Harnstoff-Formaldehyd-Harz

Harnstoffharzen sind nach DIN 7728 Aminoplaste (Kunststoffe), welche als Kondensationsprodukte aus Harnstoff (bzw. Harnstoffderivaten) und Aldehyden (insbesondere Formaldehyd) hergestellt und chemisch bzw. thermisch ausgehärtet werden können.

Die Harnstoff-Formaldehyd-Harze werden kurz als UF-Harze (von engl. urea = Harnstoff) bezeichnet.

Herstellung

Technisch erfolgt die Herstellung von UF-Harzen in großen Reaktoren (etwa 20 bis 40 m³), welche mit einem Rührwerk, Heiz- und Kühlschlangen sowie Dosiermöglichkeiten für die "großen" Rohstoffe sowie Säuren, Laugen und eventuelle Additive.

Das "klassische" Herstellungsverfahren für UF-Harze verläuft technisch entsprechend folgenden Schritten:

• Methylolierung: Zugabe von Harnstoff zu Formalin bzw. UF-Harz
• Kondensation: Zugabe von Säure bzw. sauren Salzen (wie beispielsweise Ammoniumsulfat)
• Beenden der Kondensation: durch Erhöhen des pH-Wertes mittels Lauge (pH > 7)
• Einstellen des richtigen molaren Verhältnisses von Formaldehyd und Harnstoff
• Einstellen des richtigen Feststoffgehaltes (falls nötig, durch Entfernen von Wasser durch Destillation)

Für spezielle Anwendungen wie beispielsweise Leime für Tischlerei-Anwendungen finden die weitgehend getrockneten Pulverleime Einsatz. Diese werden durch Sprühtrockung der UF-Flotte anstelle des Destillationsschrittes hergestellt.

Methylolierung

In einer Additionsreaktion von Formaldehyd an Harnstoff entstehen im wesentlichen Methylolharnstoffe.

Methylolierung von Harnstoff

Kondensation

Durch eine über Zeit, Temperatur und pH-Wert gesteuerte Kondensationsreaktion der Harnstoffmethylole mit Harnstoff bzw. auch untereinander verbinden sich die Monomeren zu größeren Molekülen (Oligomere und Polymere). Dabei bilden sich Methylenbrücken und Etherbrücken. Die Kontrolle des Kondensationsgrades erfolgt durch Messung kondensationsgrad-abhängiger Parameter wie Viskosität oder Wasserverträglichkeit.

Zugabe letzter Harnstoff

Die letzte Harnstoffzugabe stellt jenes molare Verhältnis von Formaldehyd zu Harnstoff (F/U) ein, welches für die Anwendung benötigt wird. Dabei werden teilweise wieder Ether-Brücken aufgespalten. Auch endständige Methylole (-CH₂-OH) reagieren noch mit dem zugegebenen Harnstoff.

Eigenschaften

Flüssiges Harz

Dies ist das Produkt, welches als Leim eingesetzt wird. Folgende Parameter werden als Einsatzkriterien bzw. im Rahmen der Qualitätssicherung überprüft (daneben typische Werte):

• Viskosität: ca. 300 - 2000 mPa.s
• Gelierzeit: je nach Härter und Temperatur unter 1 Minute bis zu Stunden
• pH-Wert: etwa 8 bis 9
• Trockensubstanz (auch als Festharz bezeichnet): etwa 66%

Ausgehärtetes Harz

Harnstoffharze bilden bei Aushärtung sehr lichtechte, schwer brennbare, meist weiße Massen, die jedoch nicht hydrolysebeständig sind. Besonders von starken Säuren und Laugen, sowie kochendem Wasser werden sie angegriffen.

Nach der Aushärtung sind gebildeten Filme hart und spröde

Harnstoff Formaldhyd Harze liefern lichtbeständige, harte, kratzfeste und gut schleifbare Filme.

Verwendung

Aufgrund der relativ niedrigen Kosten (sowohl der Herstellung als auch der Rohstoffe), sowie der schnellen Aushärtung (= hohe Reaktivität) und der guten Trockenbindefestigkeit wird der Großteil der UF-Harze als Klebstoff zur Herstellung von (nicht außenklimabeständigen) Holzwerkstoffen (z.B. Resopal) verwendet. Unter den Markennamen Pollopas wurden in den 1930er Jahren Haushaltsgegenstände produziert, die im Gegensatz zum verbreiteten Bakelit ein großes Farbspektrum aufwiesen.

Weitere Einsatzgebiete sind:

• Imprägnierharze (Tränkharze)
• Isolierharze

Hersteller

• BASF
• Dynea

Siehe auch

• Synthetisches Harz