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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Holzwerkstoff
bzw. Holz-Papier-Werkstoff mit niedriger Rohdichte und mit zugleich
hohen mechanischen Festigkeiten und geringer Formaldehydemission.
Unter dem Begriff Holzwerkstoffe wird eine Reihe von Produkten wie
Holzspanplatten, Holzfaserplatten, Tischlerplatten, Sperrholz und
Massivholzplatten subsumiert. Holzwerkstoffe bestehen aus Holz oder
Holzzerkleinerungsprodukten und einem Bindemittel, sie werden im
Wesentlichen durch ihre mechanisch-technologischen Eigenschaften
wie Biegefestigkeit, Querzugfestigkeit und Dickenquellung charakterisiert.
Weitere Eigenschaften wie Formaldehydabgabe und Abgabe an flüchtigen
organischen Verbindungen (VOC) gehen ebenfalls in die Beurteilung
ein. Hierüber existiert ein umfangreiches Schrifttum (vgl. Dunky
und Niemz 2002 und Roffael 2006).
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Zwischen
der Rohdichte von Holzwerkstoffen wie Holzspanplatten und den mechanisch-technologischen
Eigenschaften der Platten bestehen Zusammenhänge: Mit abnehmender
Rohdichte fällt die Biegefestigkeit ab, auch die Querzugfestigkeit
verringert sich hierdurch erheblich. Während z. B. Spanplatten
mit einer Rohdichte von 0,6 bis 0,7 g/cm3 eine Biegefestigkeit
von 18 bis 20 N/mm2 aufweisen können,
fällt die Biegefestigkeit bei einer Rohdichte von 0,4 g/cm3 auf 5 bis 7 N/mm2 ab.
Auch die Formaldehydemission von Holzspanplatten nimmt mit Verringerung
der Rohdichte zu (Sundin et al. 1992). Trotz dieser
Nachteile zwingen die Holzknappheit und die Energiekosten dazu,
nach Möglichkeiten zur Herstellung von leichten Platten
zu suchen.
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Es
hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, um die oben erwähnten
Nachteile abzustellen. So wurde z. B. vorgeschlagen, dreischichtige
Platten mit Kern aus Spanplatten mit niedriger Rohdichte und eine
darauf liegende dünne Deckschicht aus Holzfaserplatten
oder Spanplatten hoher Rohdichte einzubringen (Michanickl
2006). Die separate Herstellung von Mittel- und Decklagen
und die Aufbringung der Decklage auf die Mittellage in einem dritten
Arbeitsschritt machen das Verfahren aufwändig, es fand deshalb
bislang keinen Eingang in die Praxis, obwohl damit Platten mit einer
Rohdichte von 0,35 g/cm3 bei einer Biegefestigkeit
von 14 N/mm2 herstellbar sind (Michanickl
2006).
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Eine
Erhöhung des Bindemittelanteils, um die Festigkeitseigenschaften
der hergestellten leichten Platten anzuheben, brachte keinen messbaren Erfolg
bei Spanplatten mit extrem niedriger Rohdichte von unter 400 kg/m3. Die Span- zu Span-Bindung wird durch Erhöhung
des Bindemittelanteils nicht oder kaum verbessert (Thole
und Weber 2004). Versuche zur Verbesserung der Festigkeit
von leichten Spanplatten durch Aufschäumung des Bindemittels brachten
ebenfalls keinen für die Praxis relevanten Erfolg (Buschbeck
1964, 1968 und 1969).
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Ein
anderes Konzept zur Herstellung von leichten Platten besteht darin,
dreischichtige Platten herzustellen, bei denen der Kern aus Papierwaben und
die Deckschichten aus Holzspan- oder Holzfaserplatten bestehen.
Durch die Waben wird das gesamte spezifische Gewicht der Platten
reduziert – solche Platten werden z. B. von der Fa. Ikea
auf dem Markt angeboten. Bei den Wabenplatten hat man die Möglichkeit
die Wabendicke und die Decklagendicke zu variieren und hierdurch
die Rohdichte beliebig über einen großen Bereich
einzustellen. Mit dieser Methode lassen sich Platten herstellen,
die eine Rohdichte von etwa 120 kg/m3 aufweisen.
Zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit werden Wabenplatten mit umlaufenden
Rahmen versehen oder es werden nach der Herstellung so genannte
Stabilisierungsstege eingebracht (Thömen und Poppensieker
2004). Ein umlaufender Rahmen hat eine stabilisierende aussteifende
Wirkung, er verteuert jedoch das Herstellungsverfahren.
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Durch
Verringerung der Rohdichte der Holzspanplatten wird die Emission
der Platten erhöht, so dass der vorgeschriebene Formaldehydemissionswert
von 0,1 ppm schwierig zu erreichen ist. Dies trifft insbesondere
zu, wenn für die Verleimung der Decklagen auf den Wabenkern
formaldehydreiche Harze eingesetzt werden müssen, um die
Presszeit zu verkürzen und bei relativ niedriger Temperatur
pressen zu können (Roffael 1982).
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Das
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, Holzwerkstoff mit niedriger
Rohdichte, hohen mechanischen Festigkeiten und verminderter Formaldehydemission
herzustellen. Die Formaldehydemission sollte so niedrig sein, dass
die Emission im Prüfraum nach EN 717-1 den Grenzwert von
0,1 ppm nicht überschreitet. Es wurde überraschend
festgestellt, dass dieses gekoppelte Ziel erreicht werden kann, wenn
man wie folgt vorgeht: Waben werden anstelle von Holzspanplatten
mit Massivholzlamellen als Decklagen versehen. Die Massivholzlamellen
werden durch Aminoplastharze als Bindemittel auf den Wabenkern,
das zwischen Massivholz und Waben einen dünnen Film bildet,
aufgebracht. Darüber hinaus werden die Hohlräume
der Waben mit einem Formaldehydfänger versehen. Unter Formaldehydfänger
im Sinne der Erfindung werden alle Stoffe subsumiert, die mit dem
Formaldehyd zu reagieren vermögen, hierzu gehören
Harnstoff, Monomethylolharnstoff, Melamin, Monomethylolmelamin,
Tannin usw.. Auf diese Art und Weise können nicht nur die
Festigkeitseigenschaften des Verbundproduktes wesentlich erhöht
werden sondern auch dessen Formaldehydabgabewerte unterhalb der
vorgeschriebenen Emissionswerte vermindert werden. Eine zusätzliche
Erhöhung der Festigkeitseigenschaften der Wabenplatten
lässt sich durch Ausschäumen der Hohlräume des
Wabenkerns erreichen. Die Ausschäumung der Hohlräume
lässt sich mit der Einbringung des Formaldehydfängers
kombinieren. Dies bedeutet, dass der Formaldehydfänger
in den Schaum inkludiert wird. Auf diese Weise lässt sich
ein Produkt herstellen, das besonders hohe mechanische Festigkeit
und zugleich niedrige Formaldehydemission aufweist. Das erfindungsgemäße
Verfahren führt zu Verbundwerkstoffen mit einer Biegefestigkeit
von ca. 18 N/mm2 und einer Querzugfestigkeit
von 0,64 N/mm2 bei einer Rohdichte von 0,254
g/cm3.
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Der
Formaldehydfänger kann auf unterschiedliche Art und Weise
in den Wabenkern eingebracht werden. Zum einen kann der Formaldehydfänger
in Form einer Lösung wie Tannin in die Hohlräume
eingebracht werden, zum anderen kann der Formaldehydfänger
dem Bindemittel, das die Welle mit dem Testliner oder Kraftliner
verbindet, beigemengt werden. Des Weiteren kann der Formaldehydfänger
dem Schaum, der in die Hohlräume eingebracht wird, beigemischt
werden.
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Eine
Wabe im Sinne der Erfindung ist ein Hohlraumkern bestehend aus einer
endlosen Wellpappe, die aus einer Mittellage aus einer Welle (Fluting)
und einem Liner (Deckschicht) besteht. Die Welle wird mit dem Liner
mit Hilfe von modifizierter oder nativer Stärke verleimt,
außerdem kann auch Wasserglas als Bindemittel verwendet
werden. Die Verwendung von Wasserglas erschwert die Entflammbarkeit
der Wellpappe. Bei der Wellpappe kann es sich um einseitige Wellpappe,
einwellige Wellpappe oder mehrwellige Wellpappe handeln. Bei der
Welle kann es sich um eine Grobwelle, Mittelwelle, Feinwelle oder
Feinstwelle handeln (Göttsching und Katz 1999).
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Decklage bzw. die Massivholzplatte
auf die stehende Welle aufzubringen (siehe Bild). Das Ausschäumen
der Hohlräume dient der Erhöhung ihrer Steifigkeit
und somit auch zur Erhöhung der Festigkeit des Verbundwerkstoffes.
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Die
folgenden Beispiele sollen die Erfindung verdeutlichen ohne sie
einzuschränken:
- 1. Holzlamellen (Dicke
5,3 mm, Breite 128 mm, Länge 5,80 m) wurden auf den Schmalflächen
mit einem Melamin-Harnstoffformaldehydarz beleimt, der Harzaufwand
betrug 200 g/m2; anschließend wurde
eine auf beiden Seiten beleimte stehende Welle eines Wabenkerns
auf die bereits seitlich beleimten Lamellen aufgelegt. Der Bindemittelaufwand
betrug 45g/m2. Anschließend wurden nochmals
beidseitig beleimte Lamellen mit einer Dicke von 5,3 mm und einer
Breite von 128 mm auf den Wabenkern aufgebracht. Die Lamellen der
oberen und unteren Decklagen wurden auf die stehende Welle des Wabenkerns
durch das Bindemittel aufgeleimt. Die so hergestellten 40 mm dicken
Platten mit Wabenkern hatten eine Biegefestigkeit von 17,6 N/mm2 und eine Querzugfestigkeit von 0,64 N/mm2, der Perforatorwert der als Maß für
die Formaldehydabgabe der Platten gilt (EN 120), betrug 8,6 mg/100
g.
- 2. In einem anderen Versuch wurde wie im ersten Versuch verfahren
vorgegangen mit dem Unterschied, dass in den Hohlräumen
der Waben ein Formaldehydfänger in Form von Harnstoff als 60%ige
Lösung eingebracht wurde. Die so hergestellten Platten
hatten eine Biegefestigkeit von 17,6 N/mm2,
eine Querzugfestigkeit von 0,64 N/mm2 sowie
einen Perforatorwert von 5 mg/100 g, somit ist der Formaldehydabgabewert
gegenüber Beispiel 1 verringert.
- 3. In einem dritten Versuch wurde wie im zweiten Versuch verfahren
vorgegangen mit dem Unterschied, dass die Hohlräume des
Wabenkerns mit einem Polyurethanschaum versehen wurden, um die Waben
auszusteifen. Die auf diese Weise hergestellten Platten wiesen höhere
mechanische Eigenschaften als in Beispiel 1 auf, die Formaldehydabgabewerte
der Platten sind vergleichbar mit denen von Beispiel 2.
- BUSCHBECK, L (1964)
Technische Probleme bei der
Anwendung von Schaumleim für Die Spanplattenfertigung.
Teil 1: Stand der Technik und Unter-Suchungen des nach dem Luftschaumverfahren
hergestellten Schaumleims. Holztechnologie 5 (1): 54–59
- BUSCHBECK, L (1968)
Technische Probleme bei der
Anwendung von Schaumleim für Die Spanplattenfertigung.
Teil 2: Weitere Untersuchungen des nach dem Luftschaumverfahren
hergestellten Schaumleims. Holztechnologie 9 (2): 124–138
- BUSCHRECK, L (1969B)
Technische Probleme bei der
Anwendung von Schaumleim für Die Spanplattenfertigung.
Teil 4: Untersuchung der Be- und Verleimqualität anhand
von Sprühbildern und Laborspan-Platten. Holztechnologie
10 (2): 118–122
- DUNKY, M., NIEMZ, P. (2002)
Holzwerkstoffe und
Leime: Technologie und Einflussfaktoren. Springer Verlag, Berlin,
Heidelberg, New York
- GÖTTSCHING, L. UND KATZ, C. (1999)
Papier
Lexikon Band 3, S. 392–393 Deutsche Betriebswirte-Verlag
GmbH
- MICHANCKL, A. (2006)
Developement of a new light
wood-based panel. Vortrag, gehalten anlässlich des 5th
European wood-based Symposium in Hannover 4.–6.10.2006
- ROFFAEL, E. (1982)
Die Formaldehydabgabe von Spanplatten
und anderen Werkstoffen. DRW-Verlag Stuttgart 1982
- ROFFAEL, E. (2006)
Bedeutung von Holzinhaltsstoffen
für die Emission von Holz und Holzwerkstoffen. Vortrag
an der Universität Göttingen, gehalten anlässlich
der 3. Fachtagung Umweltschutz in der Holzwerkstoffindustrie
- SUNDIN, B. ET AL. (1992)
Emission of formaldehyde
and other volatile organic compounds (VOC) from sawdust and lumber,
different wood-based Panels and other building materials: A comparative
study paper given at 26th International particleboard composite
Materials Symposium in April 7–9.
- THÖMEN, H. UND POPPENSIEKER (2005)
Chancen
und Grenzen für den Einsatz von Wabenplatten im Möbelbau.
Vortrag, gehalten anlässlich des 6. IHD-Holzwerkstoff-Kolloquium
2005. Vortragsheft S. 66–78
- THOLE, V. UND WEBER, O. (2005)
Leichtbauplatten
durch Schaumverklebung. Vortrag, gehalten anlässlich des
6. IHD-Holzwerkstoff-Kolloquiums 2005. Vortragsheft S. 23–32
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Dunky und
Niemz 2002 und Roffael 2006 [0001]
- - Sundin et al. 1992 [0002]
- - Michanickl 2006 [0003]
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- - Thole und Weber 2004 [0004]
- - Buschbeck 1964, 1968 und 1969 [0004]
- - Thömen und Poppensieker 2004 [0005]
- - Roffael 1982 [0006]
- - Göttsching und Katz 1999 [0009]
- - BUSCHBECK, L (1964) Technische Probleme bei der Anwendung
von Schaumleim für Die Spanplattenfertigung. Teil 1: Stand
der Technik und Unter-Suchungen des nach dem Luftschaumverfahren
hergestellten Schaumleims. Holztechnologie 5 (1): 54–59 [0010]
- - BUSCHBECK, L (1968) Technische Probleme bei der Anwendung
von Schaumleim für Die Spanplattenfertigung. Teil 2: Weitere
Untersuchungen des nach dem Luftschaumverfahren hergestellten Schaumleims.
Holztechnologie 9 (2): 124–138 [0010]
- - BUSCHRECK, L (1969B) Technische Probleme bei der Anwendung
von Schaumleim für Die Spanplattenfertigung. Teil 4: Untersuchung
der Be- und Verleimqualität anhand von Sprühbildern und
Laborspan-Platten. Holztechnologie 10 (2): 118–122 [0010]
- - DUNKY, M., NIEMZ, P. (2002) Holzwerkstoffe und Leime: Technologie
und Einflussfaktoren. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York [0010]
- - GÖTTSCHING, L. UND KATZ, C. (1999) Papier Lexikon
Band 3, S. 392–393 Deutsche Betriebswirte-Verlag GmbH [0010]
- - MICHANCKL, A. (2006) Developement of a new light wood-based
panel. Vortrag, gehalten anlässlich des 5th European wood-based
Symposium in Hannover 4.–6.10.2006 [0010]
- - ROFFAEL, E. (1982) Die Formaldehydabgabe von Spanplatten und
anderen Werkstoffen. DRW-Verlag Stuttgart 1982 [0010]
- - ROFFAEL, E. (2006) Bedeutung von Holzinhaltsstoffen für
die Emission von Holz und Holzwerkstoffen. Vortrag an der Universität
Göttingen, gehalten anlässlich der 3. Fachtagung
Umweltschutz in der Holzwerkstoffindustrie [0010]
- - SUNDIN, B. ET AL. (1992) Emission of formaldehyde and other
volatile organic compounds (VOC) from sawdust and lumber, different wood-based
Panels and other building materials: A comparative study paper given
at 26th International particleboard composite Materials Symposium
in April 7–9. [0010]
- - THÖMEN, H. UND POPPENSIEKER (2005) Chancen und Grenzen
für den Einsatz von Wabenplatten im Möbelbau.
Vortrag, gehalten anlässlich des 6. IHD-Holzwerkstoff-Kolloquium 2005.
Vortragsheft S. 66–78 [0010]
- - THOLE, V. UND WEBER, O. (2005) Leichtbauplatten durch Schaumverklebung.
Vortrag, gehalten anlässlich des 6. IHD-Holzwerkstoff-Kolloquiums
2005. Vortragsheft S. 23–32 [0010]