Aminoharsen zijn een veelzijdige klasse van materialen met een breed scala aan toepassingen. Ze worden doorgaans gevormd door de reactie van een amine met een formaldehyde en kunnen verder worden gemodificeerd met een verscheidenheid aan andere additieven.
Aminoharsen worden gebruikt in een verscheidenheid aan industrieën, waaronder:
- Houtbewerking: Aminoharsen zijn een belangrijk onderdeel van lijmen die worden gebruikt in de houtbewerkingsindustrie. Ze worden gebruikt om houtdeeltjes aan elkaar te binden om producten te vormen zoals spaanplaat, MDF en multiplex.
- Coatings: Aminoharsen worden gebruikt in een verscheidenheid aan coatings, waaronder verf, lakken en kleefstoffen. Ze bieden een goede hechting, hardheid en chemische bestendigheid.
- Kunststoffen: Aminoharsen kunnen worden gebruikt om een verscheidenheid aan kunststoffen te produceren, waaronder gegoten onderdelen, films en platen. Ze worden ook gebruikt als bindmiddel in composieten.
- Textiel: Aminoharsen worden gebruikt om de sterkte en duurzaamheid van textiel te verbeteren. Ze worden ook gebruikt om vlamvertragende stoffen te produceren.
- Andere toepassingen: Aminoharsen hebben een verscheidenheid aan andere toepassingen, waaronder de productie van schuimen, slijpschijven en ionenuitwisselingsharsen.
De grootste consument van aminoharsen is de houtbewerkingsindustrie. Aminoharsen hebben grotendeels natuurlijke lijmen op basis van eiwitten vervangen, zoals gluten-, caseïne-, sojabonen- en bloedalbuminelijmen.
Inhoudsopgave
1. Harslijmen voor de houtbewerkingsindustrie
Aminoharshoutlijmen zijn een soort lijm die veel wordt gebruikt in de houtbewerkingsindustrie. Ze zijn verkrijgbaar in twee vormen: vloeibaar en poedervormig. Vloeibare aminoharslijmen hebben een houdbaarheid van enkele weken tot zes maanden, terwijl poedervormige aminoharslijmen een houdbaarheid hebben van een jaar of langer.
Om aminoharshoutlijm te gebruiken, moet de hars eerst worden gemengd met een uithardingsmiddel. Het uithardingsmiddel kan een vloeistof of een poedervormig middel zijn. Nadat de hars en het uithardingsmiddel zijn gemengd, kan de lijm worden aangebracht op de te verlijmen houtoppervlakken.
Aminoharshoutlijmen worden doorgaans gebruikt om houtdeeltjes aan elkaar te lijmen om producten te vormen zoals spaanplaat, MDF en multiplex. Ze kunnen ook worden gebruikt om multiplex en meubelplaat aan elkaar te lijmen en om houten componenten voor meubelconstructie te lijmen.
Aminoharshoutlijmen zijn doorgaans goedkoop en hebben een korte perstijd. Ze hebben ook voldoende technische eigenschappen voor de meeste doeleinden. Ze zijn echter niet zo waterbestendig als melamine- of fenolharslijmen.
De belangrijkste aminoharshoutlijm vanuit economisch oogpunt is ureumharslijm. Dit komt omdat ureumharslijm goedkoop is en korte perstijden heeft. Ureumharslijm wordt doorgaans gebruikt om houtspaanplaten te produceren.
Melamineharslijmen en gemengde condensaten van formaldehyde, ureum, melamine en/of fenol worden ook gebruikt in de houtbewerkingsindustrie. Deze lijmen zijn waterbestendiger dan ureumharslijm, maar ze zijn ook duurder.
MDF-harsen zijn een type aminoharshoutlijm dat sinds de jaren 80 steeds belangrijker is geworden. MDF-harsen zijn ureum-formaldehydeharsen met een lage viscositeit die worden gebruikt bij de productie van vezelplaat met gemiddelde dichtheid.
Aminoharshoutlijmen zijn een veelzijdig en economisch type lijm dat wordt gebruikt in verschillende toepassingen in de houtbewerkingsindustrie.
2. Impregneerharsen
Ureum-formaldehyde of melamine-formaldehyde impregneerharsen worden gebruikt bij de behandeling van papier voor decoratieve toepassingen. De eigenschappen van aminoharsen, waaronder helderheid, hardheid, slijtvastheid, krasbestendigheid en fotostabiliteit, maken ze geschikt voor deze functie.
De papiersoorten die worden geïmpregneerd, dienen een dubbel doel: ofwel als bestanddelen bij het maken van decoratieve laminaten of als coatings voor houtspaanplaten. Papiersoorten die zijn geïmpregneerd met melaminehars hebben een grotere hittestabiliteit en waterbestendigheid vergeleken met ureumhars.
Het proces omvat het drogen van de met aminohars geïmpregneerde papierbanen in een oven die werkt bij temperaturen van 70 tot 200 °C. Vervolgens worden de gedroogde vellen opgeslagen in klimaatgestuurde omgevingen tot ze worden gebruikt.
Een divers scala aan met aminohars geïmpregneerde papiersoorten wordt gebruikt bij de productie van decoratieve laminaten. Van bijzonder belang zijn papiersoorten die zijn ontworpen om decoratieve patronen te geven aan platen die zijn samengesteld uit meerdere lagen fenolhars-geïmpregneerd kraftpapier, bekend als hogedruklaminaat (HPL) en continu geperst laminaat (CPL).
Een substantieel deel van de hedendaagse laminaatproductie is echter afhankelijk van de directe toepassing van met aminohars geïmpregneerd decoratief papier op geschikte substraten, zoals spaanplaat, medium-density fiberboard (MDF) of high-density fiberboard (HDF). Deze laminaten worden gewoonlijk afgekort als DPL (direct pressed laminate) of LPM (low pressure melamine).
Grondfolies en decoratieve folies, vergelijkbaar met fineer, worden ook behandeld met aminohars-impregnatie. Ze vinden een analoge toepassing in de meubelindustrie. Deze folies zijn over het algemeen afgeleid van ureumharsen, maar worden in zekere mate ook geproduceerd uit mengsels van melamine- en ureumharsen.
3. Vormmaterialen
Vormmaterialen zijn composieten die bestaan uit een vulmiddel, zoals cellulose of zaagsel, en een bindmiddel. Het bindmiddel kan een ureumhars of een melaminehars zijn.
Gietmaterialen gemaakt met melaminehars zijn beter dan die gemaakt met ureumhars omdat ze betere hardingseigenschappen, hogere mechanische sterkte en grotere weerstand tegen het volgen van stromen en vocht hebben.
Gietmaterialen worden gebruikt om een verscheidenheid aan objecten te maken, waaronder:
- Elektrische stekkers, schakelaars, afdekkingen en telefoonaccessoires
- Knoppen
- Kampeer-, ziekenhuis- en kantineservies
- Aansluitdozen en isolatiecomponenten
Gemengde harsen die enkele eigenschappen van de afzonderlijke harsen combineren, worden ook gebruikt.
4. Grondstoffen voor oppervlaktecoatings
Aminoharsen zijn niet erg bruikbaar als oppervlaktecoatings op zichzelf. Ze worden meestal veretherd met butanol of isobutanol en opgelost in deze oplosmiddelen. Sommige merken zijn ook gemodificeerd met methanol, ethanol of propanolen.
Aminoharsen zijn te broos om alleen als bindmiddel in oppervlaktecoatings te worden gebruikt. Ze zijn echter zeer nuttig in combinatie met andere bindmiddelen. Ureumharsen en melamineharsen zijn de belangrijkste vernettingscomponenten voor alkydharsen.
Fysisch drogende afwerkingen worden verkregen door aminoharsen toe te voegen aan nitrocellulose-afwerkingen. De toevoeging van deze harsen verbetert de hardheid, het lichaam en de stabiliteit tegen licht. Het belangrijkste toepassingsgebied is de afwerking van meubels.
Zuuruithardende afwerkingen worden verkregen door alkydharsen of verzadigde polyesterharsen toe te voegen. Deze afwerkingen kunnen worden uitgehard door een zuur toe te voegen, zoals zoutzuur, p-tolueensulfonzuur of een fosforzuurderivaat, bij een verhoogde temperatuur.
De resulterende coatings zijn zeer hard en bestand tegen krassen, oplosmiddelen en de effecten van licht. Ureumharsen zijn belangrijker dan melamineharsen, met name bij het afwerken van meubels en het afdichten van parket.
Warmte-uithardende afwerkingen worden verkregen door aminoharsen te combineren met alkydharsen, verzadigde polyesterharsen, warmte-uithardende acrylharsen of epoxyharsen. Vanwege hun goede mechanische eigenschappen, glans en bestendigheid zijn deze gebakken afwerkingen uiterst belangrijk bij industriële metaalafwerking, bijvoorbeeld voor carrosserieën van auto’s, huishoudelijke apparaten, metalen meubels en containers.
Aminoharsen die worden gebruikt in de oppervlaktecoatingindustrie hebben een houdbaarheid van zes maanden tot enkele jaren bij kamertemperatuur. Ze worden verzonden in gewone of gegalvaniseerde plaatstalen containers. Alleen roestvrijstalen of aluminium tanks worden gebruikt voor transport door tankwagens en spoorwagontanks.
5. Hulpstoffen voor papier
In de papierindustrie worden aminoharsen gebruikt om zowel de sterkte van papier te verbeteren wanneer het droog is als, nog belangrijker, wanneer het nat is. In tegenstelling tot de textielindustrie worden deze harsen gemengd met het papiermateriaal voordat de reactie plaatsvindt.
Ze hechten zich aan de vezels en transformeren vervolgens door een chemische reactie die plaatsvindt in een zure omgeving. Het duurt ongeveer twee tot vier weken voordat het papier zijn maximale sterkte bereikt door dit proces.
Afhankelijk van het type vezel dat wordt gebruikt, is het toevoegen van ongeveer 1% tot 5% hars per gewicht voldoende om het papier sterk te maken wanneer het nat is. Aminoharsen spelen ook een rol bij het geven van een waterbestendige afwerking aan papier, vooral wanneer het papier coatings heeft die zijn gemaakt van zetmeel.
Van deze harsen zijn de harsen die zijn afgeleid van ureum bijzonder belangrijk. Ze beginnen als verbindingen met een bepaalde structuur en worden veranderd door toevoeging van aminen om ze een positieve lading te geven, of door toevoeging van sulfieten om ze negatief te maken.
Eenmaal gemodificeerd, reageren deze verbindingen verder in een zure omgeving. Het eindresultaat is een soort hars die kan oplossen in water. Deze eigenschap helpt ze te hechten aan papiervezels, vooral de negatief geladen vezels. Als we echter negatief geladen harsen willen gebruiken, moeten we aluminiumsulfaat toevoegen.
Melamineharsen spelen ook een cruciale rol bij het sterk maken van papier als het nat is. Deze harsen reageren met zuren om sterk zure materialen te creëren die een positieve lading dragen. Deze materialen worden stabiel gehouden door een elektrische lading en bestaan uit gedeeltelijk gecondenseerde hydroxymethylmelamines.
Melamineharsen die zijn veranderd met aminocapronzuur kunnen, alleen of in combinatie met andere stoffen, een deel of alle zeep-achtige verbindingen vervangen die worden gebruikt bij de behandeling van papier.
Een andere manier waarop deze harsen worden gebruikt, is bij het maken van zetmeelpasta’s die bestand zijn tegen vocht. Deze pasta’s worden gebruikt om golfkarton te lijmen.
6. Textielhulpstoffen
Textielhulpstoffen op basis van ureum, melamine en formaldehyde zijn overwegend monomeer en vormen geen harsen. Ze reageren met de primaire hydroxylgroepen van cellulose om extra, sterkere covalente bindingen te vormen. Zelfcondensatie vindt plaats op het oppervlak van synthetische vezels.
De zuivere ureum-formaldehyde-adducten, mono- en dihydroxymethylureum, zijn in water oplosbaar en kristalliseren gemakkelijk. Ze worden gebruikt om kreukvrije en was-en-draagbare afwerkingen te bieden voor cellulosetextiel en mengsels van cellulosevezels met synthetische stoffen en wol.
Hydroxymethylverbindingen van ureum die een hoge mate van condensatie vertonen en een hoge concentratie ethergroepen bezitten, worden gebruikt om zeer elastische verstijvingseffecten en een goede wasbestendigheid in celluloseweefsels te produceren.
Een belangrijke groep wordt gevormd door hydroxymethylverbindingen van cyclische ureumderivaten. Acyclische verbindingen, zoals verschillende alkylcarbamaten, zijn ook typische finishingmiddelen.
Hydroxymethylmelaminederivaten en hun ethers zijn van enig belang voor het leveren van hoogwaardige afwerkingen, maar ze zijn grotendeels vervangen door de reactanten. De afwerkingen die worden verkregen met behulp van hydroxymethylmelamines zijn beter bestand tegen wassen dan die welke worden gemaakt met hydroxymethylureum.
Hydroxymethylmelamineverbindingen hebben de voorkeur voor reliëfafwerkingen waarbij de stof mechanisch kan worden beschadigd.
7. Hulpstoffen voor leer
Herlooien van hars is een proces om chroomgelooid leer te versterken met behulp van hydroxymethylverbindingen van ureum, thioureum, melamine, dicyaandiamide en ethers hiervan.
De waterige oplossingen van de harsen moeten de huid binnendringen voordat de condensatie begint. De zuurcondensatiekatalysator (pH 3,9-4,5) mag de activiteitsperiode van de looivloeistof niet verkorten of de huid beschadigen.
De harsen kunnen kationisch worden gemaakt met behulp van aminen of anionisch met behulp van een bisulfiet. De anionische harsen op basis van melamine of dicyaandiamide maken leer zeer sterk en soepel en laten de kleur onveranderd.
De hydroxymethylgroepen reageren met de actieve groepen van de collageenvezel, die een hoog gehalte aan glycine, proline en oxyproline heeft.
8. Andere toepassingen
Het aantal mogelijke toepassingen voor aminoharsen neemt voortdurend toe. Het belang van sommige toepassingen, zoals vlamvertragende middelen, is echter afgenomen.
Sommige toepassingen, zoals gietharsen, zijn in de praktijk onbevredigend gebleken. Andere toepassingen bevinden zich nog in de ontwikkelingsfase en hun industriële geschiktheid kan nog niet worden beoordeeld.
Referentie
- Aminoharsen; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a02_115.pub2
