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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer anorganisch
mit einem mineralischen Bindemittel gebundenen Platte mit geschichtet
angeordneten Flachspanstreifen von aus Holz hergestellten Schneidspänen.
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Bekannt
sind zementgebundene Holzspanplatten, Holzwolleleichtbauplatten
und Holzbetonerzeugnisse, die Holzspäne als Armierung und Portlandzement
als Bindemittel aufweisen. Die Hauptinhaltsstoffe der Holzwolleleichtbauplatten
sind Holzwolle, nämlich
lange, flache Holzspäne
in einer Breite von 0,5 bis 4 mm und einer Stärke von 0,03 bis 0,5 mm und
mineralische Bindemittel. Bei der Herstellung wird die Holzwolle
ungetrocknet mit dem Portlandzement vermischt und kontinuierlich
oder diskontinuierlich nach dem Aufstreuen auf eine Unterlage flach
gepresst und verdichtet. Die weiter bei der Herstellung verwendeten
Späne sind
Schneidspäne
und Abfallspäne,
die entsprechend der Herstellung von Spanplatten als Feinstspan,
Normalspan oder Faserspan eingesetzt werden. Nachteilig bei zementgebundenen
Holzspanplatten ist die geringe Biegefestigkeit zwischen 7–12 N/mm2. Durch das unsortierte Aufstreuen der Späne sind
die mechanischen Eigenschaften der zementgebundenen Holzspanplatten parallel
und rechtwinklig zur Herstellungsrichtung nahezu gleich.
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Neben
den anorganisch gebundenen Holzwerkstoffen existiert die Gruppe
der organisch gebundenen Holzwerkstoffe, zu denen auch kunstharzgebundene
Spanplatten gehören.
Als eine Sonderform von kunstharzgebundenen Spanplatten existieren
OSB-Platten, die eine wesentlich höhere Biegefestigkeit als herkömmliche
Spanplatten und einen Schichtenaufbau aufweisen, wobei die Holzpartikel
in den Schichten um 90° verdreht
angeordnet sind. Innerhalb der Plattenstärke sind z. B. drei Schichten von
je 4 mm in den Außenlagen
und ca. 10 mm in der Mittellage vorgesehen.
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Aus
der Internationalen Patentanmeldung PCT WO 00 29180 ist ein mit
einem organischen Bindemittel verleimtes Holzbauelement bekannt,
welches Flachspanstreifen als Grobflachspanstreifen mit einer Länge von
50 bis 300 mm aufweist. Die Breite soll mindestens 20 mm aufweisen
und die Stärke
soll mindestens 1,5 mm betragen. Vorzugsweise besitzen die Grobflachstreifen
eine Länge
von 50 bis 180 mm, eine Breite von 35 mm und eine Stärke von
2 mm.
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Außerdem enthält das Holzbauelement
Feinflachspanstreifen, die eine Länge von 100 bis 300 mm, vorzugsweise
100 bis 180 mm, eine Breite von mindestens 20 mm und eine Dicke
von etwa 0,4 bis 1,5 mm, vorzugsweise 0,7 bis 1,2 mm, aufweisen. Einzelne
der Lagen können
auch mit einer Zufallsorientierung der Grobflachspanstreifen oder
Feinflachspanstreifen ausgebildet werden. Die Verbindung der einzelnen
Spanstreifen untereinander erfolgt mit Leim. Mit einer solchen Platte
wird ein Holzrahmen beplankt und dann eine Füllung aus Dämmstoffen eingebracht und das
Element durch eine zweite Platte geschlossen.
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In
der
US 55 06 026 wird
eine kunstharzgebundene Holzspanplatte beschrieben, die eine Kernschicht
aus Holzspänen
und zwei Deckschichten aus orientierten Holzfasern aufweist. Die
Kernschicht weist eine Stärke
von 5–13
mm auf und enthält
Fasern, die eine Stärke
der im Bereich von 0,60–0,90 mm
besitzen. Die durchschnittliche Stärke der Fasern in der Deckschicht
beträgt
0,20–0,50
Millimeter. Die Breite der Fasern in der Kernschicht und in der Deckschicht
liegt im Bereich von 2–60
Millimeter. Ein derartiges Board enthält einen Harzanteil von bis
zu 15 Teilen Harz auf 100 Gewichts-Teile Holzfasern.
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Weitere
Bindemittel sind in der
DE
196 19 398 C2 beschrieben. Gepresste Werkstoffe, wie z.
B. Spanplatten, Faserplatten, OSB-Platten, Pressholz oder Formkörper mit
Cellulosefüllmaterial,
werden danach mit einem Bindemittel auf Basis nachwachsender Rohstoffe
hergestellt. Verwendet wird ein Pflanzenöladdukt aus einem trocknenden
Pflanzenöl und
einer ungesättigten
Mono- und/oder Dicarbonsäure
in pulverisierter Form, das problemlos biologisch entsorgt und in
bekannten Verfahrensabläufen verarbeitet
werden kann. Schließlich
werden in der
DE 198
43 493 A1 OSB-Platten für
einen Einsatz im Bauwesen und Möbelbau
vorgeschlagen, die ein natürliches,
formaldehydfreies Bindemittel auf Proteinbasis enthalten. Vorzugsweise
sollen Weizenproteine und/oder Sojaproteine zur Anwendung kommen. Zusätzlich enthalten
die Bindemittel ein Hydrophobierungsmittel sowie ein Schutzmittel
gegen Feuer.
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Gegenüber den
zementgebundenen Spanplatten ist aufgrund des Brandverhaltens die
Einsatzbreite der mit einem organischen Bindemittel gebundenen Holzspanplatten
geschmälert.
Ebenso sind die meist oder teilweise mit einem formaldehydhaltigen
Bindemittel hergestellten Spanplatten weniger umweltverträglich. Hinsichtlich
der Emission von Schadstoffen beanspruchen diese Spanplatten eine regelmäßige Überprüfung. Das
Einsatzgebiet der herkömmlich
hergestellten organisch gebundenen beziehungsweise kunstharzgebundenen
Spanplatten beschränkt
sich daher in Abhängigkeit
der Eigenschaften des verwendeten Bindemittels auf den Trockenbereich
oder im eingeschränkten
Maße unter bestimmten
Voraussetzungen auf den Feuchtbereich. Eine Anwendung der OSB-Platten
für den
direkten Außenbereich
ist nicht zugelassen.
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Die
Erfindung bezweckt ein Verfahren zur Herstellung einer anorganisch
mit einem mineralischen Bindemittel gebundenen Platte für den Einsatz im
Außenbereich,
die gegenüber
den konventionellen zementgebundenen Spanplatten eine höhere mechanische
Biegefestigkeit aufweist.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch ein Verfahren gelöst,
bei dem mit einem geeigneten Zerspaner aus Holz Späne mit einer
Spanlänge
von 5 mm bis 120 mm, einer Spanbreite von 5 mm bis 50 mm und einer
Spandicke von 0,3 mm bis 0,3 mm hergestellt und nach dem Separieren
des Feingutanteils mit einem mineralischen Bindemittel unter Zugabe von
Zusatzstoffen und Wasser in einem Gewichtsverhältnis von Holz zu Bindemittel
von 1 zu 0,3 bis 1 zu 0,6 vermischt werden, wobei als Bindemittel
hydraulische Bindemittel wie Zement, Gips oder Mischbinder auf der
Basis von Zement und Gips unter Verwendung von Zuschlagsstoffen
und Zusatzmitteln eingesetzt werden, wobei die Späne nach
dem Mischen in Längsrichtung
und/oder Querrichtung parallel zur Plattenoberfläche in mehreren Lagen orientiert geschichtet
und zur fertigen Platte verpresst sowie getrocknet werden.
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Die
Vorteile dieser erfindungsgemäß hergestellten
Platte liegen in der Kombination der vorteilhaften Eigenschaften
einer organisch gebundenen OSB-Platte mit denen einer herkömmlichen,
anorganisch zementgebundenen Spanplatte. Die erfindungsgemäßen Platten
sind für
einen großflächigen, luftberührenden
Ausbau im Außenbereich
und für den
Einsatz im Feuchtbereich analog einer OSB/3 oder OSB/4 Platte geeignet.
Neben der Witterungsbeständigkeit
und einer verminderten Dickenquellung weisen die Platten verbesserte
brandschutztechnische Eigenschaften auf und es besteht keinerlei
Gefahr einer Emission von Formaldehyd. Bei der Herstellung werden
Ausspannzeiten von wenigen Stunden durch Zugabe von Beschleunigern
in Kombination mit einer Wärmebehandlung
möglich.
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Nach
einer weiteren Variante der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die
Späne in
mindestens einer Querschicht quer zur Herstellungsrichtung und in
mindestens zwei Längsschichten
in Längsrichtung orientiert
geschichtet und derart verpresst werden, dass die Biegefestigkeit
in der Hauptachse bei einer zementgebundenen Platte mindestens 20
N/mm2 beträgt. Auf diese Weise können anorganisch
gebundene Platten hergestellt werden, die eine gesteigerte Biegefestigkeit
aufweisen.
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Durch
das verbesserte Brandverhalten erweitert sich das Einsatzgebiet
der anorganisch gebundenen OSB-Platte wesentlich im Vergleich zu
der organisch gebundenen OSB-Platte. Die hohe Widerstandsfähigkeit
im Brandfall macht weitere Maßnahmen
zur Flammenhemmung und das Aufbringen von Beschichtungen entbehrlich.
Eine zusätzliche
Verwendung feuerhemmender Chemikalien ist nicht erforderlich. Die
Herstellung einer anorganisch mit einem mineralischen Bindemittel
gebundenen Platte aus Holz ist infolgedessen äußerst wirtschaftlich und umweltverträglich.
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Die
Erfindung soll nachstehend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich
aus den Unteransprüchen.
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Für die Herstellung
von Platten mit orientierten Spänen
werden vorzugsweise so genannte Strands aus abgelagertem und entrindetem
Rundholz von Nadelhölzern
wie Fichte, Tanne, Kiefer und Douglasie geschnitten. Gegebenenfalls
brauchbar sind Laubhölzer
wie Pappel. Weniger brauchbar sind Holzarten wie Lärche, Buche
oder Eiche mit Holzinhaltsstoffen, die bei Verwendung eines mineralischen Bindemittels
im alkalischen Milieu das Abbinden verzögern oder die Festigkeitseigenschaften
nachteilig beeinflussen. Mit Strands werden wegen der Formgebung
gezielt hergestellte Holzspäne
mit verhältnismäßig großen Abmessungen
bezeichnet. Die nachfolgend als Späne bezeichneten Strands weisen
in der Regel in Faserrichtung eine Spanlänge von 50 mm bis 120 mm sowie
quer zur Faserrichtung eine Spanbreite von 5 mm bis 50 mm und eine
Spandicke von 0,3 mm bis 0,8 mm auf, wobei diese Werte jedoch auch
unter- oder überschritten
werden können. Das
Breitenverhältnis
soll Werte zwischen 5 und 20 einschließen und der Schlankheitsgrad
soll zwischen 50 und 300 liegen. Die Späne werden aus dem entrindeten
Baumstamm mit einer Zerspanervorrichtung insbesondere mit einem
rotierenden Zerspaner geschnitten, wobei der während des Schneidens entstehende
Feingutanteil von den Strands separiert und einer externen Verwertung
beispielsweise durch Verbrennen zugeführt wird. Desgleichen werden
die beim Herausschneiden nicht spanförmig entstehenden Grobteile
und außerhalb
der gewünschten
Geometrie liegenden Holzteile entfernt.
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Nach
dem Separieren werden die Späne
vorzugsweise zuerst mit Wasser versetz und in einer Mischeinrichtung
wird ein mineralisches Bindemittel aufgetragen. Das Mischen der
Späne mit
dem Bindemittel kann durch Aufstäuben
eines pulverförmigen Bindemittels
erfolgen. Dabei wird eine dosierte Menge Bindemittel mit dem Spänen vermischt
und in einem weiteren Mischvorgang wird gegebenenfalls unter dosierter
Wasserzugabe das Gemisch weiter angefeuchtet, das dann zu Formkörpern orientiert
geschichtet wird. Alternativ kann zur Verbesserung der Bindemittelverteilung
auf der Oberfläche
der Späne ein
das Anmachwasser enthaltendes Bindemittelfluid eingesetzt werden,
mit dem die Späne
versetzt und befeuchtet werden.
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Die
zweckentsprechende Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens umfasst
im Anschluss an die Mischeinrichtung eine Vorratseinrichtung und
eine Vorrichtung zur Orientierung der flachen Späne, die in an sich bekannter
Weise mit einem Streukopf einer OSB Streuvorrichtung versehen ist,
mit der die Späne
in der orientierten Lage längs- oder
querorientiert ausgerichtet, in eine entsprechende Form geschichtet
werden. Mit der Streuvorrichtung können Spanplatten in verschiedenen
Breitenabmessungen hergestellt werden. Die Streuvorrichtung verfügt über Dosiereinrichtungen
und Fördereinrichtungen, über welche
die orientiert geschichteten Späne
einer Presseinrichtung zum Verdichten zugeführt werden. Als Transportunterlage
für die
geschichteten Späne
werden dementsprechend Pressbleche, Metallgewebe oder verschiedenartige Streubänder eingesetzt.
Der erforderliche Pressdruck wird vorwiegend durch die gewünschte Rohdichte
der Spanplatten bestimmt. Der spezifische Pressdruck soll vorzugsweise
zwischen 5–15
N/mm2 liegen.
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Bei
Verwendung eines hydraulischen Bindemittels wird bevorzugt Portlandzement
mit Zuschlagsstoffen und Zusatzmitteln eingesetzt. Die zementgebundene
OSB-Platte besteht aus chemisch behandelten Holzspänen, vorzugsweise
der Holzarten Fichte und Tanne, die als Armierung dienen, und Portlandzement.
Um eine Platte mit orientierten Spänen aus Holz herzustellen,
wird eine Mischung mit einem Gehalt an Portlandzement, Wasser und Holzspänen, sowie
gegebenenfalls unter Zusatz von Abbindereglern zu einem Plattenrohling
geformt und unter Druck bis zur Formbeständigkeit aushärtet. Die Beeinflussung
des Abbindens durch bestimmte Holzinhaltsstoffe kann durch Abbindebeschleuniger
vermindert werden. Die Beseitigung der negativen Wirkungen der Verzögerung des
Abbindens und der besseren Haftung am Bindemittel werden beispielsweise durch
Aluminiumsulfat oder Schwermetallsulfate oder durch Magnesiumchlorid,
Calciumchlorid, Natriumkarbonat oder Magnesit erreicht. Die Biegefestigkeit
der Platte, geprüft
nach EN 310, beträgt
in der Hauptachse mindestens 20 N/mm2. Diese
Platten sind für
einen großflächigen,
luftberührenden
Ausbau im Außenbereich
geeignet.
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Gipsgebundene
Platten für
den Innenbereich werden durch Schichtung der orientierten und mit Gipspuder
bestäubten
Späne in
einem Formrahmen hergestellt, nachdem die Späne mit dem Anmachwasser befeuchtet
sind. Die Platte wird in dem Formrahmen gepresst und kann in Folge
des raschen Erstarrens des Bindemittels schnell entformt werden. Sie
muss jedoch noch austrocknen, um die volle Festigkeit zu erreichen.
Gips verfügt über sehr
günstige Materialeigenschaften,
die ihn für
Bauanwendungen attraktiv machen. Hierzu gehören ein natürlicher Feuchteausgleich mit
der Umgebung und ein gutes Brandverhalten. Da bei der Verwendung
von Gips keine Emission von schädlichen
Stoffen vorhanden ist, eignet sich das Bindemittel besonders für die Herstellung
von Platten mit orientiert geschichteten Spänen. Eine mit Gips gebundene
OSB-Platte besitzt eine vergleichsweise hohe Biegefestigkeit und
ein niedriges spezifisches Gewicht sowie geringe Herstellungskosten.
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Unter
Einsatz eines Mischbinders können Platten
hergestellt werden, die für
Außenanwendungen
geeignet sind. Um den Einsatz der Platte auch für den Außenbereich zu ermöglichen,
wird als Bindemittel ein Mischbinder auf der Basis von Portlandzement
und Calciumsulfat mit Zusatzmitteln zum Einstellen der Verarbeitbarkeit
und der Abbindezeit sowie der Langzeitfestigkeit eingesetzt. Insbesondere kann
ein Abbindeverzögerer
eingesetzt werden, um die Zeitdauer bis zum Einsetzen der Hydratation
zu verlängern.
Damit kann ein endlos geschichtetes Plattenband entsprechend der
Pressblechlänge
aufgeteilt, zu Stapeln zusammengefasst und mittels einer Presse
verdichtet werden. Außerdem
kann als Bindemittel ein Mischbinder eingesetzt werden, der als
Hauptbestandteile feingemahlene hydratationsfähige Hochofenschlacke und als
Anreger Portlandzement sowie einen Betonverflüssiger und Wasser enthält.
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Darüber hinaus
können
Spanplatten mit einer höheren
Festigkeit hergestellt werden, wenn ein Mischbinder auf der Basis
von Zement und Gips eingesetzt wird, der aus 40 bis 65 Gewichtsteilen
Beta-Calciumsulfat-Halbhydrat, 20–40 Gewichtsteilen aluminatarmen
Zement und 5 bis 20 Gewichtsteilen einer mindestens Zementfeinheit
aufweisenden silikatischen Komponente besteht. Für die silikatische Komponente
kann Hüttensand
oder Steinkohlenfilterasche eingesetzt werde, wobei der Hüttensand
einen SiO2 Anteil von 30 % bis 38 % aufweisen soll. Ferner können dem
Mischbinder 0,1 bis 0,5 Gewichtsteile Verflüssiger, Verzögerer und/oder
Beschleuniger zugesetzt werden. Vorzugsweise kann Beta-Halbhydrat
als Rauchgasgips eingesetzt werde, da dieser preiswert verfügbar ist.
Der derart eingesetzte Mischbinder weist eine sehr geringe Alkalität auf. Dadurch
ist der Mischbinder für
die Herstellung von OSB-Platten mit orientiert geschichteten Spänen besonders
gut geeignet. Durch die Wechselwirkung zwischen alkalisch reagierendem
Zement und Holzspänen
bzw. Holzwolle wurde bisher bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen
die Verwendung der Holzarten auf spezielle, gegenüber Alkalien
weitgehend resistente Holzarten wie Fichte oder Kiefer eingeschränkt. Mit
dem Einsatz des Mischbinders ergibt sich die Möglichkeit der Erweiterung der
Holzarten. Durch die Kombination der Vorteile einer organisch gebundenen
OSB-Platte mit den Vorteilen eines anorganischen mineralischen Bindemittels
ergeben sich Platten aus Holz mit einem erweiterten Einsatzgebiet,
deren Kennwerte wesentlich höher
als herkömmliche
zementgebundene Spanplatten sind.
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Im
Vergleich mit den bekannten anorganisch gebundenen Spanplatten sind
die Festigkeitswerte der mineralisch gebundenen OSB Platten anisotropisch
nämlich
ungleichmäßig entsprechend
der Orientierung der Späne
verteilt. Die Herstellung der Platten kann durch Orientierung der
Späne nach
dem Mischen in Längsrichtung
und / oder in Querrichtung parallel zur Plattenoberfläche in mehreren
Lagen strukturiert gleichsinnig erfolgen, wodurch sich eine Biegefestigkeit
in der Hauptachse bei zementgebundenen Spanplatten von mindestens
20 N/mm2 ergibt. In der Nebenachse ergibt
sich eine Biegefestigkeit der fertig gepressten Platte von mindestens
10 N/mm2.
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Durch
die Herstellung einer anorganisch gebundenen OSB Platte aus orientiert
geschichteten Spänen
aus Holz können
im Vergleich zur konventionellen anorganisch gebundenen Spanplatte
neue Einsatzgebiete abgedeckt werden.