Brevet FR2362169A1 — publié le 19780317

La présente invention concerne des résines d'imprégnation nélaine-formaldébyde renfermant -une combinaison sélectionnée d'adjuvants et présentant des caractéristiques d'usage améliorées. Les solutions aqueuses de condensats mélamino-formaldéhyde (résines mélanines d'imprégnation) sont utilisées pour I 1impré- gnation de supports absorbants, par exemple de bandes de papier, de Toiles ou de tissus; après séchage, les supports ainsi traités peuvent être laminés par mise sous presse à chaud ou être utilisés pour le doublage de matériaux. Dans le présent exposé, il sera en particulier question des résines d'imprégnation ati usées dans le doublage de panneaux de particules. Pour doubler des panneaux de particules, on pose sur ces derniers, en général des deux côtés, des papiers imprégnés de résine, puis on chauffe et on comprime - le plus souvent dans des presses à plusieurs étages - sous une pression comprise entre 15 et 20 bars, à la température nécessaire au durcissement de la résines Une fois la résine durcie, on refroidit dans la presse jusqu'à environ 500C, tout en maintenant la pression, puis en dioule. Ce cycle de moulage à la presse peut durer 20 à 25 minutes dont environ 8 à 10 minutes reviennent à la mise sous presse proprement dite. Pour cs type de doublage, les condensats mélamine-formaldé- hydre purs ne sont pas appropriés étant donné gue la pression appliquée, qui est relativement faible, ne suffit pas pour produire des surfaces unies exemptes de pores. On cherche donc à améliorer la fluidité des résines par adjonction ae plastifiants, comme notamment les polyols, le toluène-sulfonamide, le caprolactame. On s'est également proposé d'abréger les durées ou les cycles de moulage à la presse en renonçant, par exemple, à un refroidissement de retour. On cherche ainsi à réduire dans une large mesure les frais du point de vue temps et énergie, notam ment dans le cas des presses à plusieurs étages, et de rendre possible l'emploi rationnel de presses à un seul étage. On s'est donc proposé de préparer des résines hautement réactives qui, pendant la mise sous presse, déploient un pouvoir d'écoulement élevé et durcissent rapidement : la résine devra, à 1' état fondu, se répartir uniformément sur toute la surface du papier et y former un film uni et lisse; d'autre part, la visco sité de la résine, pendant cet intervalle d'écoulement, ne devra pas descendre à un degré tel que, lors de la sise sous presse, la résine puisse migrer à partir du papier dans la surface du panneau de particules poreux à doubler : que le pouvoir d'écou- lement des résines soit trop élevé ou trop faible, il se forme dans les deux cas des surfaces poreuses, non unies, d'un très faible brillant. Les solutions de résines précitées devant en outre présenter une grande stabilité au stockage, étant donné Que dans de nombreux cas elles ne sont pas produites par l'utilisateur mime, si bien qu'elles devraient au moins se conserver pendant le temps s'écoulant entre la fabrication et l'utilisation, on exige de ces solutions de résines, dans l'ensemble, des propriétés qui ne sont que difficilement conciliables. On s'est donc également proposé d'élaborer des résines d'im- prégnation mélamine-formaldéhyde qui peuvent être travaillées de façon rationnelle et en donnant de bons résultats, soit dans des presses à plusieurs étages dans les conditions usuelles, soit dans des presses à un seul étage à une température de mise sous presse plus élevée. En outre, les résines devraient se conserver longtemps pour permettre une fabrication et un stockage rationnel". Or on a trouvé qu'on pouvait obtenir une résine d'imprégna- tion soluble dans l'eau, se conservant en solution aqueuse, à partir d'un produit de la réaction de mélamine et de formaldéhyde, ainsi que de caprolactame, de thio-urée et de sulfite acide alcalin, ainsi gue, le cas échéant, d'un amide d'acide deux fois substitué sur l'azote, et/ou d'un polyol. la présente invention concerne par conséquent un procédé de préparation d'une résine d'imprégnation par condensation de mélamine, de formaldéhyde aqueux, ainsi que de modificateurs, & BR entre 8 et 10 et à une température comprise entre 80 et 100 C, Jusqu't une compatibilité avec l'eau allant de 1/1 à 1/1,5, le rapport molaire mélamine/formaldéhyde étant réglé entre 1/1,5 et 1/3,5 et l'idée inventive résidant dans le fait qu'on ajoute comme modificateurs, de façon connue, avant, pan- dànt ou après la condensation, du caprolactame et de la thiourée en proportions comprises chaque fois entre 0,5 et 15 % en poids et, additionnellement, 0,25 à 5 % en poids d'un hydrogénosulfite, sulfite, difluorite, sulfoxylate ou formaldéhyde- sulfoxylate solubles dans l'eau, calculés chaque fois en sel sodique, ainsi Que, le cas échéant, Jusqu'à 6 % en poids d'an moins un amide d'acide N,N-dialkylcarboxylique et jusqu'à 6 % en poids d'au moins un polyol, les proportions précitées se rapportant dans chaque cas à la somme des quantités de mélami- ne et de formaldéhyde. On sait déjà que les condensats mélamine-thiourée-formaldéhyde durcissent plus rapidement à chaud gue les condensats mélamine-formaldéhyde purs. En incorporant, selon le procédé du brevet allemand 2 027 085, de la thio-urée ou des polycondensats thio-urée-formaldéhyde, de la diméthylolthio-urée ou des éthers hydroxyméthyliques de cette dernière dans des condensats mélamine-formaldéhyde au cours de la condensation et en modifiant les condensats avec des diols portant des groupes éther, on obtient des solutions de résines d'imprégnation qui conviennent pour le doublage direct de panneaux de particules avec une plus courte durée de mise sous presse.Les résines préparées se Ion ce procédé, avec addition de thio-urée, ne se conservent ce pendant que pendant 5 à 8 Jours environ. selon le brevet allemand 1 025 141, on obtient, à partir de mélanine, de thio-urée et de formaldéhyde, des résines mixtes qui semblent être stables au stockage. Cette stabilité est cependant apparemment due à l'adJonction de polyols, notamment, des préparations de ce type, qui ne renferment pas d'alcools, ne se conservent que peu de temps ou pas du tout. L'emploi d' t -caprolactame (brevet allemand 1 595 368), d'autres amides d'acides carboxyliques, d'urée et de toluènesulfonamide, aussi dejà été décrit, et cela pour chaque composé séparément . On connaît en outre d'autres combinaisons d'adju- vants pour résines mélanines, par exemple des mélanges de caprolactame et de certains saccharides (brevet allemand 21 44 534). De manière inattendue on réussit, grâce à un certain choix parmi les combinaisons connues lié à d'autres mesures, en quelque sorte grâce à un mode de préparation approprié des solutions de résines, à produire des résines d'imprégnation très efficaces dont l'ensemble des caractéristiques présente une association d'avantages non atteinte jusqu'à présent Les résines selon l'invention contiennent, comme déjà indi qué pl1us haut, une combinaison des modificateurs : caprolactame, thio-urée et, par exemple, un sulfite, sulfite acide, dithionite, sulfoxylate ou formaldéhyde-sulfoxylate alcalins, ou un autre sel soluble, et avantageusement un amide d'acide soluble dans l'eau, deux fois alkylé sur l'azote, ou un polyol, les deux derniers composés pouvant chacun être utilisés seuls ou sous la forme de mélange.On ignore si les composants précités participent à la réaction de condensation; le moment de l'adjonction est de toute façon sans importance. Les produits d'addition du sulfoxylate de sodium sur le formaldéhyde sont couramment utili sés comme réducteurs en teinture et sont vendus, par exemple, sous le nom commercial "Rongalit". Les solutions de résines aqueuses particulièrement appropriées pour le doublage de panneaux de particules contiennent, avec une teneur en solides (extrait sec) comprise entre 30 et 70 %, avantageusement 50 à 60 % de résine. Les résines renter- sont la mélamine et le formaldéhyde en général dans un rapport molaire compris entre 1/1,5 et 1/3,5, en particulier entre 1/1,5 et 1/3.Elles renferment en outre, rapporté à la somme des parties en poids de mélamine et de formaldéhyde, 0,5 à 15 % de caprolactame, de préférence 1 à 10 % et en particulier 1 à 5 %, 0,5 à 15 % de thio-urée, de préférence 0,5 à 7,5 % et en particulier 1 à 5 % et, par mole de mélamine, 0,005 à 0,05 mole, de préférence 0,01 à 0,04 mole de sulfite alcalin ou de sulfite acide alcalin, et avantageusement, rapporté à la somme des parties en poids de mélanine et de formaldéhyde, jusqu'à 6 %, en particulier 2 à 6 % d'un amide d'acide carboxylique deux fois alkylé sur l'azote ou d'un mélange d'amides d'acides de ce type et/ou jusqu'à 6 %, en particulier 3 à 6 % d'un ou de plusieurs polyols, de préférence d'un ou de plusieurs diols. Comme amides d'acides carboxyliques deux fois alkylés sur l'azote, on indiquera, notamment, les dialkylanides d'acides gras, par exemple le diméthylfo=aamide, le diméthylacétamide, le diméthylpropionamide, le méthyléthylformamide, le diéthylformamide. Au titre de polyols dans le sens de l'invention on mentionnera l'éthylèneglycol, le diéthylèneglycol, le triéthylèneglycol, le propylèneglycol, le glycérol, le pentaérythrol, le néopentylglycol, le dipropylèneglycol, le butanediol-1,4, le pentanediol-1,5, l'hexanediol-1,6. Pour préparer les résines, on condense la mélanine et le formaldéhyde et, avantageusement, le caprolactue, à un pH compris entre 8 et 10 et à une température comprise entre 80 et 100 C, jusqu'à une compatibilité avec l'eau comprise entre 1/1 et 1/1,5. Les autres composants, en particulier la thio-urée et le sulfite ou le bisulfite alcalines, mais également les polyols et/ou les amides d'acides, peuvent être ajoutés au mélange réactionnel avant, pendant ou après la réaction. En ce qui concerne particulièrement 1 t effet des composants indiqués en dernier lieu, n'a pas d'importance la mesure dans laquelle les composants sont incorporés par condensation ou se trouvent sous forme libre dans le mélange.Le moment de l'incorporation du caprolactame dans les résines importe peu, même si ce composé est ajouté avant ou pendait la condensation. Selon cette prescription générale, on peut préparer des solutions de résines dont la réactivité et la souplesse satis- font à des exigences techniques élevées. Des produits d'une sta- bilité au stockage particulièrement élevée, présentant la com- position indiquée plus haut, s'obtiennent en opérant dans des conditions assez étroitement limitées.C'est ainsi qu'il s'est avéré indiqué de maintenir un pli constant pendant pratiquement tonte la durée de la phase de condensation, et cela pour des ré- sines présentant un rapport molaire mélamine/formaldéhyde variant entre 1/1,5 et 1/2,5, par exemple un pli compris entre 8,5 et 8,8; pour les résines devant présenter un rapport solaire plus élevé, compris, par exemple, entre 1/2,5 et 1/3,5, on maintiendra avan- tageusement de plus faibles valeurs du pH, par exemple des pH compris entre 8,0 et 8,4. En ce qui concerne la durée de conservation des solutions préparées selon l'invention, on notera que des solutions de résines transparentes, stables an stockage, s'obtiennent de façon avantageuse an ajoutant à la préparation, comme indiqué plus haut, des polyols. Il est en outre recommandé d'augmenter légèrement le pH des solutions de résines finies, par exemple jusqu'à une valeur comprise entre 8,6 et 9,6. Â ces valeurs du pH les solutions de résines selon l'invention se conserrent en général pendant une durée allant de plusieurs semaines à plusieurs mois. Les solutions de résines préparées selon l'invention offrent l'avantage particulier de ne pas nécessiter de durcisseur, par exemple de l'acide formique, pour leur emploi à des fins de dou blage. Ceci présente un avantage non négligeable, par exemple quant à la durée de conservation de papiers imprégnés de solutions de résines et séchés ensuite. Sauf' 'indication contraire, les quantités indiquées plus haut et dans les exemples suivants se rapportent au poids. EXEMPLE 1 Pour préparer une résine présentant un rapport molaire M/F de 1/1,7 et renfermant 2,3 % de caprolactame, 3,1 % de thio-urée et 2,3 % de dithionite de sodium, on chauffe à 95 C, en brassant, un mélange composé de 30,8 kg de mélamine, 31,0 kg d'une solu- tion aqueuse i 40 96 de formaldéhyde, 1,0 kg de caprolactame, 1,3 kg de thio-urée, 1,0 kg de dithionite de sodium et 15,3 kg d'eau. Le pH est en même temps réglé à 9,5 par addition de les sive de potasse à 50 %.On poursuit la condensation à des tempé- ratures comprises entre 92 et 9500 jusqu'à ce qu'une prise d'es sai additionnée de 5 parties d'eau bouillante commence à se troubler lors du refroidissement à 55 C. On ajoute ensuite 1,7 kg d'éthylèneglycol et 1,3 kg de butanediol-1,4 puis on refroi dit le mélange Jusqu'S la température ambiante. La solution de résine limpide ainsi obtenue se conserve pendant environ 8 semaines. EXEMPLE 2 (Rapport molaire 1/2,2; 1,5 % de thio-urée, 1,5 % de caprolacta me, 2,3 % de sulfite acide de sodium). Un mélange composé de 35,0 kg de mélamine, 45,8 kg d'une so lution de formaldéhyde aqueuse à 40 %, 0,8 kg de thio-urée, 0,8 kg de caprolactame, 1,3 kg de sulfite acide de sodium, 2,0 kg d'éthylèneglycol, 1,2 kg de butanediol-1,4 et 13,5 kg d'eau est réglé à un pH de 9,5 par addition de 55 cm de lessive de potas se i 50 %, puis est chauffé à 960C en brassant. On poursuit la condensation à 9600 jusqu'à ce Qu'une prise d'essai additionnée de 5 parties d'eau bouillante se trouble lors du refroidissement à 56 C. On refroidit ensuite Jusqu'd 50 C. après adJonction de 1,9 dm de diméthylformamide et de 0,6 kg d'éthylglycol, on re froidit Jusqu'd ce que la température atteigne 25 C. la solution de, résine transparente ainsi obtenue se conserve pendant environ 7 semaines. EXEMPLE 3 (Rapport molaire 1/1,7; 2,5 % de caprolactame, 6,0 % de thiourée, 1,5 % de sulfite acide de sodium) Un mélange composé de 34,5 kg de mélamine, 34,1 kg d'une solution aqueuse à 40 % de formaldéhyde, 1,2 kg de caprolactame, 2,9 kg de thio-urée, 0,7 kg de sulfite acide de sodium et 18,6 dm d'eau est réglé à un pli de 9,5 par addition de lessive de petasse à 50 %. On poursuit ensuite la condensation à 95 C jusqu'à ce qu'une prise d'essai additionnée de S parties d'eau bouillante se trouble lors du refroidissement à 56 C: On refroi dit à 50 C, puis on ajoute 1,4 dm d'éthylèneglycol et 1,9 kg de butanediol et on refroidit jusqu'à ce que la température soit descendue à 25 C. La solution de résine ainsi obtenue se conserve pendant environ 9 semaines. EXEMPLE 4 (Rapport nolaire 1/1,7; 7,5 X de caprolactame, 3,0 % de thio-urée, 1,5 % de sulfite acide de sodium) Un mélange composé de 34,5 kg de mélamine, 34,1 kg d'une solution aqueuse à 40 % de formaldéhyde, 3,6 kg de caprolactame, 1,4 kg de thio-urée, 0,7 kg de sulfite acide de sodium et 20,0 kg d'eau est réglé à un pli de 8,5 par addition de lessive de po tasse à 50 %. On chauffe ensuite à 96 C et on poursuit la con densation à cette température jusqu'à ce qu'un prise d'essai additionnée de S parties d'eau bouillante se trouble lors du refroidissement à 57 C. Après avoir refroidi à 50 C, on ajoute 1,4 kg d'éthylènglycol et 1,9 kg de butanediol et on refroidit davantage jusqu'à ce que la température atteigne 25 C.La solu tion de résine transparente ainsi obtenue se conserve pendant environ 9 semaines. EXEMPLE 5 (Rapport molaire 1/1,9; 10 % de caprolactame, 10 % de thio-urée, 1,5 % de sulfite acide de sodium) Un mélange composé de 32,0 kg de mélanine, 35,6 kg d'une solution aqueuse à 40 % de formaldéhyde, 4,6 kg de caprolactame, 4,6 kg de thio-urée, 0,7 kg de sulfite acide de sodium et 18,0 kg d'eau est réglé à un pH de 9,5 par addition de lessive de potasse à 50 %. On chauffe ensuite à 95 C et on poursuit la con densation à cette température jusqu'à ce qu'une prise d'essai additionnée de 5 parties d'eau bouillante se trouble lors du refroidissement à 580C, après quoi on refroidit à 25 C. La solution de résine transparente ainsi obtenue se conserve pendant 10 semaine s environ. EXEMPLE 6 Un mélange composé de 30,8 kg de mélanine, 30,98 kg d'une solution aqueuse à 40 % de formaldéhyde, 1,0 kg de caprolactame, 1,02 kg de bisulfite de sodium (sulfite acide de sodium), 1,32kg de thio-urée et 15,3 kg d'eau est chauffé à 950C en brassant, le pH étant en même temps réglé à 9,5 par addition de 18 cm3 de lessive de potasse à 50 %. On poursuit la condensation à une température comprise entre 92 et 95 C jusqu'à ce qu'une prise d'essai additionnée-de 5 parties d'eau bouillante commence à se troubler lors du refroidissement à 54 C. On ajoute ensuite 1,74 kg d'éthylènglycol et 1,30 kg de butanediol et on refroidit le mélange à température ambiante. La durée de conservation de prises d'essai appropriées s'é- lève, en moyennne, à 9 semaines; directement après la condensation, la solution de résine peut être étendue d'eau dans un rapport d'environ 1/1,2. Exemple comparatif 6a On procède comme décrit ci-dessus, mais sans addition de bisulfite de sodium. La durée de conservation et les autres caractéristiques de la solution de résine se maintiennent entre les limites de tolérance usuelles. Exemple comparatif 6b On procède camme décrit précédemment, mais sans addition de thio-urée, toutefois en présence de bisulfite de sodium. La durée de conservation de la solution de résine s'élève en moyenne à 4 semaines, les autres caractéristiques restant pratiquement inchangées. EXEMPLE 7 Un mélange composé de 35,0 kg de mélamine, 34,7 kg d'une solution aqueuse à 40 % de formaldéhyde, 0,7 kg de caprolactame, O,7 kg de thio-urée, 3,0 kg d'éthylèneglycol, 1,2 kg de sulfite acide de sodium et 19,5 dm3 d'eau est réglé à un pH de 9,5 par addition de 45 cm3 de lessive de potasse à 50 % et est chauffé ensuite à 96 C. On poursuit la condensation à cette température jusqu'à ce qu'une prise d'essai additionnée/d'eau bouillante se trouble lors du refroidissement à 57 C. On refroidit ensuite à 40 C, on aJoute 1,9 kg de diméthylformamide et 0,6 kg d'éthylè neglycol, puis on abaisse la température à 25 C. La solution de résine ainsi obtenue ne se trouble qu'au bout de 28 Jours. Exemple comparatif 7a On opère en l'absence de sulfite; pour le reste, les conditions opératoires sont les mêmes et les caractéristiques de la solution sont réglées de manière identique. Exemple comparatif 7b On procède comme décrit pour l'essai comparatif 7a, mais en travaillant la solution de résine dans des conditions diffé- rentes (cf. ci-après) pour démontrer que certains inconvénients inhérant aux, résines traditionnelles ne peuvent pas être aplanis par des mesures appropriées lors de leur travail. Doublage de panneaux de particules Un papier absorbant blanc, pigmenté, en cellulose pure, d'un poids de 110 g/i2, est imprégné de solutions de résines éventuellement additionnées de durcisseur - 0,2 % (rapporté à la solution) d'un sel d'une base organique - et est séché à 12000 à un degré tel qu'au beut d'un post-séchage de 5 minutes, à 160 C, on constate une perte de poids comprise entre 5 et 7 %. A l'état sec, le matériau laminé renferme dans tous les cas environ 140 % de son poids de résine. On recouvre du papier imprégné - double doublage, spécia- lement pour évaluer la résistance à la formation de craquelures les deux faces de panneaux de particules de 19 mm d'épaisseur, à surfaces polies, et on place les panneaux entre les tôles chromées, fortement polies, d'une presse chauffée à 145 C. On ferme aussitôt et on traite pendant 4 minutes sous une pression d'application de 2 N/mm. Après refroidissement de retour à 50 C, on déroule. L'examen des surfaces donne les résultats reproduits dans le tableau ci-aprbs. TABLEAU Exemple Durcisseur Degré de Brillant Uniformité Résistance Rapport durcisse- à la forma- molaire Remarques ment ++ tion de cra (0-6) quelures) +++ (0 à 6) 1 - 0 bon bonne 0 1,7 2 + 0 bon bonne 1 2,2 3 - 0 bon bonne 0 1,7 4 - 0 bon bonne 0 1,7 (légèrement jau5 - 0 bon bonne 0 1,9 (ni par suite 6 - 0 bon bonne 0 1,66 (d'une forte te Ex. comp. 6a - 1 bon bonne 1 1,66 (neur en thio Ex. comp. 6b - 2 bon bonne 2 1,66 (urée 7 + 0 bon bonne 0 1,66 Ex. comp. 7a + 1 bon bonne 0 1,66 #+ Ex. comp. 7b + 0 bon bonne 1 (1,66) + Dans un deuxième essai, les conditions de durcissement ont été améliorées en prolongeant la durée de mise sous presse ou en augmentant la température de mise sous presse. ++ Pour évaluer le degré de durcissement, on teint la surface avec de l'acide chlorhydrique 0,2 N additionné de Rhodamine B; l'intensité de la coloration est evaluée visuellement au bout d'un certain temps et après avoir lavé la surface à l'eau (cotation 0 à 6). +++ La résistance à la formation de craquelures est évaluée visuellement dans l'essai "au cirage" en utilisant un cirage noir du commerce (cotation 0 à 6). R E V E N D I C A T I O N Procédé de préparation d'une résine d'impregnation par condensation de mélamine, de formaldéhyde aqueux et d'agents modificateurs, à un pH compris entre 8 et 10 et à me températu- re comprise entre 80 et 100 C, jusqu'à une compatibilité avec l'eau dans un rapport compris entre 1/1 et 1/1,5, le rapport molaire entre la mélanine et le formaldéhyde étant réglé entre 1/1,5 et 1/3,5, ce procédé étant caractérisé par le fait qu'on ajoute comme agents modificateurs, de façon connue, avant, pendant ou après la condensation, de 1' #-caprolactame et de la thio-nrée dans une proportion de chaque fois 0,5 à 15 % en poids et, additionnellement, 0,25 à 5 % en poids d'un hydrogénosulfite, sulfite, dithionite ou sulfoxylate, calculés en sel de sodium, les proportions se rapportant dans chaque cas à la somme des quantités de mélanine et de formaldéhyde.