DE10054163A1 - Verfahren zur Herstellung von Holzpressplatten - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von HolzpressplattenInfo
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Abstract
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Holzfaserpressplatten durch Verpressung von beleimten Holzfasern, wobei die Holzfasern in einer Refineranlage unter Hitze und Dampfdruck gekocht und gemahlen werden, anschließend in ein Entspannungsrohr überführt werden, danach getrocknet werden und schließlich unter Druck und gegebenenfalls erhöhter Temperatur zu Platten verpresst werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beleimung ein zweikomponentiges Bindemittel eingesetzt wird, wobei die eine Komponente A) bei Temperaturbelastung nicht-reaktive, funktionelle Gruppen enthält, und die zweite Komponente B) bei Temperaturbelastung reaktive, funktionelle Gruppen enthält und die Komponente A) in der Refineranlage bei einer Temperatur von 120 DEG C bis 200 DEG C, vor dem Mahlschritt, während des Mahlschrittes oder kurz nach dem Mahlschritt, im vorderen Abschnitt des Entspannungsrohres zugegeben wird, und die Komponente B) bei einer niedrigeren Temperatur von höchstens 150 DEG C am Ende des Entspannungsrohres oder während oder nach dem Trocknen der Holzfasern zugegeben wird.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Holz
pressplatten durch Verpressung von beleimten Holzpartikeln, wobei
die Holzpartikel in einer Refineranlage unter Hitze und Dampf
druck gekocht und gemahlen werden, anschließend in einem Entspan
nungsrohr im Dampfstrom aufgewirbelt werden, danach getrocknet
werden, und schliesslich unter Druck und gegebenenfalls erhöhter
Temperatur zu Platten verpresst werden.
Zur Herstellung von Holzpressplatten werden die Holzpartikel,
beispielsweise Holzfasern oder Holzspäne, mit einem organischen
Klebemittel unter Druck und bei erhöhter Temperatur verleimt. Das
wichtigste Bindemittel für die Faserplattenherstellung sind Harn
stoff-Formaldehyd-Harze (UF-Harze). Zur Herstellung von feuchte
beständigen Holzpressplatten haben die Phenol-Formaldehyd-Harze
(PF-Harze) grosse Bedeutung. Zur Verbesserung der Feuchtebestän
digkeit von Holzpressplatten werden auch Melamin-Formaldehyd-
Harze (MF-Harze) eingesetzt. Nachteilig ist bei diesen Klebemit
teln, dass sowohl bei der Herstellung der Spanplatten als auch
bei Gebrauch der fertig verpressten Spanplatten Formaldehyd emit
tiert wird. Ein weiterer Nachteil dieser Reaktivharze zeigt sich
bei der Herstellung von MDF- und HDF-Faserplatten: Bei der Her
stellung von MDF-Platten (Medium Density Fibreboard) und HDF-
Platten (High Density Fibreboard) werden die Fasern in einer Re
fineranlage in einem ersten Schritt hydrothermisch vorbehandelt,
das heisst unter Hitze und Dampfdruck gekocht und gemahlen. An
schliessend werden die Fasern nach der Mahlung, noch unter Dampf
druck und bei Temperaturen von 120°C bis 150°C, durch Einspritzen
von wässrigen Dispersionen der Klebemittel über ein gekühltes
Ventil in das Entspannungsrohr beleimt. Die bei einer Fliess
geschwindigkeit von 200 bis 500 m/s auftretenden Turbulenzen ver
teilen das Bindemittel gleichmässig auf der Faseroberfläche.
Schliesslich werden die beleimten Fasern getrocknet, gleichmässig
abgelegt und bei Temperaturen von 150 bis 250°C zu Platten ver
presst. Problematisch ist, dass bei der Beleimung in diesem Ver
fahren die Reaktivharze durch die thermische Belastung bereits im
Entspannungsrohr reagieren und dabei bis zu 25% deren Binde
potentials beim Pressen verloren gehen.
Formaldehydfreie, thermisch härtbare, wässrige Bindemittel zur
Herstellung von Holzpressplatten sind beispielsweise aus der WO-A 97/31059
bekannt, darin wir ein Gemisch aus carboxylfunktionellem
Copolymer und einem Alkanolamin mit mindestens zwei Hydroxygrup
pen eingesetzt. Wässrige Klebemittel-Zusammensetzungen aus Poly
carbonsäure und Hydroxyalkylgruppen-substituierten Aminoaliphaten
sind in der WO-A 97/45461 beschrieben. Die WO-A 99/02591 betrifft
Zusammensetzungen aus carboxylfunktionellem Copolymer und lang
kettigen Aminen. Nachteilig ist bei diesen Systemen, welche über
eine Veresterungsreaktion vernetzen, dass die Vernetzung nur im
wasserfreien Zustand, bei der Trocknung erfolgt.
Der Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur
Herstellung von Holzpressplatten zur Verfügung zu stellen, bei
dem ein vorzeitiges Abreagieren von funktionellen Gruppen weitge
hend unterbunden wird und bei dem die Emission von Schadstoffen
wie Formaldehyd vermieden wird, aber trotzdem eine hochwertige
Verleimung erhalten wird.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von
Holzfaserpressplatten durch Verpressung von beleimten Holzfasern,
wobei die Holzfasern in einer Refineranlage unter Hitze und
Dampfdruck gekocht und gemahlen werden, anschliessend in ein Ent
spannungsrohr überführt werden, danach getrocknet werden, und
schliesslich unter Druck und gegebenenfalls erhöhter Temperatur
zu Platten verpresst werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Be
leimung ein zweikomponentiges Bindemittel eingesetzt wird, wobei
die eine Komponente A) bei Temperaturbelastung nicht-reaktive,
funktionelle Gruppen enthält, und die zweite Komponente B) bei
Temperaturbelastung reaktive, funktionelle Gruppen enthält und
die Komponente A) in der Refineranlage bei einer Temperatur von
120°C bis 200°C, vor dem Mahlschritt, während des Mahlschrittes,
oder kurz nach dem Mahlschritt, im vorderen Abschnitt des Ent
spannungsrohres, zugegeben wird, und die Komponente B) bei einer
niedrigeren Temperatur von höchstens 150°C, am Ende des Entspannungsrohres,
oder während oder nach dem Trocknen der Holzfasern
zugegeben wird.
Geeignete zweikomponentige Bindemittel enthalten als Komponente
A) ein Copolymer aus einer oder mehreren Comonomereinheiten aus
der Gruppe umfassend Vinylester von unverzweigten oder verzweig
ten Alkylcarbonsäuren mit 1 bis 18 C-Atomen, Acrylsäureester oder
Methacrylsäureester von verzweigten oder unverzweigten Alkoholen
mit 1 bis 15 C-Atomen, Diene, Olefine, Vinylaromaten und Vinylha
logenide, und aus 0.1 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtge
wicht des Copolymers, einer oder mehrerer Einheiten, welche Car
boxyl-, Hydroxy- oder NH-Gruppen enthalten.
Geeignete carboxylfunktionelle Comonomere für Copolymer A) sind
ethylenisch ungesättigte Mono- und Dicarbonsäuren, vorzugsweise
Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure, Itaconsäure, Fumarsäure
und Maleinsäure. Die Carboxylfunktion kann auch durch Copolymeri
sation von Maleinsäureanhydrid in das Copolymer A) eingeführt
werden. Geeignete hydroxyfunktionelle Comonomere sind Hydroxyal
kylacrylate und Hydroxyalkylmethacrylate mit C1- bis C8-Alkylrest,
vorzugsweise Hydroxyethylacrylat und -methacrylat, Hydroxypropy
lacrylat und -methacrylat, Hydroxybutylacrylat und -methacrylat.
Geeignete NH-funktionelle Comonomere sind (Meth)Acrylamid, Diace
tonacrylamid, Maleinimid, Malein- und Fumarsäuremonoalkylestera
mid, Malein- und Fumarsäurediamid, Glutar- und Bernsteinsäuremo
novinylesteramid, Glutar- und Bernsteinsäuremonoallylesteramid.
Die NH-funktionellen Einheiten können auch als aminofunktionelle
Oligomere mit primären oder sekundären NH-Gruppen, bevorzugt mit
primären NH-Gruppen wie Jeffamine, dem Copolymer A) zugegeben
werden. Der Anteil an funktionellen Einheiten in Copolymer A) be
trägt vorzugsweise 1 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 20 Gew.-%,
jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Copolymers.
Bevorzugt sind die nachfolgend genannten Polymerzusammensetzungen
für das Copolymere A), welches noch die eben genannten, funktio
nelle Gruppen enthaltenden Einheiten, in den eben beschriebenen
Mengen aufweisen:
Vinylacetat-Polymerisate;
Vinylester-Ethylen-Copolymere, wie Vinylacetat-Ethylen- Copolymere;
Vinylester-Ethylen-Vinylchlorid-Copolymere, wobei als Vinylester bevorzugt Vinylacetat und/oder Vinylpropionat und/oder ein oder mehrere copolymerisierbare Vinylester wie Vinyllaurat, Vinylpiva lat, Vinyl-2-ethylhexansäureester, Vinylester einer alpha-ver zweigten Carbonsäure mit 5 bis 11 C-Atomen, insbesondere Versa ticsäurevinylester (VeoVa9R, VeoVa10R), enthalten sind;
Vinylacetat-Copolymere mit einem oder mehreren copolymerisierba ren Vinylester wie Vinyllaurat, Vinylpivalat, Vinyl-2-ethylhexan säureester, Vinylester einer alpha-verzweigten Carbonsäure mit 5 bis 11 C-Atomen, insbesonders Versaticsäure-Vinylester (VeoVa9R, VeoVa10R), welche gegebenenfalls noch Ethylen enthalten;
Vinylester-Acrylsäureester-Copolymerisate insbesondere mit Vinyl acetat, und Butylacrylat und/oder 2-Ethylhexylacrylat, welche ge gebenenfalls noch Ethylen enthalten;
Vinylester-Acrylsäureester-Copolymerisate mit Vinylacetat und/oder Vinyllaurat und/oder Versaticsäure-Vinylester und Acryl säureester, insbesondere Butylacrylat oder 2-Ethylhexylacrylat, welche gegebenenfalls noch Ethylen enthalten.
Vinylacetat-Polymerisate;
Vinylester-Ethylen-Copolymere, wie Vinylacetat-Ethylen- Copolymere;
Vinylester-Ethylen-Vinylchlorid-Copolymere, wobei als Vinylester bevorzugt Vinylacetat und/oder Vinylpropionat und/oder ein oder mehrere copolymerisierbare Vinylester wie Vinyllaurat, Vinylpiva lat, Vinyl-2-ethylhexansäureester, Vinylester einer alpha-ver zweigten Carbonsäure mit 5 bis 11 C-Atomen, insbesondere Versa ticsäurevinylester (VeoVa9R, VeoVa10R), enthalten sind;
Vinylacetat-Copolymere mit einem oder mehreren copolymerisierba ren Vinylester wie Vinyllaurat, Vinylpivalat, Vinyl-2-ethylhexan säureester, Vinylester einer alpha-verzweigten Carbonsäure mit 5 bis 11 C-Atomen, insbesonders Versaticsäure-Vinylester (VeoVa9R, VeoVa10R), welche gegebenenfalls noch Ethylen enthalten;
Vinylester-Acrylsäureester-Copolymerisate insbesondere mit Vinyl acetat, und Butylacrylat und/oder 2-Ethylhexylacrylat, welche ge gebenenfalls noch Ethylen enthalten;
Vinylester-Acrylsäureester-Copolymerisate mit Vinylacetat und/oder Vinyllaurat und/oder Versaticsäure-Vinylester und Acryl säureester, insbesondere Butylacrylat oder 2-Ethylhexylacrylat, welche gegebenenfalls noch Ethylen enthalten.
Besonders bevorzugt sind dabei (Meth)acrylsäureester- und Styrol-
Polymerisate:
Copolymerisate mit n-Butylacrylat und/oder 2-Ethylhexylacrylat;
Copolymerisate von Methylmethacrylat mit Butylacrylat und/oder 2- Ethylhexylacrylat, und/oder 1,3-Butadien;
Styrol-1,3-Butadien-Copolymere und Styrol-(Meth)Acrylsäureester- Copolymere wie Styrol-Butylacrylat, Styrol-Methylmethacrylat- Butylacrylat oder Styrol-2-Ethylhexylacrylat, wobei als Butylac rylat n-, iso- und t-Butylacrylat eingesetzt werden kann.
Copolymerisate mit n-Butylacrylat und/oder 2-Ethylhexylacrylat;
Copolymerisate von Methylmethacrylat mit Butylacrylat und/oder 2- Ethylhexylacrylat, und/oder 1,3-Butadien;
Styrol-1,3-Butadien-Copolymere und Styrol-(Meth)Acrylsäureester- Copolymere wie Styrol-Butylacrylat, Styrol-Methylmethacrylat- Butylacrylat oder Styrol-2-Ethylhexylacrylat, wobei als Butylac rylat n-, iso- und t-Butylacrylat eingesetzt werden kann.
Am meisten bevorzugt werden Zusammensetzungen mit einem carboxyl
funktionellen Styrol-n-Butylacrylat- und/oder einem carboxylfunk
tionellen Styrol-Methylmethacrylat-n-Butylacrylat-Copolymer als
Copolymer A).
Weitere mögliche Komponenten A) sind Polyester- oder Polyäther
harze, die Hydroxyl-, Amin- oder Carboxylgruppen enthalten.
Geeignete Vernetzer B) sind nicht-thermoplastische Verbindungen
wie Epoxidvernetzer vom Bisphenol-A-Typ, das heisst Kondensati
onsprodukte von Bisphenol-A und Epichlorhydrin oder Methylepi
chlorhydrin. Derartige Epoxidvernetzer sind im Handel, beispiels
weise unter den Handelsnamen Epicote oder Eurepox, erhältlich.
Geeignet sind auch, gegebenenfalls blockierte, Diisocyanate sowie
Oligo- oder Polyisocyanate, beispielsweise gängige Handelsproduk
te wie m-Tetramethylxylen-Diisocyanat (TMXDI), Methylendiphe
nyl-Diisocyanat (MDI), Toluoldiisocyanat, Isophorondiisocyanat,
Dimethyl-meta-isopropenylbenzylisocyanat. Geeignete Vernetzer B)
sind auch Verbindungen mit zwei oder mehr Gruppen aus der Reihe
Aldehyd-, Keto-, reaktive CH-Gruppe wie Glutaraldehyd, Tereph
thaldialdehyd; Bisacetoacetate des Ethylen-, Propylen-, Butylen-,
Hexadienglykols; Verbindungen mit mehreren Aziridin-, Carbodi
imid- oder Oxazolin-Gruppen.
Als Vernetzer B) geeignet sind auch Copolymere, welche Epoxy-, N-
Methylol-, Ethylencarbonat- oder Isocyanat-Gruppen oder Kombina
tionen dieser Gruppen enthalten. Die Polymerzusammensetzungen für
den Vernetzer B) sind aus den für das Copolymer A) als geeignet
beschriebenen Comonomeren aufgebaut. Bevorzugt sind auch hier die
für das Copolymere A) genannten bevorzugten Polymerzusammenset
zungen, welche zusätzlich noch Epoxy-, N-Methylol-, Ethylencarbo
nat- und/oder Isocyanat-Gruppen enthaltende Comonomereinheiten
aufweisen. Besonders bevorzugt sind auch hier (Meth)acrylsäure
ester- und Styrol-Polymerisate, beispielsweise Copolymerisate mit
n-Butylacrylat und/oder 2-Ethylhexylacrylat; Copolymerisate von
Methylmethacrylat mit Butylacrylat und/oder 2-Ethylhexylacrylat,
und/oder 1,3-Butadien; Styrol-1,3-Butadien-Copolymere und Styrol-
(Meth)Acrylsäureester-Copolymere wie Styrol-Butylacrylat, Styrol-
Methylmethacrylat-Butylacrylat oder Styrol-2-Ethylhexylacrylat,
wobei als Butylacrylat n-, iso-, t-Butylacrylat eingesetzt werden
kann.
Der Gehalt an Epoxy-, N-Methylol-, Ethylencarbonat- und Isocya
nat-funktionellen Comonomeren beträgt 0.1 bis 50 Gew.-%, vorzugs
weise 1 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 20 Gew.-%, jeweils
bezogen auf das Gesamtgewicht des Copolymers B). Geeignete
epoxidfunktionelle Comonomere sind Glycidylacrylat, Glycidyl
methacrylat, Allylglycidether, Vinylglycidether, Vinylcyclohexe
noxid, Limonenoxid, Myrcenoxid, Caryophyllenoxid, mit einem Gly
cidylrest im Aromaten substituierte Styrole und Vinyltoluole so
wie mit einem Glycidresten im Aromaten substituierte Vinylbenzoa
te. Geeignete Isocyanat-funktionelle Comonomere sind 2-Methyl-2-
isocyanatopropylmethacrylat und Isopropenyl-dimethylbenzyliso
cyanat (TMI). Geeignete N-Methylol-funktionelle Comonomere sind
N-Methylolacrylamid (NMA), N-Methylolmethacrylamid, N-Methy
lolallylcarbamat, Alkylether wie der Isobutoxyether oder Ester
des N-Methylolacrylamids, des N-Methylolmethacrylamids und des N-
Methylolallylcarbamats.
Geeignete Vernetzer B) in Kombination mit carboxylfunktionellen
Copolymeren A) sind Di-, Oligo- und Polyamine wie Diaminobutan,
Hexamethylendiamin, Polyalkylenamine wie Triethylentetramin, Po
lyoxyalkylenamine (Jeffamine). Weitere Beispiele für geeignete
Vernetzer B) in Kombination mit carboxylfunktionellen Copolymeren
A) sind Verbindungen mit zwei oder mehr OH-Gruppen wie Ethylen
glykol, Butandiol, Pentaerythriol, Polytetramethylenglykol,
Bisphenol A sowie Polyalkylenoxidaddukte von Ethylenglykol. Ge
eignet als Vernetzer B) für carboxylfunktionelle Copolymere A)
sind auch polyvalente Metallionen wie Aluminium-, Eisen(III)- o
der Zink-Chlorid.
Geeignete Vernetzer B) in Kombination mit hydroxyfunktionellen
Copolymeren A) sind Verbindungen mit zwei und mehr Silanol- oder
Alkoxysilan-Gruppen wie Methyltriethoxysilan in monomerer oder
kondensierter Form, sowie polyvalente Metallionen wie Aluminium-,
Eisen(III)- oder Zink-Chlorid.
Geeignete Vernetzer B) in Kombination mit NH-funktionellen Copo
lymeren A) sind Di-, Oligo- und Polycarbonsäuren wie Adipinsäure,
Polyacrylsäure.
Im Falle der eben genannten Systeme mit carboxyl-, hydroxy- und
NH-funktionellen Copolymeren A) kann auch so vorgegangen werden,
dass der Vernetzer B) zusammen mit einem Vernetzungskatalysator
zugegeben wird. Beispiele für Vernetzungskatalysatoren sind Zit
ronensäure, Oxalsäure, Butantetracarbonsäure, quarternäre Phos
phoniumsalze wie Tetrabutylphosphoniumsalze, Natriumhypophosphit
und Dibutylzinndilaurat. Eine alternative Ausführungsform dazu
ist auch die, das Copolymere A) zusammen mit der Komponente B)
zuerst zuzugeben, und den Katalysator in dem späteren Schritt zu
zugeben.
Falls als Komponente A) carboxylfunktionelle Copolymere einge
setzt werden, können diese auch mit einer Komponente B) kombi
niert werden, welche die Reaktion der Carboxylgruppe mit den OH-
Gruppen der Cellulose katalysiert. Beispiele hierfür sind Zitro
nensäure, Oxalsäure, Butantetracarbonsäure, quarternäre Phos
phoniumsalze wie Tetrabutylphosphoniumsalze, Natriumhypophosphit
und Dibutylzinndilaurat.
Di-, Oligo- und Polyamine wie Diaminobutan, Hexamethylendiamin,
Polyalkylenamine wie Triethylentetramin oder Polyoxyalkylenamine
(Jeffamine) können auch als Komponente A) eingesetzt werden, wo
bei dann als Komponente B) die bereits genannten, gegebenenfalls
blockierten, Diisocyanate, beispielsweise m-Tetramethylxylen-
Diisocyanat (TMXDI), Methylendiphenyl-Diisocyanat (MDI), Toluol
diisocyanat, Isophorondiisocyanat, Dimethyl-meta-isopropenyl
benzylisocyanat eingesetzt werden.
Geeignete Systeme sind auch solche, welche Zinnkatalysatoren als
Komponente A) enthalten, beispielsweise Tetraalkylzinnverbindun
gen wie Dibutylzinndilaurat. Als Komponente B) können kombiniert
werden: Gegebenenfalls blockierte, Diisocyanate, beispielsweise
m-Tetramethylxylen-Diisocyanat (TMXDI), Methylendiphenyl-Diiso
cyanat (MDI), Toluoldiisocyanat, Isophorondiisocyanat, Dimethyl
meta-isopropenylbenzylisocyanat, sowie Oligo- oder Polyisocyana
te. Als Komponente B) geeignet sind auch Di-, Oligo- und Polycar
bonsäuren wie Adipinsäure, Polyacrylsäure.
Weitere Beispiele für 2-Komponentensysteme sind solche, welche zu
vernetzten Polysiloxanen führen. Derartige Systeme enthalten als
Komponente A) Dialkylpolysiloxane mit gleichen oder verschiedenen
Alkylresten mit 1 bis 4 C-Atomen, welche gegebenenfalls substitu
iert sein können, und welche als terminale Endgruppen Hydroxyl-
oder Vinylgruppen enthalten. Als Komponente B) werden im Fall der
Hydroxylendgruppe Kieselsäureester wie Tetraethylsilikat einge
setzt. Im Falle der Vinylendgruppen werden Platinkatalysatoren
als Komponente B) eingesetzt (RTV), oder Peroxide wie Aroylper
oxide (Bis-2,4-dichlorbenzoylperoxid, Bis-4-methylbenzoylperoxid)
und Alkylperoxide (Dicumylperoxid, 2,5-Di-t-butylperoxy-2,5-di
methylhexan)(HTV). Geeignet sind auch Systeme mit einem amino
funktionellen Polysiloxan als Komponente A) und einem epoxyfunk
tionellem Polysiloxan als Komponente B). Weitere Beispiele sind
Dimethylpolysiloxane als Komponente A) und Kondensationskatalysa
toren wie Zinkoctoat oder Zirkonfettsäuresalze als Komponente B).
Die beiden Komponenten A) und B) liegen in einem solchen Verhält
nis vor, dass das molare Verhältnis an funktionellen Gruppen von
Komponente A) zu Komponente B) von 5 : 1 bis 1 : 5 variiert. Be
sonders bevorzugt werden äquimolare Verhältnisse der funktionel
len Gruppen. Der Katalysator wird in wirksamen Mengen, im allge
meinen 0.001 bis 2.0 Gew.-% bezogen auf die funktionelle Kompo
nente, eingesetzt.
Werden für die Komponenten A) und B) jeweils entsprechend funkti
onalisierte Copolymere eingesetzt, so werden diese so ausgewählt,
dass sie miteinander verträglich sind, das heisst auf molekularer
Ebene miteinander mischbar sind. Üblicherweise geht man daher so
vor, dass die in der Kombination vorliegenden Copolymere A) und
B), abgesehen von den funktionellen Comonomereinheiten, grössten
teils aus denselben Comonomereimheiten aufgebaut sind. Am meisten
bevorzugt werden daher Zusammensetzungen mit carboxylfunktionel
lem Styrol-n-Butylacrylat- und/oder Styrol-Methylmethacrylat-n-
Butylacrylat-Copolymer als Bestandteil A) und mit glycidylmethac
rylathaltigem Styrol-n-Butylacrylat- und/oder Styrol-Methylmeth
acrylat-n-Butylacrylat-Copolymer als Bestandteil B).
Die Anwendung der Bestandteile A) und B) kann in trockener, pul
verförmiger Form (Trockenbeleimung), in Form einer wässrigen Dis
persion oder einer wässrigen Lösung (Nassbeleimung) erfolgen. Die
Bestandteile A) und B) können dabei beide als Pulver oder beide
als wässrige Lösung oder wässrige Dispersion eingesetzt werden.
Es können auch Pulver, wässrige Lösungen oder wässrige Dispersio
nen eingesetzt werden, welche jeweils einen Bestandteil enthal
ten, in beliebiger Kombination eingesetzt werden. Die Bindemit
telbestandteile A) und B) werden generell getrennt als 2-Kompo
nenten-System eingesetzt. Beim Einsatz von pulverförmigem Binde
mittel können gegebenenfalls die Fasern mit Wasser oder einer
Olefinwachsemulsion befeuchtet werden. Dazu werden 2 bis 10 Gew.-%
Wasser (Olefinwachsemulsion), bezogen auf Bindemittel, auf die
Fasern oder Späne aufgesprüht.
Die Herstellung von MDF-Platten (Medium Density Fibreboard) und
HDF-Platten (High Density Fibreboard) ist in Deppe, Ernst, Ta
schenbuch der Spanplattentechnik, 3. Auflage 1991 detailliert be
schrieben. Im allgemeinen wird, die Bindemittelzusammensetzung in
einer Menge von 2 bis 30 Gew.-%, bevorzugt in einer Menge von 7
bis 15 Gew.-%, jeweils bezogen auf Holz (fest/fest), eingesetzt.
Zur Herstellung von MDF- bzw. HDF-Faserplatten werden die Holz
schnitzel üblicherweise über einen Einfülltrichter und eine
Schnecke in den Kocher der Refineranlage transportiert. Dort wer
den die Holzschnitzel einige Minuten, im allgemeinen 5 bis 15 Mi
nuten, bei einem Wasserdampfdruck von 1 bis 8 bar und einer Tem
peratur von 120 bis 200°C, erweicht. Anschließend werden die er
weichten Schnitzel, beispielsweise mittels einer weiteren Schne
cke, in die Mühle der Refineranlage gefördert, üblicherweise ei
nem Scheibenrefiner, wo zwischen Mahlscheiben die Holzschnitzel
zerfasert werden. Zur Beleimung werden die Fasern nach der Mah
lung, noch unter Dampfdruck und bei Temperaturen von 120°C bis
150°C in das Entspannungsrohr (Blow-line) der Refineranlage ge
fördert. Nach dem Entspannungsrohr gelangen die Fasern in einen
Trockner, beispielsweise einem Rohrtrockner, und werden an
schliessend von einer Streumaschine gleichmässig auf ein Formband
aufgestreut und gegebenenfalls kalt vorgepresst. Zuletzt wird die
Faserschicht mittels Heizplatten bei Temperaturen von 150°C bis
250°C und unter einem Druck von 10 bis 100 bar zu Platten ver
presst.
Die Beleimung erfolgt mittels getrennter Zugabe der beiden Kompo
nenten des 2K-Systems. Die bei dem zur Anwendung kommenden System
thermisch stabilere Komponente A) wird dabei in die Refineranla
ge, vor der Mühle, oder in der Mühle, oder kurz nach der Mühle im
vorderen Abschnitt, vorzugsweise im ersten Drittel des Entspan
nungsrohrs (blow-line), zugegeben. Der zweite Bestandteil, die
Vernetzerkomponente B) bzw. die die Vernetzung auslösende Kompo
nente B), wird in einer späteren Stufe des Verfahrens einge
bracht. Dies kann am Ende der Entspannungsstrecke der Refineran
lage, vorzugsweise im letzten Drittel des Entspannungsrohres,
während dem Trocknen der Fasern im Trocknungsrohr, oder nach dem
Trocknen der Fasern erfolgen. Der Vorteil dieses Verfahrens be
steht darin, dass die Vernetzerkomponente B) in einem Verfahrens
schritt zugegeben wird, bei dem die thermische Belastung niedri
ger ist, und somit keine oder eine weit geringere Vorvernetzung
auftritt.
Fichtenholzspäne wurden im Refiner bei 5 bar und 147°C für 5 min
gekocht und mit Mahlscheibenabstand 0.1 mm bei einer Leistungs
aufnahme von ca. 20 kW aufgemahlen. Die Fasern wurden ohne Belei
mung auf 2% Restfeuchte getrocknet und ohne Verdichtung zwi
schengelagert.
In einem Lödige Pflugscharmischer mit Mehrstufenmesserkopf wurden
zu 755 g gemahlenen Fasern gleichmäßig mit 112 g (= 15 Gew.-%,
fest/fest) pulverigem Phenol-Formaldehyde Harz (PF) vermischt.
Zur besseren Haftung der Pulver setzte man 5 Gew.-% Wasser im Lö
digemischer zu.
Die beleimten Fasern wurden in einen 50 × 50 cm2 grossen, 40 cm
hohen Rahmen gleichmässig per Hand ausgestreut und bei Raumtempe
ratur verdichtet. Diese Matte wurde aus dem Rahmen genommen und
in eine Flachpresse gelegt und für 180 sec bei 200°C mit bis zu
50 bar Druck auf 3 mm Solldichte verpreßt. Die heisse Platte wur
den zur Vervollständigung der Vernetzungsreaktion in eine Isolierbox
gelegt und 12 Stunden warmgehalten, anschliessend zu
rechtgeschnitten und den Eigenschaftsprüfungen unterworfen.
Es wurde analog Vergleichsbeispiel 1 vorgegangen, mit dem Unter
schied, dass als Bindemittel 15 Gew.-% (fest/fest) einer Pulver
mischung aus einem Styrol-Butylacrylat-Acrylsäure-Copolymer mit
einer Tg < 50°C und einem Styrol-Butylacrylat-Glycidylmethacry
lat-Copolymer mit einer Tg < 50°C eingesetzt wurde, und keine 12-
stündige Lagerung der Platten vor der Testung erfolgte.
Fichtenholzspäne wurden im Refiner bei 5 bar und 147°C für 5 min
gekocht und mit Mahlscheibenabstand 0.1 mm bei einer Leistungs
aufnahme von ca. 20 kW aufgemahlen. Kurz nach der Mühle, im ers
ten Drittel der blow-line, wurde ein Gemisch von wässrigen Dis
persionen eines Styrol-Butylacrylat-Acrylsäure-Copolymers mit ei
ner Tg < 50°C und eines Styrol-Butylacrylat-Glycidylmethacrylat-
Copolymers mit einer Tg < 50°C, mit jeweils 50% Festgehalt, in
einer Menge von 15 Gew.-% (fest/fest) zugegeben. Die beleimten
Fasern wurden anschliessend auf 2% Restfeuchte getrocknet und
ohne Verdichtung zwischengelagert.
Die beleimten Fasern wurden in einen 50 × 50 cm2 grossen, 40 cm
hohen Rahmen gleichmässig per Hand ausgestreut und bei Raumtempe
ratur verdichtet. Diese Matte wurde aus dem Rahmen genommen und
in eine Flachpresse gelegt und 180 sec bei 200°C mit bis zu 50 bar
Druck auf 3 mm Solldichte verpresst. Die Platte wurden an
schliessend zurechtgeschnitten und den Eigenschaftsprüfungen un
terworfen.
Fichtenholzspäne wurden im Refiner bei 5 bar und 147°C für 5 min
gekocht und mit Mahlscheibenabstand 0.1 mm bei einer Leistungs
aufnahme von ca. 20 kW aufgemahlen. Kurz nach der Mühle wurde ei
ne wässrige Dispersion eines Styrol-Butylacrylat-Acrylsäure-
Copolymers mit einer Tg < 50°C in einer Menge von 9 Gew.-%
(fest/fest) zugegeben. Die beleimten Fasern wurden anschliessend
auf 2% Restfeuchte getrocknet, und die getrockneten Fasern mit 6
Gew.-% pulverförmigem Styrol-Butylacrylat-Glycidylmethacrylat-
Copolymer mit einer Tg < 50°C in einem Lödige Pflugscharmischer
mit Mehrstufenmesserkopf vermischt. Die beleimten Fasern wurden
in einen 50 × 50 cm2 grossen, 40 cm hohen Rahmen gleichmässig per
Hand ausgestreut und bei Raumtemperatur verdichtet. Diese Matte
wurde aus dem Rahmen genommen und in eine Flachpresse gelegt und
für 180 sec bei 200°C mit bis zu 50 bar Druck auf 3 mm Solldichte
verpresst. Die Platte wurden anschliessend zurechtgeschnitten und
den Eigenschaftsprüfungen unterworfen.
Von den hergestellten Pressplatten wurden die Querzugfestigkeit
nach EN 319, die Biegefestigkeit nach DIN 52 362 und die Dicken
quellung nach 2 h und 24 h nach DIN 52 364 geprüft.
Die Messergebnisse sind in der Tabelle zusammengefasst.
Vergleichsbeispiel 1 zeigt hohe Querzug- und Biegefestigkeit, so
wie geringe Wasserquellung. Da das Phenolharz nicht im Refiner,
sondern bei Raumtemperatur auf trockenen Fasern zugegeben wurde,
stand bei der Pressung die volle Vernetzung zur Verfügung.
Nachteilig ist die nachträgliche lange Thermobehandlung um die
Vernetzungsreaktion vollständig ablaufen zu lassen. Nachteilig
ist auch die hohe Splittergefahr der Pressplatten, bedingt durch
den hohen Vernetzungsgrad und die niedrige Flexibilität des Har
zes. Dies ist gerade in Anwendungen für den Automobilbereich we
gen der Verletzungsgefahr bei Unfällen unerwünscht.
Die Platte war gelbbraun gefärbt und wies einen deutlichen unan
genehmen Geruch auf.
Vergleichsbeispiel 2 führt zu ähnlichen Festigkeiten und Quell
werten wie das Vergleichsbeispiel 1. Besonders auffällig ist bei
den Biegetests die Durchbiegung von über 29 mm ohne einen Plat
tenbruch zu bekommen. Da das Bindemittel nach der Fasertrocknung
zugegeben wurde steht die volle Vernetzungskapazität zur Verfü
gung.
Vergleichsbeispiel 3 wurde über die Nassbeleimung mit demselben
Harz gebunden wie Vergleichsbeispiel 2 über Trockenbeleimung. In
der Nassbeleimung wird das Harz durch die stärkeren Turbulenzen
und der langen Mischungsstrecke generell gleichmässiger an der
Faseroberfläche verteilt. Man erwartet dadurch eine stärkere Bin
dung der Fasern in der Pressplatte. Der Vergleich der Werte zeigt
aber, dass die Nassbeleimung leicht schwächer als die Trockenbe
leimung ist.
Ursache des Bindeverlustes ist, dass schon im Refiner die Vernet
zung teils abläuft. Beim Verpressen fliesst dann das Harz
schlechter und kann nicht mehr so gut abbinden.
Beispiel 4 zeigt die besten Festigkeiten. Hier wurde in der Nass
beleimung nur eine Komponente mit thermisch stabilen funktionel
len Gruppen eingebracht und eine optimale Bindemittelverteilung
erreicht. Die zweite Komponente mit vernetzbaren, thermisch in
stabilen Gruppen wurde bei kurzzeitiger und geringer thermischer
Belastung mittels Trockenbeleimung zugegeben. Damit steht bei der
Pressung die volle Vernetzungskapazität zur Verfügung.
Claims (15)
1. Verfahren zur Herstellung von Holzfaserpressplatten durch
Verpressung von beleimten Holzfasern, wobei die Holzfasern in
einer Refineranlage unter Hitze und Dampfdruck gekocht und
gemahlen werden, anschliessend in ein Entspannungsrohr über
führt werden, danach getrocknet werden, und schliesslich un
ter Druck und gegebenenfalls erhöhter Temperatur zu Platten
verpresst werden, dadurch gekennzeichnet, dass zur Beleimung
ein zweikomponentiges Bindemittel eingesetzt wird, wobei die
eine Komponente A) bei Temperaturbelastung nicht-reaktive,
funktionelle Gruppen enthält, und die zweite Komponente B)
bei Temperaturbelastung reaktive, funktionelle Gruppen ent
hält und die Komponente A) in der Refineranlage bei einer
Temperatur von 120°C bis 200°C, vor dem Mahlschritt, während
des Mahlschrittes, oder kurz nach dem Mahlschritt, im vorde
ren Abschnitt des Entspannungsrohres, zugegeben wird, und die
Komponente B) bei einer niedrigeren Temperatur von höchstens
150°C, am Ende des Entspannungsrohres, oder während oder nach
dem Trocknen der Holzfasern zugegeben wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als
Komponente A) ein Copolymer enthalten ist, aus einer oder meh
reren Comonomereinheiten aus der Gruppe umfassend Vinylester
von unverzweigten oder verzweigten Alkylcarbonsäuren mit 1 bis
18 C-Atomen, Acrylsäureester oder Methacrylsäureester von ver
zweigten oder unverzweigten Alkoholen mit 1 bis 15 C-Atomen,
Diene, Olefine, Vinylaromaten und Vinylhalogenide, und aus 0.1
bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Copolymers,
einer oder mehrerer Einheiten, welche Carboxyl-, Hydroxy- oder
NH-Gruppen enthalten.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass im Copolymer A) als carboxylfunktionelle Comonomerein
heiten solche enthalten sind, welche durch Copolymerisation
mit ethylenisch ungesättigten Mono- oder Dicarbonsäuren oder
durch Copolymerisation von Maleinsäureanhydrid erhalten wer
den, als hydroxyfunktionelle Comonomereinheiten solche enthalten
sind, welche durch Copolymerisation von Hydroxyalky
lacrylaten und Hydroxyalkylmethacrylaten mit C1- bis C8-
Alkylrest erhalten werden, als NH-funktionelle Comonomere
solche aus der Gruppe umfassend (Meth)Acrylamid, Diacetonac
rylamid, Maleinimid, Malein- und Fumarsäuremonoalkylestera
mid, Malein- und Fumarsäurediamid, Glutar- und Bernsteinsäu
remonovinylesteramid, Glutar- und Bernsteinsäuremonoally
lesteramid copolymerisiert werden, oder die NH-Funktionen als
aminofunktionelle Oligomere mit primären oder sekundären NH-
Gruppen dem Copolymer A) zugegeben werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
als Vernetzer B) Epoxidvernetzer vom Bisphenol-A-Typ, Diiso
cyanate sowie Oligo- oder Polyisocyanate, oder Verbindungen
mit zwei oder mehr Gruppen aus der Reihe Aldehyd-, Keto-, re
aktive CH-Gruppe, oder Verbindungen mit mehreren Aziridin-,
Carbodiimid- oder Oxazolin-Gruppen, eingesetzt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
als Vernetzer B) Copolymere, welche Epoxy-, N-Methylol-,
Ethylencarbonat- oder Isocyanat-Gruppen oder Kombinationen
dieser Gruppen enthalten, eingesetzt werden, wobei die Poly
merzusammensetzungen für den Vernetzer B) aus den für das Co
polymer A) beschriebenen Comonomeren aufgebaut sind.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
als Vernetzer B) in Kombination mit carboxylfunktionellen Co
polymeren A) Di-, Oligo-, Polyamine oder Polyalkylenamine,
oder Verbindungen mit zwei oder mehr OH-Gruppen, oder polyva
lente Metallionen eingesetzt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
in Kombination mit hydroxyfunktionellen Copolymeren A) als
Vernetzer B) Verbindungen mit zwei und mehr Silanol- oder Al
koxysilan-Gruppen in monomerer oder kondensierter Form, oder
polyvalente Metallionen eingesetzt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
in Kombination mit NH-funktionellen Copolymeren A) als Vernet
zer B) Di-, Oligo- und Polycarbonsäuren eingesetzt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass
Vernetzer B) zusammen mit einem Vernetzungskatalysator zugege
ben wird, oder das Copolymere A) zusammen mit dem Vernetzer B)
zuerst zugegeben wird, und ein Vernetzungskatalysator in dem
späteren Schritt zugegeben wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
als Komponente A) carboxylfunktionelle Copolymere eingesetzt
werden, und diese auch mit einer Komponente B) kombiniert
werden, welche die Reaktion der Carboxylgruppe mit den OH-
Gruppen der Cellulose katalysiert.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Di-,
Oligo- und Polyamine als Komponente A) eingesetzt werden, und
als Komponente B) Diisocyanate eingesetzt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Zinn
katalysatoren als Komponente A) eingesetzt werden in Kombina
tion mit Diisocyanaten, Oligo- oder Polyisocyanaten, oder Di-,
Oligo- oder Polycarbonsäuren als Komponente B)
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als
Komponente A) Dialkylpolysiloxane mit gleichen oder verschie
denen Alkylresten mit 1 bis 4 C-Atomen, welche als terminale
Endgruppen Hydroxyl- oder Vinylgruppen enthalten, eingesetzt
werden, und als Komponente B) im Fall der Hydroxylendgruppe
Kieselsäureester, im Falle der Vinylendgruppen Platinkataly
satoren oder Peroxide eingesetzt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein
aminofunktionelles Polysiloxan als Komponente A) und ein epo
xyfunktionelles Polysiloxan als Komponente B), oder Dimethyl
polysiloxane als Komponente A) und Kondensationskatalysatoren
satoren wie Zinkoctoat oder Zirkonfettsäuresalze als Kompo
nente B) eingesetzt werden.
15. Verfahren nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass
Komponente A) in die Refineranlage, vor der Mühle, oder in der
Mühle, oder kurz nach der Mühle im ersten Drittel des Entspan
nungsrohres, zugegeben wird und Komponente B) im letzten Drit
tel des Entspannungsrohres der Refineranlage, während dem
Trocknen der Fasern im Trocknungsrohr, oder nach dem Trocknen
der Fasern zugegeben wird.
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