Verfahren zur Herstellung von Spanplatten und nach diesem Verfahren erhaltene Spanplatte
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues und verbessertes Verfahren zur Herstellung von Spanplatten mit guten Festigkeitseigenschaften sowie das resultierende Produkt.
Bei der heutigen technischen Herstellung von Span platten werden Holzstückchen getrocknet, dann einer Mischstufe zugeführt, in welcher das Bindemittel, gewöhnlich ein Harnstoff-Formaldehyd- oder ein Phenol Formaldehydharz, appliziert wird. Die Teilchen werden dann in Form einer Matte abgelagert, die schliesslich unter Wärme- und Druckeinwirkung verfestigt wird unter Bildung der Spanplatte. Bei diesem Verfahren wird das Harz gleichzeitig auf feine und grobe Fraktionen von Holzstückchen appliziert. Auf diese Weise wird der Harzbinder in grösserer Menge auf die kleineren Fraktionen aufgebracht, während die grösseren Teilchen nur knapp mit Harz versehen werden.
Typisch ist beispielsweise ein Bindemittelgehalt der feinteiligen Fraktionen von bis 30 %, während die groben Fraktionen nur 2 bis 4 % Bindemittel enthalten. Dadurch wird die innere Bindungsfestigkeit beträchtlich verschlechtert, was sich in ungenügenden Kennziffern für die Biegefestigkeit der Platten äussert. Um befriedigende Eigenschaften der Platten zu erzielen, wird daher häufig ein höherer Bindemittelgehalt benötigt. Der durchschnittliche Bindemittelgehalt bei so hergestellten Spanplatten beträgt etwa 7,5 %.
Ziel der vorliegenden Erfindung war es, die Herstellung von Spanplatten zu ermöglichen, die befriedigende Eigenschaften bei niedrigerem Bindemittelgehalt, als bisher üblich, aufweisen und eine maximale Bindungskraft für eine gegebene Bindemittelmenge besitzen.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Spanplatten, das sich dadurch auszeichnet, dass man Gemische aus feinen und groben Holzpartikein in einzelne Fraktionen nach Teilchengrösse zerlegt, diese gesonderten Fraktionen mit einem Harzbindemittel beschichtet, die Fraktionen wieder vereinigt und zu einer Matte formt und diese zu Spanplatten verpresst.
Beim erfindungsgemässen Verfahren kann die Matte so gebildet sein, dass die grössten Teilchen sich im Inneren der Matte befinden, während die Teilchengrösse vom Inneren nach beiden Richtungen abnimmt.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellte Spanplatte aus Holzpartikeln und Harzbindemittel.
Diese Spanholzplatte kann als Bindemittel ein Harnstoff-Formaldehydharz, ein Phenol-Formaldehydharz oder Melamin-Harnstoff-Formaldehydharz enthalten.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird es möglich, Spanplatten herzustellen, bei welchen das Verhältnis von Zugfestigkeit zu Biegefestigkeit bei einer gegebenen Bindemittelmenge in der Platte variiert werden kann. Ferner kann die Wasseraufnahme und Neigung zu Quellen bei den Spanplatten vermindert werden, und wenn als Bindemittel ein Phenolharz verwendet wird, dann können Platten hergestellt werden, deren Witterungsbeständigkeit erhöht ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren ermöglicht es, Spanplatten herzustellen, bei denen bei gegebenem Bindemittelgehalt die Zugfestigkeit, die Biegefestigkeit und die Werte für das Festhalten von Schrauben wesentlich verbessert sind. Gleichzeitig können Wasseraufnahme und daraus resultierendes Quellen stark herabgesetzt werden. Die erfindungsgemäss hergestellten Spanplatten können leichter bearbeitet und gesägt werden als die bisherigen Spanplatten. Durch die Erfindung wird es möglich, die bisher erforderliche Bindemittelmenge um etwa 15 bis 20 S zu senken. Daraus entsteht für die Spanplattenherstellung eine wesentliche Einsparung.
Eine weitere Einsparung resultiert daraus, dass in einer dreischichtigen oder einer nichthomogenen Spanplatte die feinen Teilchen den grössten Teil des Materials an den Oberflächen darstellen und bei der Endbehandlung abgerieben werden. Bei den bisherigen Verfahren können diese feinen Teilchen 16 bis 30% an teurem Harzbinder enthalten. Beim erfindungsgemässen Verfahren liegen in den feinen Teilchen im allgemeinen weniger als 10 70 Harzbinder vor, so dass die Verluste wesentlich herabgesetzt werden.
Wenn man beim erfindungsgemässen Verfahren als Harzbindemittel ein melaminmodifiziertes Harnstoffbindemittel oder einen Phenolharzbinder verwendet, so weisen die so hergestellten Spanplatten im Aussenbau bessere Wetterbeständigkeit als nach bisherigen Verfahren für den Aussenbau hergestellte Spanplatten auf.
Wird in vorliegender Beschreibung von der Zugfestigkeit (ZF), dem Elastizitätsmodul (EM), der Biegefestigkeit (BF), der Wasseraufnahme und Didcenquel- lung gesprochen, so handelt es sich um die nach ASTM D1037-64 bestimmten Werte.
Die Werte für das Festhalten von Schrauben werden ermittelt, indem man eine Schraube von einer Seitenkante aus einsehraubt, eine andere senkrecht zur Oberfläche der Spanplatte. Die Testmethode ist in ASTM D1037-64 beschrieben.
Das Verhältnis von Zugfestigkeit (ZF) zu Biegefestigkeit (BF) drückt die Biegefestigkeit im Verhältnis zur inneren Festigkeit der Platte aus. Eine befriedigende Spanplatte muss eine solche innere Festigkeit aufweisen, dass sie unter normalen Verwendungsbedinguugen unversehrt bleibt. Die Biegefestigkeit (BF) ist ein Mass dieser Eigenschaft. Sie gibt die Kohäsion der Spanplatte in Richtung senkrecht zur Ebene der Platte an. Die Zugfestigkeit (ZF) ist ein Mass für die Gesamtfestigkeit der Platte beim Biegen. Die bisherigen Methoden zur Spanplattenherstellung ergaben im allgemeinen bei einem gegebenen Harzgehalt eine Zugfestigkeit, die höher ist, als für eine gegebene Biegefestigkeit erforderlich. Bei Spanplatten mit hoher Zugfestigkeit liegt das Verhältnis Zugfestigkeit : Biegefestigkeit im Bereich von 50 bis 80.
Durch das erfindungsgemässe Verfahren können diese Werte gesteuert und in einen Bereich unterhalb 50 gebracht werden, wie aus Fig. 4 zu ersehen.
Fig. 5 zeigt das Verhältnis von ZU: BS gegen ZF.
Man ersieht leicht, dass, wenn keine hohe ZF erwünscht ist, anstelle unausgewogener Festigkeiten, d. h. hoher Biegefestigkeit bei niedriger Kohäsion oder Biegefestigkeit, auch die BF gesteigert werden kann.
Unter beschleunigten Alterungstests werden Verfahren verstanden, wie sie beschrieben sind im West Coast Adhesive Manufacturer's Association's Test Method No. 6.1, unter dem Titel Accelerated Aging Tests for Evaluating the Durability Characteristics of Exterior Grade Wood Particleboard. Unter nichthomogenen Spanplatten werden solche verstanden, bei welchen die grössten Teilchen sich im Inneren der Platte befinden, während die Teilchengrösse ausgehend von dieser Innenschicht in beiden Richtungen abnimmt.
Ein Sonderfall der nichthomogenen Platten liegt in den dreischichtigen Platten vor, in welchen drei gesonderte Schichten aus Materialien verschiedener Teilchengrösse sichtbar sind, wobei das innenliegende Material die groberen Holzstückchen enthält.
Unter homogenen Spanplatten werden solche verstanden, bei welchen über die ganze Dicke der Platte ein gleichmässiges Gemisch der verschiedenen Teilchengrössen vorliegt. Beide Arten von Spanplatten werden heute technisch hergestellt. Die dreischichtigen Spanplatten besitzen den Vorteil einer feinen und glatten Oberfläche. Die homogenen Spanplatten sind etwas billiger und etwas leichter herzustellen.
Eine Vorrichtung zur Herstellung der dreischichtigen Spanplatten ist in der US-Patentschrift Nummer 3 214316 beschrieben, und eine Vorrichtung zur Herstellung der nichthomogenen Platten ist aus der US-Patentschrift Nr. 3 028 287 bekannt.
Bei der in der Technik üblichen Herstellung von Spanpiatten ist sämtlichen bekannten Verfahren die Applikation des Harzbinders auf die Holzstückchen in einer Mischstufe gemeinsam, wobei die Holzstückchen aller Teilchengrössen in Form von Flocken, Chips oder dergleichen in einer bewegten Trommel mit dem Harz bestäubt werden.
Durch chemische Analysenmethoden und mikroskopische Untersuchung der Holzstückchen nach dem Beschichten mit einem farbstoffhaltigen Binder konnte festgestellt werden, dass bei den üblichen technischen Prozessen die kleineren Teilchen die grösste Menge an Bindemittel aufweisen. Bei diesen Untersuchun"en werden die mit Bindemittel beschichteten Teilchen in folgende Fraktionen zerlegt: a) + 2,36 mm b) -2,36 bis +0,83 mm c) -0,83 bis +0,495 mm d) -0,495 bis +0,351 mm e) -0,351 mm Dabei wurde festgestellt, dass die grossen Fraktionen von mehr als 2,36 mm etwa 3 Gewichtsprozent Binde mittel enthielten.
Die Fraktion von 0,83-0,495 mm enthielt etwa 6 Gewichtsprozent Bindemittel, die Fraktion von 0,495-0,351 mm etwa 7 Gewichtsprozent Bindemittel und die Fraktion von weniger als 0,351 mm etwa 18 Gewichtsprozent Bindemittel. Diese Zahlen sind typisch für Spanplatten mit durchschnittlich 6,3 % Bindemittel. Die Zahlen stimmen überein mit dem, was man aufgrund der Tatsache, dass das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen der Teilchen mit abnehmender Teilchengrösse stark zunimmt, vorhersagen würde.
Grössere Oberflächen erfordern mehr Bindemittel zur Bedeckung, und daher sind grössere Mengen des Bindemittels auf den Fraktionen niedriger Teilchengrösse abgelagert.
Überraschend zeigte sich, dass man Spanplatten mit besseren Eigenschaften erhält, wenn die Menge an Harzbinder bei jeder Teilchenfraktion dem mittleren Bindemittelgehalt der Platte stärker angenähert wird.
Ferner wurde gefunden, dass das Verhältnis von Zugfestigkeit zu Biegefestigkeit verändert werden kann, indem man den Bindemittelgehalt verschiedener Teilchenfraktionen variiert.
Beispiel 1
Spanplattenrohstoff aus Douglasfichte, mit Bindemittel beschichtet, wurde aus einer Anlage zur Span piattenhersteltung bezogen*. Dieses Material wurde in folgende Fraktionen zerlegt: Teilchen von mehr als 2,36 mm; Teilchen von 2,36-0,83 mm; Teilchen von 0,83-0,495; Teilchen von 0,495-0,351 mm; und Teilchen kleiner als 0,351 mm. Die Fraktionen werden nach dem Verfahren von Kjeldahl auf ihren Bindemittelgehalt untersucht und ergaben folgende Werte: 2,7; 3,8; 6,0; 7,2 und 18,5% Harnstoff-Formaldehyd Harzfeststoffe* . Der durchschnittliche Bindemittel- gehalt betrug 6,3 %. Die einzelnen Fraktionen lagern in folgenden Mengen (Gewichtsprozent) vor: 23,7; 34,2; 20,8; 8,8 und 12,5. Das Analysenergebnis ist in Fig. 1 graphisch dargestellt.
Die mit Bindemittel beschichteten Fraktionen wurden dann vereinigt zwecks Herstellung einer abgestuften Matte, die in einer erhitzten hydraulischen Presse zu einer Spanplatte von 16 mm Dicke verpresst wurde. Die Presszeit betrug 7 Minuten, der maximale Pressdruck 28 Atmosphären und die Temperatur der Pressplatien 149C C. Man erhielt auf diese Weise eine Spanplatte mit einer Dichte von 0,733 g/cm3, eine Zugfestigkeit von 250 kg/cm2, einer Biegefestigkeit von 5,9 kg/cm2 und einem Elastizitätsmodul von 26 000 kg/cm2; die Wasseraufnahme betrug 12,5 % und die Dickenquellung 4,0 sO. Das Verhältnis von Zugfestigkeit zu Biegefestigkeit war 42,0.
Die Schraubenhalt Werte betrugen 70 kg (Kante) und 109 kg (senkrecht).
Diese Werte sind typisch für handelsübliche nichthomogene Spanplatten aus Weichholz aus Westamerika.
Bezogen bei Cascade Fiber Co., Eugene, Oregon.
Hersteller Reichhold Chemicals, Inc., White Plains, N. Y., unter dem Handelsnamen FORAMINE 21-026-1.
Beispiel 2
Ein Teil des mit Bindemittel überzogenen Span platten-Ausgangsmaterials, wie es in Beispiel 1 verwendet wird, wurde sorgfältig gemischt und zu einer Masse geformt, aus der eine homogene Spanplatte erhalten werden sollte. Diese Matte wurde unter den im Beispiel 1 angegebenen Temperatur- und Druckbedingungen verfestigt. Dabei wurde eine Spanplatte mit einer Dichte von 0,7392 g/cm3, eine Zugfestigkeit von
180 kg/cm2, einem E'14 von 20 300 kg/cm2, einer IB 7,3 kg/cm-, einer Wasseraufnahme von 11,2% und einer Dickenquellung von 5,1 S erhalten. Das Verhältnis von Zugfestigkeit zu Biegefestigkeit betrug 25,3.
Die Schraubenhaltewerte lagen bei 101 kg (Kante) und
121 kg (senkrecht).
Diese Werte sind für handelsübliche Spanplatten homogenen Querschnitts, die aus Weichhölzem aus Westamerika hergestellt werden, typisch.
Beispiel 3
Das folgende Beispiel illustriert die Wirkung von nahezu gleichmässiger Harzverteiiung auf alle Teilchengrössen in einer nich thomo genen Spanplatte.
Holzteilchen aus Deuglasfichte vom gleichen Lieferanten wie die im Beispiel 1 verwendeten, wurden nach dem Trocknen, jedoch vor der Applikation des Bindemittels zerlegt in Fraktionen von Teilchen grösser als 2,36 mm, 2,36-0,83 mm, 0,83-0,495 mm 0,495-0,351 mm und kleiner als 0,351 mm. Die Verteilung entsprach der in Fig. 1 gezeigten, nach Korrektur für den Harzgehalt. Ein Hlarnstoff-Formaldehyd-Bindemittel, wie im Beispiel 1 verwendet, wurde auf jede der Fraktionen appliziert, wobei eine im wesentlichen gleich- mässige Applikation von Fraktion zu Fraktion versucht wurde.
Die Kjeldahl-Analyse ergab folgende Harz gehalte:
Fraktion % Binder-Feststoff % Binder pro Fraktion + 2,3 6,2 1,47
2,36-0,83 6,0 2,05
0,83-0,495 8,1 1,68 01,495-0,351 7,6 0,67 - 0,351 7,7 0,96
Der Gesamtgehalt an Harzfeststoffen betrug 6,8 %.
Die Werte sind graphisch in Fig. 2 wiedergegeben.
Die mit Bindemittel behandelten Fraktionen wurden wieder vereinigt, wobei das gleiche Verhältnis von Trockenholzteilchen wie im ursprünglichen Ausgangsmaterial hergestellt wurde. Ein Teil dieses Produkts wurde zur Herstellung einer nichthomogenen Matte verwendet, die unter den gleichen Wärme- und Druckbedingungen wie im Beispiel 1 verfestigt wurde. Dabei wurde eine Spanplatte von 16 mm Dicke erhalten. Die Platte wies eine Dichte von 0,7424 g/cm2, eine Zugfestigkeit von 246 kg/cm2, eine Biegefestigkeit von 8,7 kg/cm2, einen Elastizitätsmodul von 29 500 kg/cm2, eine Wasseraufnahme von 8,2 % und eine Dickenquellung von 1,8 S auf. Das Verhältnis von ZF zu BF betrug 28,4.
Die Schraubenhal-ewerte lagen bei 112 kg (Kante) bzw. 125 kg (senkrecht).
Beispiel 4
In diesem Beispiel wird die Wirkung einer nahezu gleichmässigen Harzverteilung über alle Teilchengrössen bei einer homogenen Spanplatte illustriert. Ein Teil des aus den Einzelfraktionen wiederhergestellten, mit Bindemittel versehenen Ausgangsmaterials gemäss Beispiel 3 wurde zu einer Matte verformt, aus welcher unter den Temperatur- und Druckbedingungen von Beispiel 1 eine homogene Spanplatte hergestellt wurde. Dabei wurde eine 16 mm dicke Platte mit einer Dichte von 0,699 g/cm3, einer Zugfestigkeit von 185 kg/cm2, einem Elastizitätsmodul von 21 700 kg/cm2, einer Biegefestigkeit von 9 kg/cm2, einer Wasseraufnahme von 9,4 % und einer Dickenquellung von 3,5 % erhalten. Das Verhältnis von ZF zu BF betrug 21,7.
Die Schraubenhalte werte lagen bei 105 (Kanten) bw 134 kg (senkrecht).
Beispiel 5
Das folgende Beispiel illustriert die Wirkung eines grösseren Harzgehaltes auf den gröberen Teilchen als auf den feineren Teilchen bei einer nichthomogenen Spanplatte.
Stückchen von Douglasfichte vom selben Lieferanten, wie im Beispiel 1 verwendet, werden nach dem Trocknen, jedoch vor der Applikation von Bindemittel in Fraktionen von grösser als 2,36 mm; 2,36-0,83 mm; 0,83-0,495 mm; 0,495-0,351 mm und kleiner als 0,351 mm zerlegt. Es wurde wieder das gleiche Harn stoff-Formaldehyd-Bindemittel wie in den vorangegangenen Beispielen verwendet, und der Harzgehait belief sich laut Kjeldiahl-Analyse wie folgt:
Harnstoff-Form
Fraktion aldehyd % Binder pro Fraktion +2,36 8,2 1,94
2,36-0,83 8,0 2,73
0,83-0,495 4,1 0,85
0,495-0,351 4,3 0,38 - 0,351 5,0 0,62
Der Gesamt-Harzfeststoffgehalt der Spanplatte betrug 6,5 %. Die einzelnen Werte sind in Fig. 3 graphisch dargestellt.
Die mit Bindemittel behandelten Fraktionen wurden wieder vereinigt im gleichen Verhältnis der Trockenholzpartikel wie im Ausgangsmaterial. Ein Teil des vereinigten Materials wurde zur Herstellung einer abgestuften Matte verwendet, die unter den Bedingungen von Beispiel 1 zu einer Spanplatte von 16 mm Dicke verfestigt werde. Die Platte wies eine Dichte von 0,726 g/cm3, eine Zugfestigkeit von 201 kg/cm2, einen Elastizitätsmodul von 26 000 kg/cm2, und eine Biegefestigkeit von 8,4 kg/cm2, eine Wasseraufnahme von 10,5 % und eine Dickenquellung von 5,5 % auf.
Das Verhältnis von ZF zu BF betrug 23,9. Die Schraubenhaltewerte lagen bei 138 (Kanten) bzw. 151 kg (senkrecht).
Beispiel 6
Das folgende Beispiel illustriert die Wirkung eines grösseren Harzgehaltes auf den gröberen Teilchen als auf den feineren Teilchen bei einer homogenen Spanplatte.
Ein Teil der wiedervermischten, mit Bindemittel behandelten Fraktionen gemäss Beispiel 5 wurde zu einer Matte verformt und diese wurde unter den Temperatur- und Druckbedingungvn von Beispiel 1 zu einer homogenen Spanplatte von 16 mm Dicke und einem spezifischen Gewicht von 0,741 g/cm3 verformt. Die Platte wies eine Zugfestigkeit von 206 kg/cm2, einen Elastizitätsmodul von 21 700 kg/cm2, eine Biegefestigkeit von 7,3 kg/cm2, eine Wasseraufnahme von 11,9 % und eine Dicleenquellung von 5,1 % auf. Das Verhältnis von ZF zu BF betrug 28,4, die Schfaubenhaltewerte 120 (Kante) und 153 kg (senkrecht).
Beispiel 7
In diesem Beispiel wird die Herstellung von homogenen Spanplatten mit niedrigem Bindemittelgehalt illustriert.
Auf jede der klassierten Teilchenfraktionen aus Beispiel 3 wurde Harnstoff-Formaldehyd-Bindemittel- harz in einer Menge von etwa 4 % appliziert. Die mit Bindemittel behandelten Fraktionen werden wieder vereinige im gleichen Verhältnis von Trockenholz wie im Ausgangsmaterial, und aus dem so erhaltenen Gemisch wurde eine Matte geformt, die unter den Temperaturund Druckbedingungen von Beispiel 1 zu einer Spanplatte von 16 mm Dicke verpresst werde.
Die Platte besass ein spezifisches Gewicht von 0,699 g/cm3, eine Zugfestigkeit von 182 kg/cm2, einen Elastizitätsmodul von 33 800 kg/cm2, eine Biegefestigkeit von 7,4 kg/cm2, eine Wasseraufnahme von 9,8 % und eine Dickenquel- lung von 4,0 S. Die Schraubenhaltewerte betrugen 82,5 (Kanten) und 107 kg (senkrecht).
Beispiel 8
Das folgende Beispiel illustriert die derzeit übliche Praxis bei der Herstellung von nichthomogenen Spanplatten unter Verwendung von Phenol-Formaldehydharz als Bindemittel*.
Eine Portion der Holzstückchen aus Douglasfichte, wie in Beispiel 3 verwendet, wurde ohne Klassierung mit dem Phenol-Formaldehyd-Bindemittel besprüht. Die Bindemittelmenge war ausreichend, um einen mittleren Harzgehalt von 6,2 S (Analysenmethode von Ettling und Adams, Forest Products Journal, Bd. 16, Nr. 6, S. 25-28) zu ergeben. Die mit Bindemittel behandelten Teilchen wurden dann zerlegt in Teilchen der Grössenbereiche von Beispiel 1, dann nach obigen Verfahren analysiert. Es wurde gefunden, dass die Kurve der Harzverteilung parallel war der Kurve für das Harnstoff Bindemittel von Beispiel 1. Die mit Bindemittel behandelten Fraktionen werden dann wieder vereinigt unter Erzielung des gleichen Trockenholzverhältnisses wie im A'usgangsmaterial, dann wurde daraus eine nichthomogene Matte hergestellt.
Diese wurde unter 37 Atmosphären bei 1600 C 13 Minuten lang verpresst, wobei eine Spanplatte von 16 mm Dicke erhalten wurde. Die Platte wies ein spezifisches Gewicht von 0,747 g/cm3 auf, eine Zugfestigkeit von 366 kg/cm2, einen Elastizitätsmodul von 62700 kg/cm2, eine Biegefestigkeit von 4,7 und ein Verhältnis von ZF zu BF von 77,9. Ein Stück der Spanplatte wurde dem verschärften Alterungstest der West Cloast Adhesives Manufacturers' Association unterworfen, wobei dieses Stück 34,8 % der Zugfestigkeit und 9,9 % der Biegefestigkeit beibehielt.
* Hersteller Reichhold Chemicals, Inc., White Plains, N. Y., unter dem Handelsnamen FORASITE 99-387.
Beispiel 9
Dieses Beispiel illustriert die Verwendung eines gesteuerten Phenol-Formaldehydharz-Zusatzes von geringerer Menge bei der Herstellung von nichthomogenen Spanplatten.
Ein Teil der klassierten Teilchen gemäss Beispiel 3 wurde mit Phenol-Formaldehydharz-Bindemittel behandelt. Jede Fraktion wurde einzeln mit einer ausreichenden Harzmenge behandelt, so dass die Analyse nach dem Verfahren von Beispiel 8 einen Harzgehalt von 5,9 % ergab. Die mit Bindemittel behandelten Fraktionen werden zur Herstellung einer abgestuften Matte verwendet, die wie in Beispiel 8 beschrieben verdichtet wurde, wobei eine Spanplatte von 16 mm Dicke und einem spezifischen Gewicht von 0,736 g/cm3 erhalten wurde. Die Platte besass eine Zugfestigkeit von 305 kg/cm2, einen Elastizitätsmodul von 52700 kg/cmo und eine Biegefestigkeit von 8,1 kg/cm2. Das Verhältnis ZF zu BF betrug 37,9.
Ein Stück dieser Spanplatte wurde dem verschärften Alterungstest der West Coast Adhesives Manufacturers Association' unterworfen und behielt dabei 72,0 % der Zugfestigkeit und 39,0 % der Biegefestigkeit bei.
In den vorangehenden Beispielen wird die Steuerung der Eigenschaften von Spanplatten illustriert, die unter Verwendung von Harnstoff-Formaldehyd-, Phenol Formaldehyd-Harzen und mit Melamin modifizierten Harnstoff-Formaldehydharzen hergestellt wurden. Man kann jedoch auch andere Bindemittel wie Melamin Formaldehydharze, phenolische Binder auf der Basis von Cresol, Resorcin und dergleichen und anderen Aldehyden wie Acetaldehyd oder Benzaldehyd und dergleichen verwenden. Die bevorzugten Bindemittel sind jedoch Phenol-, Harnstoff- und Meiamin-Harnstoff- Bindemittel auf der Basis von Formaldehyd, aufgrund der besonders günstigen Eigenschaften, die mit diesen Harzen erzielt werden.
Diese Bindemittel sind zur Verwendung bei der Herstellung von Spanplatten bekannt; auch ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften sowie die Verfahren zu ihrer Herstellung sind dem Fachmann wohl bekannt.
Aus den folgenden Tabellen A, B und C gehen die durch die vorliegende Erfindung hervorgebrachten Vorteile klar hervor:
Tabelle A
Diese Tabelle zeigt das Verhalten von zwei abgestuften Spanplatten, die mit Harnstoff-Formaldehyd als Bindemittel hergestellt werden. Die physikalischen Eigenschaften sowie andere Eigenschaften einer han delsüblichen Platte I werden mit einer erfindungs gemäss hergestellten Platte II, wie in den Beispielen 1 und 3 beschrieben, verglichen.
Dichte ZF BF EM Wasserabsorption g/cm3 kg/cm2 kg/cm2 kg/cm2
I: 0;7328 250 5,9 26 000 12,5
II: 0,7424 246 8,7 29 500 8,2
Tabelle A
Quellung ZF : BF Schr.-K.* Schr.S.** Harzfeststoffe kg : kg
I: 4 42 70 109 6,3
II: 1,8 28,4 112 125 6,8 Tabelle B
Diese Tabelle zeigt das Verhalten von zwei homogenen Spanplatten, unter den gleichen Bedingungen wie in Tabelle A, entsprechend den Beispielen 2 und 4.
Dichte ZF BF EM Wasserabsorption g/cm3 kg/cm2 kg/cm2 kg/cm2
I: 0,7392 180 7,3 201300 11,2
II: 0,6992 185 9,1 21700 9,4
Tabelle B
Quellung ZF : BF Schr.-K* Schr.-S. Harzfeststoffe
ZF : BF Schr.-K* Schr.-S. %
I: 5,1 25,3 101 121 6,3
II: 3,5 21,7 105 134 6,8 Schr.-K. bezeichnet die Festigkeit einer Schraube in kg, die in eine Kante eingeschraubt wurde.
';'; Schr.-S. bezeichnet die Festigkeit einer Schraube in kg, die in eine Hauptfläche der Spanplatte eingeschraubt wurde.
Tabelle C
Diese Tabelle zeigt das Verhalten von zwei abgestuften Spanplatten unter den Bedingungen von Tabelle A. In diesem Fall wurde ein Phenol-Formraldehyd- harz als Bindemittel verwendet, wie in den Beispielen 8 und 9 beschrieben.
Dichte ZF BF restliche ZF g/cm3 kg/cm2 kg/cm2 kg/cm2 I: 0,7472 366 4,7 127 II: 0,7360 305 8,1 220
Tabelle C restliche IB EM ZF Harzfeststoffe kg/cm2 kg/cm2 kg/cm2
I: 0,47 (9,9 %) 62700 77,9 6,2
II: 3,30 (39 %3 52700 37,9 5,9
Tabelle C demonstriert die Beständigkeit einer Phe nol-Form aldehyd-'bahandelten Platte gegen Verwittew rung bei Anwendung des verschärften Alterungstests.
Obgleich, wie bereits erwähnt, Harzbindemittel für Spanplatten und dergleichen an sich bekannt sind, werden nachstehend einige Beispiele zur Herstellung derartiger Bindemittel, die sich besonders gut eignen und die leicht im Handel erhältlich sind, angegeben.
Präparat A: Herstellung eines Harnstoff-Formaldehyd harz-Bindemittels
1080 g einer 50 % igen Formaldehydlösung und 600 g Harnstoff wurden vermischt und auf 900 C erhitzt. Der pH-Wert des Gemischs lag bei etwa 5. Die Lösung wurde bei diesem pH-Wert und 900 C gehalten, bis nach der Gardner-Holdt-Skala eine Viskosität von G erreicht war. Dann wurde der pH-Wert mit 10 % iger Natriumhydroxydlösung auf etwa 7 eingestellt und die Lösungtabgekühlt.
Als Produkt erhielt man einen durchscheinenden weissen Sirup mit einem Molverhältnis Formaldehyd zu Harnstoff von 1,8: 1,0 und einem Gehalt an freiem Formaldehyd von 3 %. Das Produkt war hinreichend beständig und gekennzeichnet durch einen Gehalt lan nichtflüchtigen Bestandteilen von 58,2 %, ein spezifisches Gewicht von 1,130 und eine Viskosität von 180cp.
Präparat B: Herstellung eines Phenol-Formaldehydharz-Bindemittels
1720 g einer 35 % igen Formaldehydlösung und 940 g Phenol wurden vermischt, dann wurden 240 g einer 50 % eigen Natriumhydroxydlösung zugesetzt. Es erfolgte eine schwach exotherme Reaktion, durch die die Lösung auf 900 C erwärmt wurde. Die Lösung wurde dann bei dieser Temperatur gehalten, bis die Viskosität nach der Gardner-Holdt-Skala D/E betrug.
Die Lösung wurde dann auf 800 C abgekühlt und bei diesem Wert gehalten, bis die Viskosität nach der Gardner-Holdt-Skala M-N betrug, dann wurde auf Raumtemperatur abgekühlt.
Das Produkt bestand aus einem klaren roten Sirup mit einem Molverhältnis Formaldehyd zu Phenol zu Natrium von 2,0: 2,0: 1,0: 0,3 und einem Gehalt an freiem Formaldehyd von 2%. Das Produkt war hinreichend beständig und durch einen Gehalt an nichtflüchtigen Bestandteilen von 50,4 %, ein spezifisches Gewicht von 1,180, eine Viskosität von 185 cP und einen pH-Wert von 10,0 gekennzeichnet.
Präparat C: Herstellung eines Melamin-modifizierten Harnstojj-Formaldehydharz-Bindemitte ls
Eine flüssige Harzlösung wurde wie in Präparat A beschrieben hergestellt, mit der Abweichung, dass anstelle von 600 g Harnstoff 500 g Harnstoff und 100 g Melamin verwendet werden.
Als Produkt erhielt man einen durchscheinenden weissen Sirup mit einem Molverhältnis Formaldehyd zu Harnstoff zu Melamin von 2,2:1,0 : 0,1 und einem Gehalt an freiem Formaldehyd von 2 %. Das Produkt war hinreichend beständig und durch einen Gehalt an nichtflüchtigen Bestandteilen von 58,8 %, ein spezifisches Gewicht von 1,135 und eine Viskosität von 340 cP gekennzeichnet.
PATENTANSPRUCH I
Verfahren zur Herstellung von Spanplatten, dadurch gekennzeichnet, dass man Gemische aus feinen und groben Holzpartikein in einzelne Fraktionen nach Teilchengrösse zerlegt, diese gesonderten Fraktionen mit einem Harzbindemittel beschichtet, die Fraktionen wieder vereinigt und zu einer Matte formt und diese zu Spanplatten verpresst.
UNTERANSPRÜCHE
1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Matte so gebildet ist, dass die grössten Teilchen sich im Inneren der Matte befinden, während die Teilchengrösse vom Inneren nach beiden Richtungen abnimmt.
2. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Matte so gebildet wird, dass die Teilchen gleichmässig vermischt und gleichmässig über den Querschnitt der Matte verteilt sind.
3. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man als Bindemittel mindestens ein Harnstoff-Formakdehydharz, Plhenol-Formaldehydharz oder Melamin-Harnstoff-Formaldehydharz verwendet.
4. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelmenge zwischen etwa 4 und etwa 6,8 %, bezogen auf das Gesamtgewicht der ofentrockenen Teilchenfraktionen, beträgt.
5. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelmenge etwa 4 % beträgt.
PATENTANSPRUCH II
Spanplatte aus Holzpartikeln und Harzbindemittel, hergestellt nach dem Verfahren gemäss Patent
Process for the production of chipboard and chipboard obtained by this process
The present invention relates to a new and improved method for producing particle board with good strength properties and the resulting product.
In today's industrial production of chipboard, pieces of wood are dried and then fed to a mixing stage in which the binder, usually a urea-formaldehyde resin or a phenol-formaldehyde resin, is applied. The particles are then deposited in the form of a mat, which is finally solidified under the action of heat and pressure to form the particle board. In this process, the resin is applied simultaneously to fine and coarse fractions of pieces of wood. In this way, the resin binder is applied in larger quantities to the smaller fractions, while the larger particles are only just provided with resin.
A typical example is a binder content of the finely divided fractions of up to 30%, while the coarse fractions contain only 2 to 4% binder. As a result, the internal bond strength is considerably impaired, which manifests itself in insufficient indicators for the flexural strength of the panels. In order to achieve satisfactory properties of the boards, a higher binder content is therefore often required. The average binder content in chipboard produced in this way is around 7.5%.
The aim of the present invention was to enable the production of particle boards which have satisfactory properties with a lower binder content than previously usual and which have a maximum binding force for a given amount of binder.
The invention relates to a process for the production of chipboard, which is characterized in that mixtures of fine and coarse wood particles are broken down into individual fractions according to particle size, these separate fractions are coated with a resin binder, the fractions are combined again and formed into a mat and these pressed into chipboard.
In the method according to the invention, the mat can be formed in such a way that the largest particles are located in the interior of the mat, while the particle size decreases from the interior in both directions.
Another object of the invention is a chipboard produced by the process according to the invention from wood particles and resin binder.
This chipboard can contain a urea-formaldehyde resin, a phenol-formaldehyde resin or melamine-urea-formaldehyde resin as a binder.
The method according to the invention makes it possible to produce chipboard in which the ratio of tensile strength to flexural strength can be varied for a given amount of binder in the board. Furthermore, the water absorption and the tendency to swell in the particle board can be reduced, and if a phenolic resin is used as a binder, then boards can be produced whose weather resistance is increased.
The method according to the invention makes it possible to produce chipboard in which the tensile strength, the flexural strength and the values for holding screws are significantly improved for a given binder content. At the same time, water absorption and the resulting swelling can be greatly reduced. The chipboard produced according to the invention can be processed and sawed more easily than the previous chipboard. The invention makes it possible to reduce the amount of binder previously required by about 15 to 20%. This results in substantial savings for chipboard production.
A further saving results from the fact that in a three-layer or a non-homogeneous chipboard the fine particles represent the largest part of the material on the surfaces and are rubbed off during the final treatment. In previous processes, these fine particles can contain 16 to 30% of an expensive resin binder. In the process according to the invention, there are generally less than 10 70 resin binders in the fine particles, so that the losses are substantially reduced.
If a melamine-modified urea binder or a phenolic resin binder is used as the resin binder in the process according to the invention, the chipboards produced in this way have better weather resistance in exterior construction than chipboards produced by previous processes for exterior construction.
If in the present description the tensile strength (ZF), the modulus of elasticity (EM), the flexural strength (BF), the water absorption and Didcen swelling are referred to, the values are determined according to ASTM D1037-64.
The values for holding screws are determined by screwing in one screw from one side edge and another perpendicular to the surface of the chipboard. The test method is described in ASTM D1037-64.
The ratio of tensile strength (ZF) to flexural strength (BF) expresses the flexural strength in relation to the internal strength of the panel. A satisfactory particle board must have such an internal strength that it remains intact under normal conditions of use. The flexural strength (BF) is a measure of this property. It indicates the cohesion of the particle board in the direction perpendicular to the plane of the board. The tensile strength (ZF) is a measure of the total strength of the panel when it is bent. The previous methods of chipboard production generally gave, for a given resin content, a tensile strength which is higher than that required for a given flexural strength. For chipboard with high tensile strength, the ratio of tensile strength: flexural strength is in the range from 50 to 80.
With the method according to the invention, these values can be controlled and brought into a range below 50, as can be seen from FIG.
Fig. 5 shows the relationship of ZU: BS against ZF.
It is easy to see that when a high IF is not desired, instead of unbalanced strengths, i. H. high flexural strength with low cohesion or flexural strength, the BF can also be increased.
Accelerated aging tests are understood to mean processes as described in the West Coast Adhesive Manufacturer's Association's Test Method No. 6.1, under the title Accelerated Aging Tests for Evaluating the Durability Characteristics of Exterior Grade Wood Particleboard. Non-homogeneous chipboard is understood to be those in which the largest particles are located in the interior of the board, while the particle size decreases in both directions starting from this inner layer.
A special case of non-homogeneous panels is the three-layer panels, in which three separate layers of materials of different particle sizes are visible, the inner material containing the coarser pieces of wood.
Homogeneous chipboard is understood to mean those in which there is a uniform mixture of the different particle sizes over the entire thickness of the board. Both types of chipboard are technically produced today. The three-layer chipboard has the advantage of a fine and smooth surface. The homogeneous chipboard is a little cheaper and a little easier to manufacture.
Apparatus for making the three-ply particle board is described in U.S. Patent No. 3,214,316, and an apparatus for making the non-homogeneous boards is known from U.S. Patent No. 3,028,287.
In the production of chipboard, which is common in the art, all known methods share the application of the resin binder to the pieces of wood in a mixing stage, the pieces of wood of all particle sizes being dusted with the resin in a moving drum in the form of flakes, chips or the like.
Using chemical analysis methods and microscopic examination of the pieces of wood after coating with a dye-containing binder, it was possible to determine that the smaller particles have the largest amount of binder in the usual technical processes. In these investigations, the particles coated with binder are broken down into the following fractions: a) + 2.36 mm b) -2.36 to +0.83 mm c) -0.83 to +0.495 mm d) -0.495 mm +0.351 mm e) -0.351 mm It was found that the large fractions of more than 2.36 mm contained about 3 percent by weight of binding agent.
The 0.83-0.495 mm fraction contained about 6 percent by weight binder, the 0.495-0.351 mm fraction contained about 7 percent by weight binder, and the less than 0.351 mm fraction contained about 18 percent by weight binder. These figures are typical for particle board with an average of 6.3% binder. The figures agree with what one would predict based on the fact that the ratio of surface area to volume of the particles increases sharply with decreasing particle size.
Larger surfaces require more binder to cover and therefore greater amounts of binder are deposited on the lower particle size fractions.
It was surprisingly found that chipboard with better properties is obtained if the amount of resin binder for each particle fraction is more closely approximated to the average binder content of the board.
It has also been found that the ratio of tensile strength to flexural strength can be changed by varying the binder content of different particle fractions.
example 1
Chipboard raw material made of Douglas spruce, coated with binder, was obtained from a plant for chipboard production *. This material was broken down into the following fractions: particles larger than 2.36 mm; 2.36-0.83 mm particles; Particles from 0.83-0.495; Particles of 0.495-0.351 mm; and particles smaller than 0.351 mm. The fractions are examined for their binder content by the Kjeldahl method and gave the following values: 2.7; 3.8; 6.0; 7.2 and 18.5% urea formaldehyde resin solids *. The average binder content was 6.3%. The individual fractions are present in the following amounts (percent by weight): 23.7; 34.2; 20.8; 8.8 and 12.5. The analysis result is shown graphically in FIG.
The fractions coated with binder were then combined to produce a stepped mat which was pressed in a heated hydraulic press to form particle board 16 mm thick. The pressing time was 7 minutes, the maximum pressing pressure was 28 atmospheres and the temperature of the press plates was 149 ° C. A particle board with a density of 0.733 g / cm 3, a tensile strength of 250 kg / cm 2 and a flexural strength of 5.9 kg was obtained in this way / cm2 and a modulus of elasticity of 26,000 kg / cm2; the water absorption was 12.5% and the thickness swelling was 4.0%. The ratio of tensile strength to flexural strength was 42.0.
The screw hold values were 70 kg (edge) and 109 kg (vertical).
These values are typical for commercially available, non-homogeneous chipboard made of softwood from West America.
Obtained from Cascade Fiber Co., Eugene, Oregon.
Manufactured by Reichhold Chemicals, Inc., White Plains, N.Y., under the tradename FORAMINE 21-026-1.
Example 2
A portion of the binder-coated particle board raw material as used in Example 1 was carefully mixed and formed into a mass from which a homogeneous particle board was to be obtained. This mat was consolidated under the temperature and pressure conditions specified in Example 1. A chipboard with a density of 0.7392 g / cm3 and a tensile strength of
180 kg / cm2, an E'14 of 20,300 kg / cm2, an IB of 7.3 kg / cm2, a water absorption of 11.2% and a thickness swelling of 5.1%. The ratio of tensile strength to flexural strength was 25.3.
The screw holding values were 101 kg (edge) and
121 kg (vertical).
These values are typical for commercially available chipboard with a homogeneous cross-section made from softwood from West America.
Example 3
The following example illustrates the effect of almost even resin distribution on all particle sizes in a non-homogeneous chipboard.
Wood particles made of Deuglas spruce from the same supplier as those used in Example 1 were broken down into fractions of particles larger than 2.36 mm, 2.36-0.83 mm, 0.83-0.495 after drying, but before the application of the binder mm 0.495-0.351 mm and smaller than 0.351 mm. The distribution corresponded to that shown in FIG. 1 after correction for the resin content. A urea-formaldehyde binder, as used in Example 1, was applied to each of the fractions, an attempt to achieve a substantially uniform application from fraction to fraction.
The Kjeldahl analysis showed the following resin contents:
Fraction% binder-solids% binder per fraction + 2.3 6.2 1.47
2.36-0.83 6.0 2.05
0.83-0.495 8.1 1.68 01.495-0.351 7.6 0.67 - 0.351 7.7 0.96
The total resin solids content was 6.8%.
The values are shown graphically in FIG.
The binder treated fractions were recombined to produce the same ratio of dry wood particles as in the original starting material. A portion of this product was used to produce a non-homogeneous mat which was consolidated under the same heat and pressure conditions as in Example 1. A chipboard 16 mm thick was obtained. The plate had a density of 0.7424 g / cm2, a tensile strength of 246 kg / cm2, a flexural strength of 8.7 kg / cm2, a modulus of elasticity of 29,500 kg / cm2, a water absorption of 8.2% and a thickness swell from 1.8 S. The ratio of ZF to BF was 28.4.
The screw neck values were 112 kg (edge) and 125 kg (vertical).
Example 4
This example illustrates the effect of an almost even distribution of resin over all particle sizes in a homogeneous chipboard. A part of the starting material provided with binding agent according to Example 3, reconstituted from the individual fractions, was shaped into a mat from which a homogeneous chipboard was produced under the temperature and pressure conditions of Example 1. A 16 mm thick plate with a density of 0.699 g / cm3, a tensile strength of 185 kg / cm2, a modulus of elasticity of 21,700 kg / cm2, a flexural strength of 9 kg / cm2, a water absorption of 9.4% and a Thickness swell of 3.5% obtained. The ratio of ZF to BF was 21.7.
The screw holding values were 105 (edges) and 134 kg (vertical).
Example 5
The following example illustrates the effect of a higher resin content on the coarser particles than on the finer particles in a non-homogeneous particle board.
Pieces of Douglas spruce from the same supplier as used in Example 1 are after drying, but before the application of binder in fractions of greater than 2.36 mm; 2.36-0.83 mm; 0.83-0.495 mm; 0.495-0.351mm and less than 0.351mm disassembled. The same urea-formaldehyde binder was used again as in the previous examples, and the resin content was as follows according to Kjeldiahl's analysis:
Urea form
Fraction aldehyde% binder per fraction +2.36 8.2 1.94
2.36-0.83 8.0 2.73
0.83-0.495 4.1 0.85
0.495-0.351 4.3 0.38 - 0.351 5.0 0.62
The total resin solids content of the particle board was 6.5%. The individual values are shown graphically in FIG.
The fractions treated with binder were recombined in the same proportion of dry wood particles as in the starting material. A portion of the combined material was used to make a stepped mat which, under the conditions of Example 1, was consolidated into particle board 16 mm thick. The plate had a density of 0.726 g / cm 3, a tensile strength of 201 kg / cm 2, a modulus of elasticity of 26,000 kg / cm 2, and a flexural strength of 8.4 kg / cm 2, a water absorption of 10.5% and a thickness swelling of 5.5% up.
The ratio of ZF to BF was 23.9. The screw holding values were 138 (edges) and 151 kg (vertical).
Example 6
The following example illustrates the effect of a higher resin content on the coarser particles than on the finer particles in a homogeneous particle board.
A part of the remixed, binder-treated fractions according to Example 5 was shaped into a mat and this was shaped under the temperature and pressure conditions of Example 1 to a homogeneous chipboard 16 mm thick and a specific weight of 0.741 g / cm3. The plate had a tensile strength of 206 kg / cm2, a modulus of elasticity of 21,700 kg / cm2, a flexural strength of 7.3 kg / cm2, a water absorption of 11.9% and a dicleen swelling of 5.1%. The ratio of ZF to BF was 28.4, the screw holding values 120 (edge) and 153 kg (vertical).
Example 7
This example illustrates the production of homogeneous particle board with a low binder content.
Urea-formaldehyde binder resin was applied in an amount of about 4% to each of the classified particle fractions from Example 3. The fractions treated with binder are recombined in the same proportion of dry wood as in the starting material, and a mat was formed from the mixture thus obtained, which is pressed under the temperature and pressure conditions of Example 1 to form a particle board 16 mm thick.
The plate had a specific weight of 0.699 g / cm3, a tensile strength of 182 kg / cm2, a modulus of elasticity of 33,800 kg / cm2, a flexural strength of 7.4 kg / cm2, a water absorption of 9.8% and a thickness swell of 4.0 S. The screw holding values were 82.5 (edges) and 107 kg (vertical).
Example 8
The following example illustrates the current practice in the manufacture of non-homogeneous particle board using phenol-formaldehyde resin as a binder *.
A portion of the pieces of wood made of Douglas fir, as used in Example 3, was sprayed with the phenol-formaldehyde binder without classification. The amount of binder was sufficient to give an average resin content of 6.2 S (analysis method by Ettling and Adams, Forest Products Journal, Vol. 16, No. 6, pp. 25-28). The binder treated particles were then broken down into particles of the size ranges of Example 1, then analyzed according to the above methods. It was found that the curve of the resin distribution was parallel to the curve for the urea binder from Example 1. The fractions treated with binder are then combined again to achieve the same dry wood ratio as in the starting material, and then a non-homogeneous mat was produced therefrom.
This was pressed under 37 atmospheres at 1600 ° C. for 13 minutes to obtain a particle board 16 mm thick. The plate had a specific gravity of 0.747 g / cm3, a tensile strength of 366 kg / cm2, a modulus of elasticity of 62700 kg / cm2, a flexural strength of 4.7 and a ratio of ZF to BF of 77.9. A piece of the particle board was subjected to the West Cloast Adhesives Manufacturers' Association Aging Test and this piece retained 34.8% tensile strength and 9.9% flexural strength.
* Manufactured by Reichhold Chemicals, Inc., White Plains, N.Y., under the trade name FORASITE 99-387.
Example 9
This example illustrates the use of a controlled phenol-formaldehyde resin additive in smaller quantities in the production of non-homogeneous particle board.
Some of the classified particles according to Example 3 were treated with phenol-formaldehyde resin binder. Each fraction was individually treated with a sufficient amount of resin that analysis by the method of Example 8 showed a resin content of 5.9%. The fractions treated with binder are used to produce a graduated mat which was compacted as described in Example 8, a particle board 16 mm thick and a specific weight of 0.736 g / cm 3 being obtained. The plate had a tensile strength of 305 kg / cm2, an elastic modulus of 52700 kg / cm2, and a flexural strength of 8.1 kg / cm2. The ratio of ZF to BF was 37.9.
A piece of this particle board was subjected to the West Coast Adhesives Manufacturers Association's 'tightened aging test' and retained 72.0% of the tensile strength and 39.0% of the flexural strength.
The preceding examples illustrate the control of the properties of particle board made using urea-formaldehyde, phenol-formaldehyde resins and melamine-modified urea-formaldehyde resins. However, other binders such as melamine formaldehyde resins, phenolic binders based on cresol, resorcinol and the like, and other aldehydes such as acetaldehyde or benzaldehyde and the like can also be used. The preferred binders, however, are phenol, urea and meiamine-urea binders based on formaldehyde, because of the particularly favorable properties that are achieved with these resins.
These binders are known for use in the manufacture of particle board; their physical and chemical properties and the processes for their production are also well known to the person skilled in the art.
The advantages brought about by the present invention are clear from the following Tables A, B and C:
Table A.
This table shows the behavior of two graduated chipboards made with urea-formaldehyde as a binder. The physical properties and other properties of a commercially available plate I are compared with a plate II produced in accordance with the invention, as described in Examples 1 and 3.
Density ZF BF EM water absorption g / cm3 kg / cm2 kg / cm2 kg / cm2
I: 0; 7328 250 5.9 26,000 12.5
II: 0.7424 246 8.7 29 500 8.2
Table A.
Swelling ZF: BF Schr.-K. * Schr.S. ** Resin solids kg: kg
I: 4 42 70 109 6.3
II: 1.8 28.4 112 125 6.8 Table B
This table shows the behavior of two homogeneous particle boards under the same conditions as in Table A, corresponding to Examples 2 and 4.
Density ZF BF EM water absorption g / cm3 kg / cm2 kg / cm2 kg / cm2
I: 0.7392 180 7.3 201300 11.2
II: 0.6992 185 9.1 21700 9.4
Table B.
Swelling ZF: BF Schr.-K * Schr.-S. Resin solids
ZF: BF Schr.-K * Schr.-S. %
I: 5.1 25.3 101 121 6.3
II: 3.5 21.7 105 134 6.8 Schr.-K. describes the strength of a screw in kg that has been screwed into an edge.
';'; Schr.-S. denotes the strength in kg of a screw that has been screwed into a main surface of the chipboard.
Table C.
This table shows the behavior of two graded particle boards under the conditions of Table A. In this case a phenol-formaldehyde resin was used as the binder, as described in Examples 8 and 9.
Density ZF BF remaining ZF g / cm3 kg / cm2 kg / cm2 kg / cm2 I: 0.7472 366 4.7 127 II: 0.7360 305 8.1 220
Table C IB EM ZF remaining resin solids kg / cm2 kg / cm2 kg / cm2
I: 0.47 (9.9%) 62700 77.9 6.2
II: 3.30 (39% 3 52700 37.9 5.9
Table C demonstrates the resistance of a phenol-formaldehyde-treated panel to weathering using the more stringent aging test.
Although, as already mentioned, resin binders for chipboard and the like are known per se, some examples for the preparation of such binders which are particularly suitable and which are readily available commercially are given below.
Preparation A: Production of a urea-formaldehyde resin binder
1080 g of a 50% formaldehyde solution and 600 g of urea were mixed and heated to 900.degree. The pH of the mixture was about 5. The solution was kept at this pH and 900 C until a viscosity of G was reached on the Gardner-Holdt scale. The pH was then adjusted to about 7 with 10% sodium hydroxide solution and the solution was cooled.
The product obtained was a translucent white syrup with a molar ratio of formaldehyde to urea of 1.8: 1.0 and a free formaldehyde content of 3%. The product was sufficiently stable and characterized by a content of non-volatile components of 58.2%, a specific weight of 1.130 and a viscosity of 180 cp.
Preparation B: Manufacture of a phenol-formaldehyde resin binder
1720 g of a 35% strength formaldehyde solution and 940 g of phenol were mixed, then 240 g of a 50% strength sodium hydroxide solution were added. A slightly exothermic reaction ensued, which heated the solution to 900.degree. The solution was then held at this temperature until the viscosity on the Gardner-Holdt scale was D / E.
The solution was then cooled to 800 ° C. and held at this value until the viscosity on the Gardner-Holdt scale was M-N, then it was cooled to room temperature.
The product consisted of a clear red syrup with a molar ratio of formaldehyde to phenol to sodium of 2.0: 2.0: 1.0: 0.3 and a content of free formaldehyde of 2%. The product was sufficiently stable and characterized by a non-volatile content of 50.4%, a specific gravity of 1.180, a viscosity of 185 cP and a pH of 10.0.
Preparation C: Production of a melamine-modified urinary-formaldehyde resin binder
A liquid resin solution was prepared as described in preparation A, with the difference that instead of 600 g urea, 500 g urea and 100 g melamine are used.
The product obtained was a translucent white syrup with a molar ratio of formaldehyde to urea to melamine of 2.2: 1.0: 0.1 and a free formaldehyde content of 2%. The product was sufficiently stable and characterized by a non-volatile content of 58.8%, a specific gravity of 1.135 and a viscosity of 340 cP.
PATENT CLAIM I
Process for the production of chipboard, characterized in that mixtures of fine and coarse wood particles are broken down into individual fractions according to particle size, these separate fractions are coated with a resin binder, the fractions are recombined and formed into a mat and this is pressed into chipboard.
SUBCLAIMS
1. The method according to claim I, characterized in that the mat is formed so that the largest particles are located inside the mat, while the particle size decreases from the inside in both directions.
2. The method according to claim I, characterized in that the mat is formed so that the particles are evenly mixed and evenly distributed over the cross section of the mat.
3. The method according to claim I, characterized in that the binder used is at least one urea-formaldehyde resin, plhenol-formaldehyde resin or melamine-urea-formaldehyde resin.
4. The method according to claim I, characterized in that the amount of binder is between about 4 and about 6.8%, based on the total weight of the oven-dry particle fractions.
5. The method according to claim I, characterized in that the amount of binder is about 4%.
PATENT CLAIM II
Chipboard made of wood particles and resin binder, manufactured according to the process according to the patent