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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.
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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.
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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.
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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.
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Auch verlangt die Rückgewinnung der Lösungsmittel zusätzliche Anlagen,
welche die Einrichtungs- und Betriebskosten erhöhen.
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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Das folgende Beispiel dient nur zur Erläuterung des Erfindungsgedankens,
nicht aber dazu, den Schutzumfang auf die spezielle Verwendung zu beschränken.
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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.
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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.