SE410003B - Bindemedel innehallande lignosulfonater och fenolformaldehydharts for framstellning av plywood, spanskivor, fiberskivor och liknande - Google Patents

Description

7312584-1 2 Det har föreslagits att man kan undvika upphettning i två steg genom användning av förbehandlad, klorerad lut. Samma ändamål anges i en artikel med titeln "Ueber die Herstellung von Holz- spanplatten auf Basis von Sulfitablauge II. Ueber ein neues und schnelles Verfahren zur Herstellung Sulfitablauge gebundener Spanplatten", Holzforschung 25 (1971), 149 - 55. Enligt denna artikel kan upphettning i två steg undvikas genom att man blandar fenolformaldehydharts med sulfitluten. Det har genom undersökningar visat sig att det optimala pH-värdet hos bindemedlet är 4 - 5, eftersom vid användning av alkalisk lösning kraftig svällning av skivorna i tjockleksriktningen erhålles.

Enligt den amerikanska patentskriften 2.786.008 har sur ammoniumbaserad sulfitlut blandad med fenolformaldehydharts använts såsom bindemedel för fiberskivor och plywood.

Lignosulfonater som avskilts från en lösning av sulfitlut har även använts i blandning med fenolformaldehydharts såsom bindemedel för spånskivor och fiberskivor, exempelvis enligt den kanadensiska patentskriften 735.389, samt såsom bindemedel för plywood för inomhus- användning, såsom anges i artikeln “Thermosetting adhesives from electrodialyzed lignosulfonates“, Tappi 50 (1967), 92-4A. För det sistnämnda ändamålet har lignosulfonaterna blandats med fenolformal- aehyaharts. i Föreliggande uppfinning är baserad på en undersökning av möj- ligheten att använda lignosulfonater i sulfitlut för framställning av ett vattenbeständigt bindemedel. Man har härvid strävat efter att utveckla ett bindemedel som är lämpat för industriell användning för framställning av plywood, spânskivor, fiberskivor och liknande pro- dukter på ett från teknisk synpunkt fördelaktigt sätt. Det har visat sig genom undersökningar att vissa mycket noggrant definierbara egen- skaper erfordras hos lignosulfonater för att säkerställa tillfreds- ställande sammanbindning. Det har helt överraskande visat sig att lignosulfonaternas molekylviktfördelning på ett avgörande sätt på- verkar limningsresultatet. Det har sålunda visat sig att huvuddelen av lignosulfonaterna måste ha en molekylvikt över 5.000. Om ligno- sulfonater på det sätt som anges enligt föreliggande uppfinning till- sättes till en lösning av fenolformaldehydharts erhålles ett binde- medel som med fördel är användbart för framställning av plywood, spânskivor, fiberskivor och liknande produkter. vid användning av bindemedel enligt uppfinningen kan man använ- da samma sammanpressningsbetingelser och temperatur som vid använd- ning av kommersiellt fenolformaldehydharts vid framställning av ply- ' 3 7312584-1 wood. Eftersom plywood som tillverkas på detta sätt uppfyller de krav som gäller för utomhusanvändning och eftersom de i bindemedlet an- vända lignosulfonaterna är betydligt billigare är användningen av detta bindemedel ekonomiskt fördelaktig. Den moderata alkaliniteten hos bindemedlet medför icke korrosion eller defekter i faneren såsom är fallet vid användning av sura bindemedel.

Väderbeständiga spånskivor kan framställas med användning av bindemedel enligt uppfinningen. Detta är en markant fördel eftersom skivor limmade med fenolformaldehyd icke är väderbeständiga, såsom anges i publikationen "Fenoliliimatun lastulevyn ominaisuuksista Ja niiden tutkimisesta" (egenskaper hos fenollimmade spånskivor och undersökning därav) i publikationen "Sarja I - Puu 42" (serie I - - trä 42) från finska statliga institutet för teknisk forskning. För- delarna med framställningsmetoden jämfört med andra processer vid vilka sulfitlut eller lignosulfonater utnyttjas är bl.a. härdning av skivorna i ett steg och den korta sammanpressningstid som erfordras.

Den frätande och korroderande verkan av ett surt bindemedel undvikes även. De i det föregående angivna fördelarna som erhålles enligt upp- finningen har en ytterst gynnsam inverkan på de ekonomiska aspekterna av framställningsmetoden vid tillämpning i industriell skala.

Lignosulfonater som är lämpade för användning såsom råmaterial för lim på grund av molekylviktsfördelningen i enlighet med uppfin- ningen kan separeras exempelvis från sulfitlut på i och för sig känt sätt.

Lignosulfonaternas lämplighet såsom råmaterial för lim kan fastställas på basis av molekylviktfördelningen. Sålunda bör minst 55 viktprocent av lignosulfonaterna ha en molekylvikt som överstiger 5000.

Lignosulfonaters lämplighet för framställning av bindemedel enligt uppfinningen kan även bestämmas med hjälp av viskositeten. Vis- kositeten hos en vattenlösning som innehåller 50 viktprocent av dessa lignosulfonater och som beretts efter potentiell neutralisering, överstiger 10 000 cP uppmätt vid 2300 med en Brookfield RVT-viskosi- meter vid 50 varv per minut.

Lignosulfonaterna användes i form av alkali- eller jordalkali- salter, eventuellt innehållande överskott av alkali eller jordalkali- metall så att pH-värdet hos en lösning innehållande 10 g lignosulfo- nat/¶0O ml är 6 - lj.

Bindemedel enligt uppfinningen erhål1es.genom beredning av en vattenlösning innehållande dessa lignosulfonater och fenolformaldehyd- harts. Viktförhållandet av lignosulfonater:fenolformaldehydharts är 1s12se4-1 4 för limning av plywood 70:30 - 20:80 och för spânskivor och motsva- rande produkter 90:l0 - 20:80. Bindemedlets vattenhalt kan vara 40 - - 70 %. Viskositeten kan förändras genom reglering av vattenhalten eller genom upphettning av bindemedlet. Ett lämpligt viskositetsin- tervall är ofta 100 - 2000 cP.

Aldehyd, exempelvis formaldehyd, paraformaldehyd eller furfur- aldehyd, kan tillsättas till bindemedlet för att verka såsom härdare.

Konventionella utdrygningsmedel, exempelvis krita, trämjöl och vetemjöl kan användas i bindemedel för plywood och spånskivor.

Vid framställning av spânskivor med användning av bindemedel enligt uppfinningen kan exempelvis paraffin tillsättas till binde-I medlet eller spånen separat för att förbättra skivornas svällnings- egenskaper. I Exempel l. (Jämförelseexempel). _ Följande exempel åskådliggör lämpligheten av två lignosulfo- natprodukter och sulfitlut för framställning av bindemedlet. pHÄvär- de, fördelning och viskositetsvärden för dessa tre medel anges i tabell I.

Tabell I lignosulfonat- lignosulfonat- sulfit- produkt 1 produkt 2 lut PH 716 6:8 ° 5:0 andel makromolekylära lignosulfonater (M >5000) av hela mängden lignosulfonater ' 42 5 45 ß 44 5 viskositet hos vattenlös- "' ning med torrmaterialhal- ten 50 viktprocent¿ Brookfield RVT, 23 C 720 cP 170 cP 100 cP Bindemedlen framställdes på följande sätt: 160 g lignosulfonatprodukt 1 eller 2 upplöstes i 240 g vatten och lösningen blandades med 600 g kommersiellt fenolformaldehydharts med en fastmaterialhalt av 40 ß. l0'g paraformaldehyd tillsattes. 55 %-ig teknisk sulfitlut utspäddes till 40 %-ig och 400 g av denna lösning blandades med 600 g kommersiellt fenolformaldehydharts med en fastmaterialhalt av 40 %. 10 g paraformaldehyd tillsattes.

Bindemedlen blandades under en tidrymd av 60 minuter och ut- spreds därefter på 1,5 mm tjocka björkfanêr med en fukthalt av 4 %.

Den utspridda mängden uppgick till 150 g/ma och utspreds på en sida av fanéret. Plywoodskivor med tre skikt framställdes. Förpressnings- trycket uppgick till 5 kp/bm2 och tiden till 5 minuter. Varmpress- 5 ?z12ss4-1 ningstemperaturen uppgick till lj5°C och trycket till 16 kp/bmg samt tiden till Ä minuter.

Med användning av samma pressningsbetingelser och limmängd framställdes plywoodskivor med tre skikt och med kommersiellt fenol- formaldehydharts såsom bindemedel, paraformaldehyd (bindemedel l) såsom härdare och pulver av quebracho, krita, trä samt vetemjöl (bin- demedel 2) såsom utdrygningsmedel, för Jämförelse.

Egenskaperna hos de framställda skivorna, uppmätta enligt med finsk plywoodstandard O.IV.l, anges i tabell ll (medelvïrden för fem skivor).

Tabell II torr våt skjuv- brott i 7 skjuv- brott i spänning träet spänning träet ngnosulfenat 1 21,9 kp/cmg 57 y; 152 kp/cn? 30 7; lißnosulfonat ? 23,6 " 40 1 10,? " lt 3 (kommersiellt) - suifitiut 16,9 " 111 7; 22,9 " _ kommersiellt fenol~ 32,6 " 90 fl 23,4 " 85 5 formaldehydharts (bindemedel l) kommersiellt fenoi- 514,4 " 93 9.”. 18,1 " 91 få førmaidenydharcs i (bindemedel 2) Plywoodskivor framställda med användning av lígnosulfonatpro- dukt l eller 2 eller sulfitlut blandat med fenolformaldehydharts så- som bindemedel uppfyllde icke de krav som anges i denna standard, enligt vilken kräves torr skjuvspänning 20,9 kp/omg, eller brott i träet 50 % våt skjuvspänning 14,1 kp/bme, eller brott i träet 50 ß.

Exempel 2.

Framställning av plywoodskivor med användning av bindemedel enligt uppfinningen.

Na-lignosulfonater hos vilka andelen i viktprocent av makro- molekylära lignosulfonater (MW >5000) av hela mängden lignosulfona- ter uppgick till 67 ß, användes vid tillverkning av bindemedlet. En vattenlösning innehållande 50 viktprocent av dessa lignosulfonater hade viskositeten >80.000 cP (Brookfield RVT~viskosimeter, 50 varv per 7312584-1 6 fminut, 23°C). pH-värdet hos en vattenlösning innehållande 10 vikt- procent var 8,2. ' 160 g av dessa lignosulfonater upplöstes i 300 g vatten. Lös- ningen blandades med 600 g fenolformaldehydharts med en fastmaterial- halt av 40 %. 10 g paraformaldehyd tillsattes och bindemedlet blan- dades under 60 minuters tid. Viskositeten hos bíndemedlet var 216 cP.

Framställningssättet för plywoodskivorna var identiskt lika med det som anges i exempel l. Fem skivor tillverkades, fem prov- stycken uttogs från varje skiva för bestämning av torrhållfastheten och, på samma sätt, fem för bestämning av våthâllfastheten. Resulta- ten av bestämningarna anges i tabell III (medelvärden för 25 prov- stycken liksom tillförlitlighetsgränser för 95 Å sannolikhet, ' Tabell III _ torr våt skyn/spänning g 35,1 i 1,7 kp/emz- 22,2 ¿ 1,2 kp/emz Fel 1 träet * 914 f; 91 Skivorna uppfyllde helt kraven i finsk standard för plywood avsedd för utomhusanvändning samt hade egenskaper motsvarande vad som erhålles med användning av kommersiellt fenolformaldehydharts.

Exempel §.

Na-lignosulfonater med en viktprocenthalt av makromolekylära lignosulfonater (MW >5.000) av hela mängden lignosulfonater uppgå- ende till 83 % användes vid framställning av bindemedlet. En vatten- lösning innehållande 50 viktprocent av dessa lignosulfonater hade viskositeten 80.000 cP (Brookfield RVT-viskosimeter, 50 varv/minut, 2300). pH-värdet hos en vattenlösning innehållande 10 viktprocent var 7,4. Bindemedlet framställdes på det i exempel 2 angivna sättet.

Viskositeten hos bindemedlet uppgick till 640 cP.

Plywoodskivor med tre skikt framställdes på det i exempel 1 angivna-sättet. Fem provstycken togs från var och en av de fem till- verkade skivorna för bestämning av våthållfastheten. Egenskaperna hos skivorna anges i tabell IV (medelvärden för 25 provstycken samt tillförlitlighetsgränser för 95 % sannolikhet). 0 Tabell IV torr våt skjuvspänning 36,2 i 1,2 kp/emg 20,0 i 1,5 kp/ema Fel 1 träet 93 74 90 f; 7 7312584~1_ Exemgel H.

Na-lignosulfonater, hos vilka viktprocentandelen makromoleky~ lära lignosulfonater (MW >5.000) av hela andelen lignosulfonater var 61 %, användes vid framställning av bindemedlet. En vattenlösning innehållande 50 viktprocent av dessa lignosulfonater hade viskosite- ten >80.000 cP (Brookfíeld HVT-viskosimeter, 50 varv/minut, 2500). pH-värdet hos en vattenlösning innehållande 10 viktprocent var 7,6. 160 g av dessa lignosulfonater upplöstes i 500 g vatten. Lös- ningen blandades med 600 g fenolformaldehydharts med en fastmaterial- halt av #0 %. 5 g paraformaldehyd, 10 g vetemjöl, 10 g krita och 20 g trämjöl tillsattes till denna lösning. Bindemedlet blandades under 60 minuters tid. Efter blandningen var viskositeten 660 cP och efter 48 timmars tid 712 cP.

Tillvägagângssättet vid framställningen av plywoodskivorna var identiskt lika med det 1 exempel l angivna. Fem provstycken ut- togs från var och en av de fem framställda skivorna för bestämning av torrhållfastheten och på liknande sätt fem för bestämning av våt- hållfastheten. Egenskaperna hos skivorna anges i tabell V (medelvär- den för 25 provstycken samt tillförlitlighetsgränser för 95 ß sanno- iiknet).

Tabell V torr våt .. . > P - Skjuvspanning 55,6 i 5,6 kp/bmi 20,2 i l,Ä kp/bm Fel 1 träet 93 % 90 % - Exemgel 5.

Framställning av spånskivor.

Na-lignosulfonater användes vid framställning av bindemedlet.

Halten makromolekylära lignosulfonater (MW >5.000) uppgick till 57 5.

En vattenlösning innehållande 50 viktprocent av dessa lignosulfonater hade viskositeten >80.000 cP (Brookfield RVT-viskosimeter, 50 varv per minut, 25°c). pn-värdet nes en vatteniösning innehållande io vikt- procent var 7,8. 1000 g av dessa lignosulfonater upplöstes 1 970 g vatten. 100 g natriumhydroxid tillsattes till vattenlösningen. 2500 g kommer- siellt fenolformaldehydharts med en fastmaterialhalt av H0 5 blanda- des med lösningen. M5 g paraformaldehyd tillsattes och lösningen om- blandades under en tidrymd av 60 minuter.

Det på detta sätt framställda bindemedlet sprutades på spàn från ytan av en björkstock med en fukthalt av 2,1 S och spán från innerdelen av en björkstock med en fukthalt av 5,0 S. Torrmaterial- 731258h'1 8 halten hos det påsprutade bindemedlet uppgick till 12 % av de torra ytspånen och 10 fl av de torra innerdelspânen. 1 % paraffin beräknat på torrvikten av spånen tillsattes till bindemedlet före sprutningen.

Skivor med tre skikt framställdes bestående av 40 ß ytspån och 60 % innerdelspàn med en volymvikt av ca 750 kg/m3 och en nomi- nell tjocklek av 15 mm. Sammanpressningstrycket uppgick till 27 kp/bmg och tiden till 60 sek./mm tjocklek samt temperaturen till 215°c.

Hållfasthetsegenskaperna hos spånskivorna bestämdes i enlighet med finsk standard 0.IV.2, och svällningsegenskaperna samt dragbrott- hällfastheten efter vattenlakning under 2 timmars tid vid lOO°C (V 100) i enlighet med tysk standard DIN 68761. Egenskaperna hos de fram- ställda skivorna var följande: Böjnåiifasthec 227 xp/amg Draghållfasthet 6,0 " Tjocklekssvällning 2h 1,7 ß -"- enn 10,3 ß V 100-provning 4,0 kp/bme g Kraven enligt dessa standarder är: Böjhållfasthet minst 180 kp/bma, draghållfasthet minst 3,5 kp/omg, tjocklekssvällning 2 h högst 6 %, 24 h högst 15 %, och efter V 100-behandling en dragháll- fasthet av minst 1,5 kp/bmg. Såsom framgår av exemplet överträffas dessa krav väl. ' Exempelrö.

Na-lignosulfonater användes vid framställning av bindemedlet.

Den procentuella andelen makromolekylära lignosulfonater (MW >5.000) uppgick till 62 %. En vattenlösning innehållande 50 viktprocent av dessa lignosulfonater hade en viskositet av >80,000 cP (Brookfield RVT-viskosimeter, 50 varv/minut, 2300). pH-värdet hos en vattenlös- ning innehållande 10 viktprocent var 7,5. 1000 g av dessa lignosulfonater upplöstes i llH0 g vatten. 100 g natriumhydroxid tillsatttes till vattenlösningen. 1670 g av ett kommersiellt fenolformaldehydharts blandades med lösningen. Fast- materialhalten hos hartset var 40 ß. 57 8 Daraformaldehyd tillsattes och lösningen blandades under 60 minuters tid.

Spånskivor med tre skikt framställdes. Framställningsbetingel- serna, volymvikten och nominella tjockleken var identiska med det som anges i exempel 5. Egenskaperna hos de tillverkade skivorna var följande: Böjhållfasthct 255 kp om Draghållfasthet 7,0 " Tjocklekssvällning 2 h 2,0 5 _ _"_ en n 11,9 ß Q V l00fprovning 9,2 kp/cm .

Claims (3)

1. Eatentkrav. l. Bindemedel för framställning av plywood, spånskivor, fiber- skivor och liknande produkter, innehållande lignosulfonater och fenolformaldehydharts i viktförhållandet 90:10 - 20:80, k ä n n e - t e c k n a t därav, att huvuddelen av lignosulfonaterna har en molekylvikt som överstiger 5.000.

2. Bindemedel enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a t därav, att minst 55 viktprocent av lignosulfonaterna har en molekyl- vikt som överstiger 5.000.

3. Bindemedel enligt patentkravet l, k ä n n e t e c k n a t därav, att lignosulfonaterna föreligger i form av alkali- eller alternativt jordalkalisalter innehållande ett överskott av alkali- eller jordalkali i sådan grad att en lösning innehållande l0 g lignosulfonat/100 ml har ett pH-värde av 6 - l3. Ä. Bindemedel enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att lignosulfonaterna i form av en 50%-ig vattenlösning har en viskositet som överstiger 10.000 cP vid temperaturen 23oC. ÅNFÖRDA PUBLIKATIONER: Sverige patentansökan 9 610/73 (C09j 3/16) US 3 395 033 (106~123), 3 677 884 (161-262) '7312584-1