Die
Herstellung von herkömmlichen
Spanplatten ist bekannt. Aus Holz werden Späne durch eine Zerspanung von
Massivholz oder Holzabfällen,
wie Hackgut, aus der Sägeindustrie
hergestellt. Die Zerspanung erfolgt im Zustand der initialen Feuchte
des Holzes, welche in Abhängigkeit
von der Herkunft des Holzes und der Jahreszeit zwischen 60 und 150%
bezogen auf die Holztrockenmasse betragen kann. Nachfolgend werden
die Holzspäne
auf eine Feuchtigkeit zwischen 1,5 und 3% getrocknet und durch Siebung
nach Deckschicht- und Mittelschichtmaterial fraktioniert, wofür die Tabelle
1 beispielhaft eine Siebfraktionierung zeigt. In Tabelle 1 sind
die Durchmesser der Späne
angegeben, wobei die Werte der Tabelle so zu verstehen sind, dass beispielsweise
für Deckschichtmaterial
95,8 Masse% des Siebgutes ein Sieb mit einer Maschenweite von 2,0 mm
passiert beziehungsweise 8,4 Masse% dem Siebmaschenbereich von 1,4
bis 2,0 mm entsprechen.
Unter
dem Begriff Durchmesser ist bei der Angabe einer Siebfraktion zu
verstehen, dass der Durchmesser jeweils den kleinsten Durchmesser
in einem Querschnitt in beliebiger Richtung des Partikels bzw. Spans
angibt. Denn bei einer Siebung werden die zu siebenden Partikel
so bewegt, dass auch längliche
Partikel aufgerichtet werden und entlang der Längsausdehnung durch das Sieb
hindurch kommen.
In
Tabelle 1 ist deutlich zu erkennen, dass das Maximum der Verteilung
der Durchmesser der Späne für die Deckschicht
im Bereich 0,4 mm bis 1,0 mm liegt, während für die Mittelschicht das Maximum
im Bereich 2,0 bis 4,0 mm liegt. Man kann daher die Zusammensetzung
der beiden verschiedenen Schichten deutlich anhand der Abmessungen
der Späne
unterscheiden.
Vor
der Mattenformung werden die Späne
nach Deckschicht und Mittelschicht getrennt in Mischern mit Bindemittel,
Härter,
Wachsemulsion und gegebenenfalls Additiven gemischt und der Streumaschine
zugeführt, die
einen mehrschichtigen, um die Plattenmitte spiegelgleichen Spänekuchen
formt. Der Spänekuchen
bestehend aus unterer Deckschicht, einer Mittelschicht und einer
oberen Deckschicht (Dreischicht- oder
Mehrschichtplatten). Ein mehrschichtiger Aufbau kann aber auch zur
Gänze fehlen,
dann spricht man von Einschichtplatten. Durch Heißpressen
wird unter Einwirkung von Druck und Temperatur, durch Härtung des
Bindemittels, eine stabile Spanplatte gepresst, die die Anforderungen
nach der europäischen
Norm EN 312-3, dargestellt in Tabelle 2, erfüllen kann.
Auch
die Herstellung von Faserplatten nach dem Trockenverfahren ist bekannt.
Die Holzteilchen, sogenannte Hackschnitzeln, werden durch die Einwirkung
von Druck und Temperatur in einer Sattdampfatmosphäre erweicht
und anschließend
in einem Refiner zu feinen Teilchen, den Fasern aufgetrennt. Dieser
Vorgang wird auch Zerfaserung genannt.
Da
MDF-Fasern zum Verklumpen oder Verfilzen neigen, ist zur Bestimmung
der Größe der Fasern eine
Siebung mit Siebmaschinen wie bei Spänen nicht möglich. Daher wurden die Durchmesser
für MDF-Fasern
mittels eines Laserpartikelzählgerätes bestimmt.
Dazu wurde das Probengut mit Wasser zu einer ca. 2%-igen Dispersion
homogen gemischt und dem Messgerät
der Type PQM 1000 zugeführt.
Als Messgrößen wurde
die Anzahl der Fasern, mit einer bestimmten Länge und einem bestimmten Durchmesser
erhalten, aus welchen dann die Masseanteile in Abhängigkeit
vom Faserdurchmesser errechnet werden konnte. Die Ergebnisse sind
in Tabelle 3 dargestellt.
Die
Fasern verlassen gemeinsam mit Wasser und Wasserdampf den Refiner über eine
Druckrohrleitung, das sogenannte Blasrohr – auch Blow-Line genannt. In
diesem Rohr befinden sich mehrere Zuleitungen zur Zuführung von
Bindemittel, Härter,
Emulsion und anderen Additiven.
Das
so erhaltene Faser-Bindemittelgemisch wird in den Trockner überführt – in der
Regel ein Stromrohrtrockner, in dem die Fasern durch Einwirkung
von konvektiver Wärme
zu einer Endfeuchtigkeit von 8 bis 15% getrocknet werden. Das Ergebnis
sind mit Bindemitteln versehene Holzfasern, aus denen in weiterer
Folge ein Faserkuchen geformt wird. Durch Heißpressen wird unter Einwirkung
von Druck und Temperatur, durch Härtung des Bindemittels eine
stabile Platte (mitteldichte Faserplatte MDF oder hochdichte Faserplatte
HDF) gepresst. Die Platten entsprechen den Anforderungen der europäischen Norm
EN 622, Teil 5, die die Eigenschaften für MDF bestimmt und deren Werte
in Tabelle 4 dargestellt sind.
Eine
Faserplatte zeichnet sich im Gegensatz zu einer Spanplatte durch
eine sehr homogene Dichteverteilung über die Plattendicke und über eine
sehr homogene Oberfläche
aus. Stellt die direkte Lackierung von Spanplatten hohe Anforderungen
an die Vorbereitung der Spanplattenoberflächengüte, wie sie wie z.B. durch
Spachteln erreicht werden kann, so kann eine MDF-Platte mit herkömmlichen
Lackiertechniken ohne Vorbehandlung wie bei einer Spanplatte lackiert
werden. Grund dafür
ist einerseits die hohe Isotropie der MDF-Oberfläche, die durch die Feinstückigkeit
und/oder Faserigkeit des Holzes gewährleistet wird, und andererseits
durch das homogene Saugverhalten der Oberfläche.
Die
Herstellkosten einer Faserplatte hingegen sind deutlich größer als
die einer Spanplatte. Sowohl die Anlagenkosten unterscheiden sie
signifikant als auch der erforderliche Strom- und Wärmebedarf.
Ein
weiterer Nachteil bei der Herstellung der Faserplatten besteht darin,
das die Fasern kein schüttfähiges Gut
darstellen und somit aufwändig
in der Behandlung sind. So können
beispielsweise die für
die Spanplattenherstellung eingesetzten herkömmlichen Mischer nicht für eine Beleimung
der Fasern verwendet werden. Die Fasern sind aufgrund ihrer langgestreckten
stabähnlichen
Form bei geringer Dicke sehr flexibel und weisen den sogenannten
Curleffekt auf. Dadurch verfangen sich aneinander liegende Fasern
ineinander und verfilzen leicht, was ein Schütten oder Sieben für eine Fraktionierung
unmöglich
macht.
Darüber hinaus
besteht ein Nachteil der Faserplatte darin, dass aufgrund der hohen
Prozesstemperaturen die Farbe der Fasern und somit der fertiggestellten
Faserplatte dunkel ist. Die dunkle Farbe erschwert eine Farbbeschichtung,
bspw. durch Lackieren, wenn eine helle Farbe, bspw. Weiß, als Oberflächenfarbe
erreicht werden soll.
Der
vorliegenden Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde,
ein Verfahren zur Herstellung einer Spanplatte und eine Spanplatte
selbst anzugeben, wobei die Spanplatte Eigenschaften einer MDF-Platte
ohne Einsatz des teuren MDF-Herstellungsverfahren aufweist.
Das
zuvor aufgezeigte technische Problem wird erfindungsgemäß durch
ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie durch eine
Platte mit den Merkmalen des Anspruches 6 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
sind in den Unteransprüchen
angegeben.
Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung einer Platte aus zellulosehaltigen Partikeln weist
die folgenden Schritte auf:
- – in einem
ersten Schritt wird zellulosehaltiges Material mechanisch zerspant
und anschließend
werden die Späne
getrocknet.
- – die
Späne werden
zumindest teilweise mechanisch mikrozerspant und die Mikrospäne werden
beleimt.
- – aus
dem Mikrospanmaterial wird ein Mikrospankuchen hergestellt.
- – durch
Anwendung von Druck und Temperatur die Platte zumindest teilweise
aus dem Mikrospanmaterial hergestellt wird.
Erfindungsgemäß ist also
erkannt worden, dass das Holz nicht wie für MDF üblich im feuchten Zustand nach
thermischem Aufschluss zerfasert wird, sondern im getrockneten Zustand
mikrozerspant. Dabei ergibt sich eine Durchmesserverteilung der
Mikrospäne,
die im Bereich der Durchmesserverteilung der Fasern liegt. Somit
können
mit geringerem technischen Aufwand im wesentlichen die gleichen
mechanisch technischen Eigenschaften wie bei herkömmlichen
MDF-Platten erreicht werden.
Die
erfindungsgemäße Platte
besteht aus einem zellulosehaltigen Werkstoff mit einem Anteil aus
zellulosehaltigen Spänen
und mit einem Anteil aus Bindemitteln. Zumindest innerhalb einer
Plattenschicht ist Mikrospanmaterial vorgesehen, wobei die Späne einen
Anteil von Mikrospänen
mit einem Durchmesser von weniger als 1,0 mm aufweisen, der mindestens
75%, insbesondere mindestens 80% und vorzugsweise mindestens 90%
der Späne
beträgt.
Die
erfindungsgemäße Platte
unterscheidet sich also dadurch vom Stand der Technik, das in der
mindestens einen Schicht der Anteil der Mikrospäne größer als bei herkömmlichen
Spanplatten ist.
In
bevorzugter Weise ist vorgesehen, dass im Mikrospanmaterial die
Späne einen
Anteil von Mikrospänen
mit einem Durchmesser von weniger als 0,6 mm aufweist, der mindestens
50%, insbesondere mindestens 65% und vorzugsweise mindestens 80%
der Späne
beträgt.
Insbesondere
kann man die Platte derart charakterisieren, dass im Mikrospanmaterial
die Späne
einen Anteil von Mikrospänen
mit einem Durchmesser von weniger als 0,4 mm aufweist, der mindestens
35%, insbesondere mindestens 50% und vorzugsweise mindestens 60%
der Späne
beträgt.
Jedenfalls
ist der Anteil der kleinen Späne,
also der Mikrospäne
im Vergleich zum Stand der Technik so hoch, dass die Eigenschaften
derartiger Mikrospanplatten ähnlich
den Eigenschaften von MDF-Platten sind. Die Eigenschaften der Mikrospanplatte
sind dabei um so besser, je größer der
Anteil von umso kleineren Mikrospänen ist.
Die
Platte kann in bevorzugter Weise vollständig aus dem Mikrospamplattenmaterial
bestehen, so dass sich eine homogene Verteilung der Mikrospäne innerhalb
der Platte ergibt. Dagegen ist es auch möglich, dass die Platte eine
Mittelschicht aufweist, die aus einem herkömmlichen Spanmaterial besteht,
während
die beiden äußeren Schichten
aus dem Mikrospanmaterial bestehen. Dadurch wird erreicht, dass
das kostengünstigere
Material der Spanplatte in der Mitte eingesetzt wird, während das
aufwändigere
Material der Mikrospäne an
der Unterseite und der Oberseite eingesetzt wird, um insbesondere
die verbesserten Oberflächeneigenschaften
ausnutzen zu können.
Das erfindungsgemäße Verfahren
wird dann entsprechend ausgebildet, wobei nur ein Teil der Platte
aus dem Mikrospankuchen hergestellt wird.
Für die Herstellung
des Mikrospanmaterials werden Holzteile in Analogie zur Spanplattenherstellung zerspant
und auf eine Restfeuchtigkeit von 2–5% getrocknet. Im Anschluss
daran erfolgt die Trockenzerfaserung in einer Fasermühle, welche
beispielsweise mittels spezieller V-Nutleisten und Siebkörbe in der
Lage ist, Fasern aus den Spänen
herzustellen. Um im folgenden die Unterschiede zu den herkömmlichen
Faserplatten besser darstellen zu können, werden die bei der Trockenzerfaserung
hergestellten Partikel Mikrospäne
genannt, was sich auch aus den nachfolgend beschriebenen Eigenschaften
der Mikrospäne
herleiten lässt.
Ein
erstes Unterscheidungsmerkmal gegenüber Fasern besteht darin, dass
die Mikrospäne
ein schütt- und
rieselfähiges
Gut darstellen. Im Gegensatz zu den Fasern für eine Herstellung einer Faserplatte
können also
die Mikrospäne
durch eine Siebung fraktioniert werden.
Das
so erhaltene Mikrospangemisch weist die nachfolgende beispielhafte
Mikrospangrößenverteilung auf,
die durch eine Siebanalyse mit Sieben entsprechender Maschenweite
erhalten worden ist. In der Tabelle 5 sind die Messergebnisse für die Durchmesser
der Mikrospäne über mehrere
Proben dargestellt. Es ergibt sich eine Durchmesserverteilung, die
nahe an der in Tabelle 3 dargestellten Durchmesserverteilung für Fasern liegt.
Weitere Messergebnisse werden in den unten diskutierten Beispielen
näher erläutert.
Die
Mikrospäne
werden nachfolgend beleimt, wobei aufgrund der Beschaffenheit der
Mikrospäne
herkömmliche
Mischer, die in der Spanplattenindustrie verwendet werden, eingesetzt
werden können.
Dabei tritt im Gegensatz zur Faserplattentechnologie (Blow-Line-Beleimung)
durch die niedrige Verarbeitungstemperatur keine Schädigung des
Bindemittels ein, was sich in einem geringeren Bindemittelbedarf
widerspiegelt.
Die
Herstellung des Mikrospänekuchens
geschieht in Analogie zur Spanplattenfertigung. Auch hier werden
keine speziellen Vorrichtungen benötigt und es kann auf Streumaschinen
nach dem Stand der Technik zurückgegriffen
werden. Zum Pressen der Platten können Einetagenpressen, Mehretagenpressen,
kontinuierlich arbeitende Pressen wie Conti-Roll-Anlagen oder Kalanderanlagen
Verwendung finden.
Ein
weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich
zur MDF-Technologie ist, dass ein Schleifen der Mikrospanplatten
unmittelbar nach dem Pressen möglich
ist. MDF-Platten werden nach dem Heißpressen 2 bis 5 Tage im Reifelager
zwischengelagert, bevor sie geschliffen und anschießend weiterverarbeitet
werden können.
Dieser Umstand wirkt sich sowohl nachteilig für die Fertigungslogistik aus
als auch auf die Herstellkosten durch die Notwendigkeit entsprechender
Lagerkapazitäten
und durch die längere
Kapitalbindung im Reifelager.
Die
mechanisch technologischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Mikrospanplatten
entsprechen den Anforderungen an MDF-Platten nach dem Trockenverfahren,
wie sie die oben angeführte
Tabelle 4 der EN 622, Teil 5 zeigt. Es bestehen keine Beschränkungen
hinsichtlich der Plattendicke. So können in Abhängigkeit des Pressverfahrens Platten
ab 1,8mm (z.B. Kalanderpresse) bis über 40mm (Etagenpresse oder Conti-Roll-Presse)
Dicke gefertigt. Vor allem bei dicken Platte bietet die mit einer
MDF-Platte vergleichbare homogene Dichteverteilung über die
Plattendicke Vorteile bei der Kantenbearbeitung. Spanplatten mit
einem markanten Dichteminimum in den Plattenmitte und der groben
Spanstruktur der Mittelschichtspäne
hingegen bieten keine entsprechenden Voraussetzungen beispielsweise
für eine
Direktlackierbarkeit der Plattenkanten.
Auch
spanabhebende dreidimensionale reliefartige Bearbeitungen der Kanten
oder der Oberfläche möglich, wie
es beispielsweise zur Nachahmung von gefüllten Türblättern notwendig ist. Dabei
werden reliefartige Strukturen in die Plattenoberfläche gefräst, wobei
die Bearbeitungsoberflächen
durch die Geschlossenheit des Materials vergleichbar mit MDF ohne
aufwändige
Oberflächenbearbeitung
direkt lackierbar ist. Solche Bearbeitungen sind bei Spanplatten
auf Grund der porösen
Mittellage ohne aufwändige
porenfüllende
Bearbeitung nicht möglich.
Ein weiterer Einsatzbereich ist die Verwendung solcher Platten insbesondere
mit geringer Stärke
(2,5 bis 3,5mm) als Türdecks.
Vorteilhaft ist hier die gute Lackierbarkeit der Oberfläche bei
dennoch vergleichsweise geringen Plattenkosten. Auch eine Verwendung
als Trägerplatte
für Laminatfussboden
ist möglich.
Die
Erfindung wird im folgenden anhand von Beispielen näher erläutert. Dazu
zeigen die 1 und 2 einen graphischen Vergleich
der Werte aus den Tabellen 1, 3 und 6, wobei die
2 einen Ausschnitt des in 1 dargestellten Durchmesserbereiches
darstellt.
Beispiel:
Späne aus der
Herstellung von Dünnspanplatten
nach dem Kalanderverfahren werden nach der Trocknung derselben mittels
einer Fasermühle
mikrozerspant. Die Mühle
zeichnet sich durch spezielle Einbauten von V-Nutleisten aus, die
einen schmalen Spalt zwischen Stator und Rotor der Mühle belassen.
Dadurch kann die Mikrospangeometrie beeinflusst werden. Das so erhaltene
Mikrospangemisch zeigt die in Tabelle 6 dargestellte Siebfraktionierung.
Nach
der Trockenmikrozerspanung wird das Mikrospangemisch mit 12% (Feststoff
bezogen auf Trockengewicht Mikrospäne) eines herkömmlichen
Harnstoff-Formaldehyd-Bindemittel gemischt. Des Weiteren werden
0,8 Gewichtsprozent Härter
bezogen auf Festkörper
Bindemittel auf der Basis von Ammoniumsulfat und etwa 1,2% Paraffinemulsion
(Festwachs bezogen auf Trockengewicht Mikrospäne) in Form einer 60%igen Emulsion
zugegeben. Die Mischung der einzelnen Komponenten mit den Mikrospänen erfolgt
in einem üblichen
Durchlaufmischer, wie er für
die Herstellung von Spanplatten verwendet wird.
Im
Anschluss daran wird eine Mikrospanmatte geformt, wobei eine Streumaschine
mit Wind- und Wurfseparierung zum Einsatz kommt. Der so erhaltene
Mikrospankuchen wird dann in einer Kalanderpresse unter Einwirkung
von Druck und Temperatur zu einer stabilen Platte mit den in Tabelle
7 dargestellten mechanisch technologischen Eigenschaften gepresst.
In
den 1 und 2 sind die Durchmesser in
kumulierten Verteilungen dargestellt. Man erkennt zum einen die
deutlich zu größeren Durchmessern
verschobenen Späne
der herkömmlichen
Spanplatten, dargestellt sind die Werte für die Mittelschicht und die
Deckschicht. Zum anderen liegen die Kurven für die Mikrospäne und die
MDF-Fasern sehr nahe aneinander.
Daher
kann eine erfindungsgemäße Mikrospanplatte
in einfacher Weise von einer herkömmlichen Spanplatte unterschieden
werden, indem die Größenverteilung
der Späne
analysiert wird.
Obwohl
die Durchmesserwerte für
die Mikrospäne
und für
die MDF-Fasern sehr nahe aneinander liegen, können die Mikrospäne und die
Faser dennoch sehr gut voneinander unterschieden werden. Denn die Fasern
weisen im Gegensatz zu den Mikrospänen eine erheblich längere Form
auf, während
die Mikrospäne eine
eher kubische oder nahezu kubische Form aufweisen. Kubische Form
bedeutet dabei, dass die Abmessungen der Mikrospäne in Länge, Breite und Dicke im wesentlichen ähnlich groß sind.
Die kubische Form ermöglicht
es im übrigen,
im Gegensatz zur Faser, dass die Mikrospäne ein rieselfähiges und
schüttbares
Gut darstellen.
Um
eine Mikrospanplatte von einer MDF oder HDF-Platte unterscheiden
zu können,
kann der folgende Test durchgeführt
werden. Material der zu untersuchenden Platte wird in einem Säurebad behandelt,
um den als Bindemittel agierenden Aminoplastharz aufzulösen. Danach
wird das losgelöste
Material getrocknet und mechanisch gesiebt. Lässt sich das Material sieben,
ist es also siebfähig,
so ergibt sich daraus, dass die Platte zumindest teilweise aus Mikrospänen besteht.
Bildet sich dagegen eine zusammenhängende, ggf. sich verfilzende
Masse, so kann davon ausgegangen werden, dass es sich um eine Faserplatte
gehandelt hat.
Tabellen:
Tabelle 1:
Durchmesserverteilung
der Späne
für eine
herkömmliche
Spanplatte,
- D – Maschenbreite
- % – Angaben
in Gewichtsprozent:
Tabelle
2: Mechanische
Materialeigenschaften einer herkömmlichen
Spanplatte
Tabelle 3:
Durchmesserverteilung
der Fasern für
eine herkömmliche
MDF-Platte,
- D – Maschenbreite
- % – Angaben
in Gewichtsprozent:
Tabelle
4: Mechanische
Materialeigenschaften einer herkömmlichen
MDF-Platte
Tabelle 5:
Durchmesserverteilung
der Mikrospäne
für ein
erfindungsgemäßes Mikrospanmaterial
mit Angaben der Schwankungsbreiten über mehrere Proben,
- D – Maschenbreite
- % – Angaben
in Gewichtsprozent
Tabelle 6:
Durchmesserverteilung
der Mikrospäne
für ein
erfindungsgemäßes Mikrospanmaterial,
- D – Maschenbreite
- % – Angaben
in Gewichtsprozent
Tabelle
7: Mechanische
Materialeigenschaften einer erfindungsgemäßen Mikrospanplatte
