Brevet FR2633305A1 — publié le 19891229

1i 2633305 Liant réactif au formaldéhyde pour la fabrication industrielle de contreplaqués ou autres matériaux à base de lignbcellulose - l'aide de résines aminoplastes et avec une basse teneur en formol libre La présente invention concerne la modification des liants à base de résines aminoplastes permettant l'obtention simultanée d'un bon collage. tem- poraire, c'est-à-dire un bon prépressage intermédiaire à froid, et d'un joint de colle final très pauvre en formol libre. Dans l'état actuel de la technique, les composés à base de bois des- tinés à un usage intérieur sont le plus souvent fabriqués par un collage à l'aide de liant à base de résinesaminoplastes, soit à froid dans quelques cas, soit le plus souvent à chaud. Ces résines aminoplastes, principalement urée- formol, sont en effet appréciées en raison de leur prix relativement faible en regard de leurs caractéristiques élevées de collage et de leur couleur clai- re. Elles présentent aussi l'avantage d'offrir, au sein de mélanges collants correctement formulés, une bonne aptitude au "prépressage". L'aptitude au "prépressage" à froid, qui est en fait une aptitude au collage temporaire, est très importante dans le processus de fabrication in- dustrielle des composés à base de bois, finalement fabriquésparpressage à chaud. Après que la matière bois, qu'elle soit sous forme de particules pour le panneau aggloméré, de fibres pour le panneau appelé MOF (pour "Medium Density Fiberboard") ou plus particulièrement de placages pour le contrepla- qué, ait reçu son encollage, elle est conformée en fonction de sa nature. Après conformation, en gâteau pour les particules ou les fibres, en empilage à fil croisé pour les placages, la matière bois ainsi encolléeprésente un vo- lume important, en raison de la hauteur de conformation, et cette conforma- tion présente une fragilité au transport. Dans l'industrie des panneaux de particules ou de fibres, selon le type de chaîne de fabrication et le procédé de chargement de la presse, on peut être amené à réaliser un prépressage à froid (ou à température faible) dans une presse ou dans une calandreuse. Le but est à la fois de diminuer l'épaisseur du gâteau pour la rendre compatible avec l'ouverture disponible entre les plateaux de presse et de donner une cohésion suffisante à ce gà- teau pour éviter son effondrement lors du transport depuis le point de con- formation jusque dans la presse chaude. Dans l'industrie des panneaux de contreplaqués, ce prépressage est rendu nécessaire par la tendance des placages encollés à gondoler et, par 2 2633305 conséquence, à gêner sinon empêcher l'entrée de l'empilage dans la presse, ou à se replier ou se casser au moment de cette entrée. Il est donc important de pouvoir disposer d'un liant d'encollage qui possède une capacité de faire adhérer provisoirement entre elles les parties :ignocellulosiques constitutives, durant le temps de transport et de stockage intermédiaires situé entre la conformation après encollage et la fermeture de la presse chaude; cette adhésion provisoire devant être acquise après un simple pressage à froid ou à température modérée, appelé prépressage. Pour la facilité de compréhension, c'est dans le contexte de la fa- brication du contreplaqué avec urée-formol qu'est placé ce qui suit. Mais le raisonnement reste valable pour les autres matériaux dérivés du bois. Si les résines urée-formol présentent dans les conditions habituelles une bonne aptitude au prépressage, il y a deux cas o cette aptitude devient insuffisante: D'une part, avec certaines essences de bois, comme par exemple le peu- plier, il est pratiquement impossible d'obtenir, même en faisant varier les taux et nature des charges ajoutées dans le mélange collant, un collage tem- poraire satisfaisant. On connaît le cas de certains fabricants qui, dans ces conditions, se résignent à poser des agrafes pour solidariser les placages entre eux. D'autre part, avec la nécessité actuelle de fabriquer des matériaux possédant une quantité de formaldéhyde libre la plus faible possible, le pro- blème se trouve aggravé. Les résines urée-formol sont produites par une réaction de condensa- tion en milieu acide entre une molécule d'urée "U" composé amino et un excès de formaldéhyde "F". La réaction type pour un rapport molaire F/U = 2/1 est: H2N - CO - NH2 + 2 H - CHO ---> H20 + HOCH2 -NH - CO - H = CH2 Urée Formaldéhyde eau méthylo-méthylène urée Celles couramment utilisées pour l'industrie des contreplaqués ont eu jus- qu'à présent un rapport molaire formaldéhyde/composé amino d'environ 1, 8/1. Pour diverses raisons, comme l'empêchement stérique, une quantité nonnégli- geable de l'aldéhyde est présente dans le produit fini, même encore après thermodurcissage sous presse, sous forme libre ou seulement faiblement fi- xée: le matériau contreplaqué aura donc tendance à dégager ce formaldéhyde en excès au cours du temps. La méthode d'extraction dite "au perforateur" (norme européenne EN 120) permet de mettre en évidence ce formaldéhyde: ainsi un panneau contreplaqué classique fabriqué avec une résine de F/U = 1,8/1 donne envi- ron 70 mg de formaldéhyde pour 100 g de panneau sec. On a cherché à remédier à cela par l'utilisation soit d'additifs fai- sant office de capteur du formol en excès, soit de -résines urée-formol à plus bas rapport molaire. Ainsi l'utilisation de la résine précédente, additionnée d'environ 4 de son poids sec d'urée, permet de descendre le taux selon la norme européenne EN 120 à une valeur de 25 à 40 mg/100 9, correspondant à une émanation dans l'atmosphère de grandes chambres d'essais d'environ 0,1 à 0,15 ppm en volume de formaldéhyde: ce qui est encore insuffisamment bas pour les futu- res exigences. Ainsi aussi l'utilisation d'une résine urée-formol de F/U = 1,3/1 permet de descendre ce taux au "perforateur" selon norme européenne EN 120 à une valeur de 12 à 20 mg9100 9. Mais, dans les deux cas, et toutes choses égales par ailleurs (nature, température, humidité du bois, etc.), la qualité du prépressage est dégradée à un niveau inacceptable; l'utilisation simultanée d'essences difficiles ne faisant qu'accentuer l'insatisfaction. Le liant réactif au formaldéhyde selon l'invention permet d'utiliser tout à la fois des essences de bois réputées difficiles et des résines urée- formaldéhyde soit modifiées par un capteur, soit à bas rapport molaire F/U, et d'obtenir un excellent prépressage lors de la fabrication de panneaux possédant un taux de formaldéhyde particulièrement bas. Ainsi, une résine semblable à la précédente, c'est-à-dire de rapport molaire formaldéhyde/composé amino F/U = 1,3/1, utilisée avec le liant réac- tif de l'invention, permet l'obtention, après un excellent prépressage lors de sa fabrication, d'un panneau offrant un taux de 5 à 10 mg/100 9 selon la méthode EN 120. Le liant réactif au formaldéhyde selon l'invention consiste en l'uti- lisation, comme additif dans la résine urée-formcl de base, qui peut être d'un rapport molaire F/U compris entre let 1,6 mais préférablement entre 1,25 et 1,4, d'une molécule organique associée à un sel minéral d'acide fort et de base faible et qui présente simultanément les trois caractéristiques solubilité en milieu aqueux, réactivité vis-à-vis des aldéhydes en milieu acide et formation conséquente d'un gel. On connaît l'utilisation des alcools polyvinyliques, grâce à leur solubilité dans l'eau, pour la fabrication de colles, adhésifs et épaissis- sants. Leur inconvénient étant leur grande sensibilité à l'eau, on les trai- te par différents produits, dont les aldéhydes qui, en présence d'acide, les précipitent sous forme de gel en acétals polyvinyliques selon la réaction: 4 2633305 CH -CHOH - CH - + RCHO ---> - CH - CH - CH -CH - CH - Alcool Pv Aldéhyde 0 - CH - R acétal Dans le cas du formaldéhyde HCHO disponible dans les résines urée-formol, on obtient un formal: - CH-CH - CH -CH - CH - CH- C 2* 2, 2 2 O - CH2- O 0 - CH2 - O formal Comme cette réaction, que l'on peut qualifier de "gélification" en raison des très longues molécules formées, se produit à froid, il a été imaginé que le fait de la réaliser au sein d'un mélange collant à base d'aminoplaste permet- trait à celui-ci d'acquérir des propriétés poisseuses se traduisant donc par un bon prépressage. Simultanément, cette réaction se faisant aux dépens du formaldéhyde de la résine urée-formol ou mélamine-formol présente, le joint de colle final pourrait être appauvri en formaldéhyde libre. Les essais effectués ont permis de vérifier le bien-fondé de ces hy- pothèses et de montrer que de faibles quantités d'alcool polyvinylique suf- fisent pour provoquer ces effets bénéfiques. Ainsi, un panneau contreplaqué multipli pour usage intérieur est réa- lisé de la manière suivante: Epaisseur = 10 mm Composition = 5 plis = 2 faces 11/10 mm en Okoumé, 2 intérieurs travers 31/10 mm en Pin Maritime, 1 âme 21/10 en Pin Maritime. Encollage = 380 g de mélange collant par m2 double face - Attente avant prépressage = 45 mn. Prépressage = 10 mn 8 bars C Pressage = 6 mn 14 bars 112 C 2633305 Mélange collant = Résine urée-formol (F/U = 1,3/1) à 65 % 65,00 Charges minérales 5,00 Charges organiques 10,00 Chlorure d'ammonium 0,80 Alcool polyvinylique 1,60 Eau 17,60 ,00 Alcool polyvinylique: Qualité à haute viscosité et indice d'ester moyen. La fabrication correspondante fait l'objet des observations suivan- tes: - Collage temporaire (après prépressage) = Excellent - Collage définitif (après pressage à chaud) = Excellent - Taux de formol selon EN 120 = 5 à 10 mg/100 g - Emanation en grande chambre = 0,03 à 0,06 ppm volume Il est constaté que la qualité du collage temporaire est supérieure à celle qui est obtenue avec une résine classique, par exemple à rapport molai- re F/U = 1,8/1 sans utiliser le liant réactif de l'invention. Il est aussi constaté que la qualité du collage définitif est très proche de celle dbtenue avec une résine classique, alors qu'il est connu qu'une résine urée-formol de bas rapport molaire F/U comme celle utilisée ici donne normalement, c'està- dire sans utilisation du liant réactif de l'invention, un joint de colle af- faibli. 21 Le liant réactif au formaldéhyde, objet de l'invention, peut être mis en oeuvre dans tous les cas o l'on souhaite fabriquer un matériau à- base de bois (ou de lignocellulose) reconstitué et de résine aminoplaste, urée-formol ou mélamine formol par exemple, d'une part, bénéficiant d'un bon collage tem- poraire et un bon collage définitif mais, d'autre part,surtout et simultané- ment, ne possédant qu'une tendance extrêmement faible à dégager du formal- déhyde dans l'atmosphère. L'application pouvant être particulièrement intéressante est la fa- brication,avec de bonnes qualités de prépressage, de contreplaqués multiplis ou d'agglomérés et similaires à base de résine urée-formol et à très bas taux de formaldéhyde libre présentant ainsi une bonne aptitude à l'emploi dans le meuble, l'agencement et le bâtiment. 6 2633305 REVENDICATIONS 1)Liant réactif au formaldéhyde permettant de fabriquer dans de bon- nes conditions industrielles de collage intermédiaire un matériau reconstitué à base de lignocellulose à très faible tendance à l'émanation de formaldéhyde dans l'atmosphère, caractérisé par le fait qu'il associe à un mélange collant à base de résine aminoplaste et ayant un bas rapport molaire formaldéhyde/com- posé amino, un donneur d'acide et un capteur de formaldéhyde réagissant avec celui-ci pour former un composé poisseux. 2) Liant réactif au formaldéhyde selon la revendication 1, caractéri- sé par le fait que la résine aminoplaste mise en oeuvre est une uréeformol. 3) Liant réactif au formaldéhyde selon la revendication 1, caractéri- sé par le fait que la résine aminoplaste mise en oeuvre est une mélaminefor- mol. 4) Liant réactif au formaldéhyde selon la revendication 2 ou 3, carac- térisé par le fait que le rapport molaire formaldéhyde/composé amino dans le mélange collant final est compris entre 1 et 1,6. ) Liant réactif au formaldéhyde selon la revendication 4, caractéri- sé par le fait que le rapport molaire formaldéhyde/composé amino dans le mé- lange collant final est compris entre 1,25 et 1,40. 6) Liant réactif au formaldéhyde selon la revendication 1, caractéri- sé par le fait que le donneur d'acide est un sel d'acide fort et de base fai- ble. 7) Liant réactif au formaldéhyde selon la revendication 6, caractéri- sé par le fait que le sel est du chlorure d'ammonium. 8) Liant réactif au formaldéhyde selon la revendication 1, caractéri- sé par le fait que le capteur de formaldéhyde est un polyalcool. 9) Liant réactif au formaldéhyde selon la revendication 8, caractéri- sé par le fait que le polyalcool est un alcool polyvinylique. ) Liant réactif au formaldéhyde selon la revendication 1, caractéri- sé par le fait qu'il associe à un mélange collant à base de réséne aminoplas- te et de rapport molaire formaldéhyde/composé amino compris entre 1 et 1, 6, un sel d'acide fort et de base faible et un alcool polyvinylique. 11) Produit à base de lignocellulose caractérisé par le fait qu'il est réalisé par la mise en oeuvre de l'une quelconque des revendications 1 à 10.