DE102014113290A1 - Lagenholzwerkstoff und Verfahren zu seiner Herstellung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Lagenholzwerkstoff aus mindestens zwei Lagen von Furnier oder Massivholzplatten, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass zwischen den Lagen ein anorganisches Bindemittelsystem angeordnet ist und dass die Lagen durch das anorganische Bindemittelsystem miteinander verbunden sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Lagenholzwerkstoff und ein Verfahren zu seiner Herstellung. Der Lagenholzwerkstoff gemäß der Erfindung ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Lagen aus Holz ein anorganisches Bindemittelsystem angeordnet ist, dass die Lagen aus Holz miteinander verbindet.
  • Als Lagenholzwerkstoffe werden flächige ebene oder nicht ebene Platten verstanden, welche aus mehreren Lagen von Holz bestehen, die über ein Bindemittelsystem miteinander verbunden sind. Zu den Lagenholzwerkstoffen gehört beispielsweise Sperrholz, welches aus einzelnen Furnierlagen besteht. Die Furnierlagen sind über ein organisches Bindemittelsystem, wie beispielsweise Kondensationsharze, miteinander verklebt. Bei der Herstellung werden die Furnierlagen in einem Winkel von 90°–15° verdreht oder parallel als Furnierschichtholz angeordnet und unter Anwendung von Druck und Temperatur miteinander verpresst.
  • Weiterhin werden unter dem Begriff Lagenholzwerkstoff auch mehrlagige Massivholzplatten verstanden, die aus beispielsweise zwei in Faserrichtung parallel verlaufenden Decklagen und einer um 90° versetzten Mittellage bestehen und die durch verschiedenste organische Bindemittelsysteme miteinander verbunden sind. Die Lagen der Massivholzplatten werden auch als Holzlamellen oder Massivholzlamellen bezeichnet, welche zu Massivholzplatten verklebt sind.
  • Im Stand der Technik sind weiterhin Spanplatten bekannt, welche im Unterschied zu herkömmlichen Lagenholzwerkstoffen auch anorganische Bindemittelsysteme aufweisen. Aus der DE 20 2010 004 204 U1 geht beispielsweise eine Zementspanplatte hervor. Als Füllmaterial werden Holzspäne eingesetzt, die in einer Zementmatrix eingebettet sind. Die Bauplatte ist dreischichtig aufgebaut. In der Mittelschicht und den beiden Deckschichten (oben, unten) sind Späne verschiedener Dimension im Bindemittelsystem Zement gebunden.
  • Die Nachteile zementgebundener Spanplatten bestehen darin, dass diese eine hohe Rohdichte von beispielsweise 1.250–1.600 kg/m3 aufweisen. Weiterhin können nur geringe Festigkeiten mit zementgebundenen Spanplatten erreicht werden. Zudem ist die Festigkeitsverteilung innerhalb der Platte inhomogen.
  • Die Nachteile von zementgebundenen Spanplatten allgemein werden durch Lagenholzwerkstoff, wie Sperrholz oder mehrlagige Massivholzplatten, teilweise überwunden.
  • Lagenholzwerkstoffe nach dem Stand der Technik sind jedoch organisch gebunden und besitzen somit überwiegend eine geringe bis keine biologische und chemische Beständigkeit. Die Witterungsbeständigkeit ist in Abhängigkeit der eingesetzten Holzart und des eingesetzten Bindemittels gering. Beispielsweise wird für Sperrholz überwiegend Birke oder Buche und für Massivholzplatten überwiegend Fichte eingesetzt, die nach DIN EN 350-2 als wenig bis nicht dauerhaft gelten, woraus eine schlechte Witterungsbeständigkeit resultiert.
  • Weiterhin sind Lagenholzwerkstoffe durch relativ schlechte Brandschutzeigenschaften gekennzeichnet, wobei die Furniere und Lamellen zur Verbesserung dieser Eigenschaften mit Brandschutzmitteln getränkt werden müssen, was vor allem bei Fichtenholz bei der Verklebung in der Praxis zu Problemen führen kann. Ein weiterer großer Nachteil traditioneller Lagenholzwerkstoffe besteht in der Formaldehydabgabe durch die üblicherweise als organisches Bindemittelsystem eingesetzten formaldehydhaltigen Kondensationsharze. Im Unterschied zur anorganisch gebundenen Spanplatte besteht auch eine relativ geringe Formstabilität.
  • Im Stand der Technik gibt es einen Ansatz anorganische Komponenten in dem organischen Bindemittelsystem zu platzieren. Nach der WO 2006/011697 A1 ist eine Sperrholzplatte bekannt, welche im Bindemittelsystem anorganische Komponenten aufweist. Diese anorganischen Komponenten sind beispielsweise Zeolithe, welche aufgrund ihrer großen inneren Oberfläche als Adsorbens für unerwünschte vom organischen Bindemittelsystem an die Umwelt abgegebene Schadstoffe wirkt. Weiterhin sind dem organischen Bindemittelsystem antimikrobiell wirkende Komponenten beigegeben, um die mikrobiologische Beständigkeit der Sperrholzplatte zu verbessern.
  • Nach der US 2004/0101705 A1 ist ein Lagenholzwerkstoff bekannt, welcher mikrobiologisch stabil ist und eine geringe Formaldehydabgabe aufweist. Um dies zu erreichen, wird dem organischen Bindemittelsystem neben anderen teilweise auch anorganischen Komponenten als Adsorbentien Zedernholzöl zugegeben, um Holzschädlinge fernzuhalten.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin einen Lagenholzwerkstoff zu entwickeln, welcher eine hohe Festigkeit, eine homogene Festigkeitsverteilung sowie eine gute biologische und chemische Beständigkeit aufweist. Weiterhin sind gute Brandschutzeigenschaften und eine gute Formstabilität gewünscht.
  • Die Aufgabe wird durch einen Gegenstand und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß insbesondere durch einen Lagenholzwerkstoff gelöst, der aus mindestens drei Lagen von Furnier oder Holzlamellen ausgebildet ist. Der Lagenholzwerkstoff ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Lagen ein anorganisches Bindemittelsystem angeordnet ist und dass die Lagen durch das anorganische Bindemittelsystem miteinander verbunden sind.
  • Das Bindemittelsystem wirkt somit konzeptionsgemäß in der Art eines Klebstoffes, wobei die Inhaltsstoffe des Bindemittelsystems anorganisch beziehungsweise anorganischer Natur sind.
  • Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung enthält das anorganische Bindemittelsystem in der Trockensubstanz von 95 % bis 99,5 % Zementanteil, vorzugsweise Portlandzement mit hoher Reaktivität.
  • Alternativ enthält der Zementanteil des Bindemittelsystems Zugaben von Tonerdeschmelzzement, Magnesit, Gips, Flugasche, Hüttensand und/oder Silicastaub bis 15 Masseprozent bezogen auf die Masse des Zementanteils und bis zu 20 Masseprozent Füllstoffe.
  • Das Bindemittelsystem wird ergänzt durch Abbinderegler und weitere Zusatzstoffe. Als Abbinderegler sind gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung Aluminiumsulfat, Calciumsulfat, Magnesium oder Calciumchlorid im Bindemittelsystem enthalten. Alternativ sind Mischungen der vorgenannten Abbinderegler im Bindemittelsystem enthalten.
  • Weiterhin können dem Bindemittelsystem als weitere Zusatzstoffe vorteilhaft Wasserglas und/oder Calciumcarbonat zugegeben werden.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren zur Herstellung von Lagenholzwerkstoffen gelöst, welches gekennzeichnet ist durch die folgenden Schritte:
    • a) Erzeugen von Furnierlagen oder Massivholzlamellen als Lagen des Lagenholzwerkstoffes,
    • b) Auffeuchten der Lagen auf 20 % Holzfeuchte,
    • c) Beaufschlagen mindestens einer Oberfläche von einander zugewandten Lagen mit dem anorganischen Bindemittelsystem,
    • d) Paralleles oder kreuzweises Legen der Lagen zu Gelegen,
    • e) Pressen und Aushärten der Gelege zu Platten des Lagenholzwerkstoffes,
    • f) Reifen der Platten,
    • g) Trocknen und Nachbehandeln der Platten.
  • Bevorzugt werden die flüssigen Komponenten des anorganischen Bindemittelsystems im Verfahrensschritt c) auf die Lage aufgesprüht. Alternativ zum Aufsprühen des anorganischen Bindemittelsystems im Verfahrensschritt c) werden die zu beaufschlagenden Lagen in den flüssigen Komponenten des anorganischen Bindemittelsystems getaucht, wodurch die Oberfläche der Lagen mit dem flüssigen Bindemittelsystem in Kontakt gebracht wird.
  • Die festen Komponenten des anorganischen Bindemittelsystems werden in Verfahrensschritt c) bevorzugt auf die zuvor mit den flüssigen Komponenten des anorganischen Bindemittelsystems behandelten Lagen aufgestreut.
  • Besonders bevorzugt werden die Partikel der festen Komponenten des anorganischen Bindemittelsystems anschließend in die Oberfläche der Lagen mechanisch durch Einreiben oder Einbürsten penetriert. Dadurch wird ein besonders fester Verbund der Lagen miteinander gewährleistet. Die Bindemittelmatrix durchsetzt im Ergebnis in der Nähe der Oberfläche des Holzes dieses mit einem Gradienten. Die Holzmatrix, in deren Porensystem die festen Partikel des anorganischen Bindemittelsystems teilweise penetriert sind, wird somit durch die Bindemittelmatrix überlagert, was zu einem extrem festen Verbund der Lagen miteinander führt.
  • Das Pressen und Aushärten der Gelege nach Verfahrensschritt e) erfolgt bevorzugt bei einer Temperatur von 60 bis 80 °C innerhalb von 6 bis 8 h.
  • Das Reifen der Gelege nach dem Verfahrensschritt f) erfolgt über 12 bis 14 Tage.
  • Schließlich werden die Platten bevorzugt noch gemäß Verfahrensschritt g) getrocknet bei einer Temperatur von 90 °C bis 110 °C innerhalb von 5 bis 8 h.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Lagen des Lagenholzwerkstoffes aus ungetrocknetem Schälfurnier hergestellt, wodurch das Auffeuchten der Lagen auf 20 % Holzfeuchte entfallen oder reduziert werden kann.
  • Der Lagenholzwerkstoff weist besondere Vorteile auf. Hervorzuheben ist, dass die Verwendung eines anorganischen Bindemittelsystems die Brennbarkeit des Lagenholzwerkstoffes erheblich herabsetzt und dass über die Gestaltung der Zusammensetzung des anorganischen Bindemittelsystems und der Parameter bei der Herstellung sehr harte und starre Lagenholzwerkstoffe erzielt werden können.
  • Die biologische Beständigkeit gegenüber holzzerstörenden Pilzen und Insekten ist bei den erfindungsgemäßen Lagenholzwerkstoffen verbessert und damit ist der Einsatz im Bodenkontakt und in Nass- und Feuchtbereichen möglich. Weiterhin ist die chemische Beständigkeit erhöht und damit der Einsatz im alkalischen oder sauren Milieu, wie beispielsweise in Ställen, möglich. Eine hohe Witterungsbeständigkeit durch geringe Feuchteaufnahme ermöglicht den Einsatz im Außenbereich, beispielsweise als Fassadenverkleidung. Vorteilhafte Eigenschaften sind zudem die hohe Formstabilität durch geringe Quell- und Schwindmaße und eine hohe Brandbeständigkeit. Letzteres ermöglicht den Einsatz in Baubereichen mit hohen Anforderungen an die Brennbarkeitsklasse. Die genannten vorteilhaften Eigenschaften werden komplettiert durch minimale Formaldehydemissionen durch ausschließlich holzeigenes Formaldehyd durch formaldehydfreie Verklebung, was für den Einsatz des Lagenholzwerkstoffes im Innenausbau vorteilhaft ist.
  • Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen.
  • Als Lagen von Furnier oder Holzlamellen werden Messer-, Säge- oder Schälfurniere eingesetzt. Die Furnierdicke beträgt dabei zwischen 0,3 mm bis 6,0 mm, vorzugsweise 0,7 mm bis 1,0 mm. Als Hölzer werden bevorzugt Fichtenholz aber auch Pappel, Buche und Birke eingesetzt, wobei die Verarbeitung ungetrocknet oder getrocknet mit nachträglicher Befeuchtung auf circa 20 % Holzfeuchte erfolgt.
  • Als anorganische Bindemittel werden vorzugsweise Portlandzement, beispielsweise CEM I 42,5 R oder CEM I 52,5 N, aber auch andere Zemente eingesetzt. Ebenfalls einsetzbar ist Kompositzement mit anteiligen Zugaben von Tonerdeschmelzzement, Magnesit, Gips, Flugasche, Hüttensand und oder Silikastaub bis 15 %, je nach Holzart und Herstellungsverfahren.
  • Konzeptionsgemäß werden weitere zementhydratations- und holzeigenschaftbeeinflussende als Abbinderegler oder weitere Zuschlagstoffe im Bereich von 0,5–5 % bezogen auf die Masse des Bindemittels eingesetzt. Als Abbinderegler fungieren beispielsweise Aluminiumsulfat, Calciumsulfat, Magnesium- oder Calciumchlorid. Weitere Zuschlagstoffe sind Wasserglas oder Kalk.
  • Die vorangehend aufgeführten Zuschlagstoffe beeinflussen, wie im Stand der Technik bekannt, die Zementhydration mit einer Doppelfunktion. Zum Ersten der Reduzierung, beziehungsweise der Abpufferung, der Alkalien des Zementes und damit der Behinderung des alkalischen Abbaus der Hemicellulose des Holzes, auch als Peeling-Reaktion bekannt und zum Zweiten der Behinderung der durch wasserlösliche Zucker bewirkten Schutzhautbildung um die Zementpartikel herum.
  • Die Masseanteile des Holzes bezogen auf die Gesamtmasse des Lagenholzwerkstoffes und die Rohdichten des zementgebundenen Sperrholzes liegen je nach Holzart, Furnier- und Klebfugendicke zwischen beispielsweise 20% Holzanteil, zum Beispiel bei 0,3 mm Fichtefurnier und einer Klebfugendicke von 0,2 mm und einer resultierenden Rohdichte von 1200 kg/m3 über 80 % Holzanteil, zum Beispiel bei 6 mm Fichtefurnier und einer Klebfugendicke von 0,2 mm und einer resultierenden Rohdichte von 410 kg/m3 bis hin zu 95 %, zum Beispiel bei 6 mm Buchenfurnier und einer Klebfugendicke von 0,1 mm mit einer resultierenden Rohdichte von 720 kg/m3. Der Zementsteinanteil an der Gesamtmasse des Lagenholzwerkstoffes liegt damit je nach Variante zwischen 5 % und 80 %. Die Dicke der Klebfuge beträgt zwischen 0,1 mm und 1,0 mm. Besonders gute Ergebnisse wurden mit Klebefugendicken zwischen 0,1 mm und 0,5 mm erreicht.
  • Konzeptionsgemäß wird das erfindungsgemäße Ergebnis durch eine sehr gute Formpassung der beiden Phasengrenzen geprägt. Dies geht voraussichtlich zurück auf den Pressvorgang und der damit verbundenen Verdichtung des Holzes in den Bereichen höheren Bindemittelauftrags und durch das Kristallwachstum in Hohlbereiche der Holzstrukturen hinein.
  • Im Vergleich zum erfindungsgemäßen Lagenholzwerkstoff liegen die Masseanteile des Holzes bei zementgebundener Spanplatte zwischen 15 % bis 35 % bei einer Rohdichte von 1300 kg/m3 bis 1500 kg/m3.
  • Im Folgenden wird die Erfindung an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Als Holzrohstoff dient ein Fichtenschälfurnier mit einer Dicke von 0,75 mm. Das getrocknete Furnier wird zunächst durch Wasserlagerung auf 20 % Holzfeuchte aufgefeuchtet.
  • Das Bindemittelsystem besteht aus Portlandzement CEM I 52,5 N mit einer Auftragsmenge von ca. 300 g/m2. Weiterhin besteht das Bindemittelsystem aus Calciumhydroxid in einem Verhältnis von circa 1 % bezogen auf die trockene Zementmasse sowie aus Aluminiumsulfat ebenfalls mit einem Anteil von 1 % bezogen auf die Zementmasse, wobei das Aluminiumsulfat im Anmachwasser gelöst wird. Das Anmachwasser besitzt einen Anteil als Auftragsmenge von ca. 120 g/m3, was einem Verhältnis von Wasser zu Zement von 0,4 entspricht.
  • Zunächst erfolgt ein beidseitiger Pinselauftrag des Anmachwassers inklusive dem gelösten Aluminiumsulfat auf die aufgefeuchteten Fichtenschälfurniere mit der Holzfeuchte von 20 %. Nach einer Einwirkzeit von ca. 5 Minuten wird der Portlandzement mit dem Calciumhydroxid trocken aufgestreut und in die Furnieroberfläche eingebürstet. Damit wird eine Penetration des Bindemittelsystems in die Holzlagen mechanisch unterstützt.
  • Nachfolgend werden die Lagen parallel oder kreuzweise zu Gelegen geschichtet, wobei beispielsweise drei beleimte Fichtenfurniere kreuzweise übereinander zwischen Pressblechen in Spannkassetten eingelegt werden. Es schließt sich eine Reifezeit des Geleges von circa 1 h nach der Beleimung an. Anschließend werden die Gelege mit einem Druck von 2 Mpa verpresst und verspannt. Danach werden die Gelege in einem Aushärteofen bei 60 °C und einer Verweildauer von 8 h ausgehärtet. Besonders gute Qualitäten lassen sich erreichen, wenn sich eine zweiwöchige Konditionierung anschließt, wobei die Platten in einer eingeschlagenen Folie gelagert werden. Abschließend wird der Lagenholzwerkstoff für 5 h bei 90 °C in einem Konvektionstrockner getrocknet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 202010004204 U1 [0004]
    • WO 2006/011697 A1 [0009]
    • US 2004/0101705 A1 [0010]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • DIN EN 350-2 [0007]

Claims (14)

  1. Lagenholzwerkstoff aus mindestens drei Lagen von Furnier oder Massivholzplatten, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Lagen ein anorganisches Bindemittelsystem angeordnet ist und dass die Lagen durch das anorganische Bindemittelsystem miteinander verbunden sind.
  2. Lagenholzwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das anorganisches Bindemittelsystem in der Trockensubstanz von 95 % bis 99,5 % Zementanteil enthält.
  3. Lagenholzwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zementanteil Zugaben von Tonerdeschmelzzement, Magnesit, Gips, Flugasche, Hüttensand und/ oder Silikastaub bis 15 % und bis zu 20 % Füllstoffe aufweist.
  4. Lagenholzwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass neben dem Zementanteil Abbinderegler im Bindemittelsystem enthalten sind, wobei als Abbinderegler Aluminiumsulfat, Calciumsulfat, Magnesium- oder Calciumchlorid oder Mischungen davon im anorganischen Bindemittelsystem enthalten sind.
  5. Lagenholzwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittelsystem als weitere Zusatzstoffe Wasserglas und/oder Calciumkarbonat enthält.
  6. Lagenholzwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das die Klebfuge beträgt zwischen 0,1 mm und 1,0 mm dick ausgebildet ist.
  7. Verfahren zur Herstellung von Lagenholzwerkstoff nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: a) Erzeugen von Furnierlagen oder Massivholzlamellen als Lagen des Lagenholzwerkstoffes, b) Auffeuchten der Lagen auf 20 % Holzfeuchte, c) Beaufschlagen mindestens einer Oberfläche von einander zugewandten Lagen mit dem anorganischen Bindemittelsystem, d) Paralleles oder kreuzweises Legen der Lagen zu Gelegen, e) Pressen und Aushärten der Gelege zu Platten des Lagenholzwerkstoffes, f) Reifen der Platten, g) Trocknen und Nachbehandeln der Platten.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die flüssigen Komponenten des anorganischen Bindemittelsystems in Verfahrensschritt c) auf die Lage aufgesprüht werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die in Verfahrensschritt c) zu beaufschlagenden Lagen in den flüssigen Komponenten des anorganischen Bindemittelsystems getaucht werden.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die festen Komponenten des anorganischen Bindemittelsystems in Verfahrensschritt c) auf die Lage aufgestreut werden.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel der festen Komponenten des anorganischen Bindemittelsystems in die Oberfläche der Lage mechanisch durch Einreiben oder Einbürsten penetriert werden.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Pressen und Aushärten der Gelege nach Verfahrensschritt e) bei einer Temperatur von 60°C bis 80°C innerhalb von 6 Stunden bis 8 Stunden erfolgt.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Reifen der Gelege nach Verfahrensschritt f) über 12 Tage bis 14 Tage erfolgt.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknen der Platten nach Verfahrensschritt g) bei einer Temperatur von 90°C bis 110°C innerhalb von 5 Stunden bis 8 Stunden erfolgt.
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