 900
<tb>
+) Das Bindemittel enthält auch 1% Ammoniumsulfat und 0, 10/0 des Aminoalkoxy- silans gemäss Beispiel 1, beides bezogen auf das Gewicht an Phenolharz-Fest- stoffen und Harnstoff.
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Tabelle III
EMI7.1
<tb>
<tb> (In <SEP> 4309,2 <SEP> dyn/cm2-Einheiten)
<tb> o <SEP> Harnstoff <SEP> +) <SEP> in <SEP> der <SEP> BindemittelZusammensetzung, <SEP> bezogen <SEP> auf
<tb> den <SEP> gesamten <SEP> Feststoffgehalt <SEP> an
<tb> Phenol-Harz- <SEP> und <SEP> Harnstoff <SEP> 0 <SEP> 30 <SEP> 40 <SEP> 50
<tb> mittlere <SEP> Trocken-Zugfestigkeit <SEP> 840 <SEP> 930 <SEP> 1020 <SEP> 940
<tb> mittlere <SEP> Nass-Zugfestigkeit <SEP> 690 <SEP> 770 <SEP> 880 <SEP> 800
<tb>
+) Das Bindemittel enthält auch 1% Ammoniumsulfat und 0, lob des Aminoalkoxy- silans gemäss Beispiel 1, beides bezogen auf das Gewicht an Phenolharz-Fest- stoffen und Harnstoff.
Tabelle IV
EMI7.2
<tb>
<tb> (In <SEP> 4309,2 <SEP> dyn/cm2-Einheiten)
<tb> 0 <SEP> ; <SEP> 0 <SEP> Harnstoff <SEP> +) <SEP> in <SEP> der <SEP> BindemittelZusammensetzung, <SEP> bezogen <SEP> auf
<tb> den <SEP> gesamten <SEP> Feststoffgehalt <SEP> an
<tb> Phenol-Harz- <SEP> und <SEP> Harnstoff <SEP> 0 <SEP> 30 <SEP> 40 <SEP> 50
<tb> mittlere <SEP> Trocken-Zugfestigkeit <SEP> 760 <SEP> 860 <SEP> 970 <SEP> 940
<tb> mittlere <SEP> Nass-Zugfestigkeit <SEP> 640 <SEP> 860 <SEP> 950 <SEP> 900
<tb>
+) Das Bindemittel enthält auch 1% Ammoniumsulfat und 0, 1% des Aminoalkoxy- silans gemäss Beispiel l, beides bezogen auf das Gewicht an Phenolharz-Fest- stoffen und Harnstoff.
Die Werte der Tabelle V zeigen die Zugfestigkeit von Testproben in Abhängigkeit vom Harnstoffgehalt, wobei das Phenol-Resol mit Hilfe eines Verfahrens hergestellt wurde, das im wesentlichen demjenigen zur Herstellung des Phenol-Resols A gleicht, jedoch mit dem Unterschied, dass das Molverhältnis von Formaldehyd zu Phenol 1, 9 : 1 betrug.
Tabelle V
EMI7.3
<tb>
<tb> (In <SEP> 4309,2 <SEP> dyn/cm-Einheiten)
<tb> % <SEP> Harnstoff <SEP> +) <SEP> in <SEP> der <SEP> BindemittelZusammensetzung, <SEP> bezogen <SEP> auf
<tb> den <SEP> gesamten <SEP> Feststoffgehalt <SEP> an
<tb> Phenol-Harz- <SEP> und <SEP> Harnstoff <SEP> 0 <SEP> 30 <SEP> 40 <SEP> 50
<tb> mittlere <SEP> Trocken-Zugfestigkeit <SEP> 790 <SEP> 1160 <SEP> 1170 <SEP> 1160
<tb> mittlere <SEP> Nass-Zugfestigkeit <SEP> 520 <SEP> 1080 <SEP> 1090 <SEP> 1080
<tb>
EMI7.4
stoffen und Harnstoff.
Es wurden auch Testproben hergestellt, die zufriedenstellende Festigkeitseigenschaften zeigten, wenn ein Phenol-Harz verwendet wurde, das aus Formaldehyd und Phenol in einem Molverhältnis sowohl von 1, 4 : 1 als auch von 2, 9 : 1 hergestellt worden war.
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Zahlreiche andere Tests wurden durchgeführt, um den Einfluss des Harnstoffzusatzes zu den PhenolResolen auf die verschiedenen Eigenschaften der Bindemittel-Zusammensetzung zu ermitteln. Die Teste wurden mit Phenol-Resolen durchgeführt, welche mit Hilfe des Verfahrens zur Herstellung von PhenolResol A erzeugt wurden, jedoch mit dem Unterschied, dass das abschliessende Erhitzen auf 71 C dann unterbrochen wurde, wenn der Gehalt an freiem Formaldehyd im Resol 7% betrug, wozu eine Probe von "7o Resol"entnommen wurde. Das Erhitzen wurde dann so lange fortgesetzt, bis der Gehalt an freiem Formaldehyd 6% betrug, wobei wieder eine Probe von sogenanntem"6% Resol"entnommenwurde.
Dar- auf wurde wieder erhitzt, bis der Anteil an freiem Formaldehyd 5% betrug, wobei das dabei entstandene Material "5% Resol" genannt wurde.
In einer Testserie wurden verschiedene Zusätze von Harnstoff den drei Resolsorten beigegeben und die Auswirkungen auf den Gehalt an freiem Formaldehyd analytisch bestimmt. Die Ergebnisse dieser Tests folgen in der Tabelle VI.
Tabelle VI
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<tb>
<tb> Phenol-Reso1 <SEP> % <SEP> Harnstoff <SEP> im <SEP> Bindemittel, <SEP> bezogen <SEP> Gehalt <SEP> an <SEP> freiem <SEP> Formaldehyd,
<tb> auf <SEP> den <SEP> Gesamtfeststoffgehalt <SEP> an <SEP> bezogen <SEP> auf <SEP> den <SEP> GesamtstoffHarnstoff <SEP> + <SEP> Phenolharz <SEP> gehalt <SEP> an <SEP> Phenolharz
<tb> "5% <SEP> Resol" <SEP> 30 <SEP> 3,7
<tb> 40 <SEP> 3, <SEP> 6 <SEP>
<tb> 50 <SEP> 3, <SEP> 3 <SEP>
<tb> "6% <SEP> Resol"30 <SEP> 4,8
<tb> 40 <SEP> 4, <SEP> 8 <SEP>
<tb> 50 <SEP> 4, <SEP> 4 <SEP>
<tb> "7% <SEP> Resol"30 <SEP> 5,0
<tb> 40 <SEP> 5, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 50 <SEP> 4, <SEP> 4 <SEP>
<tb>
In einer andern Versuchsreihe wurde die Wirksamkeit der Aufbringung verschiedenerzusammensetzungen dadurch bestimmt,
dass die Resol-Zusammensetzungen durch einen Zerstäuber hindurch in ein Bündel eines Glasfasergewebes eingebracht wurden, worauf das Gewicht der am Glasfasergewebe verbliebenen Resol-Zusammensetzung bestimmt wurde. Die Wirksamkeit bei der Aufbringung, wie sie in Tabelle VI wiedergegeben wird, bestimmt sich aus dem 100fachen des Gewichtes des Harzes, welches an dem Bündel verbleibt, dividiert durch das Gewicht des zerstäubten Harzes.
Tabelle VII
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<tb>
<tb> Phenol-Reso1 <SEP> % <SEP> Harnstoff <SEP> im <SEP> Bindemittel, <SEP> bezogen <SEP> Wirksamkeit <SEP> der <SEP> Aufauf <SEP> den <SEP> Gesamtfeststoffgehalt <SEP> an <SEP> bringung
<tb> Harnstoff <SEP> + <SEP> Phenolharz <SEP>
<tb> "50/0 <SEP> Resol" <SEP> 0 <SEP> 64,1 <SEP>
<tb> 30 <SEP> 72, <SEP> 0 <SEP>
<tb> 40 <SEP> 75, <SEP> 6
<tb> 50 <SEP> 69,4
<tb> "6% <SEP> Resol"0 <SEP> 64,8
<tb> 30 <SEP> 67,0
<tb> 40 <SEP> 66, <SEP> 3 <SEP>
<tb> 50 <SEP> 70, <SEP> 2 <SEP>
<tb> "70/0 <SEP> Resol" <SEP> 0 <SEP> 62,8
<tb> 30 <SEP> 64, <SEP> 9 <SEP>
<tb> 40 <SEP> 64,3
<tb> 50 <SEP> 67,2
<tb>
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Es wurde festgestellt, dass im allgemeinen, ein.
Phenol-Resol oder eine Phenol-Resol-Zusammensetzung mit einer höheren Wirksamkeit der Aufbringung nach dem vorhergehenden Test auch eine höhere Wirksamkeit der Aufbringung aufweist, wenn diese Zusammensetzung als Teil eines Bindemittels bei der kommerziellen Herstellung von Glasfaserprodukten verwendet wird. Die Wirksamkeit der Aufbringung bei einer gewerblichen Herstellung ist definiert als 100mal das Gewicht der Bindemitte1-Zu- sammensetzung in einer gegebenen Menge eines Glasfaserproduktes, dividiert durch das Gewicht der Bindemittel-Zusammensetzung (bezogen auf das trockene Feststoffgewicht), die zur Herstellung dieser Menge des Glasfaserproduktes verwendet wurde.
In einer andern Testreihe wurde die Zeit bestimmt, die verschiedene Zusammensetzungen zur Gelbildung benötigen. Diese Zeit wurde dadurch gemessen, dass eine Probe einer jeden Zusammensetzung auf eine heisse Platte aufgebracht wurde, die auf 3000F gehalten wurde, worauf die Messung derjenigen Zeit erfolgte, die zur Gelbildung und zum Abbinden in einem derartigen Ausmass benötigt wurde, dass die Probe an einem Spatel kleben blieb und Fäden bildete. Diese Zeiten sind in der nachfolgenden Tabelle VIII für verschiedene Zusammensetzungen angegeben.
Tabelle VIII
EMI9.1
<tb>
<tb> Phenol-Resol'% <SEP> Harnstoff <SEP> im <SEP> Bindemittel, <SEP> bezogen <SEP> Abbindungszeit
<tb> auf <SEP> den <SEP> Gesamtfeststoffgehalt <SEP> an <SEP> in <SEP> sec
<tb> Harnstoff <SEP> + <SEP> Phenolharz <SEP>
<tb> "5% <SEP> Resol" <SEP> 0 <SEP> 145
<tb> 30 <SEP> 200
<tb> 40 <SEP> 225
<tb> 50 <SEP> 245
<tb> "6% <SEP> Resol" <SEP> 0 <SEP> 170
<tb> 30 <SEP> 180
<tb> 40 <SEP> 220
<tb> 50 <SEP> 305
<tb> "7% <SEP> Resol" <SEP> 0 <SEP> 175
<tb> 30 <SEP> 180
<tb> 40 <SEP> 240
<tb> 50 <SEP> 310
<tb> "5% <SEP> Resols"+) <SEP> 0 <SEP> 180
<tb> 30 <SEP> 145
<tb> 40 <SEP> 160
<tb> 50 <SEP> 165
<tb> "6% <SEP> Resol"+) <SEP> 0 <SEP> 225
<tb> 30 <SEP> 145
<tb> 40 <SEP> 163
<tb> 50 <SEP> 145
<tb> "7% <SEP> Resol" <SEP> +) <SEP> 0 <SEP> 270
<tb> 30 <SEP> 140
<tb> 40 <SEP> 145
<tb> 50 <SEP> 150
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Das Bindemittel enthält auch 10/0 Ammoniumsulfat, bezogen auf das Gesamt- feststoffgewicht an Phenolharz und Harnstoff
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stoffen, beispielsweise Vinylalkoxysilane, sind jedoch nicht gleichwertig, da sich bei ihrer Verwendung verminderte Zugfestigkeiten, u. zw. sowohl im nassen als auch im trockenen Zustand ergeben.
Aus der vorangegangenen Beschreibung ist ersichtlich, dass beträchtliche Abänderungen bei der Zu-
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sammensetzung eines erfindungsgemässen Bindemittels möglich sind. Die wesentlichen Bestandteile sind, wie bereits erläutert, ein Phenol-Resol, Harnstoff und ein Aminoalkoxysilan oder ein Hydrolyseprodukt desselben. Beste Ergebnisse werden dann erzielt, wenn die Bindemittel-Zusammensetzung aus einer wässerigen Dispersion zwischen 50 und ungefähr 70% eines Phenol-Resols, zwischenungefähr30 und un- ! gefahr 50% Harnstoff und zwischen ungefähr 0, 020/0 und ungefähr 0, 0250/0 eines Aminoalkoxysilans oder eines Hydrolyseproduktes desselben besteht.
Am besten ist es, wenn die Bindemittel-Zusammensetzung ungefähr zwischen 55 und 65% eines Phenol-Resols, ungefähr zwischen 35 und 45% Harnstoff und unge- fähr zwischen 0,05 und 0, 25% eines Aminoalkoxysilans oder eines Hydrolyseproduktes desselben ent- hält.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Bindemittel-Zusammensetzung, insbesondere für Glasfaserprodukte, dadurch gekenn- zeichnet, dass sie aus einer wässerigen Dispersion eines Phenol-Resols, eines Aminoalkoxysilans bzw. dessen Hydrolyseproduktes, aus freiem Harnstoff sowie gegebenenfalls weiteren Zusätzen wie Här- tungsbeschleunigern, Füllstoffen, Weichmachern, Modifizierungsmitteln usw. besteht.