Brevet FR2532654A1 — publié le 19840309

La présente invention se rapporte à une résine synthétique utilisable comme liant pour la fabrication de panneaux de particules. L'appellation "panneau de particules" est uti- lisée pour désigner des produits fabriqués à partir de ma- tières ligno-cellulosiques, généralement du bois, ces ma- tières étant principalement sous la forme de petits élé- ments séparés ou de particules combinées à une résine syn- thétique et liées ensemble à chaud et sous-pression Cela peut être effectué par un procédé humide ou un procédé à sec. Les panneaux de particules sont très utilisés dans l'industrie du meuble, o ils peuvent être utilisés comme supports sur lesquels sont fixés des placages fins, des matières plastiques décoratives ou d'autres matières. Ils sont également utilisés dans des véhicules de type caravane, des sous-couches de sol pour le gainage, l'orne- mentation, le lambrissage, etc. Bien qu'on ait utilisé des centaines d'espèces de bois, de différentes dimensions et formes pour la pro- duction-de panneaux de particules, trois types de résine seulement ont été utilisés, à savoir urée-formaldéhyde, phénol-formaldéhyde et isocyanates. En raison des exigences d'environnement et des réglementations restrictives OSHA, il est nécessaire de trouver des produits de remplacement aux systèmes de colle contenant de la formaidéhyde La présence de 1 % ou même moins de formaldéhyde libre, sur la base du poids total du produit, est indésirable, non seulement à cause de son o- deur désagréable mais aussi parce qu'elle provoque une al- lergie et est un irritant qui entraîne des réactions graves chez les opérateurs qui fabriquent le système adhésif et qui préparent et manipulent les panneaux de particules, ain- si que chez les personnes qui manipulent des articles fabri- qués à partir des panneaux de particules En outre, du fait de leurs couleurs très sombres, les résines phénol- formaldéhyde ne sont pas toujours appropriées aux applica- tions décoratives Les systèmes à base d'isocyanate ont l'inconvénient d'un prix élevé et de conditions particu- Mères de manipulation du fait de leur toxicité. Une résine typique pour l'utilisation dans la fabrication de panneaux de particules a un p H compris en- tre 6,8 et 7,8 environ, une viscosité Brookfield comprise entre 1,80 et 3,50 poises et une teneur en solides de l'or- dre de 65 % dans l'eau En outre, elle possède une stabili- té au stockage de deux semaines à 40 C, avec moins d'un doublement de la viscosité. Le produit de la réaction d'une urée cyclique et du glyoxal dans un rapport équivalent de l'ordre de 1,1 à 1,5:1 remplit toutes les conditions requises pour un adhésif approprié à la fabrication de panneaux de particu- les et, de plus, il ne contient pas de formaldéhyde libre ou liée. La réaction d'une urée cyclique avec le glyoxal dans un rapport équivalent de 11 ordre de 1,1 à 1,5:1 engen- dre des résines qui sont utiles dans la fabrication de pan- neaux de particules. Les urées cycliques qui peuvent être utilisées ont les formules générales suivantes q, c c NH NH ou NH NH R 2 R 1 C CR 3 R 4 R 21 /C 5 R 6 XR 3 R 4 dans lesquelles R 1, R 2, R 3, R 4, R 5 et R 6 peuvent être les mêmes ou différents, et chacun peut être H, OH, COOH, R, OR ou COOR o R est un groupe alkyle ou alkyle substitué comportant un à quatre atomes de carbone,et X peut être C, O ou N; lorsque X est O, R 3 et R 4 sont chacun zéro; lors- que X est N, R 3 ou R 4 est zéro. t Des exemples caractéristiques de tels composés comprennent, non limitativement, des produits tels que: éthylène urée, propylène urée, urone, tétrahydro-5-( 2- hydroxyéthyl)-1,3,5-triazin-2-one, 4,5-dihydroxy-2-imi- dazolidinone, 4,5-diméthoxy-2-imidazolidinone, 4-méthyl éthylène urée, 4-éthyl éthylène urée, 4-hydroxyéthyl éthy- lène urée, 4,5-diméthyl éthylène urée, 4-hydroxy-5-méthyl propylène urée, 4-méthoxy-5-méthyl propylène urée, 4-hy- droxy-5, 5-diméthyl propylène urée, 4-méthoxy-5,5-dimé- thyl propylène urée, tétrahydro-5-(éthy-l) 1,3,5-triazin-2- one, tétrahydro-5-(propyl-1,3,5-triazin-2-one, tétrahydro- -(butyl)-1,3,5-triazin-2-one, et autres, et des mélanges de ces produits. Les condensats peuvent être préparés par tout procédé approprié et pratique L'urée cyclique, de préfé- rence l'éthylène urée, et le glyoxal réagissent générale- ment dans un rapport de l'urée cyclique au glyoxal de l'or- dre de 1,1 à 1,5:1 et de préférence dans un rapport de l'or- dre de 1,2 à 1,4:1, le rapport de 1,3:1 étant le plus sou- haitable La réaction peut être effectuée dans une plage de température de la température ambiante jusqu'au reflux, mais de préférence elle a lieu à environ 50 C à 60 C pen- dant deux heures environ Le p H peut aller de 2 à 8 envi- ron, mais il est de préférence compris dans une plage de l'ordre de 5 à 8 Le produit est un oligomère soluble dans l'eau. Le produit de la réaction de l'éthylène-urée et du glyoxal présente la structure générale ci-dessous O O O O t E 1 OH OH l OH H H N N CH-CH Nl N CH-CH-N N-H n dans laquelle N est de 1 à 8, et de préférence 2 ou 3. Les panneaux de particules s Qnt en général 'fabri- qués par suspension de fibres de bois dans l'eau et dosage - de la suspension de fibres sur un tamis qui se déplace de façon continue L'eau est évacuée à travers le tamis et laisse un gâteau humide de fibres entrelacées Un adhésif ou liant à base de résine, ainsi que d'autres additifs, sont appliqués au gâteau et le gâteau traité est ensuite pressé à sa densité finale dans une presse à chaud Pen- dant l'opération de pressage, les fibres sont liées et la résine fait prise. On utilise habituellement des catalyseurs pour obtenir une meilleure liaison et des temps de pressage plus courts Le type et-la quantité de catalyseur dépen- dent du choix de la résine, de l'utilisation finale envi- sagée,du type de particules de bois utilisé et même de la saison Les catalyseurs habituels comprennent le sulfate d'ammonium, le chlor O Eed'ammonium, le chlorure cuivrique et leurs mélanges Ils sont utilisés en quantité de l'or- de dre A à 4 % et de préférence de l'ordre de 1,5 à 2,5 %, sur la base de la quantité de résine. La résine sèche est en général utilisée en quan- tité de l'ordre de 4 à 10 % et de préférence de l'ordre de 6 à 8 %, sur la base des fibres de bois. La teneur initiale en eau du gâteau prépressé est généralement de l'ordre de 7 à 15 % et peut descendre jusqu'à 6 à 8 % environ sur la base de la quantité fibres- résines. Les temps de pressage varient de 3 à 8 minutes environ, à des températures de 1380 C à 1930 C, sous des pressions de 7 bars à 56 bars. Les exemples suivants illustrent, non limitati- vement, la présente invention Sauf indication contraire, toutes les parties et pourcentages s'entendent en poids. EXEMPLE 1 A 238 parties ( 3,3 équivalents) d'une solution aqueu- se à 40 % de glyoxal sont ajoutées à température ambiante dans une cuve contenant 184 parties ( 4,3 équivalents) d'é- thylène urée et le p H de la solution est immédiatement a- justé à 7,5 avec une solution d'hydroxyde de sodium La température est ensuite portée à 55 30 C et maintenue pen- dant une heure à cette valeur, le p H étant maintenu à 7,5 Le p H du mélange réactionnel est ensuite réglé à 6,5 au moyen d'acide sulfurique aqueux à 20 % et le mélange est maintenu à 550 C pendant 1,5 h On élève ensuite le p H à 7, au moyen d'une solution d'hydroxyde de sodium à % On ajoute 28 parties d'eau Le mélange est maintenu à 550 C pendant 15 minutes,le p H est réajusté à 7,0 et le mélange est refroidi à la température ambiante. Le produit est un liquide clair, jaune pâlet ino- dore La solution contient 65 % de matières solides et son p H est de 7,0 Sa viscosité Brookfield est de 1,8 poise. B Pour déterminer la stabilité du produit, une partie est stockée pendant 10 jours à température ambian- te Après ce laps de temps, la viscosité s'est élevée à 2,1 poises et le p H est descendu à 6,8. Une autre partie est conservée dans une étuve à 420 C pendant 4 jours et, après ce laps de temps, la vis- cosité s'-est élevée à 3,6 poises et le p H est descendu à ,3 Ces caractéristiques de stabilité sont excellentes pour une résine réactive destinée à être utilisée dans des panneaux de particules. Pour déterminer la vitesse de prise, la résine et 0,5 à 4,0 % de catalyseur dans un tube à essai sont pla- cés dans un bain d'eau bouillante La résine est agitée rapidement pendant une minute avec une petite baguette, pour amener la résine à la température du bain On mesure le temps pris par-la résine pour se transformer en gel Le temps de prise du produit de résine de la partie (A) à 1000 C, avec 1 % d'acide p-toluène sulfonique, est de 50 se- condes A titre de comparaison, on effectue le même essai avec une résine urée-formaldéhyde normale et on obtient des résultats pratiquement identiques. C On prépare un panneaude particules, au moyen de la résine de la partie (A), par le procédé ci-après qui si- mule les résultats obtenus pendant la fabrication en u- -sine: parties de particules de pin de Douglas séchées au four ( 10 % d'humidité) sont pulvérisées dans un mélan- geur à tambour rotatif, avec 12 parties d'un mélange con- tenant 95 % de la solution de résine de la partie (A), 1,7 % de chlorure cuivreux dihydraté, et 3,3 % de chlorure d'ammonium Les particules traitées à la résine sont pla- cées dans un moule de 100 mm x 150 mm, chauffées à 149 C et pressées à 38 bars pendant 6 minutes, pour obtenir un panneau de 6 mia d'épaisseur On trouve que la résistance de liaison adhésive caractéristique (liaison interne) est de 4,2 bars. EXEMPLE 2 A D'une manière identique à la procédure décrite dans l'exemple 1, on fait réagir 238 parties ( 3,3 équiva- lents) d'une solution de glyoxal à 40 % dans l'eau et 177 parties ( 4,13 équivalents) d'éthylène urée, pour obtenir une solution à 62 % dans l'eau, dont la viscosité Brookfield est de 5,8 poises et le p H de 7,1. B De la même manière que dans l'exemple 1, on cons- tate qu'après deux semaines à température ambiante, la vis- cosité est encore de 5,8 poises. Après trois jours à 45 C, une autre partie pré- sente une viscosité réduite à 2,3 poises Après 12 jours, la viscosité s'est élevée à 5,0 poises. Les temps de prise d'une série de résines cata- lysées sont déterminés et on trouve une valeur de 40 se- condes lorsqu'on utilise 1 % d'acide p-toluène sulfonique. C On prépare des panneaux de particules dans les conditions indiquées plus haut et la résistance interne du panneau est de 5 bars. EXEMPLE 3 On répète la procédure de l'exemple 1, sauf en ce qu'on utilise les rapports ci-après d'éthylène urée au glyoxal 1,1:1 et 1,5:1, au lieu de 1, 3:1 comme dans la partie (A) Les résultats sont comparables. EXEMPLE 4 On procède à plusieurs expériences, à titre de comparaison Dans chacune, on répète la procédure de l'e- xemple 1, sauf en ce qui suit (a) le rapport équivalent de l'éthylène urée au glyoxal est de 1:1 (comme dans la publication japonaise N O 5 3044-576) au lieu de 1,3:1 comme dans l'exemple 1. (b) le rapport équivalent de l'éthylène urée au glyoxal est de 0,5:1 (comme dans la publication japonaise) au lieu de 1,3:1 comme dans l'exemple 1; (c) on fait réagir le produit de condensation éthylè- ne urée-glyoxal de l'exemple 1 avec suffisamment de métha- nol pour obtenir l'alkylation complète de la matière. Aucun des produits ci-dessus ne constitue une résine adhésive satisfaisante pour des panneaux de parti- cules Les produits (a) et (b) ne conviennent pas, parce que les résines ont une viscosité trop élevée et ne peu- vent pas être utilisées à la concentration en solides né- cessaire pour obtenir le degré approprié d'adhésivité en- tre les particules de bois Les produits (b) et (c) ne conviennent pas, parce qu'il ne se produit qu'une faible réaction pendant-un laps de temps convenable pour la pré- paration de panneaux de particules à un prix raisonnable. Il est entendu que des modifications de détail peuvent être apportées dans la mise en oeuvre du procédé- suivant l'invention, sans sortir du cadre de celle-ci. 2532654- Revendications 1 Perfectionnement à des panneaux de particules com- prenant des particules de bois et un liant adhésif à base de résine, caractérisé en ce que l'adhésif de résine est constitué par le produit de la réaction d'une urée cycli- que et du glyoxal dans le rapport équivalent de 1,1 à 1,5 :1 environ. 2 Résine adhésive pour panneaux de particules, ca- ractérisée en ce qu'elle est constituée d'un condensat d'urée cyclique et de glyoxal. 3 Condensat suivant la revendication 2, caractérisé en ce que l'urée cyclique est l'éthylène urée. 4 Condensat suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le rapport équivalent de l'urée cyclique au glyo- xal est de l'ordre de 1,1 à 1,5:1. 5 Condensat suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le rapport équivalent de l'urée cyclique au glyoxal est de l'ordre de 1,2 à 1,4:1. 6 Condensat suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le rapport équivalent de l'urée cyclique au gly- oxal est de 1,3:1.