DE2716377B2 - Verleimte Holzgegenstände - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft aus mehreren Teilen hergestellte Holzgegenstände, bei welchen die Teile durch dazwischenliegende Leimschichten aus sauer gehärteten Aminoplast-Leimen miteinander verbunden sind.

Mit sauren Härtern ausgehärtete Aminoplast-Leime sind als Verbindungsschichten in der Holztechnik ganz auge.nein bekannt. Einer der Hauptgründe liegt darin, daß derartige Verleimungcn eine beachtliche Festigkeit bei aus zwei oder mehr Teilen hergestellten Holzgegenständen bewirken. Ein weiterer Vorteil besteht in der leichten Verarbeitbarkeit der Aminoplast-Leime. Die Aminoplast-Leime sind alkalisch und werden mittels saurer Verbindungen oder Stoffen, die unter Verarbeitungsbedingungen saure Verbindungen liefern, den sogenannten Härtern, vorzugsweise unter Wärme und/oder Druck, ausgehärtet. Da der Härtungsvorgang aber nach Zugabe bzw. Bildung der sauren Verbindung, d. h. des sauren Milieus, verhältnismäßig schnell anspringt, wird der Leim vor, während oder auch erst nach dem Aufbringen auf die zu verleimenden Hölzer meist mit einem solchen Härter versehen, der erst bei Bedarf, beispielsweise beim Erhitzen, insbesondere weil er z. B. zunächst alkalisch ist und erst dann das saure Milieu bildet, anspringt. Dies kann erfolgen beispielsweise durch Verflüchtigen alkalischer Stoffe, Freigabe zunächst physikalisch oder chemisch maskierter saurer Stoffe, Freigabe zunächst physikalisch oder chemisch maskierter saurer Stoffe in einer bestimmten Phase des Fertigungsganges, wodurch erst dann der pH-Wert des Leim-Härtcrgemisches in den sauren Bereich verschoben und der Härtevorgang ausgelöst wird. Es werden also Härter zugesetzt, die erst unter bestimmten Bedingungen und zu einer vorbestimmten Zeit die zur Härtung benötigten sauren Verbindungen liefern bzw. das saure Milieu einstellen.

So besteht ein üblicher, crsi beim Erhitzen anspringender Härter (I leiühärter) beispielsweise aus einem Gemisch von Arnmoniumchlorid. Ammoniak und Wasser; beim Erwärmen wird der Ammoniak flüchtig und das Ammoniumchlorid und die in Freiheit gesetzte Salzsäure verschieben das I.eim-Härter-Gemisch vom

bisher alkalischen in das nunmehr saure Milieu und bewirken so die Härtung. Da die Härtung unter Verwendung von Härtern des vorgenannten Typs praktisch erst bei etwa 90"C beginnt, müssen die Holzieile zur Herstellung von Holzgegenständen ausreichender Festigkeit auf mindestens diese Temperatur erhitzt und ausreichende Zeit bei dieser Temperatur gehalten werden. Die Verleimungszeit bestimmt also die Verarbeitungsgeschwindigkeit. Es verstehen sich danach von selbst die Bemühungen, die Verleimungs- bzw. Heizzeit möglichst kurzzuhalten. Durch die Härter-Menge kann die Verleimungszeit kaum beeinflußt werden. Darüber hinaus beeinträchtigen von überschüssigem Härter stammende restliche Säuremengen, ebenso wie die Verkürzung der Heizzeit bei üblichen Härtersystemen die Eigenschaften, insbesondere die mechanischen Festigkeiten der Holzgegenstand';.

Aufgabe der Erfindung ist es danach, aus mehreren Teilen hergestellte Holzgegenstände zur Verfügung zu stellen, bei welchen Teile durch dazwischenliegende Leimschichten aus sauer gehärteten Aminoplast-Leimen, die gegebenenfalls auch noch andere Bestandteile enthalten können, miteinander verbunden sind, wobei diese Holzgegenstände voll befriedigende mechanische Eigenschaften, insbesondere Festigkeitseigenschaften, aufweisen. Insbesondere sollen diese Holzgegenstände eine (durch die Behandlung) möglichst unbeeinträchtigte Holzstruktur aufweisen; so sollten die für die Verleimung vorbereiteten Hölzer nicht übertrocknet und möglichst niedrigen Heiztemperaturen über möglichst kurze Zeit ausgesetzt sein.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei Holzgegenständen der genannten Art, bei denen Teile unter Verwendung von mit sauren Härtern oder deren Precursoren gehärteten und gegebenenfalls weitere Zusätze enthaltenden Aminoplastleimschichten miteinander verbunden sind, als Härter, Persäuren und/oder deren Precursoren bzw. solche enthaltende Gemische verwendet worden sind.

Unter Aminoplast-Leimen werden in erster Linie die bekannten, sauer aushärtenden Aldehyd-Kondensationsprodukte, namentlich Formaldehyd-Kondensationsprodukte, insbesondere mit Harnstoff, Melamin, Melamin-Derivaten, Carbaminsäureester^ Sulfonsäureamiden, Anilin und dergleichen verstanden. Die Leime können übliche Zusätze, wie Füllmittel und Streckmittel, beispielsweise Holzmehl, Mineralpulver, aber auch andere bekannte Klebstoffe oder die Festigkeitseigenschaften unterstützende Verbindungen, wie Stärke und eiweißhaltige Mehle, enthalten.

Unter Persäuren im Sinne der Erfindung sind in erster Linie die (anorganischen) Pcroxosäuren als auch die (organischen) Peroxysäuren zu verstehen. Entscheidend ist die Gegenwart der unter Anwendungsbedingungen oxydierend wirkenden —O—O-Gruppe. zusätzlich zu einer Säuregruppe. Die Oxydationsfähigkeit läßt sich beispielsweise an der Oxydation von Formaldehyd zu Ameisensäure bei erhöhten Temperaturen im Leim erkennen. Geeignet sind insbesondere anorganische Persäuren, wie beispielsweise Peroxoborsäure, Peroxomonoschwcfclsäurc und -dischwefelsäurc, Pcroxo-monophosphorsäurc und -diphosphorsäure, Peroxosalpelrrsäure, aber auch Säuren vom Typ der Perchlorsäure. Als organische Persauren kommen insbesondere die niederen aliphatischen Peroxysäuren. wie Perameiscnsäiirc. Pcrcssigsäure, aber auch Pcroxyarylcarbonsa'urcn mit einem oder zwei, gegebenenfalls kondensierten aromatischen Ringen, wie beispielsweise Perbcnzocsän-

re, in Betracht. Unter Persäuren im Sinne der Erfindung sind aber auch die sogenannten Diacylperoxyde zu verstehen, wie beispielsweise Di-terl.butylperoxvd oder Benzoylperoxyd.

Precursoren im Sinne der Erfindung sind Stoffe oder Sioffgemische, welche die Persäuren in einer solchen physikalischen oder chemischen Form und/oder in einem solchen Gemisch mit anderen Stoffen enthalten, daß, wenn sie zusammen mit den Aminoplasten vorliegen, eine Härtung der Aminoplaste erst unter vorbestimmten Bedingungen, insbesondere Verleimungsbedingungen, namentlich in der Wärme eintritt. So können die Persäuren insbesondere zusammen mit bei Verleimungstemperatur flüchtigen Basen wie Ammoniak oder Aminen vorliegen, wobei die Basen die zur Salzbildung erforderliche slöchiometrische Menge meist übersteigen weiden. Bevorzugte Precursoren oder Persäuren sind deren Ammoniumsalze, wie beispielsweise Ammoniumperoxo-mono-sulfat oder -disulfat, Ammoniumpcroxomonophosphat oder -diphosphat, Ammoniumperoxoniirat, Arnmoniumperoxyformiat, das Ammoniumsalz der Peroxybenzoesäure, die Salze dieser Säuren mit leicht flüchtigen Aminen, sowie andere, Peroxysäuren erst unter Verleimungsbedingungen in Freiheit setzende Persäurederivate. Precursoren im Sinne der Erfindung sind weiter rnikroverkapselte Persäuren oder Persäurederivate mit erst unter Vcrleimungsbedingungen zerstörbarem Kapselmaterial. Dabei können in den erfindungsgemäßen Holzgegenstünden als Härter ausschließlich die Persäuren bzw. deren Precursoren a~ auch Gemische der Persäuren bzw. Precursoren mit anderen Stoffen, einschließlich bislang bekannten Härtern oder Härterbestandteilen verwendet sein.

Besondere Vorteile weisen solche Holzgegenstände auf, deren Verleimung in Gegenwart einer zusätzlichen Menge eines niederen aliphatischen Aldehyds, insbesondere Formaldehyds, in Mengen von 1—7 Gew.%, vorzugsweise 3—6 Gew.%, bezogen auf den 65%igen Aminoplast-Leim, hergestellt ist.

Anstelle des Aldehyds können auch unter Verleimungsbcdingungen Aldehyd liefernde Substanzen, z. B. Paraformaldchyd, verwendet werden.

Die erfindungsgemäßen I lolzgegenstände weisen bei wesentlich kürzeren Heizzeiten eine ebenso große mechanische Festigkeit auf wie sie aus mehreren Teilen hergestellte Holzgegenstände besitzen, die mit Aminoplast-Leimen unter Verwendung der bisher bekannten Härter hergestellt wurden.

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Holzgegenstände besteht auch darin, daß die in kurzer Heizzeit erreichte mechanische Festigkeit auch nicht mit höheren Temperaturen erkauft werden muß. Temperaturerhöhungen haben bald ihre Grenze, weil Holz immer Wasser enthält und dieses bei über IOO"C verdampft. Der Dampf führt dann zu Holzgegenständen mit schlechter Festigkeit (Fehlverleimungen, Dampfblasen und sonstigen Schaden). Der richtige Wasserhaushalt ist ein Problem ersten Ranges. Die erfindungsgemäßen Holzgegenstände sind dank ihrer Herstellbarkeit im Bereich von etwa 60—90"C, anstelle der bisher notwendigen Temperaturen von etwa 90—I1O"C, von allen, auf Dampfentwicklung zurückgehenden Fehlern und den hieraus folgenden mechanischen Defekten frei.

Wie die Versuche gezeigt haben, weisen die erfindungsgcmaßen Holzgcgcnstiindc bei einer um ca. 50% verkürzten lleizzeit eine Vcrleimiing gleicher Festigkeit auf wie in bekannter Weise bei gelungener

Verleimung unter etwa doppell so langer lleizzeit hergestellte Holzgegenstände. Dabei ist zu beachten, daß die erfindungsgcmaßen Holzgegenstände dank der kürzeren Erhitzungszeit bzw. niedrigeren Heiztemperatür praktisch keine Fehlquoten (Fehlverleimungen) mehr aufweisen, die, wie sie bei bekannten Holzgegenständen, deren Verleimung zwangsläufig bei erhöhten Temperaturen durchgeführt werden mußte, unvermeidbar auftreten. Davon ganz abgesehen liegt in der

in kürzeren Heizzeit eine wesentlich schonendere Materialbehandlung.

Beispiele für die erfindungsgemäßen Holzgegenstände sind u.a. Tischlerplatten, Sperrholz, Rahmen, Fenster, Türen, Möbel, deren Teile und dergleichen.

li Im Rahmen der Erfindung kann zur Herstellung der mehrteiligen Holzgegenstände, unter Verbinden von Teilen mittels sauer härtenden Aminoplast-Leimen, insbesondere unter Wärme und/oder Druck, so vorgegangen werden, daß als Härter Persäuren, deren Percursoren oder solche Stoffe enthaltende Gemische verwende! werden. Bevorzugt sind hierbei anorganische Persäuren, also Peroxosäuren, bzw. deren Precursoren, insbesondere Peroxodischwefelsäure und/oder deren Ammoniumsalze bzw. solche enthaltende Gemisehe.

Als Mischungsbestandteile kommen im allgemeinen basische, unter Verleimungsbedingungen sich verflüchtigende Stoffe wie Ammoniak oder verflüchtigbarc Träger, z. B. Wasser, in Betracht. Die Temperaturen in

in den Pressen können bis ?.u I4O°C liegen; die Temperalur im Preßling ist natürlich wesentlich geringer. Das erfindungsgemäßc Verfahren erlaubt die Durchführung bei 60 bis 90⁰C unter Erzielung einwandfrei verleimter Holzgegenstände. Die ebenso schnelle wie schonende

r, Verfahrensweise vermeidet jede nachteilige Beeinflussung der Holzstruktur. Insbesondere der Feuchtigkeilshaushalt wird, nachdem die Verleimung entgegen den früher üblichen Verfahren unterhalb der Siedetemperatur des Wassers erfolgt, von d."astisciie;i Eingriffen verschont. Eine vorangehende Trocknung der Hölzer unter das Feuchtigkeitsgleichgewicht und der dann wieder notwendigen nachfolgenden Klimatisierung entfällt.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden

4^r> Aldehyde, vorzugsweise Formaldehyd, oder ein anderer, niedriger aliphatischer Aldehyd oder deren Precursoren dem Leim oder dem Härter vor der Härtung zugesetzt. Es handelt sich hierbei um einen Zusatz, der über den im Aminoplast-Kondensationsproduki ohnehin mehr oder

V) weniger vorhandenen freien Formaldehyd hinausgeht. Die zusätzliche Aldehydmenge beträgt im allgemeinen 1 — 7 Giw.%, vorzugsweise etwa 3 Gew.%, bezogen auf den Aminoplast (mit 65% Festharzgehalt). Bei formaldehydreichen Leimprodukten können die Formaldehyd-

v, zusätze entsprechend niedriger gehalten werden.

Die Gelierzeit, die im allgemeinen als Maß für die Härtungsgeschwindigkeiten von Leimen herangezogen wird, kann bei dem vorgenannten Verfahren von beispielsweise I Minute, 33 Sekunden auf 51 Sekunden

Mi herabgesetzt werden. Dies entspricht einer Verkürzung von etwa 45%.

Die Funktionsweise der in den erfindungsgemäßen llolzgegenständen eingesetzten Persäuren ist nie ¹H hinreichend geklärt. Möglicherweise werden durch ilic

hl Pergruppen Aldehyde zu den entsprechenden Karbonsäuren, namentlich Formaldehyd zu Ameisensäure, oxydiert, eine Reaktion, die relativ früh anspringt und hierdurch die Herstellung von Hol/gegcnständcn

einwandfreier mechanischer Fesiigke^;i selbst bei verkürzten Heiz/eilen ermöglicht.

Beispiel

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Tischlerplatten erläutert.

Tischlerplatten bestehen im allgemeinen aus einer aus Stäben zusammengesetzten Mittellage und einem Deck- oder Sperrfurnier mit einer Dicke von /.. B. 2,2 mm. in einer HeiQpresse wird das Deckfurnier mittels Aminoplastleim warm aufgeleimt. Dabei beträgt die Temperatur der Stahlplatien der Presse etwa 120—125°C, der Preßdruck etwa 8 kp/cm² und die Preßzeit (= Heizzrit) bei herkömmlichen Hartem etwa 5,5 Min.

Ein solcher bekannter Härter besieht beispielsweise aus 13 Gewichtsteilen Amrnoniumchlorid, lOGewichtsteüen Ammoniak und 77 Gewichtsteilen Wasser. Zur weiteren Pufferung werden gelegentlich auch noch Harnstoff, Hexamethylentetramin oder auch sonstige Stoffe zugegeben. Von diesem Härtergemisch werden 10 Gewichtsteile auf 100 Gewichf.teile 55%igen Harnstoffharz-Leim zugesetzt. Mit diesem Leim-Härter-Gemisch wird bei 98°C eine Geliei-zeit von etwa 80 see erreicht. Die Härtung springt bei etwa 90°C an. Um diese Temperatur in der Leimschicht der Tischlerplatte ausreichend sicher und lange genug zu erreichen, sind bei der Stahlplattentemperatur von etwa 120—125°C die angegebenen 5,5 min Preßzeit nötig, wobei die Temperatur im Preßling auf über 100°C ansteigt. Bei dem bisherigen Stand der Technik unter Berücksichtigung der anderen zugehörigen Daten jind diese Werte optimal.

Bei Herstellung der erfindungsgemäßen Gegenstände kann unter Beibehaltung aller obengenannten Daten die Preßzeit auf etwa 3,5 min verkürzt werden. Das bedeutet eine Leistungssteigerung der Presse von rund 36%.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Holzgegenstände kann ein Härter aus beispielsweise 7 Gewichtsteilen Ammoniumpersulfat, 9 Gewichtsteilen Ammoniak und 84 Gewichtsteilen Wasser verwendet werden. Es werden wiederum 10 Gewichtsteile Härter auf 100 Gewichtsteile 65%igen Harnstoffharz-Leim zugesetzt. Bei diesem Leim-Härter-Gemisch beträgt bei gleicher Gelierzcit wie beim herkömmi'chcn Härter, also 80 see, die dazugehörige Härtetemperatur nur noch 85°C. Verfahrenstechnisch liegt die optimale Härtetemperatur praktisch im Bereich von etwa 60—90°C. Dabei kann die Preßzeit entsprechend auf den oben angegebenen Wert von 3,5 min verkürzt werden. Bei einer Zugabe von etwa 1 — 2 Gewichtsicilen Formaldehyd auf das oben angegebene Lcim-Härter-Gcmisch kann die Preßzeit nochmals um etwa 0,5 min auf 3 min verkür/i werden.

Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Tischierplattc braucht das Sperrfurnier bis zur Leimschicht nur noch

■> auf etwa 90⁰C, also unterhalb des Siedepunktes von Wasser, durchwärmt zu werden. Das bedeutet, daß das Sperrfurnier und auch die Mittellage nicht mehr u.iilt das Fcuchtegleichgewichl, das bei Holzwerkstoffen je nach Umgebung bei etwa 8—11% liegt, getrocknet

in werden muß. Es genügen vielmehr etwa 7 — 8%. gegenüber bisher etwa 4 — 5%, da bei einer Härtetemperatur bis etwa 90"C eine Schädigung der Verlcimun« durch Entstehung von Wasserdampf nicht mehr /u befürchten ist. Bei gleichbleibender Stahlplaitcn-Tcm-

Ii pcratur wie oben von etwa 120—125°C bleibt die Durchwärmungszeit des Sperrfurniers beinahe gleich, sie wird sogar mit zunehmender Holzfeuchtigkeit eher kürzer. Weil aber die Härtung bereits bei 60 C anspringt, ist sie bei 90"C schon beendet und es werden

2Ii nur noch die oben angegebenen 3,5 min benötigt.

Die Feuchtigkeit der Platte» nach dem Verlassen der Presse und nach kurzer Abkühlzeit, wofür meist ein Rollengang zum nächsten Arbeitsgang genügt, liegt (infolge Zugabe des flüssigen Leimes) etwa 1—2% höher als vor dem Preßgang. Wenn die Feuchtigkeit vor dem Pressen, wie oben angegeben, etwa 7—8% beträgt, beträgt sie dann etwa 8,5—9,5%, liegt damit genau im Mittel des Feuchtegleichgewichts und eine langwierige Klimatisierung entfällt. Die erfindungsgemäßen Gegen-

Ki stände weisen also unmittelbar nach der Fertigung den Gleichgewichts-Feuchtigkeitsgehalt auf.

Bei den erfindungsgemäßen Tischlerplatten wirkt sich die Verschiebung der Preßdalcn in günstigere Bereiche auch auf die Eigenschaften, vor allem auf die Güte der

υ Verleimung, vorteilhaft aus. Bei der Beurteilung der Eigenschaften von Tischlerplatten und Sperrholz allgemein, interessiert nach DIN 53 255 neben einer mehr optischen Wertung des Sperrfurniers und der Biegefestigkeit vor allem die Güte der Verleimung, weil davon überwiegend die Eigenschaften und die Güte der ganzen Platten abhängt. Die Güte wird bestimmt nach den Gütebedingungen DIN 68 705. Demnach wird die Güte der Verleimung mit dem sogenannten Aufstcchvcrsuch geprüft. Hierbei wird mit einem speziellen

·»■-> Handgerät eine Stahlklinge zwischen furnier und Mittcllage gedrückt und eine Aufspaltung versucht. Eine Leimfuge soll stets fester sein als das Holz. Beurteilt wird nun, wie weit die Spaltung in der Leimschicht selbst oder in den benachbarten Holzzonen erfolgt. Die Bewertungsskala geht von 1, vorzüglich, bis 4, unzureichend. Hierbei liegen die erfindungsgemäßen Platten meist 'Λ Note besser als die herkömmlichen und bewegen sich zwischen 2. gut, und I. vorzüglich.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Holzgegenstände aus mehreren Teilen, wobei Teile miteinander verbunden sind durch dazwischenliegende Aminoplastschichten, die unter Verwendung saurer Härter oder solche liefernde Verbindungen gehärtet worden sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Härter Persäuren und/oder deren Precursoren bzw. diese enthaltende Gemische verwendet worden sind.

2. Holzgegenstände nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Härter anorganische Persäuren und/oder deren Precursoren und/oder deren Ammoniumsalz bzw. Gemische, die eine oder mehrere solcher Verbindungen enthalten, verwendet worden sind.

3. Holzgegenstände nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Persäuren und/oder deren Precursoren bzw. solche enthaltende Gemische niedere aliphatische Aldehyde, in Mengen von I— 7 Gew.%, bezogen auf den 65%igen Aminoplastleim, verwendet worden sind.