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.
Compression molding material and process for its manufacture
The subject of the present invention is a particularly light and at the same time pressure-resistant molded material which is characterized in that it consists of wood chips or wood fibers, a binder and a porous plastic serving as a filler.
The invention also relates to a method for producing such molding materials, which is characterized in that wood chips or wood fibers are mixed with binders and foamable or at least partially foamed plastics, the mixture obtained is molded and pressed at elevated temperature and that, if the plastics are not foamed, they are still foamed after mixing.
The molding materials according to the invention can, for. B. used to support and fill cavities.
The technical and economic importance of the invention is that it is possible in this way, e.g. B. to produce chipboard and chipboard moldings with a very low specific weight and thus low raw material costs with technically useful strength properties. The use of wood chipboard materials of low specific weight has so far failed primarily because of the insufficient compressive strength, while the flexural strength would still be sufficient for numerous purposes.
The method according to the invention can be carried out in a simple manner as follows: Wood chips are mixed in a known manner in a mixing device with a known binder. The binder is introduced in a known manner, for example by injecting the liquid binder or by adding it in powder form. Before, during or after the introduction of the binder, a foamable plastic, for example in granulated form, is added. During the subsequent pressing process, the individual plastic particles are foamed up, filling the cavities between the chips as spatial honeycombs or bridges and sticking them together and with the binder.
Depending on the proportion of chips and foamable plastic, a body is obtained that is more of a chip material with cavities filled and supported by foam, or a synthetic resin foam with embedded scaffolding chips. In the first case, the gluing of the chips to one another takes a back seat to the direct welding of the individual foamed plastic granules to one another and the gluing of the chips to these foam granules, whereby in extreme cases even the gluing of the chips to one another can be omitted entirely;
in the second case, the extreme result is a normal wood chipboard, the structure of which is primarily due to the known gluing of the chips with one another by the binding agent, while the foamed plastic granulates filling the cavities only partially or not at all weld to one another. All conceivable variations are possible between the two extremes.
In the case of wood chipboards, the binding agent introduced is less effective, the lower the specific weight of the body, that is, the more its structure is interspersed with small cavities. The binding agent only works where it is stored between the points of contact between two chips, while it has no gluing effect on the walls of the cavities and only more or less lines these cavities. If these cavities are now filled by a plastic foam, which is applied to the wall with a certain pressure during the foaming, then plastic foam is glued with binding agent, which results in an excellent increase in the strength of the overall structure.
The body, which itself consists of three components, then forms a completely closed and uniform structure and not only requires less raw materials in the volume unit - in absolute terms - than a normal wood chipboard of the same strength, which consists only of the two components, namely chip and binding agent It is also possible to reduce the proportion of binder in the mixture of binder and chips, while still achieving high-quality mechanical properties.
As wood chips that can be used according to the invention, chips of any type of wood come into question, such as. B. those of spruce, beech, linden, poplar, ash, pine, chestnut, gaboon or limb. The length of these chips can be around 4 to
18 mm, their width about 1 to 20 mm and their thickness about 0.1 to 1.2 mm and in particular 0.4 to 0.7 mm.
All customary binders suitable for gluing wood can be used as binders. But primarily polycondensation products such as carbamide resins, z. B. urea-formaldehyde resins in question. These resins are obtained in the usual way by adding 1 mole of urea with about
1.5 to 3 mol of formaldehyde is implemented. Both the primary addition products and condensation products obtained with the formation of ether and, if appropriate, methylene bridges can be used, provided that they are still essentially soluble in water. In general, 1 part of the solid condensation product should still be compatible with 1 part water and result in a solution. But also other carbamide resins, such as. B.
Polycondensation products from compounds with at least one carbamide group in the molecule and aldehydes are well suited. Such carbamide resin-forming compounds are, for example, N-substituted ureas, e.g. B. N-alkyl or N-aryl ureas, especially N-methyl, -ethyl, -propyl, -butyl-, or -phenylurea, also dicyandiamide, guanidine or urethanes. Finally, polycondensation products from other aminoplast resin-forming compounds and aldehydes can also be used with very good success, e.g. B. those from aminotriazines, especially triaminotriazines (melamine), or less than three amino groups containing triazines, z. B. diaminotriazines.
The aldehyde used is generally formaldehyde or its polymers, e.g. B. paraformaldehyde, but also higher molecular weight aldehydes, z. B. acetate aldehyde, furfural or optionally also propionaldehyde and butyraldehyde can be used in a known manner for the aminoplast-forming reaction.
These polycondensation products thus obtained from compounds forming aminoplasts and aldehydes are generally admixed with acidic compounds as hardeners. Organic carboxylic acids or also inorganic acids, such as maleic acid, lactic acid, phthalic acid, formic acid, acetic acid, phosphoric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, are particularly suitable for this. Particularly advantageous hardening agents are also the salts of strong organic acids, in particular their water-soluble salts, e.g. B. alkali and particularly useful ammonium salts, z. B. sulfuric acid, hydrochloric acid, nitric acid or phosphoric acid. As is customary in gluing technology, it is expedient to use approximately 0.3 to 5% of an acidic hardener, based on the solid resin.
In addition to the actual hardening agent, substances can be added to the hardener or the glue that serve to regulate the hardening rate, mainly to delay it, such as B. urea, ammonia, urotropine, guanidine.
Another group of polycondensation products that are suitable as binders are the phenolic resins. They are also made in the usual way from phenol itself or its derivatives substituted in the nucleus or from polyhydric phenols, such as. B. the cresols obtained with aldehydes, especially formaldehyde, but also higher molecular weight fatty aldehydes.
Like the aminoplast resins, the phenolic resins can be produced from mixtures of various phenoplastic compounds and various aldehydes. Mixtures of different polycondensation products can also be used as binders. The phenolic resins can be used without hardeners, but they can also be hardened, as usual, with acidic, neutral or, under certain circumstances, alkaline compounds. Paraformaldehyde may be mentioned as the case of a neutral hardener; inorganic salts are also suitable, e.g. B. aluminum sulfate, or organic acids, e.g. B. -oxybutyric acid. Lactones are often very suitable, for example butyrolactone.
As with the aminoplast resins, mixtures of curing agents can be used. In general, you will use both the amino resins and the phenolic resins in aqueous solution, but you can in principle also work with organic solvents, for. B. with alcoholic solutions.
In addition to the polycondensation products mentioned, known adhesives on a different basis can also be used. Mention may be made, for example, of the unsaturated polyester resins, that is to say polycondensation products of polybasic ethylenically unsaturated carboxylic acids, in particular a, fl-ethylenically unsaturated a, -dicarboxylic acids, e.g. B.
Maleic acid, and polyhydric alcohols, in particular glycols. Furthermore, polyglycidyl ethers, so-called ethoxylin or epoxy resins, can be used, which are cured in the usual way with polyamines or polycarboxylic acids.
Foamable, compact or already foamed plastic particles can be used as fillers. But it can also be used plastic particles that are in! are in an intermediate stage of foaming.
In the following, these are referred to as pre-expanded plastics. Plastics suitable for this purpose are particularly expandable thermoplastics and, among these, particularly foamable styrene polymers, e.g. B. polystyrene, or copolymers of predominant amounts of styrene and small amounts of another mono- or polyethylenically unsaturated compound copolymerizable with styrene, for example acrylonitrile, vinyl chloride, vinyl carbazole, divinylbenzene or isobutylene. In general, the styrene polymer used will contain at least 50% and preferably at least 80% styrene, but it is also possible to use other thermoplastics which are not based on styrene, e.g. B. foamed polyvinyl chloride, polyvinyl carbazole or polyethylene.
Other porous hardened polycondensation products that are well suited for this purpose are, for example, porous resins made from compounds forming aminoplasts and aldehydes, as already discussed in the paragraph on the binders that can be used. Porous phenolic resins as well as porous hardened compositions made of polyglycidyl ethers and the hardening agents already mentioned for this purpose are also suitable.
The porous plastics used should be able to be glued together with the binder and with the wood chips. They are also made in a known and customary manner. So z. B. in the polymerization of the leading to the plastic used monomeric compounds, for. B. in the polymerization or copolymerization of styrene, organic liquid acting as a quenching agent can be used, which are included in the resulting polymer beads. Aliphatic saturated hydrocarbons such as pentane, hexane, heptane, octane, their mixtures (petroleum ether) or, in the special case of polyethylene, acetone are particularly suitable for this purpose. However, these swelling agents can also be incorporated into the polymer after the polymerization has taken place.
Further suitable propellants are, for example, gaseous organic compounds such as low molecular weight clear aliphatic hydrocarbons, in particular methane, ethane, propane or butane. Completely indifferent inorganic gases are also suitable as propellants, e.g. B. nitrogen or carbon dioxide and propellants that are decomposed at elevated temperature, z. B. bicarbonates, such as sodium bicarbonate, or diazo compounds which decompose with the formation of nitrogen.
The particle size of the porous plastics used or those which can be converted into the porous state can be varied within wide limits. If the plastic particles are already foamed, their size is generally about 0.9 to 15 mm. Partially pre-expanded particles should particularly advantageously be about 0.6 to 10 mm in size and particles that have not yet been pre-expanded should be about 0.1 to 5 mm. The size of the particles used depends on the mass of the wood chips used, so that one is not bound by these sizes.
The proportions used are approximately as follows: For 100 kg of wood shavings, depending on the specific weight and nature of the wood and the size and shape of the shavings, generally 5 to 20 kg of solid binding agent and in particular 7 to 15 kg are used. The binder used contains, depending on its chemical nature and the desired hardening rate, about 0.01 to 15% solid hardening agent (including retarders), based on solid resin. It is advantageous to use the hardener in solution, for example in a 5 to 40% solution. However, it can also be added to the glue solution in solid form.
The porous plastics or plastics which can be converted into the porous state are expediently added in amounts between about 0.5 and 5 percent by weight, based on wood chips, but you do not have to rely on this ratio because it depends on the specific weight and shape the wood chips and the density of the plastic particles used. The figure 0.5 to 5 percent by weight relates, for example when using porous styrene polymer particles, to those particles which have a density of about 5 to 40 gp.
The resulting mixture of chips, plastic particles and binding agents is then shaped under pressure and heat in the presses or other mechanical systems customary for the manufacture of chipboard. You can also proceed by applying binders and foamable plastics to fibers or shavings suspended in water or adding them to a water-fiber mixture, whereupon the mixture is soaked and the three components are foamed and glued together during the subsequent drying process . When using pre-expanded plastic particles, the pressing temperature is particularly expediently about 70 to 1500 C.
If the plastic particles used are not yet foamed, it is advantageous to press at temperatures above 90 ° C. It must be ensured that when using non-foamed or only partially foamed plastics, the temperature in the press is sufficient so that the blowing agent contained in the plastic develops its effect and the plastic is completely foamed. When using not yet foamed, blowing agent-containing poly vinyl carbazole, for example, higher press temperatures between 170 and 1900 C are required. When using cured porous polycondensation products, for example urea-formaldehyde resins, the pressing temperature is between 110 and 1800 C.
example 1
1600 g of re-shredded spruce flakes are mixed with 400 g of 20,000 cm3 pre-expanded carbamide foam in the mixer and then sprayed with 260 g of a 50% proprietary solution of a urea-formaldehyde condensation product to which the appropriate amount of hardener is added.
1860 g of this mixture are weighed into a molding box and leveled. A cold additional sheet made of light metal is located in the bottom of the molded frame; After leveling, the chip cake in the mold frame is covered from above with another cold light metal additional sheet. The task of these light metal sheets is to hold the chip cake that is now produced in place during the subsequent pressing operations. This chip cake located in the mold frame is precompacted in a cold press, mainly with the intention of reducing the volume of the chip cake and at the same time achieving good edge stability after the mold frame has been removed.
The plate preformed in this way is then pressed with the additional sheets for 10 minutes in a hydraulic hot press, the heating plates of which have a temperature of 140 ° C. The press is under maximum pressure until the chip cake is compacted enough that the heating plates sit on the spacer bars, which determine the thickness and thus the specific weight of the plates. Then the pressure is allowed to drop to around 8 kg / cm2 chipboard surface by the end of the pressing process. At the end of the pressing process, the chipboard and the additional sheets are removed from the press, which are used again to cover the chip cake after cooling down.
Plates produced in this way have a specific weight of 0.27 and a thickness of 17.8 mm and an average flexural strength of 20 kg / cm2.
Example 2
According to the method described in Example 1, 1600 g of chips of the same type are mixed with 240 g of pre-expanded polystyrene foam to 20,000 cm3 and sprayed with 260 g of a 50% solution of a urea-formaldehyde condensation product to which the appropriate amount of hardener is added. The initial weight is 1860 g of this glued foam-chip mixture and is pressed at 140 ° for 10 minutes as in Example 1. Such plates have an average flexural strength of 37 kg / cm2 with a specific weight of 0.22 and a thickness of 21 mm.
Example 3
According to the method described in Example 1, 2600 g of re-shredded spruce flakes are mixed with 36 g of 3000 cm3 pre-expanded polystyrene foam and sprayed with 416 g of a 50% solution of a urea-formaldehyde condensation product to which the appropriate amount of hardener has been added and then pressed into chipboard.
After a pressing time of 15 minutes and a pressing temperature of 1400 ° C. with a specific weight of 0.41, such chipboard has a flexural strength of 72 kg / cm2.
Example 4
3000 g of re-shredded spruce flakes are mixed with 50 g of non-prefoamed polystyrene foam and then sprayed with 600 g of a 50% proprietary solution of a urea-formaldehyde condensation product to which the appropriate amount of hardener has been added. 2960 g of this mixture are weighed out and pressed into plates at 145 ° C. for 18 minutes, as described under Example 1.
With a thickness of 18 mm and a specific weight of 0.43, such plates have a flexural strength of about 89 kg / cm2.
Example 5
3000 g of non-comminuted spruce flakes are intimately mixed with 36 g of 3000 cm3 of pre-expanded polystyrene foam in the mixer, then sprayed with 475 g of a 50% solution of a urea-formaldehyde condensation product to which the appropriate amount of hardener is added.
Otherwise, the chipboard is produced as described in Example 1, the pressing time only increasing to 15 minutes. Chipboard produced in this way has a flexural strength of 180 kg / cm2 with a thickness of 18.5 mm and a specific weight of 0.43.