DE102012025177A1

DE102012025177A1 - Verleimtes Formvollholz

Info

Publication number: DE102012025177A1
Application number: DE201210025177
Authority: DE
Inventors: Mark N. Levin; Vladimir A. Shamaev; Nadezhda S. Nikulina; Jurij N. Kopejkin
Original assignee: ZAO INNOVATSIONNY TS BIRYUTCH; ZAO Innovatsionny tsentr "Biryutch"
Current assignee: ZAO INNOVATSIONNY TS BIRYUTCH; ZAO Innovatsionny tsentr "Biryutch"
Priority date: 2012-12-24
Filing date: 2012-12-24
Publication date: 2014-06-26

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein verleimtes Formvollholz mit einem Leim, der Harnstoff-Aldehyd-Harz oder Phenolformaldehyd-Harz enthält. Dabei wird dem Harz nanokristalline Zellulose hinzugefügt ist, deren Anteil 8–8,5% der Masse des Harnstoff-Aldehyd-Harzes oder 9,5–10% der Masse des Phenolformaldehyd-Harzes beträgt. Der Leim wird mit einem Härtemittel vermengt und mit Ultraschall der Frequenz von 20 kHz sowie mit einem Impulsmagnetfeld der Feldstärke von 16–20·104 A/m behandelt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Holzverarbeitung und insbesondere auf die Verleimung von Formvollholz. Sie kann zur Herstellung von Leimverbindungen angewendet werden, deren Festigkeit der von Formvollholz gleich ist, zum Beispiel bei der Fertigung von elektrischen Fernleitungsmasten, Balken für Bauzwecke u. a. m.
Bekanntlich ist Formvollholz zum Kleben schlecht geeignet. Die Scherfestigkeit in der Leimschicht von Formvollholz beträgt nur 3–4 MPa.
Durch das Patent RU 2373248 (C091 5/00, 2009) ist ein Verfahren zur Holzverleimung bekannt, wonach der Leim auf die Klebeflächen aufgetragen wird und die Klebeflächen bis zur vollständigen Leimverhärtung zusammengefügt werden. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Leim im Impulsmagnetfeld mit einer magnetischen Feldstärke von 3–24·10⁴ A/m im Laufe von 30 Minuten vorbehandelt wird. Alternativ werden die Klebteile nach dem durch das Patent RU 2298574 (C091 5/00, 2006) bekannten Verfahren zwischen Magnetpole gesetzt, so dass die Magnetfeldlinien senkrecht zur Klebefuge verlaufen. Als Leim wird flüssiges Harnstoff-Formaldehyd-Harz (PVA-Leim) angewendet.
Diese Verfahren weisen den Nachteil auf, dass es damit nicht möglich ist, geklebtes Formvollholz mit hochfester Klebeverbindung zu gewinnen, deren Festigkeit der Festigkeit von Holz selbst gleich ist, weil die Scherfestigkeit von Echtholz 5 MPa und die von Formvollholz 10 MPa beträgt. Die Scherfestigkeit von Schichtholz nach diesem Verfahren beträgt 5 MPa.
Aus dem Stand der Technik ist die Verwendung von formaldehydharzhaltigen (Harnstoff-Aldehyd-Harz oder Phenolformaldehyd-Harz) Leimzusammensetzungen und Zeolith-Füllstoffen (Patente RU 2213753 , C08L 97/02, 2003; 2281966, C091 161/24, 2006) oder Dextrin (Patent UA 18268 , C091 161/24, 1997) oder Butadien-Latex und Kaolin (Erfinderzertifikat 1523563, C091 3/12, 1998) bekannt.
Die Mängel dieser Zusammensetzungen sind der eingeschränkte Anwendungsbereich aufgrund der niedrigen Temperaturbeständigkeit, Verkürzung der Standzeit und schlechte Pressbarkeit der Zusammensetzungen. Diese Leimzusammensetzungen sind zum Verkleben von Erzeugnissen aus üblichem Holz bestimmt.
Die durch diese Erfindung zu lösende Aufgabe ist ein verleimtes Vollholz mit besseren Eigenschaften.
Der technische Effekt ist die Erhöhung der Festigkeit von Klebefugen, so dass deren Festigkeit die Festigkeit von Formvollholz mindestens nicht unterschreitet.
Dabei bezieht sich die Erfindung auf ein verleimtes Formvollholz mit einem Leim, der Harnstoff-Aldehyd-Harz oder Phenolformaldehyd-Harz enthält. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass dem Harz nanokristalline Zellulose hinzugefügt ist, deren Anteil 8–8,5% der Masse des Harnstoff-Aldehyd-Harzes oder 9,5–10% der Masse des Phenolformaldehyd-Harzes beträgt, und dass der Leim mit einem Härtemittel vermengt ist und mit Ultraschall der Frequenz von 20 kHz sowie mit einem Impulsmagnetfeld der Feldstärke von 16–20·104 A/m behandelt ist.
Der technische Effekt wird auch mit einem Verfahren wie folgt erreicht: Das Verfahren zur Formvollholzverleimung schließt folgende Verfahrensschritte ein:

– Leimzubereitung: Der Leim enthält nanokristalline Zellulose und Harnstoff-Aldehyd-Harz oder Phenolformaldehyd-Harz; bei der Leimzubereitung beträgt der Anteil der nanokristallinen Zellulose 8–8,5% der Masse des Harnstoff-Aldehyd-Harzes oder 9,5–10% der Masse des Phenolformaldehyd- Harzes;
– Ultraschallbehandlung des hergestellten Leims; die Schwingungsfrequenz beträgt 22 kHz; die Behandlungsdauer beträgt 5 Minuten;
– Vermengung des Leims mit dem Härtemittel;
– Beleimung der Klebeflächen;
– Zusammenfügen der Klebeflächen und Druckhaltephase bei einem Druck von 1,6 MPa und Temperatur von 20–120°C im Laufe von 0,5–5 Stunden bis zur vollständigen Leimverfestigung;
– Behandlung der Leimfuge mit einem Impulsmagnetfeld mit der Feldstärke von 16– 20·10⁴ A/m innerhalb von 20 Minuten.

Das Verfahren wird folgenderweise ausgeführt:
Das Harz wird mit nanokristalliner Zellulose in der Menge von 8–8,5% der Masse des Harnstoff-Aldehyd-Harzes oder 9,5–10% der Masse des Phenolformaldehyd-Harzes ergänzt und vermengt. Danach wird der hergestellte Leim mit Ultraschall 5 Minuten lang behandelt. Die Schwingungsfrequenz beträgt 22 kHz. Der behandelte Leim wird mit einem Härtemittel vermengt und auf die Oberfläche von Formvollholz-Probestücken aufgetragen. Danach werden die Formvollholz-Probestücke unter einem Druck von 1,6 MPa bei 20–120°C 0,5–5 Stunden lang gehalten. Die Klebefuge wird mit einem Magnetfeld mit der Feldstärke von 16–20·10⁴ A/m behandelt. Im Endeffekt wird eine feste Klebverbindung von Formvollholz hergestellt, deren Scherfestigkeit 10 MPa beträgt. Das heißt, die Festigkeit der Klebschicht wird gleich der Festigkeit von Formvollholz selbst (s. Tabelle).
1 zeigt eine Tabelle mit Festigkeitsgrenzen für Materialien nach dem Prototyp-Verfahren und nach dem angemeldeten Verfahren.
Liegt der Anteil von nanokristalliner Zellulose im Harnstoff-Aldehyd-Harz-Leim unter 8%, so sinkt die Scherfestigkeit auf 5 MPa. Beim Anteil von nanokristalliner Zellulose von über 8,5% nimmt die Festigkeitsgrenze nicht zu und beträgt 10 MPa. Liegt der Anteil von nanokristalliner Zellulose im Phenolformaldehyd-Harz-Leim unter 9,5%, sinkt die Scherfestigkeit auf 5 MPa. Beim Anteil von nanokristalliner Zellulose von über 10% nimmt die Festigkeitsgrenze nicht zu und beträgt 10 MPa.
Beispiel 1
Proben von Espen-Formvollholz mit einer Dichte von 1000 kg/m³ und Abmessungen gemäß GOST 15613.1-84 werden mit einem ein Härtemittel enthaltenden Leim verklebt. Der Leim enthält das Harnstoff-Aldehyd-Harz PKP-52 (
-52) mit einem Zusatz von nanokristalliner Zellulose, wobei dessen Anteil 8% der Leimmasse beträgt. Der Leim ist mit Ultraschall mit einer Schwingungsfrequenz von 22 kHz innerhalb von 5 Minuten behandelt. Das verleimte Formvollholz wird unter dem Druck von 1,6 MPa bei einer Temperatur von 20°C innerhalb von 5 Stunden gehalten. Danach wird die Klebefuge mit einem Impulsmagnetfeld mit der Feldstärke von 18·10⁴ A/m innerhalb von 20 Minuten behandelt. Die Scherfestigkeit in der Leimschicht von Formvollholz ist 10 MPa.
Beispiel 2
Proben von Espen-Formvollholz mit einer Dichte von 1000 kg/m³ und mit Abmessungen gemäß GOST 15613.1-84 werden mit einem ein Härtemittel enthaltenden Leim verklebt. Der Leim enthält das Harnstoff-Aldehyd-Harz PKP-52 (
-52) mit einem Zusatz von nanokristalliner Zellulose, deren Anteil 8,5% der Leimmasse beträgt. Der Leim ist mit Ultraschall mit einer Schwingungsfrequenz von 22 kHz innerhalb von 5 Minuten behandelt. Das verleimte Formvollholz wird unter dem Druck von 1,6 MPa bei Temperatur von 120°C innerhalb von 0,5 Stunden gehalten und danach wird die Klebefuge im Impulsmagnetfeld mit der Feldstärke von 18·10⁴ A/m innerhalb von 20 Minuten behandelt. Die Scherfestigkeit in der Leimschicht von Formvollholz beträgt 10 MPa.
Beispiel 3
Proben von Birken-Formvollholz mit einer Dichte von 950 kg/m³ und mit Abmessungen gemäß GOST 15613.1-84 werden mit einem ein Härtemittel enthaltenden Leim verklebt. Der Leim enthält das PhenolformaldehydHarz SFZh-3014 (
-3014) mit dazugesetzter, nanokristalliner Zellulose, deren Anteil 10% der Leimmasse beträgt. Der Leim ist mit Ultraschall mit einer Schwingungsfrequenz von 22 kHz innerhalb von 5 Minuten behandelt. Das verleimte Formvollholz wird unter dem Druck von 1,6 MPa bei einer Temperatur von 120°C innerhalb von 0,5 Stunden gehalten. Anschließend wird die Leimschicht mit einem Impulsmagnetfeld mit der Feldstärke von 18·10⁴ A/m im Laufe von 20 Minuten behandelt. Die Scherfestigkeit in der Leimschicht von Formvollholz beträgt 10 MPa.
Beispiel 4
Proben von Birken-Formvollholz mit einer Dichte von 950 kg/m³ und mit den Abmessungen gemäß GOST 15613.1-84 werden mit einem ein Härtemittel enthaltenden Leim verklebt. Der Leim enthält das Phenolformaldehyd-Harz SFZh-3014 (
-3014) mit dazugesetzter, nanokristalliner Zellulose, deren Anteil 9,5% der Leimmasse beträgt. Der Leim ist mit Ultraschall mit einer Schwingungsfrequenz von 22 kHz innerhalb von 5 Minuten behandelt. Das verleimte Formvollholz wird unter dem Druck von 1,6 MPa bei einer Temperatur von 20°C innerhalb von 5 Stunden gehalten. Anschließend wird die Leimschicht mit einem Impulsmagnetfeld mit der Feldstärke von 18·10⁴ A/m im Laufe von 20 Minuten behandelt. Die Scherfestigkeit in der Leimschicht von Formvollholz beträgt 10 MPa.
Als nanokristalline Zellulose wird Zellulose verwendet, die aus mikrokristalliner Holzzellulose hergestellt wird. Während ihrer Herstellung liegen variable Bedingungen vor, wie Konzentration der mikrokristallinen Holzzellulose und der Salzsäure, Hydrolysedauer und Temperatur sowie die Ultraschallbehandlungsdauer. Bei 63,5%iger Konzentration der Schwefelsäure kann 200–400 nm lange und unter 10 nm breite, nanokristalline Zellulose bzw. Fasern hergestellt werden (Optimization of the isolation of nanocristals from microcrystalline cellulose by acid hydrolysis, D. Bondeson et al., 2006).
Die Einführung von nanokristalliner Zellulose in das formaldehydhaltige Harz (Harnstoff-Aldehyd-Harz oder Phenolformaldehyd-Harz) sorgt für die Steigerung des Vernetzungsgrads der Leimmoleküle mit Holz und für die Erhöhung des Kristallisationsgrads. Dadurch wird die Festigkeit der Leimverbindung erhöht.

Die Anwendung des vorgeschlagenen Verfahrens ermöglicht es, die Scherfestigkeit in der Leimschicht so zu steigern, dass die Festigkeit von Formvollholz selbst erreicht wird. Darüber hinaus ist aus der Tabelle 1 ersichtlich, dass die Festigkeit der Leimverbindung des nach der Erfindung verleimten Formvollholzes zweimal höher ist als die Festigkeit von Holz, das ohne nanokristalline Zellulose verleimt wird. Tabelle

Eigenschaften des Materials und seine Herstellungsbedingungen	Prototyp Patent 2298574	Vorliegende Erfindung
	Prototyp Patent 2298574	Harnstoff-Aldehyd-Harz-Klebstoff	Phenolformaldehyd-Harz-Klebstoff
Magnetische Feldstärke, H·10⁴ A/m	3–24	16–20	16–20
Ultraschallschwingungsfrequenz, kHz	-	22	22
Anteil der nanokristallinen Zellulose, %	-	8–8,5	9,5–10
Scherfestigkeitsgrenze, MPa	10	10	10
Dichte, kg/m³	600–700	900–1050	900–1050

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

RU 2373248 [0003]
RU 2298574 [0003]
RU 2213753 [0005]
US 18268 [0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Optimization of the isolation of nanocristals from microcrystalline cellulose by acid hydrolysis, D. Bondeson et al., 2006 [0018]

Claims

Verleimtes Formvollholz mit einem Leim, der Harnstoff-Aldehyd-Harz oder Phenolformaldehyd-Harz enthält, dadurch gekennzeichnet, dass dem Harz nanokristalline Zellulose hinzugefügt ist, deren Anteil 8–8,5% der Masse des Harnstoff-Aldehyd-Harzes oder 9,5–10% der Masse des Phenolformaldehyd-Harzes beträgt, und dass der Leim mit einem Härtemittel vermengt ist und mit Ultraschall der Frequenz von 20 kHz sowie mit einem Impulsmagnetfeld der Feldstärke von 16–20·10⁴ A/m behandelt ist.
Leim mit nanokristalliner Zellulose und Harnstoff-Aldehyd-Harz oder Phenolformaldehyd-Harz dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil von nanokristalliner Zellulose 8–8,5% von der Masse von Harnstoff-Aldehyd-Harz oder 9,5–10% von der Masse von Phenolformaldehyd-Harz beträgt
Verfahren zur Formvollholzverleimung einschließlich folgender Schritte: – Zubereitung von Leim, der nanokristalline Zellulose und Harnstoff-Aldehyd-Harz oder Phenolformaldehyd-Harz enthält, wobei die nanokristalline Zellulose dem Harz hinzugefügt wird, deren Anteil 8–8,5% der Masse des Harnstoff-Aldehyd-Harzes oder 9,5–10% der Masse des Phenolformaldehyd-Harzes beträgt, – 5 Minuten lange Ultraschallbehandlung des hergestellten Leims mit einer Schwingungsfrequenz von 2 kHz, – Vermengung des Leims mit dem Härtemittel und Auftragen des Leims auf die Klebeflächen, – Zusammenfügen der Klebeflächen und Druckhaltephase bei einem Druck von 1,6 MPa und einer Temperatur von 20–120°C innerhalb von 0,5–5 Stunden bis zur vollständigen Leimverfestigung und – Behandlung der Leimfuge mit einem Impulsmagnetfeld mit der Feldstärke von 16–20·10⁴ A/m innerhalb von 20 Minuten.