DE102008031082A1 - Imprägnierung mit Hybridharzen - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hybridharz, welches insbesondere zur Imprägnierung von Papierbahnen geeignet ist. Das erfindungsgemäße Hybridharz kann vorteilhafterweise zur Verbeserung der mechanischen Eigenschaften von Gegenzügen in Mehrschichtplatten eingesetzt werden.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Hybridharz, welches insbesondere zur Imprägnierung von Papierbahnen geeignet ist. Das erfindungsgemäße Hybridharz kann vorteilhafterweise zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften von Gegenzügen in Mehrschichtplatten eingesetzt werden.
  • Es ist bekannt, Holzwerkstoffe wie Spanplatten, Faserplatten, beispielsweise MDF-Platten (medium density fibreboard) oder HDF-Platten (high density fibreboard), oder OSB-Platten (oriented structural board) mit dekorativen Papieren zu beschichten, welche vorzugsweise mit Aminoplastharzen getränkt sind. Weiterhin ist es bekannt, Schichtpressstoffe (continuous pressure laminate – CPL), welche durch Aufeinanderlegen von mehreren Papierlagen gebildet sind, mit dekorativen Papieren zu beschichten, die vorzugsweise mit Aminoplastharzen getränkt sind. Die hierfür verwendeten dekorativen Papiere haben in der Regel ein Flächengewicht von 30–140 g/m2. Üblicherweise sind die für die Tränkung der Papierbahnen verwendeten Harze Polykondensationsprodukte aus Melamin mit Formaldehyd. Es kommen allerdings auch Polykondensationsprodukte zum Einsatz, welche eine Mischpolykondensation von Harnstoff oder/und Melamin mit Formaldehyd aufweisen.
  • Zum Ausgleich der durch die Harz getränkte Schicht auf die Werkstoffplatte ausgeübten Zugwirkung wird üblicherweise auf die gegenüberliegenden Seite der Werkstoffplatte eine Gegenzuglage aufgebracht. Als Standardimprägnierung für übliche Gegenzugimprägnate finden beispielsweise Melamin-Formaldehyd-Harze Verwendung. Diese Harze sind aber teuer, sodass nach Alternativen gesucht wird.
  • Melamin-Harnstoff-Formaldehyd-Harze finden Verwendung in verschiedenen Bereichen, beispielsweise zur wasserbeständigen Verleimung von Holzwerkstoffen oder zur Kernimprägnierung von Dekorpapieren. Gegenüber reinen Melaminharzen weisen sie insbesondere ökonomische Vorteile auf. In verschiedenen Bereichen können sie aber reine Melamin-Formaldehyd-Harze nicht ersetzen, da die mechanischen und chemischen Eigenschaften von MUF-Harzen im Direktvergleich schlechter und somit nachteilig sind. So entwickeln beispielsweise MUF-Harze nicht die nötige Zugwirkung zur Herstellung von Gegenzugimprägnaten für Laminatfußböden um bei gleichem Materialeinsatz die Melaminoberfläche auszubalancieren. Entsprechend wurden als Gegenzugimprägnate entweder reine Melamin-Formaldehydharze eingesetzt oder, bei Verwendung von MUF-Harzen waren sehr große Harzmengen erforderlich, was neben ökonomischen auch technische Nachteile mit sich bringt.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher ein Harzsystem bereitzustellen, welches kostengünstiger als Melamin-Formaldehydharze ist und dennoch ausreichende mechanische Eigenschaften zur Verwendung als Gegenzugimprägnierung aufweist.
  • Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe gelöst durch die Bereitstellung eines Harzsystems umfassend
    • (i) ein Harnstoff-Formaldehyd-Harz, ein Melamin-Formaldehyd-Harz oder/und ein Melamin-Harnstoff-Formaldehyd-Harz und
    • (ii) ein ungesättigtes Polyesterharz.
  • Erfindungsgemäß wurde festgestellt, dass durch Zusatz eines ungesättigten Polyesterharzes zu einem Harzsystem umfassend ein Harnstoff-Formaldehyd-Harz, ein Melamin-Formaldehyd-Harz oder/und ein Melamin-Harnstoff-Formaldehyd-Harz eine deutliche Verbesserung der technischen Eigenschaften und insbesondere der Festigkeit im Vergleich zu herkömmlichen MUF-Harzen (Melamin-Harnstoff-Formaldehyd-Harze bzw. Melamin-Harnstoff-Formaldheyd-Kondensate) erhalten wird. Dadurch können mit dem erfindungsgemäßen Harzsystem gleiche Eigenschaften wie mit teureren Melaminharzen realisiert werden oder im Vergleich mit ähnlich günstigen MUF-Harzen bessere technische Eigenschaften realisiert werden.
  • Das erfindungsgemäße Harzsystem, bei dem es sich um ein Hybridharz handelt, also um ein Harz, das aus wenigstens zwei Komponenten zusammengesetzt ist umfasst als Komponente (i) ein Harnstoff-Formaldehyd-Harz (UF-Harz), ein Melamin-Formaldehyd-Harz (MF-Harz) oder/und ein Melamin-Harnstoff-Formaldehyd-Harz (MUF-Harz). Bei den Harzen handelt es sich jeweils um Polykondensate. Vorzugsweise enthält die Komponente (i) wenigstens einen gewissen Anteil aus Harz abgeleitet von Harnstoff, insbesondere einen Anteil von ≥ 1 Gew.-%, bevorzugt ≥ 5 Gew.-%, mehr bevorzugt ≥ 10 Gew.-%, insbesondere ≥ 20 Gew.-%, noch mehr bevorzugt ≥ 40 Gew.-% und am meisten bevorzugt ≥ 50 Gew.-% bezogen auf das gesamte Harzsystem.
  • Besonders bevorzugt enthält das Harzsystem als Komponente (i) ein Melamin-Harnstoff-Formaldehyd-Harz, welches durch Vermischen von Harnstoff-Formaldehyd-Harzen und Melamin-Formaldehyd-Harzen gebildet ist. Während grundsätzlich beliebige Gewichtsverhältnisse von UF-Harz und MF-Harz eingesetzt werden können, beispielsweise im Bereich von 99:1 bis 1:99 sind Systeme bevorzugt, in denen das UF-Harz den Hauptanteil bildet. Vorzugsweise ist der Anteil an UF-Harz zu MF-Harz, jeweils bezogen auf das Gewicht, > als 1,1:1, insbesondere > als 1,1:0,9, mehr bevorzugt > als 1,5:1 und noch mehr bevorzugt > als 2:1.
  • In einer weiteren Ausführungsform ist als Bestandteil (i) ein Melamin-Harnstoff-Formaldehyd-Harz (MUF-Harz) umfasst, welches durch Einwirkung von Formaldehyd auf Mischungen von Melamin und Harnstoff gewonnen wird, also ein Harz, welches durch Polykondensation der monomeren Ausgangsstoffe gebildet ist.
  • Auch in dieser Ausführungsform ist vorzugsweise der Anteil an Harnstoff größer als der an Melamin, und zwar insbesondere > 1,1:1, bevorzugt > 1,1:0,9 und mehr bevorzugt > 1,5:1
  • Das erfindungsgemäße Hybridharzsystem umfasst als zweite Komponente (ii) ein ungesättigtes Polyesterharz. Ungesättigte Polyester sind Poyesterkondensate, die noch wenigstens eine ungesättigte C=C-Doppelbindung enthalten. Solche C=C-Doppelbindungen sind radikalisch vernetzbar. Grundsätzlich können als Polyester jegliche Kondensate aus einer oder mehreren di- oder polyfunktionellen Säuren und einem oder mehreren di- oder polyfunktionellen Alkoholen eingesetzt werden, soweit wenigstens eines der eingesetzten Monomere eine Doppelbindung enthält. Als besonders geeignet haben sich Kondensate erwiesen, in denen als Säurebaustein Maleinsäure eingesetzt ist. Weitere geeignete Säuren zur Herstellung der Komponente (ii) umfassen beispielsweise Phtalsäure, Tetrahydrophtalsäure, Terephtalsäure, und/oder ihre Anhydride, weiters Fumarsäure. Weiters können Mischungen dieser Säuren und/oder ihrer Anhydride sowie Mischungen mit Adipinsäure oder Sebacinsäure eingesetzt werden.
  • Als Alkoholbaustein zur Bildung des ungesättigten Polyesters wird vorteilhafterweise ein Glykol eingesetzt, insbesondere Monoethelenglykol, Diethylenglykol, 1,2-Propylenglykol, 2,3-Butylenglykol oder 1,3-Butylenglykol und besonders bevorzugt Monoethelenglykol.
  • Weitere vorteilhaft verwendbare Alkohole sind beispielsweise Sorbitol, Neopentylglykol, Glycerin, Trimethylolpropan, Butandiol oder Hexandiol. Weiters können Mischungen der angeführten Alkohole eingesetzt werden. Überschüssige Säuregruppen im Polyesterharz können für eine verbesserte Einstellbarkeit der Reaktivität im Hybridharzsystem mit organischen und/oder anorganischen Basen neutralisiert werden. Bevorzugt werden Aminobasen wie beispielsweise Triethylamin oder Triethanolamin eingesetzt.
  • Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem umgesättigten Polyester um ein Kondensat aus Maleinsäure und Monoethelenglykol.
  • Das erfindungsgemäße Harzsystem kann neben den Komponenten (i) sowie (ii) weitere polymere Bestandteile enthalten. Bevorzugt sind allerdings Harzsysteme, die neben den Komponenten (i) sowie (ii) keine weiteren polymeren Bestandteile, also insbesondere Bestandteile mit einem Molekulargewicht > 10.000 g/mol, beispielsweise > 5.000 g/mol, bevorzugt > 1.000 g/mol und mehr bevorzugt 500 g/mol, enthalten.
  • Das erfindungsgemäße Harzsystem kann beliebige für die eingesetzten Harze geeignete Dispergier- oder Lösungsmittel enthalten. Bevorzugt sind wässrige Harzsysteme, die bezogen auf das Gesamtgewicht einen Anteil von Wasser von ≥ 5 Gew.-%, mehr bevorzugt ≥ 10 Gew.-% aufweist. Das Harzsystem kann weitere Bestandteile, wie beispielsweise Netzmittel, Härter, und andere Zusatz- und Hilfsstoffe, wie beispielsweise Monoethelenglykol enthalten.
  • Das erfindungsgemäße Harzsystem kann beispielsweise als Leimsystem mit verbesserter Wasserbeständigkeit und Klebekraft oder für Oberflächenbeschichtungen eingesetzt werden.
  • Das erfindungsgemäße Harzsystem eignet sich insbesondere zur Verwendung als Imprägnierharz zur Imprägnierung von bahnförmigen Materialien aus Faserrohstoffen. Solche bahnförmigen Materialien sind beispielsweise Papierbahnen oder Gewebebahnen oder Gewebevliese. Die bahnförmigen Materialien können dabei beispielsweise aus Naturfasern oder/und aus Kunstfasern gebildet sein.
  • Besonders günstig ist die Verwendung des Harzsystems zur Imprägnierung von bahnförmigen Materialien aus Faserrohstoffen, welche als Gegenzug Lagen, insbesondere bei der Produktion von Laminatfußböden eingesetzt werden. Aufgrund ihrer technischen Eigenschaften und insbesondere ihrer Festigkeit ist es mit dem erfindungsgemäßen Harzsystem möglich Gegenzuglagen bereizustellen, welche bei Aufbringen relativ geringer Harzmengen eine hervorragende Zugwirkung zeigen. Der Harzauftrag beträgt dabei üblicherweise zwischen 50 und 150 g/m2, mehr bevorzugt 60–100 g/m2. Das Imprägnatgewicht beträgt dabei üblicherweise zwischen 50 und 250 g/m2, mehr bevorzugt zwischen 100 und 200 g/m2.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein bahnförmiges Material aus Faserrohstoffen, insbesondere wie oben beschrieben, imprägniert mit einem erfindungsgemäßen Harzsystem. Vorzugsweise wird als bahnförmiges Material Papier eingesetzt, insbesondere mit einem Flächengewicht von 30–140 g/m2, insbesondere von 40–100 g/m2.
  • Die Erfindung betrifft schließlich auch eine Mehrschichtplatte umfassend eine Werkstoffplatte, welche an ihrer Sichtfläche mit wenigstens einer mit Harz getränkten Papierlage beschichtet ist und an der gegenüberliegenden Seite der Werkstoffplatte mit wenigstens einer mit Harz getränkten Gegenzuglage beschichtet ist, wobei die wenigstens eine Papierlage und/oder die wenigstens eine Gegenzuglage mit einem erfindungsgemäßen Harzsystem imprägniert ist.
  • Die Werkstoffplatte ist vorzugsweise eine Holzwerkstoffplatte, beispielsweise eine Spanplatte oder eine Faserplatte, vorzugsweise eine MDF-Platte (medium density fibreboard) oder eine HDF-Platte (high density fibreboard) oder eine OSB-Platte (oriented structural board). Die Werkstoffplatte kann aber auch eine durch Aufeinanderlegen von mehreren Papierlagen gebildete Schichtpressstoffplatte (CPL-Platte; continuous pressure laminate) sein. Bei der an der Sichtfläche der Mehrschichtplatte befindlichen Papierlage handelt es sich vorzugsweise um eine Sichtpapierlage und mehr bevorzugt um eine Dekorpapierlage. Sichtpapierlage weist vorzugsweise eine nach Bekk gemessene Rohpapierglätte von mindestens 20 s vorzugsweise von mindestens 25 s auf. Sichtpapierlage kann beispielsweise ein Flächengewicht von etwa 30 g/m2, insbesondere von 40–140 g/m2 aufweisen.
  • Bei der Gegenzuglage handelt es sich vorzugsweise um ein bahnförmiges Material aus Faserrohstoffen, wie hierin zuvor beschrieben, imprägniert bzw. getränkt mit einem Harz. Das erfindungsgemäße Harzsystem kann eingesetzt werden, um die Sichtpapierlage, die Gegenzuglage oder beide Lagen zu imprägnieren. Bevorzugt wird zumindest die Gegenzuglage mit einem erfindungsgemäßen Harzsystem imprägniert. Die erfindungsgemäßen Harzsysteme weisen eine hervorragende Zugwirkung in Gegenzuglagen auf.
  • Die Imprägnierung von bahnförmigen Materialien aus Faserrohstoffen sowie die Bildung von Mehrschichtplatten kann erfindungsgemäß beispielsweise mittels Hochdruckpressen oder Niederdruckpressen durchgeführt werden. Geeignet sind beispielsweise Mehretagenpressen, Kurztaktpressen oder kontinuierlich arbeitende Pressen wie z. B. Durchlaufpressen.
  • Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele und die beigefügten Figuren weiter erläutert.
  • 1 zeigt eine grob schematische Schnittdarstellung zur Erläuterung des grundlegenden Aufbaus einer erfindungsgemäßen Mehrschichtplatte 100. Hierbei ist eine Werkstoffplatte 20, die beispielsweise eine Holzwerkstoffplatte, beispielsweise eine Spanplatte oder eine Faserplatte, vorzugsweise eine MDF-Platte oder eine HDF-Platte, oder eine OSB-Platte, oder eine durch Aufeinanderlegen von mehreren Papierlagen gebildete Schichtpressstoffplatte umfasst, mit einer Harz getränkten Papierlage 30, bei der es sich insbesondere um eine Sichtpapierlage handelt, beschichtet.
  • Auf der anderen Seite der Werkstoffplatte 20 ist eine Gegenzuglage 40 angeordnet, die ebenfalls mit einem Harz getränkt ist. Diese Gegenzuglage wirkt der durch die mit Harz getränkte Sichtpapierlage ausgeübten Zugwirkung entgegen. Erfindungsgemäß ist wenigstens eine der Lagen Papierlage 30 und Gegenzuglage 40 mit einem erfindungsgemäßen Hybridharz imprägniert.
  • Beispiel 1: Hybridharz-System
  • Ein erfindungsgemäßes Harzsystem wird gebildet durch
    • – 61 g Harnstoffharz (handelsüblich)
    • – 29 g Melaminharz (handelsüblich)
    • – 13 g Polyesterkondensat aus Maleinsäureanhydrid und Monoethylenglykol, Molmasse ca. 1000 g/mol
    • – 25 g Wasser
    • – 0,4 g Netzmittel, 1,8 g Härter, 5 g Monoethylenglykol
  • Beispiel 2: Harzsystem Vergleichsbeispiel
  • Ein Harzsystem ohne Polyesterkondensat wurde aus den folgenden Ausgangsmaterialien gebildet:
    • – 61 g Harnstoffharz (handelsüblich)
    • – 29 g Melaminharz (handelsüblich)
    • – 25 g Wasser
    • – 0,4 g Netzmittel, 1,0 g Härter (gleiche Gelierzeit), 5 g Monoethylenglykol
  • Beispiel 3: Standardimprägnierung
  • Ein handelsübliches Imprägnierharz für Gegenzüge setzt sich wie folgt zusammen:
    • – 100 g Melaminharz
    • – 25 g Wasser
    • – 0,4 g Netzmittel, 0,6 g Härter (gleiche Gelierzeit), 5 g Monoethylenglykol
  • Mit dem beschriebenen Harz wurde mit handelsüblichem Papier mit einem Flächengewicht von 80 g/m2 ein Gegenzugimprägnat mit einem Harzauftrag von 100 g/m2 und einer Restfeuchte von 6,5% hergestellt.
  • Beispiel 4: Zugwirkungstest
  • Handelsübliches Papier mit einem Flächengewicht von 80 g/m2 wurde mit dem erfindungsgemäßen Hybridharzsystem gemäß Beispiel 1 sowie dem Vergleichsharzsystem gemäß Beispiel 2 imprägniert. Das Imprägnat wurde bei 160°C auf eine Restfeuchte von 6,5% getrocknet. Der Harzauftrag betrug 100 g/m2. Die Imprägnate wurden auf einer Kurztaktpresse bei 180°C für 30 Sekunden auf eine hochdichte Faserplatte (HDF) verpresst. Auf der gegenüberliegenden Seite der hochdichten Faserplatte wurde jeweils die Standardimprägnierung gemäß Beispiel 3 aufgebracht. Nach Abkühlung der Proben wurde der Verzug in mm/200 mm Auflage bestimmt.
  • Es zeigte sich, dass die Platte des Vergleichsbeispiels in die Richtung des handelsüblichen Gegenzugimprägnats verzogen war aufgrund einer stärkeren Zugwirkung des Gegenzugimprägnats. Im Gegensatz dazu war die mit dem mit dem Hybridharz nach Beispiel 1 getränkten Papier beschichtete Platte in Richtung des Versuchsimprägnats gekrümmt (Krümmung + 0,1 mm/200 mm). Es konnte also mit gleichem Harzeinsatz eine stärkere Zugwirkung erreicht werden.

Claims (12)

  1. Harzsystem umfassend (i) ein Harnstoff-Formaldehyd-Harz, ein Melamin-Formaldehyd-Harz oder/und ein Melamin-Harnstoff-Formaldehyd-Harz und (ii) ein ungesättigtes Polyesterharz.
  2. Harzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es als Bestandteil (i) ein Melamin-Harnstoff-Formaldehyd-Harz umfasst, gebildet durch Vermischen von Harnstoff-Formaldehyd-Harz und Melamin-Formaldehyd-Harz.
  3. Harzsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil an Harnstoff-Formaldehyd-Harz zu Melamin-Formaldehyd-Harz mehr als 1,1:0,9, bezogen auf das Gewicht beträgt.
  4. Harzsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (i) ein Melamin-Harnstoff-Formaldehyd-Harz umfasst, erhältlich durch Einwirkung von Formaldehyd auf eine Mischung von Melamin und Harnstoff.
  5. Harzsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Komponente (ii) um ein Kondensat aus Maleinsäure und Glykolen handelt.
  6. Verwendung eines Harzsystems nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als Imprägnierharz zur Imprägnierung von bahnförmigen Materialien aus Faserrohstoffen.
  7. Verwendung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den bahnförmigen Materialien um Papierbahnen oder/und Gewebebahnen oder/und Gewebevliesen handelt.
  8. Verwendung eines Harzsystems nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Imprägnierung von bahnförmigen Materialien aus Faserrohstoffen, insbesondere von Papierbahnen zur Beschichtung plattenförmiger Werkstoffe an Druckpressen.
  9. Verwendung eines Harzsystems nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Imprägnierung von bahnförmigen Materialien aus Faserrohstoffen, insbesondere von Papierbahnen, welche als Gegenzug bei der Produktion von Laminatfußböden eingesetzt werden.
  10. Bahnförmiges Material aus Faserrohstoffen imprägniert mit einem Harzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
  11. Mehrschichtplatte umfassend eine Werkstoffplatte, welche an ihrer Sichtfläche mit wenigstens einer mit Harz getränkten Papierlage beschichtet ist und an der gegenüberliegenden Seite der Mehrstoffplatte mit wenigstens einer mit Harz getränkten Gegenzuglage beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Papierlage oder/und die wenigstens eine Gegenzuglage mit einem Harzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5 imprägniert ist.
  12. Mehrschichtplatte nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenzuglage mit einem Harzsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5 imprägniert ist.
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