METHOD FOR PREPARING ADHESIVE COMPOSITIONS, ESPECIALLY USED IN THE PREPARATION OF WOOD CONSTRUCTIONS, WOOD BOARD AND SIMILAR PRODUCTS

Abstract: The invention relates to a glue mixture specifically for producing glued wood structures. The glue mixture contains a resorcinol-phenol resin as one component. Resorcinol-phenol glues are common knowledge. The main raw materials used for these glues are resorcinol, formaldehyde and phenol. A disadvantage with the use and preparation of resorcinol-phenol glues is, inter alia, the high price of these glues and raw materials and the fact that the raw materials are difficult to obtain. The purpose of the glue mixture of the invention is to remove some of the problems which are associated with the acquisition of the raw materials, in particular resorcinol, and to make possible more advantageous preparation of the glue mixture based on resorcinol-phenol. Some of the resorcinol-phenol used in the glue mixture can be replaced by a mixture prepared from peat, preferably from the humus substance extract prepared from the decomposed part of the peat, or by a mixture prepared from this extract and formaldehyde. The glue mixture of the invention contains 40-90% by weight of resorcinol-phenol resin having a dry substance content of 30-60% by weight and 10-60% by weight of peat-based humus substance extract. This glue mixture is admixed before use with 5-20% by weight of a conventional curing agent, for example formaldehyde. To the humus substance extract of the glue mixture can be added 10-20% by weight of formaldehyde.

Description: LEIMMISCHUNG, SPEZIELL ZUR HERSTELLUNG VON HOLZ KONSTRUKTIONEN, -PLATTEN UND AHNLICHEN PRODUKTEN Die Erfindung betrifft eine Leimmischung speziell zur Herstellung von Holzkonstruktionen, -platten und ahnlichen Produkten, welche Leimmischung als ein Bestandteil Resorzin-Phenol-Harz enthalt. Die Resorzin-Phenolleime sind allgemein bekannt. Als haupt sachliche Ausgangsstoffe dieser Leime werden Resorzin, Formaldehyd und Phenol verwendet. Der Leim wird in einem Reaktor hergestellt, wo die Ausgangsstoffe unter einem gemessenen Druck und bei einer gemessenen Temperatur eingebracht werden. Die Reaktion wird im Vorkondensatstadium abgebrochen. Wenn der Leim z.B. bei der Herstellung von Leim holztragern und anderen Holzkonstruktionen verwendet wird, wird die Reaktion durch Zusatz eines Hartungsmittels, z.B. Formaldehyd, zu Ende gefuhrt. Ein Nachteil bei der Verwendung und Herstellung der Resorzin-Phenolleime ist u.a. der hohe Preis dieser Leime und der Ausgangsstoffe und der Umstand, dass die Ausgangsstoffe schwererhaltlich sind. Die Aufgabe der erfindungsgemassen Leimmischung ist die teilweise Behebung der Schwierigkeiten der Anschaffung der Ausgangsstoffe, besonders des Resorzins, und eine noch gunstigere Herstellung einer Leimmischung auf Resorzin-Phenolbasis zu erm5gli- chen. Die Erfindung wird durch die in den Patentanspruchen aufgefuhrten Merkmale gekennzeichnet. Im Vergleich mit den heute ublichen Resorzin-Phenolleimen werden durch die erfindungsgemasse Leimmischung folgende Vorteile erreicht. Ein Teil des in der Leimmischung gebrauchten Resorzin-Phenolharzes kann durch einen aus Torf, vorzugsweise einem zersetzten Teil desselben, hergestellten Humussubstanzextrakt oder durch eine aus diesem Extrakt und Formaldehyd hergestellte Zusammensetzung ersetzt werden. Ausgefuhrte Versuche haben das Ergebnis geliefert, dass etwa die Hälfte der Leimmischung durch den Humussubstanzextrakt ersetzt werden kann. Der Extrakt ist leicht herzustellen sowie auch die Leimmischung gemass der Erfindung. In solchen Landern, wo es Moore und Moorgelande gibt, ist Torf immer zu haben. Mit dem Humussubstanzextrakt konnen auch die heute in Resorzin-Phenolleimen ueblichen Fullmittel, z.B. Holzstaub ersetzt werden. In okonomischer Hinsicht ist der Extrakt betrachtlich gunstiger als Resorzin-Phenolharz. Das Preisverhaltnis ist heute 1 : 10. Ausserdem wird mit der Leimmischung nach der Erfindung eine solide, wetterfeste Leimfuge erreicht, die die in den Standarden und Normen vieler Lander an Holzkonstruktionen gestellten Forderungen der - sog. Exterior-Klebungsklasse erfüllt. Ein Humussubstanzextrakt ist nicht vorher als Rohstoff in Klebemitteln benutzt worden. Als Ausgangsstoff des Humussubstanzextrakts dient der im mittleren Grad oder vollig zersetzte Teil des Torfes. Die Struktur einer Torfschicht von der schwach zersetzten obersten Schicht auf der Erdoberflache hinab bis zur stark zersetzten untersten Schicht geht aus der beiliegenden Tabelle 1 hervor. Der Zersetzungsgrad wird nach der Skala H1 - KlO (Humositatszahl) gemessen. Der Anteil der Humussubstanzen ist am grossten, etwa 50-60 %, im starkzersetzten Torf, dessen Verwertung diese Erfindung ausdrucklichgilt. TABELLE 1: EMI3.1 <tb> <SEP> SCHWACH <SEP> ZERSETZT <SEP> 1 <SEP> <SEP> KOHLEHYDRATE <SEP> 30-50% <SEP> <tb> <SEP> H <SEP> 1 <SEP> - <SEP> H <SEP> 3 <SEP> LIGNIN <SEP> 30-40 <SEP> % <SEP> <tb> <SEP> HUMUSSUBSTANZEN <SEP> 0-5 <SEP> % <SEP> <tb> <SEP> 1 <SEP> 1 <SEP> KOHLEHYDRATE <SEP> 15-40 <SEP> <SEP> % <SEP> <tb> TORF- <SEP> IN <SEP> MITTEREN <SEP> GRAD <SEP> LIGNIN <SEP> 5-30 <SEP> % <SEP> <tb> <SEP> SCHICHT <SEP> ZERSETZTER <SEP> TORF <SEP> TORFWACHSE <SEP> U. <SEP> -HARZ <SEP> 5-15 <SEP> <SEP> % <SEP> <tb> <SEP> HUMUSSUBSTANZEN <SEP> 20-30% <SEP> <tb> <SEP> -1 <SEP> <tb> <SEP> STARK <SEP> ZERSETZTER <SEP> KOHLEHYDRATE <SEP> 0-2 <SEP> % <SEP> <tb> <SEP> TORF <SEP> TORF <SEP> | <SEP> LIGNIN <SEP> 5-20 <SEP> % <SEP> <tb> <SEP> H <SEP> 9- <SEP> H <SEP> 10 <SEP> % <SEP> TORFWACHSE <SEP> U. <SEP> HARZE <SEP> 5-20 <SEP> <SEP> <SEP> <tb> <SEP> HUMUSSUBSTANZEN <SEP> 50-60 <SEP> <SEP> <SEP> <tb> Humussubstanzen, besonders Humussauren, enthalten Polyphenolverbindungen, deren Bildung und Struktur noch teilweise unbekannt sind. Nach der heutzutage herrschenden Auffassung entstehen sie entweder a) beim Zerfall des Lignins durch die Wirkung der Mikroorganismen (die Lignintheorie) oder b) in einem mikrobiologischen Prozess aus den Kohlehydraten und Proteinen abgestorbener Pflanzen (die Polyphenoltheorie). Die Struktur der Polyphenolverbindungen ähnelt der der Phenolsäuren und Tanninen. Einen Teil der Grundstruktur bildet die Gallussaure, d.h. derselbe Stoff, der einer der Hauptbestandteile in querbrache- und Rindenextrakten ist. In der erfindungsgemassen Leimmischung reagiert das Formaldehyd mit dem aktivierten Kohlenstoff in der 6-Stellung der Gallussaure und bildet ein Polymer von dem Typ des Phenolharzes. Die Humussauren enthalten ferner Resorzin, das ebenso mit dem Formaldehyd ein Polymer mit starker Bindung schon bei einer niedrigen Temperatur bildet. Die Hauptkomponenten der Humussubstanzen, die Humussauren, konnen durch alkalische wassrige Lösungen vom Torf getrennt werden. Es ist zu merken, dass die verbrauchten alkalischen wassrigen Losungen dunn sind ¯ 5 X, damit der Lignin im Torf sich davon nicht im Extrakt abscheidet, sondern vom Feststoff festgehalten wird. Zur Veranschaulichung der Erfindung wird hier auf die in folgenden Ausfuhrungsbeispielen beschriebenen Herstellungsverfahren des Humussubstanzenextrakts und der Leimmischung hingewiesen: Herstellung des Humussubstanzenextrakts durch eine Alkali lÏsung aus Torf Bei der Extraktion des Torfs in einer 1 - 5 :eigen NaOH- Wasserlosung sind die Gewichtsverhaltnisse der verschiedenen Substanzen z.B. folgende: z.B. 1 Gewichtsteil trockenen Torf (gemahlen) 10 Gewichtsteile distilliertes Wasser 10 Gewichts- NaOH vom Trockengewicht des Torfes. Die Substanzen werden in ein Gefass eingesetzt, dessen Temperatur unter gleichzeitiger Umruhrung bis auf 80 C er hoht wird. Die Behandlung wird eine Stunde fort-gesetzt. Danach werden die Feststoffe mit einem Zentrifugalseparator von der Extraktionslosung abgetrennt. Die Feststoffe werden entfernt und die Extraktionslosung wird wiedergewonnen und z.B. durch Warmekammertrocknung bei 50"C getrocknet. Bei dem auf diese Weise extrahierten Torf ist die Ausbeute etwa 60 y des Trockentorfgehalts. 1. Herstellung einer Humusextrakt-Leimmischung Der Humussubstanzextrakt wird mit einer Hammermuhle oder einem Scheibenraffineur, dessen Klingeneinstellung 0,2 mm ist, feingemahlen. Die Gewichtsverhaltnisse der verschiedenen Substanzen in der Mischung sind: 1 Gewichtsteil Humussubstanzextrakt 2 Gewichtsteile Wasser. Die gewunschte Menge der so erhaltenen Mischung wird zu einer gewissene Menge Resorzin-Phenolharz zugesetzt. 2. Herstellung einer Humussubstanzextrakt-Leimmischung Der Humusextrakt wird auf die oben beschriebene Weise mit einer Hammermuhle oder einem Scheibenraffineur feingemahlen. Zum Extrakt wird Paraformaldehyd zugesetzt. Die Ce- wichtsverhältnisse der veschiedenen Substanzen in der Mischung sind: 1 Gewichtsteil Humussubstanzextrakt 10 - 20 Gewichtsteile Paraformaldehyd auf Gewicht des Extraktes bezogen 2 Gewichtsteile Wasser. Eine gewünschte Menge der so erhaltene Mischung wird - einer gewissen Menge Resorzin-Phenolharz zugesetzt. Bevorzugt sind die Verhaltnisse der verschiedenen Kornportcn ten in der Leimmischung, d.h. Humussubstanz-Leimm ischung folgende: - 40 - 90 Gew.-t Resorzin-Phenolharz, dessen Trockensubstanzgehalt 30 - 40 Gew.- ist. - 10 - 60 bew.- Ó aus Torf hergestellti' Humussubstana- extrakt, der durch z.b. die oben erlauterten Herstellungsverfahren hergestellt worden ist. Zur Erreichung der erforderlichen Viskositat kann zur Mischung 0 - 20 Gew.- Wasser zugesetzt werden. Zur Leimmischung wird vor der Anwendung 5-20 t Hartungsmittel zugesetzt. Als Hartungsmittel dient z.B. Formaldehyd. BEISPIEL 1: Aus dem Humussubstanzextrakt und Resorzin-Phenolharz wurde eine Leimmischung nach der Tabelle 2 hergestellt. Die Zusammensetzung des entsprechenden normalen Resorzin-Phenol (RPh)-leims wird auch in der Tabelle 2 angegeben. TABELLE 2: EMI6.1 <tb> 1 <SEP> ¯¯¯¯¯¯¯ <SEP> ¯¯¯¯¯ <SEP> 1 <SEP> <tb> Normale <SEP> RPh-Leimmischung: <SEP> i <SEP> <SEP> Extraktleimmischung: <tb> 1 <SEP> Resorzin- <SEP> 1 <SEP> Resorzin <tb> 1 <SEP> Phenolharz <SEP> 100 <SEP> Gew.-teile <SEP> Phenolharz <SEP> 50 <SEP> Gew.-teile <SEP> <SEP> 1 <SEP> <tb> Härtungsmittel <SEP> Humusextrakt <SEP> 50 <SEP> Gew.-teile <SEP> <tb> <SEP> ! <SEP> (+ <SEP> Fullmittel)15 <SEP> Gew.-teile <SEP> Hartungsmittel <SEP> 15 <SEP> Gew.-teile <tb> Mit der Leimmischung nach der Erfindung wurde ein Leimholzbalken aus 6 Lamellen zusammengeklebt. Der Leim wurde mit einem Spachtel in einer Quantitat von 300 g/m2 aufgestrichen. Der Pressdruck war 8 kp/cm2, die Pressdauer 4 h, die Temperatur 250C. Die Dimensionen des fertigen Probebalkens waren: die Lange 600 cm, die Hohe 190 cm (6 Lamellen) und die Breite 120 mm, die Holzart: Fichte. Man liess den Balken 4 Tage in einem RH 65 % Zustand sich ausgleichen. Danach wurden aus dem Balken Probestflcke fflr folgende Versuche abgesagt: 1) Ein Delaminierungsversuch nach dem amerikanischen Standard ASTM D 1101-59. Bei diesem Versuch werden die Probestucke zweimal befeuchtet und getrocknet. Der Versuch dauert etwa 8 Tage. 2) Der Schubfestigkeitsversuch der Leimfuge nach dem amerikanischen Standard ASTM D 905-49. Die Ergebnisse der Versuche: 1) Das Ergebnis des Delaminierungsversuchs betrug 5 "1. 2) Der Schubfestigkeitsversuch der Leimfuge ergab als Durchschnittswert von 20 Stucken 9,29 N/mm2 und als Abbruch vom Holz (wood failure) 95 t. Nach dem Standard ASTM D 1101-59 darf das Delaminierungsprozent nach einer zweiphasigen Probe nicht 5 % uberschreiten. In dem Schubfestigkeitsversuch nach dem Standard ASTM D 905-49 muss die Schubfestigkeit der Leimfuge nach den gemeinnordischen Direktiven wenigstens 6 N/mm2 und der Abbruch vom Holz wenigstens 50 t betragen. Die Ergebnisse erfüllen also die gestellten Forderungen. BEISPIEL 2: Mit einer Mischung des Torfextrakts und des Resorzii- Phenolleims wurden Klebeversuche bei der Zimmertemperatur ausgefuhrt. Die Leimmischungen werden in der Tabellc 3 angegeben. Mit der Leimmischung U4 wurde aus 33 x 120 mm Fichtenbrettern ein Balken mit einer Lange von 550 mm und einer Hohe von 165 mm (5 Lamellen) zusammengeklebt. Die Streichquantitat des Leims war 400 g/m2, die Pressdauer 3,5 Stunden, der Pressdruck 8 kp/cm2 und die Pi +250C. TABELLE 3: EMI8.1 <tb> Substanz <SEP> Mischung <SEP> (Gew.-verh ltnisX)t <SEP> <tb> <SEP> US <SEP> <tb> <SEP> U4 <SEP> U5 <SEP> U6 <SEP> V <tb> Resorzin-Phenolharz <SEP> (RPh-30)i <SEP> 45 <SEP> 1 <SEP> 40 <SEP> <SEP> | <SEP> 43,5 <SEP> 1 <SEP> 87 <tb> Härtungsmittel <SEP> 5 <SEP> - <SEP> - <SEP> 13 <SEP> <tb> Humussubstanz-Extraktpulver <SEP> <SEP> 14 <SEP> | <SEP> 20 <SEP> 17 <SEP> <tb> 1 <SEP> Paraformaldehyd <SEP> 2 <SEP> 4 <SEP> 4 <SEP> <tb> <SEP> Wasser <SEP> 34 <SEP> 36 <SEP> 1 <SEP> - <SEP> <tb> Die Schubfestigkeit der Leimfugen des Balkens wurde nach dem amerikanischen Standard ASTM-D 905 (die sog. block -shear-Probe) bestimmt. Als Durchschnittwert der Schubfestigkeit der 20 Probestucke erhielt man 9,5 N/mm2, als Durchschnittsstreuung 1,6 N/mm2 und als Wert der charakteristischen Schubfestigkeit 6,3 N/mm2. Die entsprechende Festigkeit der Leimfuge der Leimholzträgern soll 6,0 N/mm2 betragen. Mit den Leimmischungen U5, U6 und dem normalen RPh-30-Leim (V) wurden close-contact-Probestucke gemass B.S. 1204, die in dem gemeinnordischen Annahmetest der Balkenklebstoffe gebraucht werden, geklebt. Das Rohmaterial bestand aus Birke. Die Pressdauer bei der Zimmertemperatur war 5 Stunden. Die Probestucke wurden 2 Tage nach der Klebung gepruft. Als Wert der Schubfestigkeit der Leimfuge erhielt man (Durchschnittswert von 10 Stucken): Leimmischung U5: 4,46 N/mmê in trockener Form 3,93 N/mmê nach 6-stundigen Kochen Leimmischung U6: 4,79 N/mm2 in trockener Form Leimmischung V : 4,78 N/mm2 in trockener Form. Im Vergleich mit dem Vergleichs leim V (RPh-30) wird mit der Humussubstanz-Extraktleimmischung beim Testen derselben in trockener Form also eine abenso hohe Klebungsqualitat erreicht, wenn die Halfte des RPh-Harzes mit einer Mischung des Torfextrakts und Wassers (U6) ersetzt ist. Im B.S. 1204 wird von einer Leim fuge nach 6-stundigen1 Kochen eine Schubfestigkeit von 2,4 N/mm2 gefordert, die also klar uberschritten wird, wenn die Humussubstanzextrakt-Wassermischung sogar mehr als die Halfte des RPh-Harzanteils betragt.

Claims: Method for preparing an adhesive composition, in particular for preparing wood constructions, wood board and similar products, the adhesive composition containing resorcinol-phenol resin and humus substance extract, characterised by the following production steps: a) ground peat is extracted In a 1-5 % strength aqueous alkali solution with heating, b) the solids are removed and the extraction solution is dried to leave the humus substance extract, c) the humus substance extract is finely ground and mixed with c1) water or with c2) paraformaldehyde and water, d) the mixture obtained is added to the preparation of an adhesive composition of 40-90 wt.% resorcinol-phenol resin having a dry solids content of 30-60 wt.%, e) 5-20 wt.% of a hardening agent known per se, for example formaldehyde, is added to this adhesive composition before use. Method according to claim 1, characterised in that 10-20 wt.% of paraformaldehyde are added to the humus substance extract. Method according to claim 1 or 2, characterised in that 0-20 wt.% of water are added to the adhesive composition to attain the required viscosity.

Inventors: KANKAANPAEAE, PENTTI, KILPELAEINEN, HARRI, Kankaanpää, Pentti, Kilpeläinen, Harri
Applicants: VALTION TEKNILLINEN TUTKIMUSKESKUS
Application year: 1984
Main classification: C09J161
IPC codes: C09J161, C08G8, C08L97