Druckfester Formpressstoff und Verfahren zu seiner Herstellung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein besonders leichter und gleichzeitig druckfester Formpressstoff, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er aus Holzspänen oder Hdlzfasern, einem Bindemittel und einem als Füllstoff dienenden porösen Kunststoff besteht.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung solcher Formpressstoffe, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man Holzspäne oder Holzfasern mit Bindemitteln und verschäumbaren oder mindestens teilweise verschäumten Kunststoffen mischt, das erhaltene Gemisch formt und bei erhöhter Temperatur presst und dass man, falls die Kunststoffe nicht verschäumt sind, diese noch nach dem Vermischen verschäumt.
Die erfindungsgemässen Formpressstoffe können z. B. zur Abstützung und Ausfüllung von Hohlräumen verwendet werden.
Die technische und wirtschaftliche Bedeutung der Erfindung liegt darin, dass es auf diese Weise möglich ist, z. B. Spanholzplatten und Spanhoizformkörper auch mit sehr niedrigem spezifischem Gewicht und damit geringem Rohmaterialaufwand bei technisch brauchbaren Festigkeitseigenschaften herzustellen. Die Verwendung von Holzspanpressstoffen von niedrigem spezifischem Gewicht scheiterte bisher in erster Linie an der zu geringen Druckfestigkeit, während die Biegefestigkeit für zahlreiche Verwendungszwecke noch durchaus genügen würde.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann in einfacher Weise wie folgt durchgeführt werden: Holzspäne werden in an sich bekannter Weise in einer Mischvorrichtung mit einem bekannten Bindemittel gemischt. Die Einbringung des Bindemittels erfolgt in bekannter Weise beispielsweise durch Eindüsen des flüssigen Bindemittels oder durch Beimischung in pulverförmiger Form. Vor, während oder nach der Einbringung des Bindemittels wird ein verschäumbarer Kunststoff, beispielsweise in granulierter Form zugegeben. Während des anschliessenden Verpressungsvorganges werden die einzelnen Kunststoffteilchen aufgeschäumt, wobei sie als räumliche Waben oder Brücken die Hohlräume zwischen den Spänen ausfüllen und sowohl untereinander als auch mit dem eingebrachten Bindemittel verkleben.
Je nach dem Mengenverhältnis von Spänen und verschäumbarem Kunststoff erhält man einen Körper, der mehr einen Spanwerkstoff mit durch Schaumstoff ausgefüllten und abgestützten Hohlräumen darstellt oder einen Kunstharzschaumstoff mit eingelagerten gerüstbildenden Spänen. Im ersteren Fall tritt die Verleimung der Späne untereinander zurück gegenüber der unmittelbaren Verschweissung der einzelnen aufgeschäumten Kunststoffgranulaten untereinander und der Verleimung der Späne mit diesen Schaumstoffgranulaten, wobei im Extremfall sogar die Verleimung der Späne untereinander ganz wegfallen kann;
im zweiten Fall ergibt sich als Extrem ein normaler Hoizspanpress- körper, dessen Gefügebildung in erster Linie durch die bekannte Verleimung der Späne untereinander durch das Bindemittel bedingt ist, während die die Hohlräume ausfüllenden, aufgeschäumten Kunststoffgranulate nur zum Teil oder überhaupt nicht untereinander verschweissen. Zwischen den beiden Extremen sind alle denkbaren Variationen möglich.
Bei Holzspanpresskörpern hat das eingebrachte Bindemittel einen um so schlechteren Wirkungsgrad, je niedriger das spezifische Gewicht des Körpers, das heisst je mehr sein Gefüge von kleinen Hohlräumen durchsetzt ist. Das Bindemittel wirkt nur dort, wo es zwischen die Berührungsstellen zweier Späne eingelagert ist, während es an den Wandungen der Hohlräume ohne verleimende Wirkung bleibt und diese Hohlräume lediglich mehr oder weniger auskleidet. Wenn nun diese Hohlräume durch einen Kunststoffschaum ausgefüllt sind, der sich während des Aufschäumens mit einem gewissen Druck an die Wandung anlegt, so verleimt dort Kunststoffschaum mit Bindemittel, wodurch eine hervorragende Festigkeitssteigerung des Gesamtgefüges zustande kommt.
Der an sich aus drei Komponenten bestehende Körper bildet dann ein im ganzen geschlossenes und einheitliches Gefüge und benötigt nicht nur in der Vo lumeneinheit - absolut gerechnet-wenigerRohstoffe als ein normaler Holzspanpresskörper gleicher Festigkeit, der nur aus den zwei Komponenten, nämlich Span und Bindemittel, besteht, sondern es kann auch der proportionale Anteil an Bindemittel im Gemisch von Bindemittel und Spänen gesenkt werden, wobei trotzdem hochwertige mechanische Eigenschaften erzielt werden.
Als erfindungsgemäss verwendbare Holzspäne kommen Späne jeder beliebigen Holzart in Frage, wie z. B. solche von Fichten, Buchen, Linden, Pappeln, Eschen, Kiefern, Kastanien, Gaboonen oder Limbanen. Die Länge dieser Späne kann etwa 4 bis
18 mm betragen, ihre Breite etwa 1 bis 20 mm und ihre Dicke etwa 0,1 bis 1,2 mm und insbesondere 0,4 bis 0,7 mm.
Als Bindemittel sind alle für die Verleimung von Holz geeigneten üblichen Bindemittel brauchbar. In erster Linie kommen aber Polykondensationsprodukte wie Carbamidharze, z. B. Harnstoff-Formaldehyd Harze, in Frage. Diese Harze werden in üblicher Weise gewonnen, indem 1 Mol Harnstoff mit etwa
1,5 bis 3 Mol Formaldehyd umgesetzt wird. Es lassen sich sowohl die primären Anlagerungsprodukte verwenden als auch unter Bildung von Äther- und gegebenenfalls Methylenbrücken erhaltene Kondensationsprodukte, sofern sie noch im wesentlichen was serlöslich sind. Im allgemeinen soll 1 Teil des festen Kondensationsproduktes noch mit einem Teil Wasser gut verträglich sein und eine Lösung ergeben. Aber auch andere Carbamidharze, wie z. B.
Polykonden s ationsprodukte aus Verbindungen mit wenigstens einer Carbamidgruppe im Molekül und Aldehyden, sind gut geeignet. Solche Carbamidharze bildenden Verbindungen sind beispielsweise N-substituierte Harnstoffe, z. B. N-Alkyl- oder N-Arylharnstoffe, insbesondere N-Methyl-, -Äthyl-, -Propyl-, -Butyl-, oder -Phenylharnstoff, ferner Dicyandiamid, Guani- din oder Urethane. Schliesslich können mit sehr gutem Erfolg auch Polykondensationsprodukte aus anderen aminoplastharzbildenden Verbindungen und Aldehyden verwendet werden, z. B. solche aus Aminotriazinen, insbesondere Triaminotriazinen (Melamin), oder weniger als drei Aminogruppen enthaltenden Triazinen, z. B. Diaminotriazinen.
Als Aldehyd verwendet man dabei im allgemeinen Formaldehyd oder seine Polymere, z. B. Paraformaldehyd, aber auch höhermolekulare Aldehyde, z. B. Acetataldehyd, Furfurol oder gegebenenfalls auch Propionaldehyd und Butyraldehyd können in bekannter Weise für die aminoplastbildende Reaktion herangezogen werden.
Diese so erhaltenen Polykondensationsprodukte aus Aminoplaste bildenden Verbindungen und Aldehyden werden im allgemeinen mit sauren Verbindungen als Härtungsmittel versetzt. Hierfür kommen insbesondere organische Carbonsäuren oder auch anorganische Säuren in Frage, wie beispielsweise Maleinsäure, Milchsäure, Phthalsäure, Ameisensäure, Essigsäure, Phosphorsäure, Schwefelsäure, Salzsäure. Besonders vorteilhafte Härtungsmittel sind auch die Salze von starken organischen Säuren, insbesondere deren wasserlösliche Salze, z. B. Alkali-und besonders zweckmässig Ammoniumsalze, z. B. der Schwefelsäure, Salzsäure, Salpetersäure oder Phosphorsäure. Wie in der Verleimungstechnik üblich, wendet man zweckmässig ungefähr 0,3 bis 5% eines sauren Härtungsmittels, bezogen auf das feste Harz, an.
Neben dem eigentlichen Härtungsmittel können Stoffe dem Härter bzw. der Leimfiotte zugegeben werden, die zur Regulierung der Härtungsgeschwindigkeit dienen, vorwiegend diese verzögern, wie z. B. Harnstoff, Ammoniak, Urotropin, Guanidin.
Eine weitere Gruppe von Polykondensationsprodukten, die sich als Bindemittel eignen, sind die Phenolharze. Sie werden ebenfalls in üblicher Weise aus Phenol selbst oder seinen im Kern substituierten Derivaten oder auch aus mehrwertigen Phenolen, wie z. B. die Kresole mit Aldehyden, insbesondere Formaldehyd, aber auch höhermolekularen Fettaldehyden gewonnen.
Ebenso wie die Aminoplastharze können die Phenolharze aus Gemischen verschiedener Phenoplaste bildenden Verbindungen und verschiedenen Aldehyden hergestellt sein. Auch Gemische verschiedener Polykondensationsprodukte sind als Bindemittel verwendbar. Die Phenolharze können ohne Härtungsmittel verwendet werden, doch lassen sie sich auch, wie üblich, mit sauren, neutralen oder unter Umständen auch alkalischen Verbindungen härten. Als Bei spiei für ein neutrales Härtungsmittel sei der Paraformaldehyd genannt, ferner kommen anorganische Salze in Betracht, z. B. Aluminiumsulfat, oder auch organische Säuren, z. B. -Oxybuttersäure. Lactone sind oft sehr gut geeignet, beispielsweise Butyrolacton.
Wie auch bei den Aminoplastharzen können Gemische von Härtungsmitteln verwendet werden. Im allgemeinen wird man sowohl die Aminoplastharze als auch die Phenolharze in wässriger Lösung anwenden, doch kann man grundsätzlich auch mit organischen Lösungsmitteln arbeiten, z. B. mit alkoholischen Lösungen.
Ausser den genannten Polykondensationsprodukten können auch bekannte Klebemittel auf anderer Basis Verwendung finden. Erwähnt seien beispielsweise die ungesättigten Polyesterharze, also Polykondensationsprodukte aus mehrwertigen äthylenisch ungesättigten Carbonsäuren, insbesondere a,fl- äthylenisch ungesättigte a,-Dicarbonsäuren, z. B.
Maleinsäure, und mehrwertigen Alkoholen, insbeson dere Glykolen. Ferner können Polyglycidyläther, also sogenannte Äthoxylin- oder Epoxyharze, angewandt werden, die in üblicher Weise mit Polyaminen oder Polycarbonsäuren gehärtet werden.
Als Füllstoffe kommen verschäumbare noch kompakte oder aber bereits verschäumte Kunststoffteilchen in Frage. Es können aber auch Kunststoff teilchen verwendet werden, die sich in ! einem beiie- bigen Zwischenstadium der Verschäumung befinden.
Im folgenden werden diese als vorgeschäumte Kunststoffe bezeichnet. Dazu geeignete Kunststoffe sind besonders expandierbare Thermoplaste und unter diesen wiederum besonders gut verschäumbare Styrolpolymerisate, z. B. Polystyrol, oder Mischpolymerisate aus überwiegenden Mengen Styrol und geringen Mengen einer anderen mit Styrol mischpolymerisierbaren mono- oder polyäthylenisch-ungesättigten Verbindung, beispielsweise Acryillnitril, Vinylchlorid, Vinylcarbazol, Divinylbenzol oder Isobutylen. Im allgemeinen wird das verwendete Styrolpolymerisat mindestens 50% und vorzugsweise mindestens 80% Styrol enthalten, doch können auch andere Thermoplaste verwendet werden, die nicht auf Basis von Styrol aufgebaut sind, z. B. verschäumtes Polyvinylchlorid, Polyvinylcarbazol oder Polyäthylen.
Andere dazu gut geeignete poröse gehärtete Polykondensationsprodukte sind beispielsweise poröse Harze aus Aminoplaste bildenden Verbindungen und Aldehyden, wie sie bereits im Absatz über die verwendbaren Bindemittel besprochen wurden. Ferner kommen poröse Phenolharze in Betracht sowie poröse gehärtete Massen aus Polyglycidyläthern und den bereits erwähnten Härtungsmitteln hierfür.
Die verwendeten porösen Kunststoffe sollen mit dem Bindemittel untereinander und mit den Holz- spänen verleimbar sein. Sie sind ebenfalls in bekannter und üblicher Weise hergestellt. So können z. B. bei der Polymerisation der zu dem verwendeten Kunststoff führenden monomeren Verbindungen, z. B. bei der Polymerisation oder Mischpolymerisation von Styrol, als Queiiungsmittel wirkende organische Flüssigkeit mitverwendet werden, die in die entstehenden Polymerisatkügelchen eingeschlossen werden. Hierzu eignen sich besonders aliphatische gesättigte Kohlenwasserstoffe wie beispielsweise Pentan, Hexan, Heptan, Octan, deren Gemische (Petroläther) oder im besonderen Fall des Polyäthylens das Aceton. Diese Quellungsmittel können aber auch nach erfolgter Polymerisation in das Polymerisat eingearbeitet werden.
Weitere geeignete Treibmittel sind beispielsweise gasförmige organische Verbindungen wie niedermole- klare aliphatische Kohlenwasserstoffe, insbesondere Methan, Athan, Propan oder Butan. Auch völlig indifferente anorganische Gase sind als Treibmittel geeignet, z. B. Stickstoff oder Kohlendioxyd sowie Treibmittel, die bei erhöhter Temperatur zersetzt werden, z. B. Bicarbonate, wie Natriumbicarbonat, oder unter Bildung von Stickstoff zersetzliche Diazoverbindungen.
Die Teilchengrösse der verwendeten porösen oder in den porösen Zustand überführbaren Kunststoffe kann in weiten Grenzen verändert werden. Sind die Kunststoffteilchen bereits verschäumt, so beträgt ihre Grösse im allgemeinen etwa 0,9 bis 15 mm. Teilweise vorgeschäumte Teilchen sollen besonders zweckmässig etwa 0,6 bis 10 mm gross sein und noch nicht vorgeschäumte Teilchen etwa 0,1 bis 5 mm. Die Grösse der verwendeten Teilchen richtet sich nach den Massen der verwendeten Holzspäne, so dass man an diese genannten Grössen nicht gebunden ist.
Die angewandten Mengenverhältnisse sind etwa folgende: Auf 100 kg Holzspäne wird man je nach dem spezifischen Gewicht und der Beschaffenheit des Holzes sowie nach Grösse und Form der Späne im allgemeinen 5 bis 20 kg feste Bindemittel und insbesondere 7 bis 15 kg verwenden. Das verwendete Bindemittel enthält je nach seiner chemischen Bb schaffenheit und der gewünschten Härtungsgeschwindigkeit etwa 0,01 bis 15% festes Härtungsmittei (einschliesslich Verzögerungsstoffe), bezogen auf festes Harz. Es ist günstig, das Härtungsmittel gelöst anzuwenden, etwa in 5- bis 40%iger Lösung. Es kann aber auch in fester Form der Leimlösung zugegeben werden.
Die porösen oder in den porösen Zustand überführbaren Kunststoffe gibt man zweckmässig in Mengen zwischen etwa 0,5 und 5 Gewichtsprozent, bezogen auf Holzspäne, zu, doch ist man auf dieses Mengenverhältnis nicht angewiesen, weil es sich danach richtet, welches spezifische Gewicht und welche Form die Holzspäne und welches Raumgewicht die verwendeten Kunststoffteilchen besitzen. Die Zahlenangabe 0,5 bis 5 Gewichtsprozent bezieht sich bei spielsweise bei der Verwendung von porösen Styrolpolymerisatteilchen auf solche Teilchen, die ein Raumgewicht von etwa 5 bis 40 gp einnehmen.
Das erhaltene Gemisch aus Spänen, Kunststoffteilchen und Bindemitteln wird nun in den für die Fabrikation von Spanplatten üblichen Pressen oder sonstigen maschinellen Anlagen unter Druck und Hitze verformt. Man kann auch so vorgehen, dass man Bindemittel und verschäumungsfähige Kunststoffe auf in Wasser suspendierte Fasern oder Späne aufbringt bzw. einem Wasser-Faser-Gemisch beifügt, worauf man das Gemisch aufwässert und die Verschäumung und Verklebung der drei Komponenten untereinander während des anschWiessenden Trocknungs proesses durchführt. Bei Verwendung von vorgeschäumten Kunststoffteilchen beträgt die Presstemperatur besonders zweckmässig etwa 70 bis 1500 C.
Sind die verwendeten Kunststoffteilchen noch nicht verschäumt, so presst man vorteilhaft bei Temperaturen, die über 90O C liegen. Man muss dafür sorgen, dass bei Verwendung nicht oder nur teilweise geschäumter Kunststoffe die Temperatur in der Presse ausreicht, damit das im Kunststoff enthaltene Treibmittel seine Wirkung entfaltet und der Kunststoff vollkommen aufgeschäumt wird. Bei Verwendung von noch nicht geschäumtem, treibmittelhaltigem Poly vinylcarbazol sind beispielsweise höhere Presstemperaturen erforderlich, die zwischen 170 bis 1900 C liegen. Bei Verwendung von ausgehärteten porösen Polykondensationsprodukten, beispielsweise Harnstoff-Formaldehyd-Harzen, liegt die Presstemperatur zwischen 110 und 1800 C.
Beispiel 1
Es werden 1600 g nachzerkleinerte Fichtenflachspäne mit 400g auf 20000cm3 vorgeschäumtem Carbamid-Schaumstoff im Mischwerk gemischt und dann mit 260 g einer 50% eigen Lösung eines Harn stoff - Formaldehyd Kondensationsproduktes bedüst, der die entsprechende Menge Härter zugesetzt ist.
Von dieser Mischung werden 1860 g in einen Formkasten eingewogen und egalisiert. Im Boden des Formrahmens liegt ein kaltes Zulageblech aus Leichtmetall; nach dem Egalisieren wird der Spänekuchen im Formrahmen von oben mit einem weiteren kalten Leichtmetall-Zulageblech abgedeckt. Diese Leichtmetallbleche haben die Aufgabe, den nun hergestellten Spänekuchen bei den darauffolgenden Pressgängen Halt zu geben. Dieser, im Formrahmen befindliche Spänekuchen wird in einer Kaltpresse vorverdichtet, hauptsächlich mit der Absicht, das Volumen des Spänekuchens zu verringern und gleichzeitig ein gutes Stehvermögen der Kanten nach dem Entfernen des Formrahmens zu erzielen.
Die so vorgeformte Platte wird nun mit den Zulageblechen in einer hydraulischen Heisspresse, deren Heizplatten eine Temperatur von 140 C aufweisen, 10 Minuten lang gepresst. Die Presse steht unter Höchstdruck, bis der Spänekuchen so weit verdichtet ist, dass die Heizplatten auf den Distanzleisten aufsitzen, weiche die Dicke und somit das spezifische Gewicht der Platten bestimmen. Danach lässt man den Druck bis zum Ende des Pressvorganges auf etwa 8 kg/cm2 Spanplattenfläche abfallen. Mit Beendigung des Pressvorganges wird die Spanplatte samt Zulageblechen der Presse entnommen, welche nach erfolgter Auskühlung wieder zum Abdecken des Spänekuchens verwendet werden.
Auf solche Weise hergestellte Platten weisen bei einem spezifischen Gewicht von 0,27 und einer Dicke von 17,8 mm eine mittlere Biegefestigkeit von 20 kg/cm2 auf.
Beispiel 2
Nach dem unter Beispiel 1 beschriebenen Verfahren werden 1600 g Späne derselben Art mit 240 g auf 20000 cm3 vorgeschäumtem Polystyrol-Schaum stoff gemischt und mit 260 g einer 50%igen Lösung eines Harnstoff-Formaldehyd-Kondensationsproduktes bedüst, der die entsprechende Menge Härter zugesetzt ist. Zur Einwaage gelangen 1860g dieses beleimten Schaumstoff-Spangemisches und werden wie im Beispiel 1 10 Minuten lang bei 140au gepresst. Solche Platten haben bei einem spezifischen Gewicht von 0,22 und einer Dicke von 21 mm eine mittlere Biegefestigkeit von 37 kg/cm2.
Beispiel 3
Nach dem im Beispiel 1 beschriebenen Verfahren werden 2600 g nachzerkleinerte Fichtenflächspäne mit 36 g auf 3000 cm3 vorgeschäumten Polystyrol Schaumstoff vermischt und mit 416 g einer 50/eigen Lösung eines Harnstoff-Formaldehyd-Kondensations- produktes bedüst, der die entsprechende Menge Härter zugesetzt ist, und dann zu Spanplatten verpresst.
Solche Spanplatten weisen nach einer Presszeit von 15 Minuten und einer Presstemperatur von 1400 C bei einem spezifischen Gewicht von 0,41 eine Biegefestigkeit von 72 kg/cm2 auf.
Beispiel 4
3000 g nachzerkleinerte Fichtenflachspäne werden mit 50g nicht vorgeschäumtem Polystyrol-Schaumstoff vermengt und dann mit 600 g einer 50%eigen Lösung eines Harnstoff-Formaldehyd-Kondensations- produktes bedüst, der die entsprechende Menge Härter zugesetzt ist. Von diesem Gemisch werden 2960 g eingewogen und bei 145 C 18 Minuten lang zu Platten gepresst, wie unter Beispiel 1 beschrieben wurde.
Solche Platten weisen bei einer Dicke von 18 mm und einem spezifischen Gewicht von 0,43 eine Biegefestigkeit von etwa 89 kg/cm2 auf.
Beispiel 5
Es werden 3000 g nicht nachzerkleinerte Fichtenflachspäne mit 36 g auf 3000 cm3 vorgeschäumtem Polystyrol-Schaumstoff im Mischwerk innig vermengt, dann mit 475 g einer 50%igen Lösung eines Harn stoff- Fomaldehyd - Kondensationsproduktes bedüst, der die entsprechende Menge Härter zugesetzt ist.
Im übrigen erfolgt die Herstellung der Spanplatte wie in Beispiel 1 beschrieben, wobei sich lediglich die Presszeit auf 15 Minuten erhöht. Auf diese Weise hergesteIlte Spanplatten haben bei einer Dicke von 18,5 mm und einem spezifischen Gewicht von 0,43 eine Biegefestigkeit von 180 kg/cm2.