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~.~36~4i3~ ~
1 La presente invention concerne la preparation de
colles urée-formaldehyde et les colles ainsi preparees.
Les colles uree-folmaldehyde trouvent une application
particuliere comme liant dans la fabrication de panneau~
agglomérés ou contreplaques obtenus respectivement par
compression à chaud de particules essentiellement
cellulosiques, telles que des éclats ou des déchets de bois
ou des particules similaires impregnables par ces colles, ou
par compression à chaud de lames ou plaques de bois.
La presente invention vise a preparer des colles ureé-
formaldéhyde très stables ~ui permettent de fabriquer des
panneaux agg]omerés ou contreplaques ayant une bonne force
de cohesion grâce à la colle assurant la liaison de leurs
élements constitutifs et ayant dans certains cas des
avantages sur d'autres types de colles uree-formaldehyde.
Pour cela, la presente invention prévoit d'incorporer
un sel inorganique dans la preparation de la colle de
manière que ce sel participe ~ une reaction de
polymerisation en reagissant sur les produits de depart
servant à la preparation de la colle.
En operant de cette faScon, on obtient une colle finie
ayant les qualites requises pour l'utilisation désiree, qui
est déjà prépolymerise~e et aont la polymerisation peut être
ensuite facilement terminee lors de la fabrication des
panneaux par compression à chaud.
La colle ainsi preparee reste stable, sahs changement
de viscosit~, pendant des mois a 25 C ou à des temperatures
de stockage plus élevees. De plusr lorsqu'on utilise une
telle colle dans la fabrication de panneaux agglomére~s ou
contreplaques, la qualit~ des panneaux obtenus se trouve
amelioree en donnant des valeurs superieures de force de
cohesion interne.
'~ : .
~ 3~
Par ailleurs~ la colle ainsi préparée maintient
sa réactivité vis-à-vis des sels ammoniaca~Y et CLeS ac-des
oue l'on utilise habituellement comme agents catalytiques
lors de la fabrication des panneaux~
De plus, une telle colle peu~ ~tre préparée pour
dlfférents rapports molaires formaldéhyde/urée ; et les
conditions opératoires po~r la fabrication des p~nnea~ (du~
rée de cornpression9 pression, etc.) sont les m8mes que dan.s
le cas des colles uré~-formaldéhyde classiques.
Pour parvenir aux buts ci~dessus, la présente in
vention propose un procédé de préparation d'une colle urée-
formaldéhyde, selon lequel on mélan~e un sel inorganique
à une source de formaldéhyde, on chau fe et on fait réagir
avec de l'urée pour provoquer un début de polyrnérisat~on
en milieu acide, on arrête la réaction de polymérisation
lorsque le melange a atteint la viscosité désirée, on aJoute
de l'urée au mélange au cours du refroidissement et on ob-
tient la colle après refroidissement~
La source de formaldéhyde peut ~tre au choix une
s`oluti.on aqueuse de formaldéhyde, du formaldéhyde plus oumoins polymérisé, du para~ormaldéhyde QU bien du formal-
déhyde dé~à pr~condensé avec de l'uréeO
Dans le cas où on utilise une solution aqueuse de
formaldéhyde comme source ~e formaldéhyde, on effectue deux
additions d'urée au cours du chauf~age a~ant d'arr8ter la
réaction de polymérisation.
La solution aqueuse de formaldéhyde de départ peut
~tre toute solution disponible da~s le commerce.
La solution la plus employée est une solution à 37,h
qui contient su~fisamment de méthanol pour emp~cher la pr~-
cipitation de polym~re solide dans les conditi.ons normales d'ex-
.
`:
D4~
pédition e~ de s~ockage. Mais on peut u-tiliser ~ussi clu for-
maldéhyde de concentration plus éle~ée ou bien du paraformal-
déhyde.
Dans le cas où on utilise une solution à 37% de formal~
déhyde, on y ajoute une quantité de sel inorganiaue telle qu~
le rapport molaire sel inorganique/formaldéhyde est compris
~ntre 09015 et 0,35~ Apr~s addition du sel invrganique, on
chauffe le mélange, on effectue une pre~ière addition d'urée
lorsque la température du mélange est d'environ 50C et en
quantite telle que le rapport molaire formaldéhyde/urée obtenu
est d'environ 2,65, on poursuit le chau~fage et on effectu~
une deuxième addition dlurée lorsque la température du mélange
est d'en~iron 100C et en quanti.té telle que le rapport mo-
laire formaldéhyde/urée obtenu est compris entre environ
2,0 et 2t65,
Dans le cas où on utilise un précondensé urée-formal-
déhyde comme source de formaldéhyde, on effectue une addition
d'urée au cours du chauffage du mélange.
Le précondensé urée-formaldehyde utilisé comme source
de ~ormaldéhyde peut ~tre tout ~pe de précondensé urée-
formaldéhyde disponible sur le march~,
Ces précondensés ont généralement les caractéristiques
sui.~antes :
Concentration active (urée + formaldéhyde) 60 à 85h
Rapport molaire formaldéhyde/urée 4:1 à 6:1
Ces précondensés offrent l'avantage d'avoir une con
~.entration élevée en ~ormaldéhyde en même temps qu'une très
bonne stabilité (supérieure à 6 mois) et de simplifier beau-
GOUp la production de colles urée-formaldéhyde~
Il existe plusieurs procédés connus pour la pré~ara-
t~on de précondensés urée-formaldéhyde qui dépendent essen-
tiellement de la manière dont on obtient le formaldéhyde :
- Absor~tion de formaIdéhyde gazeux avec des solutions d'urée
de concentration éle~ée.
- Concentration de solutions aqueuses normales de formaldéhyde
et stabilisation au moyen d'urée~
- Réaction directe de solution de formaldéhyde très concentrée
(68 70%) avec. de l'urée~
~3~88
1 En partant d'un précondense uree-formaldéhyde, les
étapes d'obtention d'une colle ure~e-formaldehyde classique
sont les mêmes que dans le cas où on part d'une solution de
formalde~hyde, à ceci près qu'il n'est normalement pas
necessaire d'effectuer une elimination finale d'eau.
La quantite de sel ajout~e au precondense ureé-
formaldehyde est telle que le rapport molaire
sel/formaldehyde est compris entre 0,015 et 0,35.
Le chauffage du mélange peut etre commence soit avant
addition du sel et de l'eau soit immédiatement apres.
L'addition d'uree est effectue'e ensuite lorsque la
temperature du me~lange est comprise entre 60 et 65DC et en
quantite telle que le rapport formaldéhyde/uree obtenu est
compris entre 2,0 et 2,65.
Après cette première addition d'uree, on règle le pH
entre 5 et 6,5, on continue le chauffage jusqu'a ce que le
melange atteigne une temperature de 80 a 100 C et on
arre~te la reaction de polymerisation.
Dans les deux cas precite's, à partir du moment ou on a
fait la première addition d'uree, le mélange a les mêmes
qualite's independamment de la nature de la source de
formaldéhyde employeeet le reste de l'opération se produit
de la me~me faScon.
Lorsque le melange a atteint la viscosite désiree, on
arrete la reaction de polymerisation par alcalinisation du
mélange, par exemple par addition d'une solution de soude,
lorsque le temperature du melange est comprise entre ao et
100 C.
On refroidit ensuite le melanye et on effectue une
addition d'uree lorsque la temperature du mélange est com-
prise entre 60 et 80C et en quantite~telle que le rapport
formaldéhyde/uree obtenu est compris entre 1,5 et 2,0.
On elimine éventuellement l'excès d'eau par distilla-
tion sous vide et on poursuit alors le refroidissement
jusqu'à la temperature ambiante ou a une temperature
légèrement superieure, c'est-à-dire a une temperature de 20
a 35~ C, et on règle le pH à une valeur de 8,0 a 8,5.
La colle c`~e~ e ~ellt alors ~tre utilisee dans la
~abrication de parmec?ux a~glom~rés ou contreplaques.
Dans tout 1e procédé de l'invention, l'urée peut 8tre
remplacée en partie par la mélamine a~in d'améliorer la re-
sistance de la colle à l'eau dans le cas où elle est utiliséedans la fabr~cation de panneaux ag~loMérés ou conJ~pla~ues
destinés à une ~ilisation à l'extérieur.
Le ~el inorganique utilisé dans le procédé de l'inven
tlon peut ~tre tout sel inorganique soluble tel qu'un sel de
10 métal alcalin ou a1calirlo~terreux, en particulier ~ haloge~ `
nure de metal alcalin ou alcalino-terreux ou un sel d'acide
neral et de métal alcalin ou alcalino-terreux, tel qu'un sul--
~ate de métal alcalin.
A titre d'exemples non limitatifs de sels con~enant à
la mise en oeuYre du procédé de lSinvention, on peut citer le
chlorure de magnésium, le chlorure de potassium9 le chlorure de
sodium~ le chlorure de calcium, le bromure de potassium, le
broDIure de sodium et le sulfate de sodium.
On peut ~jouter aux colles de 1 t inventton un ou plu
sieurs des additifs utilisés habituellement dans les colles
urée-formaldehyde classiques, tels que des additifs am~liorant
les qualités de la colle ou des panl~eaux obtenus, comme par
exemple des additifs ignifugeants.
Les colles urée-formal~éhyde de l'inven-tion s'utilisent
de la m~me manière que les colles urée formaldéhyde c]as3iaues
pour la fabrication de panneaux agglomérés ou contreplaques.
Les conditions de température, de pression ~t de duree
de compression dépendent notamment de la densité et de l'épais~
seur du panneau à agglomérer et constituent des paramètres
3~ dont le choix est familier à l'homme de métier. En général la
t~pélature est d'environ 100 à 200C et la pression d'environ
2 à 30 kg/cm2.
La quantité de colle à utiliser est d'environ 5 à 15
parties en poids de colle, considérée comme étant de 100
~5 en matières s~ches, pour 100 parties de particules à agglomé~
rer.
D'autres caracterlstiques et avantages de l'invention
r
~L3L3~
résulteront de~ e~ernples ci-a~rès, donné~ uniquement à titre
illust~a-cif et nullement limitatiT^ de l t i.nventioIl.
xe~le 1
-
On part d'un précondensé uree formaldéhyde dont le
rapport molaire formaldéhyde/vrée est de 5 et dont le pH est
compris entre 793 et 7,5~ On chaufle ca précondensé jusqu~à
une température de 6Q à 650C.
On dissout ensuite ~ sel inorganique dans le pré-
condensé, a~ec la quantité d'eau nécessalre pour ~ain-tenir la
teneur ~inale en solides de la colle à sa valeur normale de
65 ~ 1% et la quantité de sel inorganique ajoutée est tell~
que le rapport molaire sel inorganique/formaldéhyde est com-
pris entre 0~015 et 0,35.
Lorsque le sel est complètement dissous (température d0
60 à 65C)t on ajoute ~e quantité initiale d'urée de telle
manière que le rapport molaire formaldéhyde/urée soit compris
e~re 271 et 2,3, et on poursuit le chauffage. On vérifie le pH
à 50C et ce pH doit être normalement compris entre 6,7 et 6~6.
On cont~nue le chau~age jusqu'à 100C et on maintient
le mélange au re~lux en vérifiant périodiquement le pH et la
viscos~té. Le pH doit ~tre maintenu entre 6,3 et 6,5. Si
cela est nécessaire, on peut abaisser le pH en ajoutant de
l'acide ~ormique à 10~ au cours de la reaction. Toutelois~ une
telle additio~ n'est généralernent pas nécessaire.
La réaction de polyrnerisation est arr~tée par addition
d'une solution de soude à 50% lorsque la viscosité du mélange
atteint la valeur désirée pour chaque type de colle.
On re~oidit alors le mélange jusqu'à 70-~0C et on
effectue une deuxième addition d'urée de manière à fixer le
rapport molaire ~ormaldehyde/urée entre 1,53 et 1,59~ Après
cette addition, le produit est refroidi à une ternpérature com-
prise entre 20 et 35C, et finalernent le pH est ajusté entre
8,0 et 8,5,
L~ colle peut ~tre alors utilisée pour la fabrication
de panneaux de bois agglomérés ou contreplaqués~
Exem~e 2
On part d'un précondense urée~formald~hyde dont le
,
~L~L3~
~apport molair~ formaldéhyde/urée est de 47~1 On ~joute la
quanti.té d'eau n~c~ssaire pour que la colle te~3.nee ôit u~e
teneur en résidu sec norn~alelllent comprise entre 60 et 70,' en
poids. Si cela est nécessaire, on ajoute le pH du préconden.se
à 7,2 8,0.
On ajoute alors le sel inorgani.que en quanti-té t.elle
que le rapport molaire formaldéhyde/sel soit compris ent~e
09015 e~ 0,35.
En variarlte, il est possible de dissoudre ~otalemenT
10 ou partiellement le sel dans ''eau avant de l'ajouter au pre~
condensé On chauffe alors le m~lange jusqu'a 600C et on ef~
fec:tue une première addition d'urée de telle sor-~e que le rap-
port molaire for~aldéhyde/urée soit compris entre 292 e~ 2,5
après cette addition
On cont.lnue le chauf~age jusqu'à 80C et~ en maintenant
cette température, on ajuste le pH à une ~aleur comprise en~
tre 5,8 et 6,0 On vérifie périodiquement le pH et la viscosi-té
d.u mélange.
La réaction de polymérisation es+~ arr~tée par addition
20 d'une solution de soude lorsque la viscosité du mélange e~t
de 5000 cps à 25C On continue le refroidissement jusqu.tà
600C et on ef-~ectue une deuxième addition d'urée pour fixer le
rapport formaldéhyde/urée entre 1~8 et 2,00 Après cette addi~
tion, le produit est refroidi à 20C et7 finalemellt9 le pH
25 est a~usté entre ~,0 et ~5. La colle obtenue est pr~te a
ltemploi.
A titre indi.catif, on peut utiliser les quantités sui-
vantes :
100 kg d'un précondensé urée/formald~hyde contenan-t
60% de formaldéhyde et 25% d'urée sont mélangés à 40 kg d'eau
et 20 kg de chlorure de potassium. J.a première addi~ion d'urée
est de 23 kg et la deuxième addi~.ion d'urée est de 12 kg. La
quanti-t~ de colle ainsi obtenue est de 195 kg.
Une telle colle con~ient tout particulièrement à la
fabrication de panneaux de bois contreplaqués~
~.
On part dtune sol.ution aqueuse à 37% en poids de formal~
~363~
cl~hyde. On ajuste le ~H ~ une valeur faiblement alGa!ine)
c'es-t a~dire comprise entre 7,0 et 890 et on ajoute le sel
inorganique~ On commence le chauffage~ et lorsque la températu-
re atteint ~0C on effectue la première addition d'uree de ma~
nière a obtenir un rapport molaire formaldéhyde/urée de 2 9 65.
Lorsque la température atteint 100C, Oll ajuste le pH à une
~aleur comprise entre 5g8 et 6,20 30 minutes p].us tard, on
e~fectue la seconde addition d'urée de manière à obtenir un
rapport molaire formaldéhyde/uree compris entre 2J0 e-t 2~25.
La réaction est arr~tée par alcalinisati.on légère e-t lorsque
la viscosité est de 35 cps à 25C
On poursuit le re~roidissement jusqu'à 80C et o~
effectue une trois~eme additi~n d'urée ~our fixer le rapport
molaire formaldéhyde/urée entre 1,45 et 1,6~
L'excès d'eau est éliminé par distillation sous ~ide
et la colle est refroidie à 20C. Le pH est ajust.é entre 850
et 8,5 et la viscosi.té de la colle ainsi obtenue est Gomprise ;~
cntre 350 et 500 cps.
A titre in~icatif7 on peut utiliser les quan-tités sui-
~antes :
150 kg d'une solution aqueuse à 37% de formaldéhyde
20 kg de bromure de sodium
42 kg d'urée (première addition)
8 kg d'urée (seconde addition)
22 kg d'urée (troisième addition)
I.a quantité de colle ainsi obtenue e~t approximative-
ment de 200 kg,
Une ~elle colle convient tout particulièrement à la
~æ`~,ricat~.on de panneaux de bois agglomérés.
~0 ~ e_4
On part d'un précondensé urée/formaldéhyde dont ~e
rappor~ molaire formaldéhyde/urée est egal à 5,
Si cela est nécessaire, on ajus~e le pH en~re 7~2
e~ ~,0 et on ajoute ensuite l'eau et le sel inorganlque, qui
est du bromure de potassium.
On chauf~e le mélange à 60~C et on effectue alors une
première addition d'urée de rnanière que le rapport molaire
~3~ 8
formalde'~ de/~s~-e soit égal à 291~2,4 après cett~ addition~
On continue 19 chauffage jusqu:à 95~C et~ en l~aintenant cette
~empérature~ on ajus~e le pH entre 5j9 et 6,1.
On effectue des ~erificaticlls périodiques du pH et
de la ~iscosité et on arr~te la réactjon de pol~rnérisation par
addition d'~me solution de soude lorsque la viscosité du mé-
lange est de 1300 c~s à 25C. On refroidit alors le mélange
à 600c et on e~fectue une deuxième addi-tion d'urée de manière
à fixer le rapport molaire ~ormaldehyde/urée entre 1, 5 et 1~7
A ~itre indicatifS on peut utiliser les quantites sui-
vantes :
115 kg de précol~densé urée/~ormaldéhyde contenant 50%
de formaldéhyde et 20% d'ur~ sont melangés à 22 ls~ de bromure
de potassium et 15 kg d'eau.
La premi~re addition d'urée est de ~2 kg.
La de~ième addi-~ion d'urée est de 20 kgo
La ~uantité de colle obtenue est approximativement de
200 kg.
Une telle colle conu~n-t particulièrement à la fabrica~
tion de panneaux de bois agglomérés.
Exem~le 5
__
Cet exemple lllus~re la fabrication au labora~oj.re
d'un panneau de bois aggloméré formé de trois c,ouches9 à sa~
voir deux couches superficielles et une couche intermédiaire,
1) Matières pre~iè
a) Bois
Le bois utilisé est constitué à 100% de pin, la dimen~
slon des particules est comprise entre 0,15 et 15 mm, les par~
ticules de plus petites dimensions étant utilisées pour cons--
tituer les couches superficielles.
b) Colle
On peut utiliser la colle de l'exemple 3 ou de l'exemple
4 ci~dessus ou une autre colle similaire préparée en incorpo-
ra;~t le sel inorganique dans la réactjon de polymérisation~
~5 ~a teneur en solides de la colle ~t de 65 ~ 1%.
23 DépSt des couches
a) Couches superficielles :
i
~o
~L~3~
Le rapport entle les solides de la colle et les part
cules seches de bois est de 10,~ en poids.
On vtilise 973 g de particules de bois et 175 g d'un
mélange liant coil1prenant 135 g de co~le, 0,~7 à 0941 g de
NH4Cl, 5,3 à 1096 g de cire de paraffine (500b)9 et ~0 à 35 g
~'eau.
b) Couche in~ermédiaire
Le rapport entre les solides de colle et les parti~
cules sèches de bois ast égal à 8%.
On utilise 1629 g de particules de bois et 248 g d'~r
Mélange liant comprenant 191 g de colle 9 1 ~ 5 à 1~9 g de
NH4Cl~ 9,3 à 17,6 g de cire de paraffine (50%), et 38 à 46 g
d'eau.
Industriellement, la quantité d'eau dépend de plusieurs
facteurs : -
a) le type de l'installation : avec ou sans pr~-~ressage~
température des plaques~ etc.
b) le type de la machine ~ coller : machine centri~
fuge, pulvérisateur5 etcO
La densité théorique du panneau aggloméré fini est de
680 ~ 690 kg/ ~3. Les dimensions du panneau obtenu son-t de
500 ~ 500 x 17,5 mm.
3) Opération de compression
On utilise une presse du type Siempelkamp. On réal~ise
u~e nappe carrée avec la quantité suffisante de particules pnu
obtenir la densité indiquée ci-dessus et une épa~seur d~
16 mm. La température est de 150~C et, au cours de la compres
sion, la pression varie entre 3 kg/cm2 et 25 kg/cm2 avec deux
étapes intermédiaires de ven-tilation au cours du cycle,
Toutes les qualités de colles uree-formaldéhyde qu'on
a merltionnées peuvent ~tre obtenues quelle que soi-t ]a source
de ~ormaldéhyde utilisée (solution aqueuse, paraformaldehyde,
formaldéhyde concentré, précondensat urée formaldéhyde)~
