DE1800821B2 - Mittel zum gleichzeitigen Tränken und Beschichten von Papierbahnen - Google Patents

Description

als Mittel zum gleichzeitigen Tränken und Beschichten von Papierbahnen.

Die Erfindung betrifft eine neuartige wäßrige Aminoplastharzzubereitung zum gleichzeitigen Tränken und Beschichten von Papierbahnen, die als Trägermatcrialien für die Herstellung von Schicht-Werkstoffen Verwendung finden.

Aminoplaste, d. h. Kondensationsprodukte von Aminoplaste bildenden Verbindungen, wie Harnstoff oder Melamin, mit Aldehyden, insbesondere Formaldehyd, werden seit langem und in weitem Umfang für die Imprägnierung, Ausrüstung, Verleimung von Cellulose enthaltenden Rohmaterialien verwendet.

Für die Herstellung von aminoplastharzimprägnierten Trägermaterialien, wie Papier- oder Gewebebahnen, die z. B. zur Oberfiächenbeschichtung von Platten aus pflanzlichen Zerkleinerungsprodukten, wie Spänen, Mehlen oder Fasern dienen, werden sogenannte Tränkharze verwendet, die bei Papieren eine Feststoffaufnahme bis zu einem Mehrfachen des ursprünglichen Papiergewichts bewirken. Die üblichen Tränkharze bestehen aus vorkondensierten wasserlöslichen Aminoplastharzzubereitungen mit verhältnismäßig geringem Haftvermögen gegenüber Holzwerkstoffen. Um den Nachteil der geringen Haftfestigkeit von mit derartigen Harzen behandelten Trägermaterialien auf ihrer bestimmungsgemäßen Unterlage zu vermeiden, ist in der deutschen Patentschrift 10 53 303 deshalb vorgeschlagen worden, das Trägermaterial zuerst mit einer niedermolekulare Harze enthaltenden Lösung vorzuimprägnieren und daran anschließend mit einer hochmolekularen, d. h. weit kondensierten, Harzlösung nachzuimprägnieren.

Es wurde nun gefunden, daß man in einer speziellen Tränkharzdispersion zwei Harztypen mit unterschiedlichen Eigenschaften vereinen kann, die sich dann bei der Imprägnierung auf dem Trägermaterial in mehreren Schichten fixieren. Wegen des gleichzeitigen Aufbringens und Trocknens der Harzdispersion auf dem Träger wird jedoch ein wesentlich besserer Verbund erreicht als durch das Arbeiten in mehreren Behandlungszyklen. Hierbei übernimmt eine' flüssige Harztype vorwiegend die Funktion der Durchimprägnierung. Eine quellbare Type dagegen fixiert sich vorwiegend auf der Trägeroberfläche. Eine derartige Tränkharzdispersion kann hergestellt werden, wenn man in einer im wesentlichen wäßrigen Lösung vorwiegend aus Methylolverbindungen bestehenderVorkondensate aus Formaldehyd und aminoplastbildenden Verbindungen ein in dieser Lösung nicht lösliches, jedoch quellbares und noch härtbares Aminoplast-Kondensat fein verteilt.
S Erfindungsgegenstand ist demnach die Verwendung einer Mischung, enthaltend auf 100 Teile Wasser

a) 15 bis 250 Teile eines mindestens beschränkt wasserlöslichen, niedermolekularen Aminoplast-. Vorkondensats,

b) 0,5 bis 25 Teile eines in Wasser oder wäßriger Aminoplastharzlösung quellbar unlöslichen Aminoplast-Kondensats mit einer mittleren Teilchengröße im angequollenen Zustande von nicht mehr als 100 μ,

als Mittel zum gleichzeitigen Tränken und Beschichten von Papierbahnen.

Es sind zwar aus der deutschen Patentschrift

so 9 32 267 Holzleime auf der Grundlage von Aminoplastharz-Kondensaten bekannt, die quellbare Kondensationsprodukte von Aminoplaste bildenden Verbindungen in einer wasserlöslichen Aminoplast-Kondensationsprodukte enthaltenden Lösung dispergiert enthalten. Derartige Holzleime sind jedoch für die homogene und gleichmäßige Durchimprägnierung von Papier- oder Gewebebahnen nicht geeignet.

Die US-PS 29 30 727 betrifft Mischungen eines Aminoplasten (wasserlöslich) und eines quellbaren Polymerisats, das in spezieller Weise mit einem »die Quellung kontrollierenden Agens« versetzt ist; als Beispiel ist Glyoxal (Sp. 4, Z. 54 in [I]) genannt. Weiterhin sind nach der US-PS Hilfsmittel zur Erhöhung der Tränkgeschwindigkeit und Härtungsbeschleunigung erforderlich.

Die US-PS 30 44 895 beschäftigt sich mit einer Dispersion fester, d. h. schmelzbarer aber nicht gequollener Phenoplast-Teilchen in einer Phe'noplastlösung; zwar besteht hier eine gewisse Ähnlichkeit zu der Erfindung, jedoch sind Phenoplaste mit Aminoplasten insofern nicht vergleichbar, als sich das Problem der Stabilität der Lösungen nicht ergibt.

Die Verwendung gequollener Aminoplastteilchen

in einer niedermolekularen Lösung gemäß der Erfindung bewältigt nämlich das Problem der Lösungsinstabilität, und es ist keinesfalls vorhersehbar, daß die Verwendung gequollener Teilchen vorteilhaft wäre, weil.bei Phenoplasten solche gequollenen Gele nicht auftreten und bei Aminoplasten jedenfalls als Tränkharze nicht verwendet worden sind.

Die intensive Tränkungswirkung der erfindungsgemäßen Mischungen bewirkt, daß auch schwierig verarbeitbare Trägermaterialien, wie etwa stärkere Papierbahnen, nicht mehr zum Aufspalten längs ihrer Mittelebene und damit zum Abplatzen von den damit veredelten Werkstoffen neigen.

Andererseits verleihen die erfindungsgemäßen Mischungen den Trägermaterialien in hohem Maße die Eigenschaft, ausgleichend auf die darunter liegende Oberfläche zu wirken. Insbesondere für die Anwendung im Bereich derartiger Werkstoffe, wie Span-, Faser- und Schichtpreßstoffplatten sind die erfindungsgemäß getränkten Trägermaterialien sehr geeignet. Sie sind z. B. für sogenannte Underlay-Schichten, für Dekorschichten und vor allem auch für wirtschaftliche Einschicht-Veredelungen gut verwendbar.

Mindestens beschränkt wasserlösliche, nieder-

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molekulare Aminoplast-Vorkondensate werden zweckmäßig in Form ihrer wäßrigen Lösungen als vorwiegend aus Methylolverbindungen bestehende Vorkondensate aus Formaldehyd und aminoplastebildenden Verbindungen in an sich bekannter Weise dadurch hergestellt, daß man Harnstoff und Formaldehyd in einem Molverhältnis von 1.: 1,4 bis 1:2,3 gegebenenfalls modifiziert mit untergeordneten Mengen anderer aminoplastebildender Verbindungen, im schwach alkalischen Bereich, d. h. etwa von pH 7,5 "> bis 9,5, bei Temperaturen im Bereich von 45 bis 60° C zu einer 30- bis 60prozentigen Lösung mit einer Viskosität von 10 bis 60, vorzugsweise 15 bis 30 cP kondensiert.

Nach einem ähnlichen Verfahren lassen sich auch Lösungen von Melamin-Formaldehyd-Vorkondensaten mit einem Molverhältnis von Melamin zu Formaldehyd im Bereich von 1:1,2 bis 1: 3,0 und ähnlichen 'Fließeigenschaften wie die vorerwähnten Harnstoff-Vorkondensate erhalten.. ' »

Derartige wäßrige Lösungen enthalten in der Regel in überwiegenden Mengen einfache Methylolverbindungen der zugrunde liegenden Stickstoffverbindungen, die im allgemeinen als Vorkondensate bezeichnet werden. In untergeordneten Mengen können jedoch auch leicht lösliche Oligomere — z. B. solche bis zu Molgewichten von etwa 1000 — der Aminoplast-Vorkondensate in den Lösungen enthalten sein. Die Eignung einer wie beschrieben hergestellten Tränkhärzlösung für den erfindungsgemäßen Zweck läßt sich leicht dadurch bestimmen, daß man das Eindringverhalten nach Zeiteinheit und Menge.bestimmt.

Die auf diese Weise erhaltenen Lösungen können mit den vorerwähnten quellbaren Harzen zu lagerbeständigen, nicht sedimentierenden Dispersionen abgemischt werden; dies kann wegen der äußerst raschen Quellung der teilvernetzten Harze ebenso direkt vor der Verarbeitung, wie auch — angesichts der Beständigkeit der fertigen Tränkharzdispersionen — auf Vorrat geschehen.

Die Dispersionen können in untergeordneten Mengen neben Wasser auch Alkohole oder andere übliche Lösungsmittel, z. B. solche, die der Beschleunigung des Tränkvorgangs dienen, enthalten.

In Wasser oder wäßrigen Lösungen von Aminoplast-Vorkondensaten nicht lösliche, jedoch quellbare und noch härtbare Aminoplast-Kondensate werden zweckmäßig nach einem an sich bekannten Verfahren hergestellt, z. B. dadurch, daß man die Koridensationsprodukte aus Formaldehyd, Harnstoff, Melamin, Thioharnstoff oder deren Substitutionsprodukten, gegebenenfalls in Mischung oder zusammen mit Aminen oder Ammoniak, vorzugsweise im schwach sauren bis schwach alkalischen Bereich vorkondensiert, gegebenenfalls neutralisiert und oberhalb von 100⁰C der Sprühtrocknung unterwirft, wobei ein Pulver mittlerer Teilchengröße von weniger als . 100 μ entsteht. Derartige Aminoplast-Kondensate mit einem Molverhältnis von Aminoplastbildncrn zu Formaldehyd wie 1 :1,4 bis 1 : 2,2, insbesondere wie 1:1,8 bis 1 : 2,0, stellen in gequollenem Zustand sagoähnliche Körner oder Gele dar und sind nicht mehr wasserlöslich, aber noch — je nach der Temperatur — bis zum glasigen Verkleistern quellbar. Nach einem anderen Verfahren erhält man quellbare Aminoplastharzc dadurch, daß man aminoplastbildende Verbindungen vorzugsweise in Gegenwart von Ammoniak bzw. dessen Salzen im neutralen bis schwach sauren Bereich in wäßriger Lösung bei Siedetemperatur kondensiert und die beim Abkühlen der Lösung ausfallenden, reversibel quellbaren Gele durch Trocknen und Vermählen bis zu einer geeigneten Korngröße in Fprm eines trockenen, quellfähigen Pulvers gewinnt.

Die erfindungsgemäß zu verwendenden Mischungen werden günstig durch Zusammenbringen unter Einrühren der erwähnten, zweckmäßig in Form eines trockenen Pulvers vorliegenden, hochkondensierten, quellbaren Harzphase mit den als im wesentlichen wäßrige Lösung vorliegenden, niedermolekularen Harzen hergestellt. Das Verhältnis von quellbarem Harz zur niedermolekularen Lösung kann in weiten Grenzen schwanken. Mengen von 2 bis 5 % des festen quellbaren Harzes, bezogen auf die Lösung, genügen bereits,, um Papier- oder Gewebebahnen oder Faservliese in der gewünschten Weise auszurüsten. Je nach den Eigenschaften der zu imprägnierenden Trägermaterialien, wie Stärke, spezifisches Gewicht, Saugfähigkeit, kann ein Zusatz von bis zu 15% wünschenswert sein, insbesondere bei beidseitigem Auftrag der Dispersion. Der mit den erfindungsgemäßen Mischungen zu erzielende Harzauftrag auf das Trägermaterial beträgt im allgemeinen 40, bis 160%, jeweils bezogen auf das Trockengewicht der Materialien.

Das Aufbringen der erfindungsgemäßen Tränkharzmischungen kann in der üblichen Weise mit den .üblichen Imprägnieranlagen erfolgen. Man erhält nach dem üblichen Trocknungsvorgang nicht blokkende, imprägnierte Papiere, die sich ausgezeichnet für die Oberflächenveredelung eignen und beim Verpressen unter Wärmeeinwirkung zusammen mit Werkstoffen, wie Span- oder Faserplatten, bzw. mit vorgeformten Preßlingen der entsprechenden zerkleinerten Rohmaterialien zähduftende, in vielen Fällen auch schon ohne die üblichen Overlay-Papiere voll befriedigende Deckschichten bilden.

Zur Erzielung spezieller Eigenschaften ist es jedoch auch möglich, eine bereits vorimprägnierte Trägerbahn in einem zweiten Tränkbad mit einer Mischung, bestehend aus einer wäßrigen Aufschlämmung der quellbaren Harze bzw. einer wäßrigen Harzlösung, in der die quellbaren Harze suspendiert sind, nachzuimprägnieren. Im allgemeinen wird dies jedoch nicht erforderlich sein.

Wegen ihres vom chemischen Standpunkt einheitlichen Aufbaus sind die erfindungsgemäßen Mischungen den Tränkharzlösungen des Standes der Technik, bei denen man eine gewisse Körperbildung durch Zusätze von Verdickungsmitteln, wie Celluloseäthern, usw., erzielt hat, im Effekt überlegen. Für die erfindungsgemäß hergestellten Materialbahnen kommen die für den Vorgang des Aufbringens auf die zu überziehenden Werkstoffe üblichen Temperaturen bis 180° C und D.rucke bis 100 kg/cm in Betracht. ·

Die in den Beispielen genannten Teile und Prozente beziehen sich auf das Gewicht.

Beispiel 1

In eine — bezogen auf den Trockengehalt — 52%ige wäßrige Lösung mit einer Viskosität von 20 cP aus 70% einer lagerstabilen, alkalisch kondensierten Harnstoff-F~-"näldehyd-Kondensatlösung mit einem Molverhältr^;" von Harnstoff zu Formaldehyd wie 1 : 1,8 und 30% einer Lösung eines durch Kon-

IO

densation aus 1 Mol Melamin und 2 Mol Formaldehyd hergestellten Melaminharzes werden 5°/o eines unlöslichen Harnstoff-Fonnaldehyd-Kondensates, das in der wäßrigen Lösung noch quellbar ist und durch Sprühtrocknen einer wäßrigen Harnstoff-Formaldehyd-Lösung vom Molverhältnis zu Formaldehyd wie 1:2 bei einer Temperatur von 110⁰C hergestellt wurde, mittels einer Rührvorrichtung homogen verteilt Diese Harzdispersion hat einen pH-Wert von 9,2 und bei 20° C eine Viskosität von 85 cP.

Mit dieser Harzdispersion wird ein Natron-Kraftpapier vom Flächengewicht 120 g/m* auf einer Imprägnieranlage durch einseitigen Auftrag getränkt. Die aufgenommene Harzmenge beträgt, bezogen auf das Trägerpapier, 115 Vc.

Getrocknet wird in Umluft bei 145° C bis auf 3^e/o flüchtige Anteile.

Der so hergestellte Barriere- bzw. Underlayfilm wird bei der Vergütung von Spanplatten zusammen mit einem imprägnierten Dekorfilm bei einem Druck von 20 kg/cm* und einer Temperatur von 145° C während 5 Minuten in bekannter Weise verpreßt. Die niedrige Feuchte im Film wirkt sich günstig auf die Flächenruhe der Oberfläche aus. Überraschend wird jedoch trotz des niederen Anteiles an flüchtigen Bestandteilen eine ausgezeichnete Haftung gegenüber dem zu veredelten Holzwerkstoff erreicht

Nach dem aus der Lackindustrie bekannten Gitterschnittest wird das Haftvermögen der Oberfläche ge- prüft. Es wird ein lOO'/oiger Holzfaserausriß erzielt.

Vergleichsversuch

Ein unter Bedingungen, wie in Beispiel 1 beschrieben, mit einer handelsüblichen Tränkharzlösung, also ohne Zusatz quellbaren Pulvers hergestellter und auf eine Spanplatte aufgepreßter Barrierenlm zeigt gegenüber der Spanholzoberfläche unzureichende Haftung. Erst wenn der Preßvorgang mit einem starken angefeuchteten Barrierefilm vorgenommen wird, wird ein ausreichender Verbund erzielt; die Oberfläche des Barrierefilms läßt jedoch die Struktur des Grundmaterials erkennen (unerwünschter >Telegrafie-Effekt«).

Beispiel 2

Ein 140 g/m² schweres Dekorpapier aus Edelzcllstoff wird in einer Imprägnieranlage mit .einer 58*/oigen wäßrigen Lösung eines niedermolekularen Kondensats, hergestellt durch schwach alkalische Kondensation von Melamin und Formaldehyd im Molverhältnis 1:1,8, die 4·/· eines anquellbaren modifizierten Melamin-Formaldehyd-Kondensats mit dem gleichen Molverhältnis von Melamin und Formaldehyd in homogener Verteilung enthält, wie üblich

S getränkt. Der Harzauftrag beträgt, bezogen auf das Papiergewicht, 135·/·. Getrocknet wird bei einer Umlufttemperatur von 135° C bis auf 4^e/t flüchtige Anteile.

-Durch die^Körnung und die hydrophoben Eigenschaften des quellbaren Pulvers hat sich auf dem erfindungsgemäß imprägnierten Papier eine Harzschicht mit stufenlosem Übergang zum Faserbereich hin ausgebildet.

Der Dekorfilm wird nun auf eine beschichtungs-

fähige Spanplatte (Holzfeuchte 7·/·) aufgepreßt. Der Preßdruck beträgt 18 kp/cm*, die Preßtemperatur 145° C, die Preßzeit 6 Minuten.

Die beschichtete Spanholzoberfläche wird in Anlehnung an DIN 53799 geprüft und entspricht den

ao erforderlichen Prüfergebnissen, wie aus der nach- - folgenden Übersicht hervorgeht

Vergleichsversuch

Man verfährt wie in Beispiel 2 beschrieben, jedoch unter Verwendung einer handelsüblichen Tränkharzlösung. Die Ergebnisse sind, verglichen mit den Ergebnissen nach DIN 53799 des Beispiels 2, in der folgenden Tabelle dargestellt:

Härtungsstufe (0,2nHCl+Rhodamin B, Einwirkungszeit der Testlösung 15 Stunden)

Wasserdampfverbrauch (DIN 53 799 4.11.)

Rißanfälligkeit (DIN 53 799 4.7. 1.2.)

Geschlossenheit der Oberfläche

Beispiel 2

ohne Glanzverlust

Dekoroberfläche unverändert gegenüber Anlieferungszustand

porenfrei

Vergleichsversuch

ohne Glanzverlust

Haarrisse über die gesamte Oberfläche

pong

Claims (1)

18 OO 821

Patentanspruch:

.Verwendung einer Mischung, enthaltend auf 100 Teile Wasser

a) 15 bis 250 Teile eines mindestens beschränkt wasserlöslichen, niedermolekularen Aminoplast-Vorkondensats,

b) 0,5 bis 25 Teile eines in Wasser oder wäßriger Aminoplastlösung quellbar unlöslichen Aminoplast-Kondensats mit einer mittleren Teilchengröße im angequollenen Zustande von nicht mehr als 100 μ,