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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Holz und/oder
Verbundwerkstoffe, insbesondere der Spanplatten und Faserplatten,
sowie Verbundwerkstoffe, welche Lignocellulose und Popcorn enthalten.
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Holz
und/oder Verbundwerkstoffe, insbesondere Span- oder Faserplatten
sind seit nunmehr mehr als hundert Jahren als Ersatz für Massivholz
in der Möbelindustrie,
Baugewerbe etc. bekannt. Für
die Güte
von Holz und/oder Verbundwerkstoffen spielen dabei mehrere Faktoren,
darunter insbesondere die Rohdichte, die Querzugsfestigkeit und
die Dickenquellung eine Rolle.
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Insbesondere
die Rohdichte hat für
Holz und/oder Verbundwerkstoffe eine ausgesprochen große Bedeutung,
da die vorteilhaften Eigenschaften einer Span- oder Faserplatte,
wie die Festigkeitseigenschaften, meist mit zunehmender Rohdichte
ansteigen. Auf der anderen Seite wären Holz und/oder Verbundwerkstoffe geringerer
Rohdichte von Vorteil, da für
die Herstellung solcher Holz und/oder Verbundwerkstoffe weniger
Lignocellulose und Bindemittel benötigt wird und diese kostengünstiger
transportiert werden können.
Außerdem gibt
es für
solche Verbundwerkstoffe mit geringer Rohdichte ein breites Spektrum
von Einsatzmöglichkeiten, die
ein weniger dichtes (und somit schweres) Material erfordern. Jedoch
sollen die vorteilhaften Eigenschaften, die mit steigender Rohdichte
einhergehen, möglichst
wenig verschlechtert, wenn nicht sogar erhalten werden.
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Es
stellt sich daher die Aufgabe, einen Holz- und Verbundwerkstoff
zu schaffen, bei dem eine geringe Rohdichte bei gleichzeitig guten
sonstigen Eigenschaften wie Zugfestigkeit und/oder Dickenquellung
erreicht werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Holz- und Verbundwerkstoff nach Anspruch
1 gelöst.
Demgemäß wird ein
lignocellulosehaltiger Formkörper,
insbesondere ein Holz- und Verbundwerkstoff, wie eine Span- und/oder Faserplatte
vorgeschlagen, wobei der lignocellulosehaltiger Formkörper Popcorn
als strukturgebendes und/oder dimensionsstabilisierendes Material
enthält,
bereitgestellt.
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Überraschenderweise
hat sich gezeigt, dass durch die Beimengung von Popcorn bei Holz-
und Verbundwerkstoffen bei vielen Anwendungen innerhalb der vorliegenden
Erfindung die Rohdichte gesenkt werden kann, während die vorteilhaften Eigenschaften
des Holz- und Verbundwerkstoffes sich nicht verschlechtern, ja sogar
bei einigen Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung noch
verbessert werden können.
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Unter
der Bezeichnung „lignocellulosehaltiger
Formkörper" werden insbesondere
alle flächigen
und nicht flächigen
Werkstoffe zusammengefasst, die als Hauptbestandteil zerkleinerte
lignocellulosehaltige Materialien, wie zum Beispiel Holz, Getreidestroh,
Hanf oder Flachs enthalten, welche nach der Beleimung mit einem
synthetischen oder naturnahen Bindemittel geformt und unter Temperatur
und Druck verpresst werden.
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Unter
der Bezeichnung „Holz
und/oder Verbundwerkstoff" werden
insbesondere Materialien verstanden, die hauptsächlich aus mechanisch oder
thermomechanisch zerkleinertem lignocellulosehaltigen Material bestehen,
die nach der Beleimung mit einem synthetischen oder naturnahen Bindemittel
geformt und unter Temperatur und Druck zu Holz und/oder Verbundwerkstoffen
verpresst werden.
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Jedoch
kann gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
beim Holz- oder Verbundwerkstoff dieser zu 100 % aus Popcorn bestehen.
Der Term „Holz
und/oder Verbundwerkstoff" im
Sinne der vorliegenden Erfindung soll im weitesten Sinne verstanden
werden und ausdrücklich
auch solche Materialien beinhalten, die (nur noch) aus Popcorn aufgebaut
sind und keine Holzbestandteile (mehr) enthalten.
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Der
Term „Popcorn" im Sinne der vorliegenden
Erfindung umfasst insbesondere alle Materialien, welche wie der
Puffmais (Zea mays, convar. Microsperma) – gegebenenfalls nach entsprechender
Einfettung bei einer schnellen Erwärmung zu hohen Temperaturen
explodieren, indem das in dem Samen vorhandene Wasser schlagartig
verdampft und so die im Samen enthaltene Stärke in eine schaumartige Konsistenz überführt. Ein
solches Verhalten ist unter anderem von Quinoa-Korn, Amarant, Reis
oder auch Weizen bekannt, Materialien, die auf diesen Grundstoffen
basieren, werden im Sinne der vorliegenden Erfindung explizit auch
als „Popcorn" bezeichnet und umfasst,
die Bezeichnung „Popcorn" soll nicht nur auf
Mais beschränkt
sein und wurde insbesondere aus Gründen der Einfachheit, Übersichtlichkeit
und Lesbarkeit gewählt.
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Der
Term „strukturgebendes
und dimensionsstabilisierendes Material" bedeutet dabei insbesondere jedes Material,
welches aufgrund seiner Struktur dem Werkstoff eine gewisse Festigkeit
und Formstabilität
verleihen.
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Der
Anteil des Popcorns im lignocellulosehaltiger Formkörper kann
dabei zwischen > 0
und ≤ 100
% des strukturgebenden und/oder dimensionsstabilisierenden Materials
betragen.
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Somit
kann im Sinne der vorliegenden Erfindung ein erfindungsgemäßer lignocellulosehaltiger
Formkörper
auch zu 100% aus Popcorn bestehen; der Term „lignocellulosehaltiger Formkörper" ist im weitest möglichen
Sinne zu verstehen und soll explizit auch solche Formkörper umfassen
welche im wesentlichen oder vollständig aus Popcorn bestehen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist das Popcorn eine Korngrößenverteilung auf, bei der ≥ 50 % und ≤ 90 % des
Popcorns eine Korngröße von ≥ 2 mm und ≤ 10 mm besitzen.
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Dies
hat sich für
viele Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft
herausgestellt. Popcorn größerer Korngröße lässt sich
häufig
schlechter zu lignocellulosehaltigen Formkörpern wie Holz und/oder Verbundwerkstoffen
verarbeiten, Popcorn kleinerer Korngröße neigt bei vielen Anwendungen
innerhalb der vorliegenden Erfindungen dazu, das bei der Herstellung
des Holz und/oder Verbundwerkstoffes zugegebene Bindemittel bzw.
den Leim aufzusaugen, was die Qualität des Holz und/oder Verbundwerkstoffes verschlechtern
kann.
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Besonders
bevorzugt weist das Popcorn eine Korngrößenverteilung auf, bei der ≥ 70 % und ≤ 90 % des
Popcorns eine Korngröße von ≥ 2 mm und ≤ 10 mm besitzen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist das Popcorn eine Korngrößenverteilung auf, bei der ≥ 50 % und ≤ 90 %, besonders
bevorzugt ≥ 70
% und ≤ 90
% des Popcorns eine Korngröße von ≥ 4 mm und ≤ 10 mm besitzen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist das Popcorn eine Korngrößenverteilung auf, bei der ≥ 50 % und ≤ 80 % des
Popcorns eine Korngröße von ≥ 3 mm und ≤ 8 mm besitzen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist das Popcorn eine durchschnittliche Korngrößenverteilung
von ≥ 3 mm
und ≤ 6 mm
auf. Dies hat sich für
viele Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung als günstig herausgestellt.
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Besonders
bevorzugt weist das Popcorn eine durchschnittliche Korngrößenverteilung
von ≥ 3,5
mm und ≤ 5
mm auf.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung beträgt
der Fettanteil des Popcorns vor der Verarbeitung ≤ 10 (Gew-)%.
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Unter „Fettanteil" des Popcorns wird
dabei nicht der Gesamtanteil an Fett im Popcorn verstanden, sondern
der Anteil an Fett, welcher zur Hydrophobierung der Samenepidermis
eingesetzt wurde, die zum besseren Einschluß des im Samen enthaltenen
Wassers führt.
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Es
hat sich bei vielen Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung
als günstig
herausgestellt, diesen Fettanteil so gering wie möglich zu
halten, da dies die weitere Verarbeitung des Popcorns erleichtert. Vorzugsweise
beträgt
der Fettanteil ≤ 5
(Gew-) %, nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird zur Konsistenzänderung
(Umwandlung) (="Puffung") kein Fett zugesetzt.
In diesem Fall ist es besonders bevorzugt, dass die Konsistenzänderung
(="Puffung") mittels Mikrowellen
erfolgt, wie im folgenden noch ausgeführt werden wird.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf die Verwendung von
Popcorn als Formaldehydfänger,
insbesondere bei aber nicht eingeschränkt auf Holz- und/oder Verbundwerkstoffen,
die mit Harnstoffformaldehyd-Harz, Melaminformaldehyd-Harz, Melaminverstärktes Harnstoffformaldehyd-Harz,
Taninformaldehyd-Harz und Phenolformaldehyd-Harz oder einer Mischung
aus den genannten Harzen gebunden worden sind.
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Überraschenderweise
hat sich herausgestellt, dass Popcorn nicht nur als strukturgebendes
und dimensionsstabilisierendes Material bei lignocellulosehaltigen
Formkörpern
wie Holz und/oder Verbundwerkstoffen eingesetzt werden kann, sondern
zudem die vorteilhafte Eigenschaft hat, bei der Herstellung und
beim Gebrauch von Holz und/oder Verbundwerkstoffen als Formaldehydfänger in
der Platte zu fungieren.
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Der
Anteil des Popcorns im Holz und/oder Verbundwerkstoff kann dabei
zwischen > 0 und ≤ 100 % des
strukturgebenden und dimsionsstabilisierenden Materials betragen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist das Popcorn eine Korngrößenverteilung auf, bei der ≥ 50 % und ≤ 90 % des
Popcorns eine Korngröße von ≥ 2 mm und ≤ 10 mm besitzen.
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Dies
hat sich für
viele Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft
herausgestellt. Popcorn größerer Korngröße lässt sich
häufig
schlechter zu Holz und/oder Verbundwerkstoffen verarbeiten, Popcorn
kleinerer Korngröße neigt
bei vielen Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindungen dazu, das
bei der Herstellung des Holz und/oder Verbundwerkstoffes zugegebene
Bindemittel bzw. den Leim aufzusaugen, was die Qualität des Holz
und/oder Verbundwerkstoffes verschlechtern kann.
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Besonders
bevorzugt weist das Popcorn eine Korngrößenverteilung auf, bei der ≥ 70 % und ≤ 90 % des
Popcorns eine Korngröße von ≥ 2 mm und ≤ 10 mm besitzen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist das Popcorn eine Korngrößenverteilung auf, bei der ≥ 50 % und ≤ 90 %, besonders
bevorzugt ≥ 70
% und ≤ 90
% des Popcorns eine Korngröße von ≥ 4 mm und ≤ 10 mm besitzen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist das Popcorn eine Korngrößenverteilung auf, bei der ≥ 50 % und ≤ 80 % des
Popcorns eine Korngröße von ≥ 3 mm und ≤ 8 mm besitzen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung weist das Popcorn eine durchschnittliche Korngrößenverteilung
von ≥ 3 mm
und ≤ 6 mm
auf. Dies hat sich für
viele Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung als günstig herausgestellt.
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Besonders
bevorzugt weist das Popcorn eine durchschnittliche Korngrößenverteilung
von ≥ 3,5
mm und ≤ 5
mm auf.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung beträgt
der Fettanteil des Popcorns vor der Verarbeitung ≤ 10 (Gew-)
%.
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Unter „Fettanteil" des Popcorns wird
dabei nicht der Gesamtanteil an Fett im Popcorn verstanden, sondern
der Anteil an Fett, welcher zur Umwandlung der Maiskörner zu
Popcorn (="Puffung") zugesetzt wurde.
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Es
hat sich bei vielen Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung
als günstig
herausgestellt, diesen Fettanteil so gering wie möglich zu
halten, da dies die weitere Verarbeitung des Popcorns erleichtert. Vorzugsweise
beträgt
der Fettanteil ≤ 5
(Gew-) %, nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird zur Konsistenzänderung
(Umwandlung) (="Puffung") kein Fett zugesetzt.
In diesem Fall ist es besonders bevorzugt, dass die Konsistenzänderung
(="Puffung") mittels Mikrowellen
erfolgt, wie im folgenden noch ausgeführt werden wird.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Span- und/oder
Faserplatte mit einer Rohdichte von ≤ 550 kg/m3,
mehr bevorzugt ≤ 500
kg/m3, sowie am meisten bevorzugt ≤ 450 kg/m3, sowie einer Querzugfestigkeit pro Rohdichte
*1000 von ≥ 0,75
m3N/mm2kg, bevorzugt ≥ 0,8 m3N/mm2kg sowie am
meisten bevorzugt ≥ 0,85
m3N/mm2kg.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zur
Herstellung eines erfindungsgemäßen Holz
und/oder Verbundwerkstoffes und/oder einer erfindungsgemäßen Span-
und/oder Faserplatte, umfassend die Schritte
- a)
Behandeln von Puffmais, so dass Popcorn entsteht
- b) Zerkleinern des Popcorns
- c) Herstellen des Holz und/oder Verbundwerkstoffes bzw. der
Span- und/oder Faserplatte
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird Schritt a) durch Mikrowellenbehandlung, bevorzugt
bei ≥ 1500
W und ≤ 3000
W durchgeführt,
wobei die Behandlung vorzugsweise zwischen ≥ 1 min und ≤ 5 min beträgt.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird bei Schritt c) ein Bindemittel und gegebenfalls
ein Härtungsbeschleuniger
zugegeben.
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Dabei
können
grundsätzlich
alle im Gebiet bekannten Bindemittel, wie Harnstoffformaldehyd-Harz, Melaminformaldehyd-Harz,
Melaminverstärktes
Harnstoffformaldehyd-Harz, Taninformaldehyd-Harz, Phenolformaldehyd-Harz
und polymere Diphenylmethandiisocyanate verwendet werden. Als Härtungsbeschleuniger können alle
auf dem Gebiet bekannten Stoffe, insbesondere Ammoniumsulfat und/oder
Pottasche verwendet werden.
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Die
vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen
beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden
Bauteile und Komponenten unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl
und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen,
so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung
finden können.
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Weitere
Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung
ergeben sich aus den Unteransprüchen
sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Beispiele
und Zeichnungen, in denen – beispielhaft – mehrere
Ausführungsbeispiele
erfindungsgemäßer lignocellulosehaltiger
Formkörper dargestellt
sind. In den Zeichnungen, welche sich auf die Beispiele beziehen,
zeigt:
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1 ein
Diagramm einer Korngrößenverteilung
eines Popcorngranulates, welches in den erfindungsgemäßen Beispielen
eingesetzt wurde; sowie
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2 ein
Diagramm einer Spanfraktionsverteilung von Mittel- und Deckschichtspänen, welche
in den erfindungsgemäßen Beispielen
eingesetzt wurden.
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Popcorngranulatherstellung
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Alle
folgenden Beispiele gemäß der Erfindung
wurden mit Popcorn ausgeführt,
welches folgendermassen hergestellt wurde:
Zur Herstellung
des Popcorns wurde Puffmais in eine Papiertüte gegeben und in einer Industriemikrowelle
bei 2000 W für
2 Min. erhitzt. Das so gewonnene Popcorn wurde mit Hilfe einer Rätsch-Mühle in etwa
5 mm große Stücke zerkleinert
und anschließend
zur Herstellung von Holzwerkstoffen genutzt. Je nach Verwendung
in der Deck- oder Mittelschicht des Popcorngranulates wurde das
Material in verschiedene Fraktionen separiert. Das gesiebte Granulat
wurde in Mittel- und Deckschicht zu 60 % zu 40 % getrennt. Die Korngrößenverteilung
des Granulates ist in 1 dargestellt.
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Herstellung von Holzspänen
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Alle
Beispiele, welche Holzspäne
enthalten (seien es erfindungsgemäße oder Vergleichsbeispiele) wurden
mit Holzspänen
durchgeführt,
welches folgendermassen hergestellt wurde:
Für die Herstellung
aller Spanplatten wurde industriell aufbereitetes Spanmaterial verwendet.
Die Späne
wurden nach der Trocknung und unmittelbar vor der Beleimung von
der Bandwaage entnommen. Das Material setzt sich aus verschiedenen
Rohstoffsortimenten zusammen und ist prozessbedingt in Deck- und
Mittelschichtfraktion unterteilt. 2 zeigt
die Größenverteilung
der verwendeten Holzspäne.
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Beispiel 1: Herstellung von UF-Harz gebundenen,
dreischichtigen Spanplatten mit geringer Rohdichte und mit 50 %
Popcorngranulat in der Mittelschicht
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Aus
industriell hergestelltem Spangut und Popcorngranulat wurden 20
mm dicke dreischichtige Spanplatten mit einer Rohdichte von 450
kg/m3 und 550 kg/m3 mit
einer industriell standardisieren Bindemittelzusammensetzung hergestellt.
Den Mittelschichtspänen
wurde 50 % Popcorngranulat beigemischt. Als Bindemittel wurde eine
wässrige
Lösung
eines Harnstoff-Formaldehyd-Kondensationsproduktes der Marke „KAURIT® 350
flüssig" der BASF AG mit
einem Feststoffgehalt von ca. 68 % verwendet. Als Härtungsbeschleuniger wurde
eine 33prozentige wässrige
Ammoniumsulfat-Lösung
verwendet. Als Hydrophobierungsmittel kam eine Emulsion auf Paraffinbasis
der Marke „HYDROWAX
138®" der Firma SASOL
GmbH mit einem Feststoffgehalt von ca. 50 % zum Einsatz. Die Leimflotte
der Mittelschicht bestand dabei aus 8,5 % UF-Festharz bezogen auf atro
Span, 1 % Ammoniumsulfat-Lösung
(Härter)
bezogen auf atro Festharz und 1 % Hydrophobierungsmittel bezogen
auf atro Span. Die Leimflotte der Deckschicht bestand aus 10 % UF-Festharz
bezogen auf atro Span, 0,5 % Ammoniumsulfat-Lösung bezogen auf atro Festharz
und 1 % Hydrophobierungsmittel bezogen auf atro Span. Der Spankuchen
wurde bei 195°C
für 12
s/mm und einem Druck von 220 bar verpresst. Die Querzugfestigkeiten
der Spanplatten mit Popcorngranulat in der Mittelschicht und einer
Rohdichte von 550 kg/m3 liegen mit 0,45
N/mm2 sowohl über den Referenzen als auch über der
durch die EN 312-4 vorgegebenen Norm. Die Quellwerte der Popcorn-Spanplatten
liegen nach 24 h Wasserlagerung mit 8,3 % auch unter den jeweiligen Werten
der Referenzplatten und unter der Norm von 15 % (s. Tab. 1).
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Beispiel 2: Herstellung von UF-Harz gebundenen,
dreischichtigen Spanplatten mit geringer Rohdichte und mit 50 %
Popcorngranulat in der Mittel- und Deckschicht
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Aus
industriell hergestelltem Spangut und Popcorngranulat wurden 20
mm dicke dreischichtige Spanplatten mit einer Rohdichte von 450
kg/m3 und 550 kg/m3 mit
einer industriell standardisieren Bindemittelzusammensetzung hergestellt.
In diesem Beispiel wurde sowohl dem Mittelschicht- als auch dem
Deckschichtspangut 50 % Popcorngranulat beigemischt. Als Bindemittel
wurde wiederum das UF-Harz „KAURIT® 350
flüssig" der BASF AG verwendet.
Als Härtungsbeschleuniger
wurde eine Ammoniumsulfat-Lösung
eingesetzt. Als Hydrophobierungsmittel kam das Paraffin „HYDROWAX
138®" der Firma SASOL
GmbH zum Einsatz. Die Leimflotte der Mittelschicht bestand dabei
aus 8,5 % Festharz bezogen auf atro Span, 1 % Ammoniumsulfat-Lösung bezogen
auf atro Festharz und 1 % Hydrophobierungsmittel bezogen auf atro
Span. Die Leimflotte der Deckschicht bestand aus 10 % Festharz bezogen
auf atro Span, 0,5 % Ammoniumsulfat-Lösung bezogen auf atro Festharz
und 1 % Hydrophobierungsmittel bezogen auf atro Span. Der Spankuchen
wurde bei 195°C für 12 s/mm
und einem Druck von 220 bar verpresst (s. Tab. 1).
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Beispiel 3: Herstellung von UF-Harz gebundenen,
dreischichtigen Spanplatten mit geringer Rohdichte aus reiner Industriespäne als Referenz
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Aus
reinem industriell hergestelltem Spangut wurden 20 mm dicke dreischichtige
Spanplatten mit einer Rohdichte von 450 kg/m
3 und
550 kg/m
3 und einer industriell standardisieren
Bindemittelzusammensetzung hergestellt. Die Leimflotte entsprach
in ihrer Zusammensetzung und Menge der in Beispiel 1 und 2 beschriebenen.
Alle weiteren Herstellungsparameter sind mit dem Beispiel 1 und
2 völlig
identisch. Die Werte der mechanisch – technologischen Eigenschaften
der Beispiele 1, 2 und 3 sind in Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1: Mechanisch-technologische Eigenschaften
der dreischichtigen, UF-Harz gebundenen Spanplatten mit Popcornbeimischung
in der Mittelschicht (Bsp. 1), in Mittel- und Deckschicht (Bsp.
2) und reinen Industriespänen
als Referenz (Bsp. 3)
Bezeichnung | Rohdichte
[kg/m3] | Querzugfestigkeit [N/mm2] | Quellung
2 h [%] | Quellung
24 h [%] |
Beispiel
1 | 550 | 0,45 | 1,72 | 8,34 |
Beispiel
1 | 450 | 0,35 | 1,40 | 7,40 |
Beispiel
2 | 550 | 0,48 | 1,68 | 8,12 |
Beispiel
2 | 450 | 0,36 | 1,50 | 7,54 |
Beispiel
3 (Referenz) | 550 | 0,30 | 8,89 | 16,28 |
Beispiel
3 (Referenz) | 450 | 0,26 | 7,82 | 15,66 |
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Beispiel 4: Herstellung von PF-Harz gebundenen,
dreischichtigen Spanplatten mit geringer Rohdichte und mit 50 %
Popcorngranulat in der Mittelschicht
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Aus
dem gleichen Spangut und Popcorngranulat wurden 20 mm dicke dreischichtige
Spanplatten mit einer Rohdichte von 450 kg/m3 und
550 kg/m3 mit Phenolharz als Bindemittel
hergestellt. Den Mittelschichtspänen
wurde wiederum 50 % Popcorngranulat beigemischt. Als Bindemittel
für die
Deckschicht wurde eine wässrige
Lösung
eines Phenol-Formaldehyd-Harzes
der Marke „Bakelite® PF
2506 HW" der Bakelite
AG mit einem Feststoffgehalt von ca. 45 % verwendet. Für die Mittelschicht
wurde das PF-Harz „Bakelite® PF
1842 HW" mit einem
Feststoffgehalt von ca. 48 % genutzt. Als Härtungsbeschleuniger wurde eine
50prozentige wässrige Pottasche-Lösung verwendet.
Als Hydrophobierungsmittel kam eine Emulsion auf Paraffinbasis der
Marke „HYDROWAX
138®" der Firma SASOL
GmbH mit einem Feststoffgehalt von ca. 50 % zum Einsatz. Die Leimflotte
der Mittelschicht bestand dabei aus 8,5 % PF-Festharz bezogen auf
atro Span, 2 % Pottasche-Lösung (Harter)
bezogen auf atro Festharz und 1 % Hydrophobierungsmittel bezogen
auf atro Span. Die Leimflotte der Deckschicht bestand aus 10 % PF-Festharz
bezogen auf atro Span, 1 % Pottasche-Lösung (Harter) bezogen auf atro
Festharz und 1 % Hydrophobierungsmittel bezogen auf atro Span. Der
Spankuchen wurde bei 210°C für 12 s/mm
und einem Druck von 220 bar verpresst (s. Tab. 2).
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Beispiel 5: Herstellung von PF-Harz gebundenen,
dreischichtigen Spanplatten mit geringer Rohdichte und mit 50 %
Popcorngranulat in der Mittel- und Deckschicht
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Aus
dem gleichen Spangut und Popcorngranulat wurden 20 mm dicke dreischichtige
Spanplatten mit einer Rohdichte von 450 kg/m3 und
550 kg/m3 mit Phenolharz als Bindemittel
hergestellt. Den Mittelschicht- und Deckschichtspänen wurde
wiederum 50 % Popcorngranulat beigemischt. Als Bindemittel für die Deckschicht
wurde eine wässrige
Lösung
eines Phenol-Formaldehyd-Harzes der Marke „Bakelite® PF
2506 HW" der Bakelite
AG mit einem Feststoffgehalt von ca. 45 % verwendet. Für die Mittelschicht
wurde das PF-Harz „Bakelite® PF
1842 HW" mit einem
Feststoffgehalt von ca. 48 % genutzt. Als Härtungsbeschleuniger wurde eine
50prozentige wässrige
Pottasche-Lösung
verwendet. Als Hydrophobierungsmittel kam eine Emulsion auf Paraffinbasis
der Marke „HYDROWAX
138®" der Firma SASOL
GmbH mit einem Feststoffgehalt von ca. 50 % zum Einsatz. Die Leimflotte
der Mittelschicht bestand dabei aus 8,5 % Festharz bezogen auf atro
Span, 2 % Pottasche-Lösung bezogen
auf atro Festharz und 1 % Hydrophobierungsmittel bezogen auf atro
Span.
-
Die
Leimflotte der Deckschicht bestand aus 10 % Festharz bezogen auf
atro Span, 1 % Pottasche-Lösung
bezogen auf atro Festharz und 1 % Hydrophobierungsmittel bezogen
auf atro Span. Der Spankuchen wurde bei 210°C für 12 s/mm und einem Druck von
220 bar verpresst (Tab. 2).
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Beispiel 6: Herstellung von PF-Harz gebundenen,
dreischichtigen Spanplatten mit geringer Rohdichte aus reiner Industriespäne als Referenz
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Aus
reinem industriell hergestelltem Spangut wurden 20 mm dicke dreischichtige
Spanplatten mit einer Rohdichte von 450 kg/m
3 und
550 kg/m
3 und einer industriell standardisieren
Bindemittelzusammensetzung hergestellt. Die Leimflotte entsprach
in ihrer Zusammensetzung und Menge der in Beispiel 4 und 5 beschriebenen.
Alle weiteren Herstellungsparameter sind mit dem Beispiel 4 und
5 völlig
identisch. Die Werte der mechanisch – technologischen Eigenschaften
der Beispiele 4, 5 und 6 sind in Tabelle 2 dargestellt. Tabelle 2: Mechanisch-technologische Eigenschaften
der dreischichtigen, PF-Harz gebundenen Spanplatten mit Popcornbeimischung
in der Mittelschicht (Bsp. 4), in Mittel- und Deckschicht (Bsp.
5) und reinen Industriespänen
als Referenz (Bsp. 6)
Bezeichnung | Rohdichte
[kg/m3] | Querzugfestigkeit [N/mm2] | Quellung
2 h [%] | Quellung
24 h [%] |
Beispiel
4 | 550 | 0,54 | 1,56 | 9,26 |
Beispiel
4 | 450 | 0,38 | 1,46 | 7,89 |
Beispiel
5 | 550 | 0,58 | 1,60 | 9,21 |
Beispiel
5 | 450 | 0,41 | 1,42 | 7,58 |
Beispiel
6 (Referenz) | 550 | 0,34 | 7,82 | 14,56 |
Beispiel
6 (Referenz) | 450 | 0,28 | 7,28 | 13,68 |
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Beispiel 7: Herstellung von PMDI gebundenen,
dreischichtigen Spanplatten mit geringer Rohdichte und mit 50 %
Popcorngranulat in der Mittelschicht
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Aus
industriell hergestelltem Spangut und Popcorngranulat und Polymeres
Diphenylmethandiisocyanat (PMDI) als Bindemittel wurden 20 mm dicke
dreischichtige Spanplatten mit einer Rohdichte von 450 kg/m3 und 550 kg/m3 hergestellt.
Den Mittelschichtspänen
wurde 50 % Popcorngranulat beigemischt. Als Bindemittel wurde das
Polymere Diphenylmethandiisocyanat „Desmodur1520 A20" der BAYER AG genutzt.
Auf Zuschlagsstoffe und Hydrophobierungsmittel wurde gänzlich verzichtet.
Deck- und Mittelschichtspanmaterial wurden mit 3 % bezogen auf atro
Span PMDI beleimt. Der Spankuchen wurde anschließend bei 210°C für 12 s/mm
und einem Druck von 220 bar verpresst (s. Tab. 3).
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Beispiel 8: Herstellung von PMDI gebundenen,
dreischichtigen Spanplatten mit geringer Rohdichte und mit 50 %
Popcorngranulat in der Mittel- und Deckschicht
-
Aus
industriell hergestelltem Spangut und Popcorngranulat und Polymeres
Diphenylmethandiisocyanat als Bindemittel wurden 20 mm dicke dreischichtige
Spanplatten mit einer Rohdichte von 450 kg/m3 und
550 kg/m3 hergestellt. Den Mittelschicht-
und Deckschichtspänen
wurde 50 % Popcorngranulat beigemischt. Als Bindemittel wurde das
Polymere Diphenylmethandiisocyanat „Desmodur1520 A20" der BAYER AG genutzt. Auf
Zuschlagsstoffe und Hydrophobierungsmittel wurde gänzlich verzichtet.
Deck- und Mittelschichtspanmaterial wurden mit 3 % bezogen auf atro
Span PMDI beleimt. Der Spankuchen wurde anschließend bei 210°C für 12 s/mm
und einem Druck von 220 bar verpresst.
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Beispiel 9: Herstellung von PMDI gebundenen,
dreischichtigen Spanplatten mit geringer Rohdichte aus reiner Industriespäne als Referenz
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Als
Referenz zum Beispiel 5 wurden aus reinem industriell hergestelltem
Spangut 20 mm dicke dreischichtige Spanplatten mit einer Rohdichte
von 450 kg/m
3 und 550 kg/m
3 und
dem PMDI „Desmodur1520
A20" als Bindemittel
hergestellt. Alle weiteren Herstellungsparameter sind mit dem Beispiel
7 und 8 völlig
identisch. Die Werte der mechanisch – technologischen Eigenschaften
der Beispiele 7, 8 und 9 sind in Tabelle 3 dargestellt. Tabelle 3: Mechanisch-technologische Eigenschaften
der dreischichtigen, PMDI gebundenen Spanplatten mit Popcornbeimischung
in der Mittelschicht (Bsp. 7) in der Mittel- und Deckschicht (Bsp. 8) und reinen
Industriespänen
als Referenz (Bsp. 9)
Bezeichnung | Rohdichte
[kg/m3] | Querzugfestigkeit [N/mm2] | Quellung
2 h [%] | Quellung
24 h [%] |
Beispiel
7 | 550 | 0,60 | 6,34 | 13,45 |
Beispiel
7 | 450 | 0,51 | 7,71 | 14,29 |
Beispiel
8 | 550 | 0,64 | 5,98 | 13,21 |
Beispiel
8 | 450 | 0,55 | 7,59 | 13,86 |
Beispiel
9 (Referenz) | 550 | 0,39 | 7,25 | 15,91 |
Beispiel
9 (Referenz) | 450 | 0,33 | 8,96 | 18,73 |
-
Beispiel 10: Herstellung von UF-Harz gebundenen,
dreischichtigen Verbundwerkstoffen mit geringer Rohdichte aus 100
% Popcorngranulat in der Mittel- und Deckschicht
-
Aus
Popcorngranulat wurden 20 mm dicke dreischichtige Verbundwerkstoffe
mit einer Rohdichte von 450 kg/m3 und 550
kg/m3 mit einer industriell standardisieren
Bindemittelzusammensetzung hergestellt. Als Bindemittel wurde eine
wässrige
Lösung
eines Harnstoff-Formaldehyd-Kondensationsproduktes der Marke „KAURIT® 350
flüssig" der BASF AG mit
einem Feststoffgehalt von ca. 68 % verwendet. Als Härtungsbeschleuniger
wurde eine 33prozentige wässrige
Ammoniumsulfat-Lösung
verwendet. Als Hydrophobierungsmittel kam eine Emulsion auf Paraffinbasis
der Marke „HYDROWAX
138®" der Firma SASOL
GmbH mit einem Feststoffgehalt von ca. 50 % zum Einsatz. Die Leimflotte
der Mittelschicht bestand dabei aus 8,5 % UF-Festharz bezogen auf
atro Popcorngranulat, 1 % Ammoniumsulfat-Lösung (Härter) bezogen auf atro Festharz
und 1 % Hydrophobierungsmittel bezogen auf atro Popcorngranulat.
Die Leimflotte der Deckschicht bestand aus 10 % UF-Festharz bezogen
auf atro Popcorngranulat, 0,5 % Ammoniumsulfat-Lösung
bezogen auf atro Festharz und 1 % Hydrophobierungsmittel bezogen
auf atro Popcorngranulat. Der Popcorngranulatkuchen wurde bei 195°C für 12 s/mm
und einem Druck von 220 bar verpresst.
-
Im
Beispiel 10 wurde zusätzlich
der Perforatorwert, d.h. die Freisetzung von Formaledhyd gemessen. Wie
deutlich zu sehen ist, ist bei den erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffen dieser
Perforatorwert deutlich niedriger, d.h. es wird weniger Formaldehyd
freigesetzt, da es durch das Popcorn gebunden wird. Tabelle 4: Mechanisch-technologische Eigenschaften
der dreischichtigen, Verbundwerkstoffen aus Popcorngranulat gebunden
mit UF-Harz (Bsp. 10) und dem entsprechenden Referenzbeispiel (Bsp.
3) aus Holzspänen
Bezeichnung | Rohdichte [kg/m3] | Querzugfestigkeit
[N/mm2] | Quellung
2 h [%] | Quellung
24 h [%] | Perforatorwert [mg/100g] |
Beispiel
10 | 550 | 0,47 | 0,57 | 6,32 | 2,04 |
Beispiel
10 | 450 | 0,33 | 0,32 | 5,92 | 1,76 |
Beispiel
3 (Referenz) | 550 | 0,30 | 8,89 | 16,28 | 6,59 |
Beispiel
3 (Referenz) | 450 | 0,26 | 7,82 | 15,66 | 6,85 |
-
Beispiel 11: Herstellung von Phenol-Harz
(PF) gebundenen, dreischichtigen Verbundwerkstoffen mit geringer Rohdichte
aus 100 % Popcorngranulat in der Mittel- und Deckschicht
-
Aus
dem gleichen Popcorngranulat wurden 20 mm dicke dreischichtige Verbundwerkstoffen
mit einer Rohdichte von 450 kg/m3 und 550
kg/m3 mit Phenolharz als Bindemittel hergestellt.
Als Bindemittel für
die Deckschicht wurde eine wässrige
Lösung
eines Phenol-Formaldehyd-Harzes
der Marke „Bakelite® PF
2506 HW" der Bakelite
AG mit einem Feststoffgehalt von ca. 45 % verwendet. Für die Mittelschicht
wurde das PF-Harz „Bakelite® PF
1842 HW" mit einem
Feststoffgehalt von ca. 48 % genutzt. Als Härtungsbeschleuniger wurde eine 50prozentige
wässrige
Pottasche-Lösung
verwendet. Als Hydrophobierungsmittel kam eine Emulsion auf Paraffinbasis
der Marke „HYDROWAX
138®" der Firma SASOL
GmbH mit einem Feststoffgehalt von ca. 50 % zum Einsatz. Die Leimflotte
der Mittelschicht bestand dabei aus 8,5 % PF-Festharz bezogen auf
atro Popcorngranulat, 2 % Pottasche-Lösung (Harter) bezogen auf atro
Festharz und 1 % Hydrophobierungsmittel bezogen auf atro Popcorngranulat.
Die Leimflotte der Deckschicht bestand aus 10 % PF-Festharz bezogen
auf atro Popcorngranulat, 1 % Pottasche-Lösung (Harter) bezogen auf atro
Festharz und 1 % Hydrophobierungsmittel bezogen auf atro Popcorngranulat.
Der Popcorngranulatkuchen wurde bei 210°C für 12 s/mm und einem Druck von
220 bar verpresst.
-
Ebenfalls
wurde ein Perforatorwert gemessen; auch hier liegen die Werte deutlich
niedriger als bei den Vergleichsverbundwerkstoffen. Tabelle 5: Mechanisch-technologische Eigenschaften
der dreischichtigen, Verbundwerkstoffen aus Popcorngranulat gebunden
mit PF-Harz (Bsp. 11) und dem entsprechenden Referenzbeispiel (Bsp.
6) aus Holzspänen
Bezeichnung | Rohdichte [kg/m3] | Querzugfestigkeit
[N/mm2] | Quellung
2 h [%] | Quellung
24 h [%] | Perforatorwert [mg/100g] |
Beispiel
11 | 550 | 0,52 | 0,81 | 7,44 | 1,61 |
Beispiel
11 | 450 | 0,45 | 0,54 | 7,98 | 1,68 |
Beispiel
6 (Referenz) | 550 | 0,34 | 7,82 | 14,56 | 5,98 |
Beispiel
6 (Referenz) | 450 | 0,28 | 7,28 | 13,68 | 6,06 |
-
Die
Querzugfestigkeiten der Verbundwerkstoffe aus reinem Popcorngranulat
und einer Rohdichte von 550 kg/m3 liegen
mit 0,47 N/mm2 bis 0,64 N/mm2 sowohl über den
Referenzen als auch über
der durch die EN 312-4 vorgegebenen Norm. Die Quellwerte der Popcorn-Verbundwerkstoffe
liegen nach 24 h Wasserlagerung mit ca. 6 % auch unter den jeweiligen
Werten der Referenzplatten und deutlich unter der Norm von 15 %.
-
Auffällig sind
weiterhin die extrem niedrigen Perforatorwerte von 1,6 bis 2 mg
Formaldehyd pro 100 g Verbundwerkstoff für PF-Harz und UF-Harz gebundene
Platten. Hier sind für
UF-Harz gebundene
Verbundwerkstoffen aus Holz Werte von 6 bis 7 mg/100g die Regel.
Nach EN 120 ist eine Obergrenze von 7 mg/100g für den Perforatorwert vorgegeben.
-
Beispiel 12: Herstellung von PMDI gebundenen,
dreischichtigen Verbundwerkstoffen mit geringer Rohdichte aus 100
% Popcorngranulat in der Mittel- und Deckschicht
-
Aus
Popcorngranulat und Polymerem Diphenylmethandiisocyanat (PMDI) als
Bindemittel wurden 20 mm dicke dreischichtige Verbundwerkstoffen
mit einer Rohdichte von 450 kg/m3 und 550
kg/m3 hergestellt. Als Bindemittel wurde
das Polymere Diphenylmethandiisocyanat „Desmodur1520 A20" der BAYER AG genutzt. Auf
Zuschlagsstoffe und Hydrophobierungsmittel wurde gänzlich verzichtet.
Deck- und Mittelschichtmaterial wurden mit 3 % bezogen auf atro
Popcorngranulat PMDI beleimt. Der Popcorngranulatkuchen wurde anschließend bei
210°C für 12 s/mm
und einem Druck von 220 bar verpresst.
-
Ebenfalls
wurde ein Perforatorwert gemessen; auch hier liegen die Werte deutlich
niedriger als bei den Vergleichsverbundwerkstoffen. Tabelle 6: Mechanisch-technologische Eigenschaften
der dreischichtigen, Verbundwerkstoffen aus Popcorngranulat gebunden
mit PMDI (Bsp. 12) und dem entsprechenden Referenzbeispiel (Bsp.
9) aus Holzspänen
Bezeichnung | Rohdichte [kg/m3] | Querzugfestigkeit
[N/mm2 | Quellung
2 h [%] | Quellung
24 h [%] | Perforatorwert [mg/100g] |
Beispiel
12 | 550 | 0,64 | 0,32 | 6,71 | 0,18 |
Beispiel
12 | 450 | 0,47 | 0,43 | 7,73 | 0,12 |
Beispiel
9 (Referenz) | 550 | 0,39 | 7,25 | 15,91 | 0,58 |
Beispiel
9 (Referenz) | 450 | 0,33 | 8,96 | 18,73 | 0,55 |