Aminoharze sind eine vielseitige Materialklasse mit einem breiten Anwendungsspektrum. Sie entstehen typischerweise durch die Reaktion eines Amins mit einem Formaldehyd und können mit einer Vielzahl anderer Zusatzstoffe weiter modifiziert werden.
Aminoharze werden in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt, darunter:
- Holzbearbeitung: Aminoharze sind ein Hauptbestandteil von Klebstoffen, die in der holzverarbeitenden Industrie verwendet werden. Sie werden verwendet, um Holzpartikel zu Produkten wie Spanplatten, MDF und Sperrholz zu verbinden
- Beschichtungen: Aminoharze werden in einer Vielzahl von Beschichtungen verwendet, darunter Farben, Lacke und Klebstoffe. Sie bieten eine gute Haftung, Härte und chemische Beständigkeit.
- Kunststoffe: Aminoharze können zur Herstellung einer Vielzahl von Kunststoffen verwendet werden, darunter Formteile, Folien und Platten. Sie werden auch als Bindemittel in Verbundwerkstoffen verwendet.
- Textilien: Aminoharze werden zur Verbesserung der Festigkeit und Haltbarkeit von Textilien eingesetzt. Sie werden auch zur Herstellung flammhemmender Stoffe verwendet.
- Andere Anwendungen: Aminoharze haben eine Vielzahl anderer Anwendungen, unter anderem bei der Herstellung von Schäumen, Schleifscheiben und Ionenaustauschharzen.
Der größte Abnehmer von Aminoharzen ist die holzverarbeitende Industrie. Aminoharze haben natürliche, auf Proteinen basierende Kleber wie Gluten-, Kasein-, Soja- und Blutalbuminkleber weitgehend ersetzt.
Inhaltsverzeichnis
1. Harzleime für die Holzindustrie
Aminoharz-Holzleime sind eine Art Klebstoff, der häufig in der holzverarbeitenden Industrie verwendet wird. Sie sind in zwei Formen erhältlich: flüssig und pulverförmig. Flüssige Aminoharzleime sind mehrere Wochen bis sechs Monate haltbar, pulverförmige Aminoharzleime dagegen ein Jahr oder länger.
Um Aminoharz-Holzleim zu verwenden, muss das Harz zunächst mit einem Härter vermischt werden. Der Härter kann eine Flüssigkeit oder ein Pulver sein. Nach dem Mischen von Harz und Härter kann der Leim auf die zu verklebenden Holzoberflächen aufgetragen werden.
Aminoharz-Holzleime werden typischerweise zum Verbinden von Holzpartikeln zu Produkten wie Spanplatten, MDF und Sperrholz verwendet. Sie können auch zum Verkleben von Sperrholz und Tischlerplatten sowie zum Verleimen von Holzbauteilen für den Möbelbau verwendet werden.
Aminoharz-Holzleime sind in der Regel kostengünstig und haben kurze Presszeiten. Darüber hinaus verfügen sie für die meisten Einsatzzwecke über ausreichende technische Eigenschaften. Allerdings sind sie nicht so wasserbeständig wie Melamin- oder Phenolharzkleber.
Der wirtschaftlich bedeutendste Aminoharz-Holzleim ist der Harnstoffharzleim. Denn Harnstoffharzkleber ist kostengünstig und hat kurze Presszeiten. Zur Herstellung von Holzspanplatten wird typischerweise Harnstoffharzleim verwendet.
Auch in der holzverarbeitenden Industrie werden Melaminharzleime und Mischkondensate aus Formaldehyd, Harnstoff, Melamin und/oder Phenol eingesetzt. Diese Kleber sind wasserbeständiger als Harnstoffharzkleber, aber auch teurer.
MDF-Harze sind eine Art Aminoharz-Holzleim, der seit den 1980er Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen hat. MDF-Harze sind niedrigviskose Harnstoff-Formaldehyd-Harze, die bei der Herstellung von mitteldichten Faserplatten verwendet werden.
Aminoharz-Holzleime sind vielseitige und wirtschaftliche Klebstoffe, die in der holzverarbeitenden Industrie vielfältig eingesetzt werden.
2. Imprägnierharze
Zur Behandlung von Papieren für dekorative Anwendungen werden Harnstoff-Formaldehyd- oder Melamin-Formaldehyd-Tränkharze eingesetzt. Aufgrund ihrer Eigenschaften wie Helligkeit, Härte, Abriebfestigkeit, Kratzfestigkeit und Photostabilität sind Aminoharze für diese Funktion geeignet.
Die imprägnierten Papiere dienen einem doppelten Zweck: entweder als Bestandteile bei der Herstellung dekorativer Laminate oder als Beschichtung für Holzspanplatten. Mit Melaminharz imprägnierte Papiere weisen im Vergleich zu Harnstoffharz eine höhere Hitzestabilität und Wasserbeständigkeit auf.
Der Prozess umfasst das Trocknen der mit Aminoharz imprägnierten Papierbahnen in einem Ofen bei Temperaturen zwischen 70 und 200 °C. Anschließend werden die getrockneten Platten bis zu ihrer Verwendung in klimatisierten Umgebungen gelagert.
Für die Herstellung dekorativer Laminate werden verschiedenste mit Aminoharz imprägnierte Papiere benötigt. Von besonderer Bedeutung sind Papiere, die dazu bestimmt sind, auf Platten, die aus zahlreichen Lagen phenolharzimprägnierten Kraftpapiers bestehen, ornamentale Muster zu verleihen, sogenannte Hochdrucklaminate (HPL) und kontinuierlich gepresste Laminate (CPL).
Ein wesentlicher Teil der modernen Laminatherstellung basiert jedoch auf der direkten Aufbringung von mit Aminoharz imprägnierten Dekorpapieren auf geeignete Substrate wie Spanplatten, mitteldichte Faserplatten (MDF) oder hochdichte Faserplatten (HDF). Diese Laminate werden üblicherweise als DPL (Direct Pressed Laminate) oder LPM (Low Pressure Melamine) abgekürzt.
Auch Grundfolien und Dekorfolien werden ähnlich wie Furniere mit einer Aminoharzimprägnierung behandelt. Analoge Anwendung finden sie in der Möbelindustrie. Diese Folien werden in der Regel aus Harnstoffharzen hergestellt, teilweise werden sie aber auch aus Mischungen von Melamin- und Harnstoffharzen hergestellt.
3. Formmaterialien
Formstoffe sind Verbundstoffe, die aus einem Füllstoff, beispielsweise Zellulose oder Sägemehl, und einem Bindemittel bestehen. Das Bindemittel kann ein Harnstoffharz oder ein Melaminharz sein.
Formstoffe aus Melaminharz sind solchen aus Harnstoffharz überlegen, da sie bessere Aushärtungseigenschaften, eine höhere mechanische Festigkeit und eine größere Beständigkeit gegen Kriechströme und Feuchtigkeit aufweisen.
Formmaterialien werden zur Herstellung einer Vielzahl von Objekten verwendet, darunter:
- Elektrische Stecker, Schalter, Abdeckungen und Telefonzubehör
- Tasten
- Camping-, Krankenhaus- und Kantinengeschirr
- Anschlusskästen und Isolierkomponenten
Es werden auch Mischharze verwendet, die einige Eigenschaften der einzelnen Harze vereinen.
4. Rohstoffe für Oberflächenbeschichtungen
Als alleinige Oberflächenbeschichtungen sind Aminoharze wenig brauchbar. Sie werden typischerweise mit Butanol oder Isobutanol verethert und in diesen Lösungsmitteln gelöst. Einige Marken werden auch mit Methanol, Ethanol oder Propanolen modifiziert.
Aminoharze sind zu spröde, um allein als Bindemittel in Oberflächenbeschichtungen eingesetzt zu werden. Sie sind jedoch in Kombination mit anderen Bindemitteln sehr nützlich. Harnstoffharze und Melaminharze sind die wichtigsten Vernetzungskomponenten für Alkydharze.
Durch die Zugabe von Aminoharzen zu Nitrozelluloselacken werden physikalisch trocknende Lacke erzielt. Der Zusatz dieser Harze verbessert die Härte, Fülle und Lichtbeständigkeit. Das Haupteinsatzgebiet liegt in der Möbelveredelung.
Durch Zugabe von Alkydharzen oder gesättigten Polyesterharzen werden säurehärtende Lackierungen erzielt. Diese Lacke können durch Zugabe einer Säure wie Salzsäure, p-Toluolsulfonsäure oder eines Phosphorsäurederivats bei erhöhter Temperatur gehärtet werden.
Die resultierenden Beschichtungen sind sehr hart und beständig gegen Kratzer, Lösungsmittel und Lichteinwirkung. Vor allem in der Möbelveredelung und Parkettversiegelung haben Harnstoffharze eine größere Bedeutung als Melaminharze.
Hitzehärtende Lackierungen werden durch die Kombination von Aminoharzen mit Alkydharzen, gesättigten Polyesterharzen, hitzehärtbaren Acrylatharzen oder Epoxidharzen erzielt. Aufgrund ihrer guten mechanischen Eigenschaften, ihres Glanzes und ihrer Beständigkeit sind diese Einbrennlacke von großer Bedeutung in der industriellen Metallveredelung, beispielsweise für Automobilkarosserien, Haushaltsgeräte, Metallmöbel und Behälter.
Aminoharze, die in der Oberflächenbeschichtungsindustrie eingesetzt werden, sind bei Raumtemperatur zwischen sechs Monaten und mehreren Jahren haltbar. Der Versand erfolgt in einfachen oder verzinkten Blechbehältern. Für den Transport mit Tankwagen und Eisenbahnkesselwagen werden ausschließlich Edelstahl- oder Aluminiumtanks verwendet.
5. Papierhilfsmittel
In der Papierindustrie werden Aminoharze eingesetzt, um die Festigkeit von Papier sowohl im trockenen als auch, was noch wichtiger ist, im nassen Zustand zu erhöhen. Anders als in der Textilindustrie werden diese Harze vor der Reaktion mit dem Papiermaterial vermischt.
Sie haften an den Fasern und verwandeln sich dann aufgrund einer chemischen Reaktion, die in einer sauren Umgebung stattfindet. Es dauert etwa zwei bis vier Wochen, bis das Papier durch diesen Prozess seine maximale Festigkeit erreicht.
Abhängig von der verwendeten Faserart reicht die Zugabe von etwa 1 bis 5 Gewichtsprozent Harz aus, um dem Papier im nassen Zustand Festigkeit zu verleihen. Aminoharze tragen auch dazu bei, Papieren eine wasserbeständige Ausrüstung zu verleihen, insbesondere wenn das Papier eine Beschichtung aus Stärke aufweist.
Unter diesen Harzen sind die aus Harnstoff gewonnenen Harze besonders wichtig. Sie beginnen als Verbindungen mit einer bestimmten Struktur und werden durch Zugabe von Aminen verändert, um ihnen eine positive Ladung zu verleihen, oder durch Zugabe von Sulfiten, um sie negativ zu machen.
Sobald diese Verbindungen modifiziert sind, reagieren sie in einer sauren Umgebung weiter. Das Endergebnis ist eine Art Harz, das sich in Wasser lösen kann. Diese Eigenschaft hilft ihnen, an Papierfasern zu haften, insbesondere an solchen, die negativ geladen sind. Wenn wir jedoch negativ geladene Harze verwenden möchten, müssen wir Aluminiumsulfat hinzufügen.
Melaminharze spielen auch eine entscheidende Rolle bei der Festigkeit des Papiers im nassen Zustand. Diese Harze reagieren mit Säuren und bilden stark saure Materialien, die eine positive Ladung tragen. Diese Materialien werden durch eine elektrische Ladung stabil gehalten und bestehen aus teilweise kondensierten Hydroxymethylmelaminen.
Mit Aminocapronsäure veränderte Melaminharze können allein oder in Kombination mit anderen Stoffen die seifenähnlichen Verbindungen, die bei der Behandlung von Papier verwendet werden, ganz oder teilweise ersetzen.
Eine andere Möglichkeit, diese Harze zu verwenden, ist die Herstellung von Stärkepasten, die feuchtigkeitsbeständig sind. Diese Pasten werden zum Verkleben von Wellpappe verwendet.
6. Textilhilfsmittel
Textilhilfsmittel auf Basis von Harnstoff, Melamin und Formaldehyd sind überwiegend monomer und bilden keine Harze. Sie reagieren mit den primären Hydroxylgruppen der Cellulose und bilden zusätzliche, stärkere kovalente Bindungen. An der Oberfläche synthetischer Fasern kommt es zur Selbstkondensation.
Die reinen Harnstoff-Formaldehyd-Addukte Mono- und Dihydroxymethylharnstoff sind wasserlöslich und kristallisieren leicht. Sie dienen zur knitterfreien und waschbeständigen Ausrüstung von Zellulosetextilien und Mischungen aus Zellulosefasern mit Synthetik und Wolle.
Zur Erzielung hochelastischer Versteifungseffekte und guter Waschbeständigkeit in Zellulosegeweben werden Hydroxymethylverbindungen des Harnstoffs eingesetzt, die einen hohen Kondensationsgrad aufweisen und über eine hohe Konzentration an Ethergruppen verfügen.
Eine wichtige Gruppe bilden Hydroxymethylverbindungen zyklischer Harnstoffderivate. Auch azyklische Verbindungen wie verschiedene Alkylcarbamate sind typische Ausrüstungsmittel.
Hydroxymethylmelamin-Derivate und ihre Ether sind für die Bereitstellung hochwertiger Lackierungen von einiger Bedeutung, wurden jedoch weitgehend durch die Reaktantentypen ersetzt. Die mit Hydroxymethylmelaminen erzielten Lackierungen sind waschbeständiger als die mit Hydroxymethylharnstoffen hergestellten.
Hydroxymethylmelaminverbindungen werden für geprägte Oberflächen bevorzugt, bei denen der Stoff mechanisch beschädigt werden kann.
7. Lederhilfsmittel
Bei der Harznachgerbung handelt es sich um ein Verfahren zur Verstärkung von chromgegerbtem Leder unter Verwendung von Hydroxymethylverbindungen von Harnstoff, Thioharnstoff, Melamin, Dicyandiamid und deren Ethern.
Die wässrigen Lösungen der Harze sollten in die Haut eindringen, bevor die Kondensation einsetzt. Der Säurekondensationskatalysator (pH 3,9–4,5) darf die Einwirkdauer der Gerbflotte nicht verkürzen oder die Haut schädigen.
Die Harze können mit Aminen kationisch oder mit Bisulfit anionisch gemacht werden. Die anionischen Harze auf Basis von Melamin oder Dicyandiamid machen Leder sehr fest und geschmeidig und lassen die Farbe unverändert.
Die Hydroxymethylgruppen reagieren mit den aktiven Gruppen der Kollagenfaser, die einen hohen Gehalt an Glycin, Prolin und Oxyprolin aufweist.
8. Andere Verwendungszwecke
Die Einsatzmöglichkeiten von Aminoharzen nehmen stetig zu. Allerdings hat die Bedeutung einiger Anwendungen, beispielsweise als Flammschutzmittel, abgenommen.
Einige Anwendungen, beispielsweise Gießharze, haben sich in der Praxis als unbefriedigend erwiesen. Weitere Anwendungen befinden sich noch im Entwicklungsstadium und ihre industrielle Eignung kann noch nicht beurteilt werden.
Referenz
- Amino Resins; Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. – https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/14356007.a02_115.pub2
