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Verfahren zur Herstellung von Holzprodukten
Bei der Herstellung von Furnier, Sperrholz und laminiertem Holz ist es bekannt, neugeschnittenes Furnier zur Verbesserung der Stabilität und zur Erhöhung der Holzausnutzung (Holzausbeute) mit einem Polyalkohol, wie z. B. Glycerin, einem Alkylenglykol, einem Dialkylenglykol, einem Polyalkylenglykol, einem Polyalkylenglykoläther oder einem Polyalkylenglykolester zu behandeln, wonach das Produkt getrocknet wird. Bei Anwendung von Polyalkylenglykolen mit höherem Polymerisationsgrad kann die Behandlung so vorgenommen werden, dass der Polyalkohol in geschmolzener Form oder aufgelöst in einem organischen Lösungsmittel und/oder Wasser aufgebracht wird. Eine solche Polyalkoholbehandlung erbringt einen gewissen Schutz gegen Schimmelbildung und fungiziden Angriff.
Obzwar mit Polyalkohol behandelte Produkte gegenüber unbehandelten Produkten bedeutende Vorteile aufweisen, sind doch ihre Güteeigenschaften für bestimmte Zwecke nicht ausreichend. Die Oberflächenhärte und der Oberflächenabriebwiderstand genügen für bestimmte Zwecke nicht, z. B. für Formenschalungen, Wandoberflächen und Möbeloberflächen. Man hat zwar Oberflächen von Holzprodukten, die zu solchen Zwecken angewendet werden, schon mit Kunststoffen belegt, aber es entstehen in solchen Fällen bei Durchführung der erforderlichen Wärmebehandlung kräftige Risse in der Oberfläche des Holzproduktes.
Die Erfindung bezieht sich auf die Beseitigung der genannten Nachteile und betrifft ein Verfahren für die Herstellung von Holzprodukten, wie Furnier, Sperrholz, laminiertem Holz, Holzfaserplatten, Spanplatten u. dgl., bei dem Holzprodukte mit harter, dauerhafter Oberfläche erhalten werden ; gleichzeitig wird auch der Rissbildung vorgebeugt.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass man das Holzprodukt mit einem Polyalkohol, wie Glycerin, Alkylenglykol, Polyalkylenglykol, Polyalkylenglykoläther oder Polyalkylenglykolester, in Kombination mit einem Aminoformaldehydharz und einem Härter für das Harz, gegebenenfalls unter Zusatz eines viskositätsregelnde Eigenschaften aufweisenden Lösungsmittels bzw. löslichkeitsverbessernden Mittels für den Polyalkohol und das Aminoformaldehydharz behandelt.
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während des Härtens derselben über die Oberfläche des Holzproduktes und es bildet sich eine harte, ebene, sehr dauerhafte Oberfläche, die gut am Holzprodukt haftet.
Die so behandelten Holzprodukte haben zudem eine ansprechende Oberfläche, durch welche die natürliche Maserung des Holzes hervorgehoben wird ; gleichzeitig ist die bei älteren Methoden oft vorkommende Rissbildung beseitigt. Die
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Oberfläche hat auch sehr hohe Hitzestabilität und ist lösungsmittelbeständig, weshalb sich die Erfindung für die Herstellung von z. B. Furnieren für Tischplatten, welche ja erheblichen Beanspruchungen ausge- setzt sind, besonders gut eignet.
Ausser den erwähnten vorteilhaften Wirkungen tritt die Behandlung von feuchtem Holzmaterial vor dem Trocknen ein synergistischer Effekt hinsichtlich der Entwässerung auf, so dass das nachfolgende
Trocknen bedeutend schneller verläuft als ohne Zusatz von Polyalkohol oder Aminoformaldehydharz, oder für den Fall, dass diese Komponenten jede für sich allein zugesetzt werden.
Die Erfindung geht u. a. von der Feststellung aus, dass gewisse Aminoformaldehydharze überra- schenderweise bei Zimmertemperatur in Polyalkoholen löslich sind, vorzugsweise in solchen mit einem
Molekulargewicht von 200 bis 600, bei höheren Temperaturen auch in Polyalkoholen mit höherem Mo- lekulargewicht, wie 600 - 10000.
Das beim Verfahren der Erfindung verwendbare Aminoformaldehydharz soll auch bei niedrigem
Druck eine gute Fliessfähigkeit haben, um ein gleichmässiges Auslaufen während des Pressverfahrens sicherzustellen. Unter der Bezeichnung ("Aminoformaldehydharze" sind im Rahmen der Erfindung die- jenigen härtbaren Harze zu verstehen, welche unter dem Titel"Amino Resins"in"Modern Plastics En- cyclopedia", Band 42, S. 151 beschrieben werden. Geeignete Harze dieser Art sind z. B. verschiedene
Arten von Melaminformaldehydharzen und Harnstofformaldehydharzen und/oder Mischungen davon.
Schnellhärtende Aminoformaldehydharze, die als besonders geeignet befunden worden sind, sind mo- difizierte Melaminformaldehydharze und Harnstofformaldehydharze mit dem Molekularverhältnis Melamin oder Harnstoff : Formaldehyd von l : l, 5 bis 1 : 3,0, die so zubereitet worden sind, dass die fertige Masse in wässeriger Lösung einen pH-Wert von 7, 5 bis 10,5 und optimal von 7,8 bis 8 hat, und dass sie eine gute Fliessfähigkeit haben.
Unter guter Fliessfähigkeit nach der Erfindung versteht man eine Fliessfähigkeit von 10 bis 201o, wobei die Fliessfähigkeit durch Berechnung der Menge des aus einer 1, 5mm dicken Laminatplatte nachdem Pressen während 3 - 5 min bei einem Druck von 70 kg/cm2 und einer Temperatur von 150 C ausgeflossenen Harzes bestimmt wird, welche Platte aus harzimprägniertem Papier, das bei SO - 1100C zu 5-801o flüchtiger Bestandteile getrocknet wurde, besteht, und das einen Harzgehalt von 67% hat. Für diesen Zweck geeignete Harze werden von der Firma Fosfatbolaget hergestellt und unter den Warennamen Melurit M 120, Melurit M 130 und Melurit M 1072 in den Handel gebracht.
Ein geeignetes Harnstofformaldehydharz ist Melurit K 100 ; ein geeignetes Harnstoff-Melaminformaldehydharz ist Melurit M 450. Die für die Harze geeignete Härtungsdauer beträgt 5 - 18 min bei einer Temperatur von 120 bis 1500C und einem Druck von 8 bis 20 kg/cm2. Als Härter verwendet man für Aminoformaldehydharze übliche Härter, z. B. Ammoniumchlorid und Ammoniumrhodanid in einer Menge bis zu 1 Gew.-%.
Der als Lösungsmittel für Aminoformaldehydharz angewendete Polyalkohol gehört zu der Gruppe Glycerin, Alkylenglykol, Dialkylenglykole, Polyalkylenglykole sowie deren Derivate, wie Polyalky- lenglykoläther und Polyalkylenglykolester. Geeignete Verbindungen dieser Art sind Äthylenglykol, Propylenglykol, Butylenglykol, Diäthylenglykol, Dipropylenglykol, Dibutylenglykol, Polyäthylenglykol, Polypropylenglykol, Polybutylenglykol, Äthyldiglykol, Äthylpolyglykol, Butyldiglykol, Äthyldi- glykolacetat, Methyldiglykolbutyrat u. a. Vorzugsweise hat der angewendete Polyalkohol ein Molekulargewicht von 100 bis 6000. Besonders geeignet ist ein Polyalkohol mit einem Molekulargewicht von 100 bis 600 und insbesondere wird ein Polyalkohol angewendet, der ein Molekulargewicht von 200 bis 600 hat.
UnterBerücksichtigung des Molekulargewichtes des angewendeten Polyalkohols und der Fliesseigenschaften des Aminoformaldehydharzes kann es in gewissen Fällen zweckmässig sein, dem Aminoformaldehydharz und dem Polyalkohol ein Lösungsmittel und/oder ein löslichkeitsverbesserndes Mittel zuzusetzen, welche eine viskositätsregelnde Wirkung auf die Komponenten ausüben sollen. Bevorzugte Lösungsmittel dieser Art sind Wasser und polare organische Lösungsmittel, wie Methanol, Äthanol, Propanol und Butanol oder Mischungen derselben. Wasser ist als viskositätsregelndes Mittel besonders geeignet, aber es ist von grösster Bedeutung, dass der Wassergehalt der Beschichtungsmischung, um Rissbildung zu vermeiden, beim Pressen 51o der Gesamtmischung nicht übersteigt.
Dieser Prozentsatz gilt auch in gewissen Fällen bei Verwendung anderer Lösungsmittel als Wasser, obwohl die Gefahr der Rissbildung dabei nicht so gross ist. Wenn feuchtes Holz, z. B. grünes Furnier, mit Mischungen nach der Erfindung vor dem Trocknen der Mischungen behandelt wird, darf der Wassergehalt in einem solchen Furnier wesentlich höher sein, vorzugsweise 5 - 450/0. Zur Einstellung der gewünschten Konsistenz der Mischung kann man auch eine filmbildende Substanz zusetzen, wie z.
B. wasserlösliche Zellulosederivate mit einer Viskosität in einer Zeigen wässerigen Lösung von 10 bis 40000 cP, vorzugsweise 1000-10 000 cP,
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z. B. Äthylhydroxyäthylzellulose, Methylhydroxyäthylzellulose, Carboxymethylzellulose, Hydroxyäthylzellulose, Hydroxypropylzellulose, Methylzellulose u. a. Das Mengenverhältnis Aminoformaldehyd- harz : Polyalko 101 soll in den meisten Fällen innerhalb des Bereiches von 40 bis 80 Gew.-Teilen Ami-
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Gew.-Teilen Polyalkohol liegen ;besonders geeignet erwiesen.
In besonderen Fällen kann es vorteilhaft sein, ausserhalb dieser Grenzen zu arbeiten und es ist dabei die Regel, dass bei höherem Gehalt an Aminoformaldehydharz die Härte der
Oberfläche und ihre Sprödigkeit grösser wird. Durch Änderung des Mengenverhältnisses von Aminofor- maldehydharz : Polyalkohol in den Mischungen kann man also die Oberflächeneigenschaften des behan- delten Produktes, u. zw. auch die Abriebfestigkeit sowie die Tendenz zu Rissbildungen beim Pressen un- ter Wärme, beeinflussen. Der Typ des gewählten Polyalkohols beeinflusst ferner die Geschwindigkeit der
Absorption im Holz, das Zurückhaltevermögen des Holzes für den Polyalkohol und auch das Lösevermö- gen des Polyalkohols im Hinblick auf das Aminoformaldehydharz.
Man kann auch mehrere verschiedene
Polyalkohole miteinander mischen, um eine bestimmte erwünschte Eigenschaft zu erzielen, wie Hoch- glanz, verbesserte Lösung beim Pressen, bessere Oberflächenfeinheit usw. Damit eine gleichmässige
Oberfläche erhalten wird, ist es zweckmässig, mindestens 200 g/cm2 der Mischung aufzubringen. Die Polyalkohol/Aminoformaldehydharzzusammensetzung kann direkt auf das Holzprodukt aufgebracht wer- den, vorzugsweise nach dem Oberflächentrocknen derselben auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 0 bis 250/0, vorzugsweise etwa lolo. Besonders gute Ergebnisse werden jedoch erhalten, wenn das Produkt bereits vor der Behandlung (Beschichtung) nach der Erfindung mit Polyalkohol imprägniert worden ist. Eine solche Oberflächenimprägnierung des Holzproduktes kann z.
B. vorzugsweise mit einem 100% gen Poly- äthylenglykol mit dem Molekulargewicht 400 - 1500 vorgenammen werden, so dass die Oberfläche des Holzproduktes eine, berechnet auf trockenes Holz, Polyalkoholmenge von etwa 10 bis 301o absorbiert enthält.
Andere in diesem Zusammenhang geeignete Zusätze zu den Mischungen sind z. B. Fungizide, Insektizide, Feuerschutzmittel, Pigmente, Farben und auch Formeinstreichmittel. Eine besonders geeignete stabile Verteilungsform der Mischung nach der Erfindung ist eine Lösung von Aminoformaldehydharz in Polyalkohol in etwa gleichen Gew.-Teilen. Der Härter kann der Lösung entweder unmittelbar vor oder nach der Behandlung der Holzoberfläche zugesetzt werden, worauf das Heisspressen und Härten erfolgt.
Die nach der Erfindung hergestellten Produkte haben eine ausserordentliche Festigkeit, verglichen mit unbehandelten Produkten ; sie eignen sich u. a. ganz besonders für die Erzeugung von Formschalungen für das Giessen von Beton. Wenn sie für den letztgenannten Zweck angewendet werden, erzielt man eine wesentlich verbesserte Entschalung, wenn die Oberfläche der behandelten Schalungsteile abgeschliffen und mit Urethanharz beschichtet ist.
Die Erfindung wird an Hand der folgenden Beispiele näher erläutert, in welchen die Prozentsätze Gew.-% bedeuten.
Beispiel l : Versuchsplatten mit den Massen 500 x 500 x 12 mm aus fabriksmässig hergestelltem Kiefersperrholz (aus 5 Furnierschichten zusammengesetzt), dessen äussere Schicht nach dem Schälen, aber vor dem Zusammenleimen zu Sperrholz, in rohem Zustand durch Eintauchen in 100% igues Polyäthylenglykol (Molekulargewicht 400) mit einer absorbierten Polyäthylenglykolmenge von 20%, berechnet auf trockenes Holz, imprägniert und dann in einem Furniertrockner getrocknet worden war, wurden mit einer viskosen Lösung folgender Zusammensetzung behandelt :
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<tb>
<tb> Polyäthylenglykol <SEP> (Molekulargewicht <SEP> 400) <SEP> 541o
<tb> sprühgetrocknetes <SEP> Melaminformaldehydharz <SEP> im <SEP> Molverhältnis <SEP> Melamin <SEP> : <SEP> Form- <SEP>
<tb> aldehyd <SEP> von <SEP> 1 <SEP> :
<SEP> 2 <SEP> (Melurit <SEP> M <SEP> 130) <SEP> 40%
<tb> Äthylhydroxyäthylzellulose
<tb> (Modocoll <SEP> 600 <SEP> ; <SEP> Filmbildner) <SEP> 0, <SEP> 5%
<tb> A <SEP> mmon <SEP> iumrhodanid <SEP> 0, <SEP> 50/0 <SEP>
<tb> Wasser <SEP> 5, <SEP> 0'%. <SEP>
<tb>
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Die Lösung wurde mit einem Pinsel in einer Menge von 280 g/m2 aufgebracht, wonach die Probe- platten in eine Presse mit einer Temperatur von 1350C gelegt und 15 min lang einem Pressdruck von 12 kg/cm2 ausgesetzt wurden ; dabei härtete das Melaminharz. Die Platten werden noch 8 min inder Presse liegen gelassen, wobei sie auf eine Temperatur von 300C abkühlen. Die Platten zeigten eine merklich glatte Oberfläche, durch welche die natürliche Struktur und Farbe des Holzes hervorgehoben wurde und sie waren von Rissbildungen völlig frei.
Die Abriebfestigkeit der Oberflächen wurde in einer Schleifmaschine des Typs"Taber Abraser"mit Sandpapier der Qualität S 33 NEMA bei 50,100 und 200 Umdr/min bestimmt ; der Mittelwert der Menge abgeschliffener Teilchen wurde festgestellt und auf 100 Umdr/min bezogen. Die erhaltenen Ergebnisse sind aus der folgenden Tabelle ersichtlich, in welcher auch die entsprechenden Werte für völlig unbehandelte Furnierplatten sowie solche, die mit Poly- äthylenglykol bzw.
Melaminharz allein behandelt worden sind, angegeben sind :
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<tb>
<tb> mit <SEP> Polyäthylenmit <SEP> Polyäthylenglykol <SEP> mit <SEP> Melaminharz <SEP> glykol/MelaminUnbehandelte <SEP> behandelte <SEP> behandelte <SEP> harz <SEP> behandelte
<tb> Platte <SEP> Platte <SEP> Platte <SEP> Platte
<tb> Abriebwiderstand <SEP> 165 <SEP> 165 <SEP> 108 <SEP> 110
<tb>
Aus der Tabelle ist ersichtlich, dass der Zusatz von Polyalkohol den Abriebwiderstand nicht verschlechtert, unabhängig davon, ob das Holz mit Polyalkohol allein oder mit einer Mischung von Polyalkohol/Melaminharz behandelt worden war. Durch die Behandlung nach der Erfindung wird auch die Abriebfestigkeit der Furniers wesentlich verbessert.
Bei analogen Versuchen mit einem Wassergehalt von 30 bzw. 40o in der Mischung entstanden gleich nach dem Herausnehmen der Platten aus der Presse in der Oberfläche der Probeplatten kräftige Rissbildungen. Die Oberflächenhärte der behandelten Platten wurde in einem "Sward hardness rocker" bestimmt, wobei eine Glasfläche die Bezugssubstanz darstellt, deren Oberflächenhärte mit 100 bezeichnet wird.
Es wurden folgende Werte erhalten :
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<tb>
<tb> Mit <SEP> Polyurethanlack <SEP> mit <SEP> Polyäthylenglykol <SEP> mit <SEP> Polyäthylenglykol/Mebehandelte <SEP> behandelte <SEP> laminharz <SEP> behandelte
<tb> Platte <SEP> Platte <SEP> Platte
<tb> Oberflächenhärre <SEP> 34 <SEP> 15 <SEP> 60
<tb>
Die nach der Erfindung behandelten Probeplatten zeigten demnach eine Oberflächenhärte, die etwa doppelt so hoch war als diejenige, welche die entsprechenden, nur mit hochwertigem Lack behandelten Probeplatten aufwiesen.
Beispiel 2 : ProbeplattengleicherArt wie in Beispiel 1 wurden auf die in Beispiel 1 angegebene Weise behandelt, jedoch mit einer wie folgt zusammengesetzten Mischung :
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<tb>
<tb> 7 <SEP> Obiges <SEP> Polyäthylenglykol
<tb> (Molekulargewicht <SEP> 1500) <SEP> 40%
<tb> Melaminformaldehydharz
<tb> (Melurit <SEP> M <SEP> 130) <SEP> 59, <SEP> 5%
<tb> Ammoniumrhodanid <SEP> (Härter) <SEP> 0, <SEP> 5%.
<tb>
Die Mischung wurde bei einer Temperatur von etwa 500C geschmolzen und auf die Probeplatten nicht, wie im Beispiel 1 angegeben, mittels Pinsel, sondern mittels Walzen aufgetragen. Die behandelten Probeplatten zeigten eine ausserordentlich gleichmässige, glatte und rissfreie Oberfläche. Prüfungen der Oberflächenhärte wurden wie oben beschrieben ausgeführt und ergaben eine Oberflächenhärte von 70.
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ten enthaltenden viskosen Lösung behandelt :
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<tb>
<tb> Polyäthylenglykol
<tb> (Molekulargewicht <SEP> 400) <SEP> 30%
<tb> sprühgetrocknetes <SEP> Melaminform- <SEP> 500/0 <SEP>
<tb> aldehydharz <SEP> (Melurit <SEP> M <SEP> 130)
<tb> Ammoniumrhodanid <SEP> (Härter) <SEP> 0, <SEP> 5%
<tb> Äthanol <SEP> (96%ig) <SEP> 19, <SEP> 5%
<tb>
Die Lösung wurde in einer Menge von 300 g/m mit einem Pinsel aufgetragen, wonach die Probeplatten in eine Presse gelegt und zur Härtung bei einer Temperatur von 130 C einem Druck von 10 kg pro cm 2 20 min lang ausgesetzt wurden. Die gemäss der Erfindung behandelten Platten zeigten eine sehr gleichmässige Oberfläche, waren völlig frei von Rissen und für die Herstellung von Tischplatten besonders geeignet.
Beispiel 4 : Neugeschnittene Platten aus l, 6 mm Kiefernfurnier mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 80% wurden vor dem Trocknen mit einer Mischung folgender Zusammensetzung behandelt :
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<tb>
<tb> Polypropylenglykol
<tb> (Molekulargewicht <SEP> 1500) <SEP> 20%
<tb> Polyäthylenglykol
<tb> (Molekulargewicht <SEP> 400) <SEP> 20%
<tb> Harnstofform <SEP> aldehydharz <SEP>
<tb> (Melurit <SEP> K <SEP> 100) <SEP> 35%
<tb> Ammoniumrhodanid <SEP> (Härter) <SEP> 0, <SEP> 5%
<tb> Wasser <SEP> 24, <SEP> 51o
<tb>
Die Platten wurden in einem Furniertrockner bei einer Temperatur von 1200c 10 min lang getrocknet. Die absorbierte Menge der Mischung betrug bis zu 350/0, berechnet auf trockenes Furnier.
Die behandelten Furnierplatten wurden danach als Oberflächenfurnier mit Hilfe eines Melaminharzleimes auf laminiertes Holz geleimt und in einer Leimpresse bei einem Druck von 8 kg/cm 2 und einer Temperatur von 1250C gepresst. Nach dem Pressen wurden die Produkte gereinigt. Die behandelten Produkte zeigten eine sehr gleichmässige und harte Oberfläche ohne Neigung zu Rissbildung. Nach dreimonatiger Lagerung im Freien zeigte das nach der Erfindung hergestellte laminierte Holz eine bedeutend verringerte Entfärbung (Gelbwerden) in der Oberflächenschicht, verglichen mit unbehandeltem Holz, das unter gleichen Bedingungen gelagert worden war.
PATENT ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Holzprodukten, wie Furnier, Sperrholz, laminiertes Holz, Holzfaserplatten und Spanplatten, mit dauerhafter Oberfläche, wobei das Holzprodukt mit einem Polyalkohol behandelt und getrocknet wird, dadurch gekennzeichnet, dass man das Holzprodukt mit dem Polyalkohol, z. B.
Glycerin, einem Alkylenglykol, einem Polyalkylenglykol, einem Polyalkylenglykoläther oder einem Polyalkylenglykolester oder Mischungen derselben, in Kombination mit einem Aminoformaldehydharz und einem Härter für das Harz, gegebenenfalls in Gegenwart einer geringen Menge eines Lösungsmittels und/oder eines löslichkeitsverbessernden Mittels für den Polyalkohol und das Aminoformaldehydharz mit viskositätsregelnden Eigenschaften behandelt und dass man das so behandelte Holzprodukt unter Hitze und Anwendung eines für das Ausfliessen und Härten der Harzkomponente geeigneten Druckes presst.