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Verfahren zur Herstellung wetterfester, mehrschichtiger Spanplatten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung wetterfester, mehrschichtiger Spanplatten durch
Heissverpressen von Holzspänen oder verholzten pflanzlichen Fasern unter Verwendung verschiedener
Bindemittel für die einzelnen Lagen.
Der weitaus überwiegende Teil der in der Welt aus Holzspänen oder verholzten pflanzlichen Fasern verfestigten Spanplatten wird unter Verwendung von Harnstoff-Formaldehydharzen als Bindemittel hergestellt. Diese Harze sind auf Grund ihrer chemischen, physikalischen und anwendungstechnischen Eigenschaften sowie ihrer Preisgünstigkeit für diesen Zweck besonders geeignet.
Mit Hilfe von Harnstoff-Formaldehydharzen hergestellte Spanplatten werden zum grössten Teil in der Möbelindustrie und für den Innenausbau verwendet, wobei sie die an sie gestellten Ansprüche voll erfüllen. In neuerer Zeit finden Spanplatten jedoch in steigendem Masse Eingang in die Bauindustrie, wo sie wesentlich höheren Anforderungen bezüglich ihrer Wetterfostigkeit ausgesetzt sind. Harnstoffharzgebundene Spanplatten besitzen jedoch keine ausreichende Widerstandsfähigkeit bei freier Bewitterung. Ihre Festigkeitswerte werden im allgemeinen bei stark wechselnder klimatischer Beanspruchung unter die vertretbaren Werte abfallen und die Quellwerte die zulässigen Grenzen überschreiten.
Es ist zwar bekannt, Spanplatten, die unter Verwendung von Harnstoffharzen als Bindemittel hergestellt wurden, nachträglich wetterfest zu machen, indem man sie mit einem das Eindringen von Feuchtigkeit verhindernden Anstrich versieht oder sie einer andern, dem gleichen Zweck dienenden Oberflächenvergütung unterzieht. Dies bedingt jedoch zusätzliche Arbeitsgänge und damit erhöhte Kosten.
Aus umfangreichen Versuchen ist es bekannt, dass bei Sperrholzverleimungen Bindemittel auf Melamin- und insbesondere Phenol-Formaldehyd-Harzbasis gegen extreme Feuchtigkeits- und Temperatureinwirkungen bedeutend widerstandsfähige : sind als Bindemittel auf Harnstoff-Formaldehyd-Harzbasis. Auf Grund dieser Erkenntnis werden Spanplatten, die starken klimatischen Beanspruchungen ausgesetzt werden sollen, vorwiegend unter Verwendung von Phenol-Formaldehydharzen hergestellt.
Die Herstellung von Spanplatten mit Phenol-Formaldehydharzen als Bindemittel ist jedoch gegen- über der Fertigung unter Verwendung von Harnstoff-Formaldehydharzen mit einer Reihe schwerwiegender Nachteile behaftet, die in den chemischen und physikalischen Eigenschaften der Phenol-Formaldehydharze begründet sind. Phenolharzgebundene Spanplatten erfordern bei ihrer Herstellung eine höhere Pressentemperatur, höheren Pressdruck und vor allem eine bis zu dz längere Presszeit, wodurch Kapazität und Rentabilität einer Anlage gegenüber der Verwendung von Harnstoffharzen stark absinken.
Spanplatten werden zum überwiegenden Teil mehrschichtig hergestellt. Im allgemeinen bestehen sie aus einer Mittellage und mindestens zwei Decklagen, wobei die Decklagen jeweils etwa 2/6 der Gesamtplattendicke einnehmen. Die einzelnen Lagen unterscheiden sich in den Abmessungen der dafür verwendeten Späne. Für die Decklagen wird in der Regel ein feiner, für die Mittellage eingröberer Span verwendet. Bei der Herstellung der mehrschichtigen Spanplatten werden die einzelnen Spansorten getrennt hergestellt und gelagert sowie getrennt mit der das Bindemittel enthaltenden Leimflotte beharzt.
Die Leimflotten für dieSpanarten der jeweiligen Lage können sich bei Einsatz des gleichen Harzes, z. B.
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eines bestimmten Harnstoffharzes, in ihrer Zusammensetzung beträchtlich unterscheiden. Festharzge- halt, Hydrophobierungsmittelzusatz, Härterart und-menge sowie eventuell insektizide und fungizide
Zusätze werden im allgemeinen für Deck- und Mittellage stark voneinander abweichen, da zahlreiche, die Qualität der Spanplatten beeinflussende Faktoren bei der Herstellung berücksichtigt werden müssen.
Der lose geschüttet Spankuchen wird in einer Presse unter Anwendung von Druck und Temperatur form- gebend verpresst. Da die Wärmeleitfähigkeit des Spankuchens sehr gering ist, werden vor allem die unmit- telbar mit den heissen Pressenplatten in Berührung kommenden Decklagen verhältnismässig schnell auf höhere Temperaturen erhitzt, während die Mittellage sich langsamer aufheizt. Diesem Temperatur- gefälle sowie der Schliessgeschwindigkeit der Presse und der beabsichtigten Presszeit kann durch die Zu- sammensetzung der Leimflotten für die einzelnen Lagen der Spanplatte Rechnung getragen werden, um einwandfreie Plattenqualitäten zu erzielen. Das verwendete Harz muss trotz des Temperaturgefälles in- nerhalb der Platte möglichst in jeder Schicht zum gleichen Zeitpunkt vollständig aushärten.
Da Harn- stoffharze zur Aushärtung den Zusatz eines Härtens benötigen, kann diese Steuerung derHärtungsge- schwindigkeit in den einzelnenLagen beimHeissverpressen durch Variieren vonHärterart undHärtermen- ge in der Leimflotte in verhältnismässig einfacher Weise erfolgen. Zur Aushärtung werden im Spanku- chen Temperaturen von etwa 1000C benötigt.
Phenolharze benötigen demgegenüber zur Aushärtung keine zusätzlichen Härter, da sie bei entspre- chend hoher Temperatur selbsthärtend sind. Zur vollständigen Aushärtung werden im Spankuchen Tem- peraturen von 120 bis 1350C benötigt, wenn man vom Einsatz der relativ teuren Resorcinharze absieht.
Hiedurch werden die bereits erwähnten langen Presszeiten erforderlich. Diese betragen für Harnstoffharze z. B. bei einer Plattendicke von 20 mm 6 bis 8 min, bei Phenolharzen dagegen 12 bis 20 min.
Versuche haben gezeigt, dass bei der Herstellung harnstoffharzgebundener Spanplatten durch Arbeiten mit möglichst feuchter Decklage und möglichst trockener Mittellage ein schnelles Aufheizen der gesamten Platte auf die für eine Aushärtung erforderlichen Temperaturen von etwa 1000C ohne weiteres erreicht wird, da der beim Verpressen der heissen Decklagen in die Mittellage strömende Wasserdampf als Wärmeüberträger wirkt.
Die zur Aushärtung von Phenolharzen benötigten Temperaturen von mindestens 120 C lassen sich jedoch nur durch längere Presszeiten und entsprechend höhere Verdichtung, also höheren Pressdruck, erreichen. Allerdings erhält man dann auch Spanplatten mit entsprechend höherer Dichte, die beim Einsatz in der Bauindustrie unter Umständen entsprechend stärkere Konstruktionen erfordern.
Die bei Harnstoff-Formaldehydharzen mögliche Steuerung des Aushärtungsprozesses über den gesamten Plattenquerschnitt ist somit bei Phenol-Formaldehydharzen nicht oder nur mit speziellen, höheren Kosten verursachenden Methoden möglich.
Bekannt sind auch, ein Verfahren zur Oberflächenveredelung von Schichtkörpern aus Holz, insbesondere von Holzfaser-, Holzspan- und Sperrholzplatten, wobei eine Lösung von härtbaren Harzen nachtäglich auf die bereits fertiggestellten Platten aufgetragen wird ; weiters ein Verfahren zur rationellen Nachverformung von Platten oder ändern Körpern aus Holzspänen od. ähnl. Material. Hiebei werden zwei verschiedene Bindemittel in zwei unterschiedlichen Verfahrensstufen mit unterschiedlichen Zweckbestimmungen verwendet. Das eine Bindemittel, ein Polymerisationskleber, dient als Hilfsmittel zur Formgebung des herzustellenden Körpers, während das andere Bindemittel zur Nachbehandlung des bereits gefertigten Körpers verwendet wird, um ihm besondere Eigenschaften zu verleihen.
Schliesslich gibt es noch ein Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus zerkleinertem Holz unter Verwendung von unterschiedlichen Bindemitteln für die einzelnen Lagen. Für die Decklagen werden niedermolekulare Kondensationsprodukte aus mehrwertigen Urethanen und Formaldehyd zusätzlich zu Harnstoff-Formaldehydharz verwendet. Beide Harztypen sind chemisch eng verwandt und härten sauer aus.
Zweck der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, das es in einfacher und wirtschaftlicher Weise gestattet, unter Verwendung der üblichen Spanplattenherstellungsanlagen mit geringerem Zeitaufwand unmittelbar zu wetterfesten, mehrschichtigen Spanplatten zu gelangen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile, die bei der Spanplattenherstellung bei der Verwendung von Harnstoff-Formaldehydharzen einerseits und von Phenol-Formaldehyd- bzw- ResorcinFormaldehydharzen anderseits auftreten, unter Vermeidung der geschilderten Nachteile bei der Herstellung wetterfester, mehrschichtiger Spanplatten nutzbar zu machen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass man Holzspäne oder verholzte pflanzliche Fasern unter Verwendung verschiedener Bindemittel für die einzelnen Lagen zu mehrschichtigen Spanplatten heiss verpresst und dabei erfindungsgemäss als Bindemittel für die Mittellage ein Harnstoff-Formaldehydharz und als Bindemittel für die Decklagen Phenol-Formaldehydharze oder Resorcin-Formaldehydharze oder
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auch Gemische dieser Harze verwendet.
Für die Decklagen können erfindungsgemäss Phenol (Carbolsäure)-Formaldehyd-, Kresol-Formal- dehyd-, Xylenol-Formaldehyd-und Resorcin-Formaldehydharze oder Gemische dieser Harze verwendet werden, für die Mittellage eignen sich alle herkömmlichen, zur Spanplattenfertigung einsetzbaren
Harnstoff-Formaldehydharze.
Als Spanmaterial können Späne aller in der Spanplattenindustrie gebräuchlichen, Formen, Abmes- sungen und Holzarten sowie verholzte pflanzliche Fasern, wiez. B. Flachsschäbenund Bagasse, einge- setzt werden. Für die Mittellage kann auch minderwertiges Spanmaterial, wie z. B. Sägespäne, Ver- wendung finden.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren ist es möglich, witterungsbeständige Spanplatten mit den für harnstoffharzgebundene Spanplatten üblichen kurzen Presszeiten und verhältnismässig niedrigen Pressentemperaturen herzustellen. Bei einer Pressentemperatur von z. B, 1500C beträgt die Presszeit für eine 20 mm dicke Spanplatte nur 6 bis 8 min. Man erhält eine Spanplatte mit witterungsbeständigen, harten unf glatten Oberflächen. Überraschend sind die hohen Biege-und Querzugfestigkeiten, selbst bei aus- schliesslicher Verwendung von minderwertigem Spanmaterial, wie z. B, Sägespänen, für die Mittellage.
Da die herkömmlichen Phenol-Formaldehydharze einen hohen Gehalt an freiem Alkali besitzen und bei erhöhten Temperaturen im alkalischen pH-Bereich aushärten, während Harnstoffharze zur Aushärtung einen pH-Wert von 3 bis 5 benötigen, war zu befürchten, dass bei der erfindungsgemässenFertigung der Spanplatten an den Grenzflächen zwischen Deck- und Mittellage infolge ungenügender Aushärtung der Harze keine ausreichend feste Verbindung entsteht. Überraschenderweise wird aber zwischen den einzelnen Lagen eine Verbindung von hoher Festigkeit erreicht.
Die erzieltenQuerzugfestigkeiten der nach dem Verfahren hergestellten Spanplatten, die als Kriterium für diese Verbindung herangezogen wurden, waren sehr hoch. Die zur Prüfung verwendeten Probekörper brachen bei Anwendung von Querzug nicht an den Grenzflächen zwischen den Lagen, sondern stets in der Mittellage.
Beis piel 1 : 100 Gew.-Teile Flachspäne ausKiefernholzvon 0, 4 bis 0,5 mm Dicke, 3 bis 5 mm Breite und 20 bis 35 mm Länge wurden in eine Mischtrommel gebracht und durch Bedüsen mit 15 Gew.Teilen einer Leimflotte beharzt. Die Leimflotte bestand aus 100 Gew.-Teilen eines Spanplattenleimes
EMI3.1
stehend aus einem Gemisch von 25 Gew.-Teilen Ammoniumchlorid, 20 Gew.-Teilen Hexamethylentetramin und 55 Gew.-Teilen Harnstoff.
Danach wurden 100 Gew.-Teile Flachspäne aus Kiefernholz von 0, 2 mmDicke, 2 mm Breite und 8 bis 15 mm Länge in eine Mischtrommel gebracht und durch Bedüsen mit 0,7 Gew.-Teilen einer 40% igen Paraffinemulsion und im Anschluss daran durch Bedüsen mit 28 Gew.-Teilen einer Leimflotte, die aus 100 Gew.-Teilen eines Phenol (Carbolsäure)-Formaldehydharzes mit einem Festharzgehalt von 45% und 20 Gew.-Teilen Wasser bestand, beharzt.
In einem Schüttkasten mit den Abmessungen 750 X 300 mm wurden 0,5 kg der mit Phenolharz behandelten Späne gebracht und gleichmässig verteilt, danach 2,0 kg der mit Harnstoffharz behandelten Späne und darauf nochmals 0,5 kg der mit Phenolharz behandelten Späne, so dass die Platte einen dreischichtigen Aufbau hatte.
Dieser Spankuchen wurde in einer hydraulischen Heizplattenpresse mit einem Pressdruck von 15 kp/cm2 senkrecht zur Plattenebene auf eine Dicke von 20 mm zusammengedrückt. Der Pressdruck wurde 7 min aufrecht erhalten, die Temperatur der Pressenplatten betrug dabei 150 C.
Die erhaltene Spanplatte hatte folgende physikalische Kennwerte :
EMI3.2
<tb>
<tb> Dichte <SEP> 615 <SEP> kg/m <SEP> ? <SEP>
<tb> Biegefestigkeit <SEP> 312 <SEP> kp/cm
<tb> Querzugfestigkeit <SEP> 6, <SEP> 56 <SEP> kp/cm' <SEP>
<tb> Quellung <SEP> nach <SEP> 2 <SEP> h <SEP> Unterwasserlagerung <SEP> bei <SEP> 200C <SEP> 4, <SEP> 6 <SEP> 0/0
<tb>
Beispiel 2 :
100 Gew.-TeileFlachspäne ausKiefernholz mit 0, 4 bis 0, 5 mmDicke, 3 bis 5 mm Breite und 20 bis 35 mm Länge wurden in eine Mischtrommel gebracht und durch Bedüsen mit 15 Gew.Teilen einer Leimflotte, die aus 100 Gew.-Teilen eines Spanplattenleimes auf Basis Harnstoff-Formaldehyd mit einem Festharzgehalt von 67uso, 25 Gew.-Teilen Wasser, 6 Gew.-Teilen einer zuigen Paraffinemulsion und 4 Gew.-Teilen einer 40 langen wässerigen Härterlösung bestand, beharzt. Es wurde der gleiche Härter wie im Beispiel 1 verwendet.
Danach wurden 100 Gew.-Teile Flachspäne aus Kiefernholz von 0,2 mm Dicke, 2 mm Breite und
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8 bis 15 mm Länge in eine Mischtrommel gebracht und durch Bedüsen mit 29,5 Gew. -Teilen einer Leimfoltte, die aus 100 Gew.-Teilen eines Kresol-Formaldehydharzes mit einem Festharzgehalt von 43% und 20 Gew.-Teilen Wasser bestand, beharzt. Die weitere Verarbeitung zu einer 20 mm dicken Spanplatte erfolgt wie im Beispiel 1 beschrieben.
Die Presszeit betrug 8 min, die Temperatur der Pressenplatten 1600C. Die fertige Spanplatte hatte folgende physikalische Kennwerte :
EMI4.1
<tb>
<tb> Dichte <SEP> 620 <SEP> kg/m3
<tb> Biegefestigkeit <SEP> 289 <SEP> kp/cm2
<tb> Querzugfestigkeit <SEP> 6, <SEP> 74 <SEP> kp/cm2 <SEP>
<tb> Quellung <SEP> nach <SEP> 2 <SEP> h <SEP> Unterwasserlagerung <SEP> bei <SEP> 200C <SEP> 5, <SEP> 6 <SEP> % <SEP>
<tb>
Beispiel 3 : 100 Gew. -Teile Sägespäne wurden in eine Mischtrommel gebracht und durch Bedüsen mit 16 Gew.-T eilen einer Leimflotte, die aus 100 Gew.-T eilen eines Spanplattenleimes auf BasisHarnstoff-FormaldehydmiteinemFestharzgehaltvon67%, 25Gew.-TeilenWasser,6Gew.-Teilen einer 40% igen Härterlösung bestand, beharzt. Es wurde der gleiche Härter wie im Beispiel 1 verwendet.
Die Decklagenspäne und derenBeharzung entsprachen Beispiel 1. Die Weiterverarbeitung erfolgte ebenfalls wie im Beispiel 1 beschrieben. Die Temperatur der Pressenplatten betrug 150 C, die Presszeit 7 min.
Die fertige Spanplatte hatte folgende physikalische Kennwerte :
EMI4.2
<tb>
<tb> Dichte <SEP> 660 <SEP> kg/m3
<tb> Biegefestigkeit <SEP> 268 <SEP> kp/cm2
<tb> Querzugfestigkeit <SEP> 7, <SEP> 3 <SEP> kp/cnt <SEP>
<tb> Quellung <SEP> nach <SEP> 2 <SEP> h <SEP> Unterwasserlägerung <SEP> bei <SEP> 200C <SEP> 2, <SEP> 8% <SEP>
<tb>
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung wetterfester, mehrschichtiger Spanplatten durch Heissverpressen von Holzspänen oder verholzten pflanzlichen Fasern unter Verwendung verschiedener Bindemittel für die einzelnen Lagen, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel für die Mittellage HarnstoffFormaldehydharz und als Bindemittel für die Decklagen Phenol-Formaldehydharze oder Resorcin-Formaldehydharze oder auch Gemische dieser Harze verwendet werden.