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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine mehrschichtige Spanplatte mit reduziertem Gewicht.
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Ein hohes Gewicht bei Spanplatten führt in vielerlei Hinsicht zu Nachteilen. So verursacht ein hohes Gewicht insbesondere hohe Transportkosten und erhöht den beim Transport anfallenden Energieverbrauch und Schadstoffausstoß. Darüber hinaus erschwert ein hohes Gewicht die Weiterverarbeitung der Spanplatten.
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Stand der Technik
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Zahlreiche Ansätze zur Reduzierung des Gewichts von Spanplatten sind aus dem Stand der Technik bekannt.
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Die Druckschriften
WO 2008/046891 A1 und
DE 20 2007 017 713 U1 beschreiben mehrschichtige Spanplatten, mit einer Mittelschicht, die Polystyrolkügelchen enthält. Die Dichte der Polystyrolkügelchen ist geringer, als die Dichte des umgebenden Gemischs aus Holzspänen und Klebstoff. Daher reduziert sich infolge der Zugabe der Polystyrolkügelchen das Gewicht der Spanplatten.
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Gemäß der Druckschrift
WO 2008/046891 A1 werden Polystyrolkügelchen verwendet, die im unexpandierten Zustand einen Durchmesser von ca. 1,3 mm haben. Die Polystyrolkügelchen enthalten Pentan als Treibmittel. Nach dem Aufschäumen bzw. Expandieren beträgt ihr Durchmesser etwa 3 mm.
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Die Polystyrolkügelchen werden im expandierten Zustand mit den Holzspänen vermischt, zu einem Vlies gestreut und zu Spanplatten gepresst.
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Bei mehrschichtigen Spanplatten besteht das Vlies aus mehreren übereinandergestreuten Schichten, die jeweils verschiedenartige Holzspäne enthalten. Die Späne der beiden Deckschichten, das heißt der obersten und der untersten Schicht der Spanplatte, sind sehr fein, damit eine glatte Oberfläche entsteht.
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Zwischen den beiden Deckschichten befindet sich mindestens eine Mittelschicht. Die Späne dieser Schicht sind gröber. Im Falle der Druckschriften
WO 2008/046891 A1 und
DE 20 2007 017 713 U1 enthält die Mittelschicht zudem die Polystyrolkügelchen.
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Das Vlies kommt wird erzeugt, indem man die Holzspäne und die Polystyrolkügelchen auf ein sich bewegendes Förderband streut. Zwischen den Holzspänen und den Polystyrolkügelchen einerseits und dem Förderband andererseits besteht dabei zunächst eine Geschwindigkeitsdifferenz. Sobald die Holzspäne und die Polystyrolkügelchen auf das Förderband treffen, werden sie von diesem mitgerissen. Dabei zeigen die Polystyrolkügelchen eine Tendenz zum Rollen. Dies führt dazu, dass sie in die Deckschicht gelangen können und so den späteren Beschichtungsprozess stören.
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Als nachteilig hat sich weiterhin die mangelnde Festigkeit der mit den Polystyrolkügelchen versehenen Spanplatten erwiesen. Durch die runde Form der expandierten Polystyrolkügelchen ist deren Berührungsfläche mit dem umgebenden Gemisch aus Klebstoff und Holzspänen vergleichsweise gering. Zwischen dem Polystyrolkügelchen und diesem Gemisch besteht daher eine stoffschlüssige Verbindung, die nur unzureichend belastbar ist.
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Ferner ist das als Treibmittel eingesetzte Pentan bei entsprechender Konzentration brennbar. Dies führt in Verbindung mit den gewöhnlich zur Herstellung der Spanplatten verwendeten Heißpressen zu einem nicht unerheblichen Brandrisiko.
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Aufgabe
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Aufgabe der Erfindung ist es, die Festigkeit gewichtsreduzierter Spanplatten zu verbessern und die Sicherheit des Fertigungsvorgangs zu erhöhen.
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Lösung
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Diese Aufgabe wird durch die Erfindungen mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht. Die Erfindungen umfassen auch alle sinnvollen und insbesondere alle erwähnten Kombinationen von unabhängigen und/oder abhängigen Ansprüchen.
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Im Folgenden werden einzelne Verfahrensschritte näher beschrieben. Die Schritte müssen nicht notwendigerweise in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden, und das zu schildernde Verfahren kann auch weitere, nicht genannte Schritte aufweisen.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Mittelschicht einer Spanplatte werden zunächst Holzspäne bereitgestellt. In einem weiteren Schritt werden zu den Holzspänen Polystyrolpartikel zugegeben, die aus einem expandierbaren Polystyrol bestehen. Die Polystyrolpartikel befinden sich zunächst in einem unexpandierten Zustand.
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Als Bindemittel wird ein Klebstoff hinzugefügt. Vorzugsweise werden die Holzspäne mit den Polystyrolpartikeln vermischt, bevor die Holzspänen und die Polystyrolpartikeln mit dem Klebstoff versetzt werden.
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Die Holzspäne, die Polystyrolpartikel und der Klebstoff werden unter Zufuhr von Wärme gepresst. Hierzu kann eine gewöhnliche Heißpresse verwendet werden. Durch die Zufuhr der Wärme expandieren die Polystyrolpartikel.
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Infolge der Expansion dringen die Polystyrolpartikel in kleine Hohlräume zwischen den Holzspänen ein. Hierdurch kommt es zu einer mechanischen Verzahnung zwischen den Polystyrolpartikeln und dem umgebenden Gemisch aus Holzspänen und Klebstoff. Zwischen den Polystyrolpartikeln und dem umgebenden Gemisch besteht infolgedessen nicht nur eine stoffschlüssige Verbindung, sondern auch eine auf Druck und auf Zug belastbare formschlüssige Verbindung.
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Zudem ist die Oberfläche der Polystyrolpartikel durch das Eindringen in die Hohlräume größer als die Oberfläche kugelförmiger Polystyrolpartikeln gleichen Volumens.
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Die Verzahnung zwischen den Polystyrolpartikeln und dem umgebenden Gemisch aus Holzspänen und Klebstoff sowie die vergrößerte Oberfläche der Polystyrolpartikel erhöhen die Belastbarkeit der Verbindung zwischen den Polystyrolpartikeln und dem umgebenden Gemisch. Infolgedessen erhöht sich die Festigkeit bzw. Belastbarkeit der Spanplatte. Das Gewicht bzw. die Dichte der Spanplatte bleibt indessen unverändert.
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In unexpandiertem Zustand haben die Polystyrolpartikel einen bevorzugten Durchmesser von 1,3 mm. Bei freier Expansion, d.h. bei Expansion außerhalb der Spanplatte, würden hieraus die expandierten Polystyrolkügelchen mit einem Durchmesser von 3 mm entstehen, deren Verwendung aus dem Stand der Technik bekannt ist.
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Je kleiner und dichter die Polystyrolpartikel sind, desto weniger neigen sie zum Rollen, wenn sie, wie oben beschrieben auf das Förderband auftreffen. Die Erfindung ermöglicht damit höhere Vorschubgeschwindigkeiten des Förderbands. Zudem wird verhindert, dass Polystyrolpartikel infolge ihrer Rollneigung in die Deckschichten gelangen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens enthalten die Polystyrolpartikel ein Treibmittel.
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Solche Treibmittel sind beispielsweise inerte Gase, wie Pentan, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Stickstoff, Edelgase (Helium, Neon, Argon), halogenierte Kohlenwasserstoffe, insbesondere fluorierte und/oder chlorierte C1 bis C6-Alkane wie 1,1,1,2-Tetrafluoroethan, Difluoromethan oder 1,1-Difluoroethan oder fluorierte und/oder chlorierte C2 bis C6-Alkene oder Hydrofluoroether (HFE). Die Polystyrolpartikel enthalten das Treibmittel in der Regel das Treibmittel in einem Anteil von bis zu 10 Gew.-%. Das Treibmittel hat bevorzugt einen Siedepunkt von unter 150 °C, bevorzugt unter 50 °C. Die Treibmittel können auch als Gemisch verwendet werden.
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Beispiele für halogenierte Kohlenwasserstoffe sind Hydrofluoroolefine (HFO) wie 3,3,3-Trifluoropropen (HFO-1243zf), (cis und/oder trans)-1,3,3,3-Tetrafluoropropen (HFO-1234ze), insbesondere das trans-Isomer, 2,3,3,3-Tetraftuoropropen (HFO-1234yf); (cis und/oder trans)-1,2,3,3,3-Pentafluoropropen (HFO-1225ye). Die meisten der genannten halogenierten Kohlenwasserstoffe werden als Ozonunschädlich eingestuft und wurden zum Teil als Ersatzstoffe für FCKWs entwickelt.
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Beispiele für fluorierte und chlorierte Kohlenwasserstoffe sind Hydrochloroolefine (HCFO) wie (cis und/oder trans)-1-Chloro-3,3,3-trifluoropropen (HCFO-1233zd), insbesondere das trans-Isomer, 2-Chlor-3,3,3-trifluoropropen (HCFO-1233xf), 1,1-Dichlor-3,3,3-trifluoropropen, 1,2-Dichloro-3,3,3-trifluoropropen.
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Es können auch Mischungen verwendet werden. Die Zusammensetzung kann an die Bedingungen des Verfahrens angepasst werden.
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Falls ein brennbares Treibmittel verwendet wird, ist sicherzustellen, dass bei der Verarbeitung das Treibmittel aus dem Verfahren entfernt, z.B. abgesaugt wird, um das Brandrisiko zu minimieren.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Treibmittel schwer entflammbar. Dies verhindert Brände und Explosionen bei der Zufuhr von Wärme. Solche Treibmittel sind Gase, welche nicht mit E, F+, F oder O nach EU-RL 67/548/EWG, Anh. I oder GHS01, GHS02, GHS03 nach GHS-System gekennzeichnet sind. Dies sind aus den vorstehend genannten beispielsweise Stickstoff, Kohlenstoffdioxid, Edelgase und die HCFOs.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die Polystyrolpartikel Blähmittel enthalten. Dies sind Stoffe, welche bei der Zufuhr von Wärme Gase freisetzen. Beispiele dafür sind Blähgraphit oder Melamine, welche Stickstoff freisetzen. Es können auch Blähmittel und Treibmittel eingesetzt werden.
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Eine erfindungsgemäße Spanplatte weist mindestens eine Mittelschicht auf, wobei die Mittelschicht mindestens einen Polystyrolpartikel enthält. Die Oberfläche des mindestens einen Polystyrolpartikels umfasst mindestens eine konkave Teilfläche. Infolgedessen besitzt die Oberfläche des mindestens einen Polystyrolpartikels einen größeren Flächeninhalt als die Oberfläche eines kugelförmigen Polystyrolpartikels mit gleicher Masse.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung steht der mindestens eine Polystyrolpartikel mindestens entlang der mindestens einen konkaven Teilfläche mit Klebstoff und/oder Holzspänen in Berührung. Die konvexe Hülle des mindestens einen Polystyrolpartikels umschließt also den Klebstoff und/oder die Holzspäne. Hierdurch bildet sich eine auf Druck und auf Zug belastbare formschlüssige Verbindung zwischen dem mindestens einen Polystyrolpartikel und dem umgebenden Gemisch aus Holzspänen und Klebstoff.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Möglichkeiten, die Aufgabe zu lösen, sind nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. So umfassen beispielsweise Bereichsangaben stets alle – nicht genannten – Zwischenwerte und alle denkbaren Teilintervalle.
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Ein Ausführungsbeispiel ist in der Figur schematisch dargestellt. Im Einzelnen zeigt:
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1 eine Spanplatte mit Polystyrolpartikeln.
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Die Spanplatte 102 gemäß 1 besteht aus drei Schichten – einer oberen Deckschicht 104, einer Mittelschicht 106 und einer unteren Deckschicht 108. Die Mittelschicht 106 umfasst expandierte Polystyrolpartikel 110, die in unexpandiertem Zustand in die Mittelschicht 106 eingebracht wurden.
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Bezugszeichenliste
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- 106
- Mittelschicht
- 102
- Spanplatte
- 110
- Polystyrolpartikel
- 104
- obere Deckschicht
- 108
- untere Deckschicht
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zitierte Literatur
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zitierte Patentliteratur
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2008/046891 A1 [0004, 0005, 0008]
- DE 202007017713 U1 [0004, 0008]
