Melaminharze

1. Unmodifizierte Melaminharze

Melamin reagiert mit Formaldehyd bei pH 9–10 unter Bildung von Hexahydroxymethylmelamin. Ein Mol Melamin verbindet sich mit 6 Mol Formaldehyd zu Hexahydroxymethylmelamin.

Melamin ist in Wasser nur wenig löslich, löst sich jedoch leicht in alkalischen Formaldehydlösungen unter Bildung von Hydroxymethylmelaminen. Beim Erhitzen vernetzen Hydroxymethylmelamine und bilden Harze, die umso unlöslicher werden, je länger sie erhitzt werden.

Melamin kondensiert auch mit Formaldehyd in saurer Lösung zu Hydroxymethylverbindungen, die dann einer Polykondensation unterliegen und vernetzte Produkte bilden. Melamin-Formaldehydharze können thermisch oder mit einem Härter gehärtet werden.

Der Aushärtungsprozess ist nicht ganz klar, es wird jedoch angenommen, dass Methylenbrücken und möglicherweise Methylenetherbrücken beteiligt sind. Melamin-Formaldehyd-Kondensate weisen eine gute thermische Stabilität, optische Eigenschaften und Wasserbeständigkeit auf.

2. Modifizierte Melaminharze

2.1. Reaktion mit Alkoholen

Melaminhydroxymethylverbindungen können mit Alkoholen zu Ethern verethert werden. Die wichtigste Verwendung dieser Ether ist die Verwendung als Oberflächenbeschichtungsharze. Sie können auch als Textilhilfsmittel, Melamin-Harnstoff-Formaldehydharze und Imprägnierharze verwendet werden.

Die Veretherungsreaktion wird bei relativ hohen Temperaturen unter Säurekatalyse durchgeführt. Es ist wichtig, das Wasser oder überschüssigen Alkohol aus der Lösung zu entfernen, um eine Vernetzung zu verhindern. Die Mono- bis Hexaalkylether der C1- bis C4-Alkohole lassen sich leicht herstellen. Für höhere Alkohole werden gute Umsätze nur durch Umetherung erzielt.

Die Methylether von Melaminhydroxymethylverbindungen sind bereits bei Raumtemperatur gut wasserlöslich und kristallisieren leicht. Die wässrigen Lösungen der aus höheren Hydroxymethylverbindungen hergestellten Methylether werden beim Erhitzen trüb und klären sich beim Abkühlen wieder.

Methylether sind in Wasser, Benzol und anderen ähnlichen Lösungsmitteln löslich. Mit höheren Alkoholen wie Butanol oder Benzylalkohol hergestellte Ether sind jedoch in Wasser unlöslich, in Alkoholen und einigen Kohlenwasserstoffen jedoch löslich.

Als Veretherungsmittel können neben Monoalkoholen auch mehrwertige Alkohole, z. B. Ethylenglykol, Glycerin, 3-Hydroxymethyl-1,5-pentandiol und Pentaerythrit, eingesetzt werden. Allerdings muss diese Veretherung in neutraler Lösung durchgeführt werden, da sonst die konkurrierende Vernetzungsreaktion schneller abläuft und unlösliche Produkte entstehen.

Die als Ausgangsstoffe für Oberflächenbeschichtungen verwendeten veretherten Melamin-Formaldehyd-Harze sind Kondensate mit niedrigen Molekularmassen von 600–1400. Dabei handelt es sich vermutlich um durch Methylenbrücken verbundene Triazinstrukturen, die zwei bis vier Melamingruppen enthalten. Die Ethergruppen sind zufällig über die Triazinringe verteilt.

2.2. Reaktion mit Aminen

Amine und Aminocarbonsäuren reagieren mit Hydroxymethylmelaminen zu Melaminharzen mit verbesserten hydrophilen Eigenschaften. Durch Kondensation mit Aminosäuren entstehen alkalilösliche Melaminharze, die in Imprägnier- und Formmassen eingesetzt werden.

Durch die Modifizierung mit Aminoalkoholen wie Aminoethanol entstehen basische Produkte, die mit Säuren Salze bilden können. Diese Produkte werden als Textilhilfsmittel eingesetzt, haben aber keine große industrielle Bedeutung.

2.3. Reaktion mit Hydrogensulfit

Melaminharze können ebenso wie Harnstoffharze mit Hydrogensulfiten reagieren. Die wirtschaftlichste Wahl für industrielle Anwendungen ist Natriumsulfit, Natriumhydrogensulfit oder Pyrosulfit. Die Reaktion kann sowohl im sauren als auch im basischen Medium durchgeführt werden.

Es entstehen wasserlösliche Melaminharze, die durch Zugabe von Säuren ausgefällt werden können. Hydrogensulfitmodifizierte Melamin-Formaldehyd-Harze werden in der Bauindustrie als Betonverflüssiger für Baustoffe eingesetzt.

Andere Modifikatoren wie Dithionit und Formaldehyd-Natriumsulfoxylat wurden ebenfalls in der Patentliteratur beschrieben.

2.4. Andere Modifikatoren

Bei der Herstellung von Imprägnierharzen ist die Modifizierung von Hydroxymethylmelaminharzen mit anderen Verbindungen wie Polyalkoholen, Zuckern, Toluolsulfonamiden, Lactamen, Nitrilen, Acrylaten und Polyacrylnitril wichtig. Diese Modifikationen verbessern ein breites Spektrum an Laminiereigenschaften und helfen, die Harzlösung zu stabilisieren, wodurch Trübungen und übermäßige Viskosität verhindert werden.

Die Bildung von Mischkondensaten und Cokondensaten aus Melamin und anderen Verbindungen wie Phenol, Harnstoff, Cyanamid und Dicyandiamid wurde ebenfalls untersucht.

Beispielsweise werden phenolmodifizierte Melamin-Harnstoff-Formaldehydharze in witterungsbeständigen Spanplatten eingesetzt. Diese Harze können auch an spezifische Anforderungen angepasst werden.

3. Verwendung von Melaminharzen

Melaminharz ist ein vielseitiges Material mit einem breiten Anwendungsspektrum. Hier sind einige der häufigsten:

• Baumaterialien: Melaminharz wird in Hochdrucklaminaten verwendet, die zur Herstellung von Arbeitsplatten, Möbeln und anderen Oberflächen verwendet werden. Es wird auch in Laminatböden und Fliesenwandpaneelen verwendet. Melaminharz ist für diese Anwendungen eine gute Wahl, da es stark, langlebig sowie feuchtigkeits- und kratzfest ist.
• Küchenutensilien und Geschirr: Melaminharz wird zur Herstellung verschiedener Küchenutensilien und Geschirr wie Schüsseln, Teller und Tassen verwendet. Es wird auch in einigen Lebensmittelverpackungen verwendet. Melaminharz ist für diese Anwendungen eine gute Wahl, da es ungiftig und resistent gegen Flecken und Kratzer ist.
• Schrank- und Möbelbau: Aus Melaminharz werden Melaminplatten hergestellt, die in montagefertigen Möbeln und Küchenschränken verwendet werden. Melaminplatten sind in einer Vielzahl von Farben und Mustern erhältlich und daher eine beliebte Wahl für Hausbesitzer, die ihre Möbel individuell gestalten möchten.
• Kohlenstoffabscheidung: Melaminharz hat sich als wirksam bei der Bindung von Kohlendioxid erwiesen, was es zu einem potenziellen Material für Anwendungen zur Kohlenstoffabscheidung macht. Bei der Kohlenstoffabscheidung wird Kohlendioxid aus der Atmosphäre abgeschieden und im Untergrund gespeichert. Dies kann dazu beitragen, den Ausstoß von Treibhausgasen zu reduzieren und den Klimawandel abzumildern.

Dies sind nur einige der vielen Einsatzmöglichkeiten von Melaminharz. Im Laufe der Forschung werden immer wieder neue und innovative Einsatzmöglichkeiten für dieses vielseitige Material entdeckt.

Verweise

• Amino Resins; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a02_115.pub2
• https://en.wikipedia.org/wiki/Melamine_resin