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Verfahren zur Herstellung von Spanplatten
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Spanplatten
aus mit Klebstoffen versetzten Holzspänen, Holzfasern und anderen lignocellulosehaltigen
Rohstoffen, die mindestens dreischichtig gestreut und anschließend heiß verpreßt
werden, wobei in den Deckschichten ein anderer Klebstoff als in der Mittelschicht
verwendet wird. Dieses Verfahren ist durch die DE-OS 16 53 331 und 23 06 771 bekannt,
wobei in den Deckschichten vorzugsweise Phenolharze verwendet werden. Vor- und Nachteile
sind in DE-OS 23 06 771 und DE-OS 26 15 288 beschrieben, auf die hier anstelle einer
ausführlichen Abhandlung verwiesen wird. Es soll lediglich folgendes erwähnt werden:
Nach der DE-OS 16 53 331 werden in der Mittelschicht einer Spanplatte Harnstoff-Formaldehydharze
und in den Deckschichten alkalisch härtende Phenolharze eingesetzt. Bei diesem Verfahren
ist nicht nur nachteilig, daß die Deckschichten ein dunkles Aussehen erhalten und
die Mittelschichten zur Abspaltung von Formaldehyd neigen. Es ist auch die Festigkeit
an der Obergangszone von Deckschicht zur Mittelschicht unzureichend und jede Oberflächenbehandlung
ist wegen des Alkaligehaltes der Deckschichtharze erschwert.
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Durch die BE-PS 695 529 ist bekannt, für die Deckschichten alkalische
Phenolharze und für die Mittelschichten Isocyanate als Bindemittel zu verwenden.
Auch bei dieser Kombination erhalten die Deckschichten ein dunkles Aussehen und
es treten beim Anstreichen, Tapezieren und Furnieren der Platten Nachteile auf.
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Die DE-OS 16 53 267 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von hellfarbigen,
in Deck- und Mittelschicht phenolharzgebundenen, Holzwerkstoffen. Hierbei wird empfohlen,
die an sich alkalisch (d.h. bei einem pH-Wert von etwa 13) härtenden Phenolharze
vor der Härtung im wesentlichen zu neutralisieren. Die DE-OS 23 06 771 weist darauf
hin, daß die Anwendung von neutralen Phenolharzen
in der Mittelschicht
einer Spanplatte die Preßzeit auf das Dreibis Vierfache der sonst üblichen Preßzeiten
verlängert. Eine wirtschaftliche Fertigung ist damit nicht möglich.
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Der Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte
Verfahren so weiterzuentwickeln, daß die dadurch hergestellten Platten bisher nicht
bekannte Vorzüge aufweisen, die eine Verwendung derartiger Platten auch dort erlauben,
wo bisher Spanplatten sich nur bedingt bewährt haben.
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Bei der Verwendung mehrwertiger Isocyanate als Klebstoff in Spanplattendeckschichten
treten auch bei hoher Klebstoffdosierung keine technischen Schwierigkeiten auf,
da die Isocyanate keine anderen Stoffe, jedenfalls aber keine Alkalien oder Salze,
enthalten.
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Es können somit Spanplatten mit höherer Festigkeit hergestellt werden,
die sich insbesondere als Bauplatten (Schalungsplatten) und Platten für dekorative
Zwecke (Wandverkleidungen) eignen, da sie beschicht- und lackierbar sind und eine
hohe Wasserfestigkeit aufweisen.
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Da die Probleme, die mit der Entformung mit Isocyanat gebundener Platten
oder Formkörper zusammenhängen, als weitgehend gelöst anzusehen sind, ist ein solches
Vorgehen möglich.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen somit insbesondere
in der durch die Kombination des hochwertigen und teuren Klebstoffes Isocyanat,
das gewöhnlich einen Anteil zwischen 9 und 10 % der in der Deckschicht verwendeten
Späne ausmacht, mit den mit Aminoplasten oder Phenoplasten beleimten Mittelschichtspänen
erzeugten Oberflächendichtigkeit, Ebenheit, Geschlossenheit, Härte und Beständigkeit
gegen Wasser und beispielsweise auch Alkali, die bisher weder bekannt noch genutzt
wurden.
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Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, die eingangs genannten
Verfahren so weiterzuentwickeln, daß die dadurch hergestellten Platten möglichst
wenig Formaldehyd gas ab spalten und zugleich verarbeitungstechnisch im Hinblick
auf die Oberflächeneigenschaften keine Schwierigkeiten bieten, so daß sie sich furnieren,
anstreichen und tapezieren und so im Haus bau und als Schalungsplatten verwenden
lassen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in den Deckschichten
nicht wie bisher ein Phenolharz (insbesondere ein Phenolharz mit einem geringen
Alkalianteil entsprechend einem pH-Wert zwischen 8 und 11) Verwendung findet und
in der oder den Mittelschichten ein möglichst wenig Formaldehydgas abspaltender
Klebstoff eingesetzt wird (Aminoplaste, Phenoplaste), sondern im Gegenteil in den
Deckschichten ein mehrwertiges Isocyanat und in den Mittelschichten übliche Klebstoffe,
wie Aminoplaste, Phenoplaste verwendet werden.
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Mit diesem Verfahren lassen sich Spanplatten für den genannten Anwendungszweck
rationell fertigen, die die eingangs beschriebenen Nachteile nicht mehr aufweisen.
Die Abspaltung von Formsaldehydgas liegt hierbei weit unterhalb der Grenze, bei
der eine Belästigung bemerkbar ist und die Platten bieten in verarbeitungstechnischer
Hinsicht keine Schwierigkeiten. Es wird angenommen, daß die geringe Formaldehyd-Entwicklung
der Plittelschichten durch die hohe Dichtigkeit der Außenschichten verhindert wird.
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Zweckmäßig. wird bei der Herstellung der Platten die isocyanatgebundene
Deckschicht mit Hilfe von Trennmitteln oder durch Beilage von Trennpapieren daran
gehindert, an den Preßwerkzeugen festzukleben, so daß die Platten nach dem Preßvorgang
sich leicht lösen.
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Je nach Feuchtegehalt der Deckschichtspäne lassen sich so hochverdichtet,
feste und glatte Oberflächen erreichen, so daß derart hergestellte Platten auch
als Schalungsplatten im Bauwesen ohne weitere Oberflächenbehandlung verwendet werden
können. Dabei werden vorzugsweise die Mittelschichten unter Verwendung eines Harnstoff-Melamin-Phenol-Mischkondensates
hergestellt, weil dieses die geringsten Bindungsprobleme gegenüber den mit Isocyanat
gebundenen
Deckschichten mit sich bringt. Man benötigt für-eine
genügend drucksteife und schubfeste Platte einen Anteil von etwa 12 %, erzielt aber
damit Festigkeiten, wie sie bisher mit anderen Plattenaufbauten nicht möglich waren.
Dort brachte auch höherer Harzgehalt nämlich keine wesentliche Verbesserung.
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Außerdem können mit Isocyanaten verklebte Deckschichten aus lingocellulosehaltigen
Rohstoffen mit Abfallstoffen anderer Art, z.B.
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Gummi, abgemischt und auf diese Weise hart oder weich eingestellt
werden; bei Ausnutzung der hohen Schubfestigkeit der Mittelschichten, werden Deckschichteigenschaften
erzielt, die eine Verwendung derartiger Platten z.B. als Schwingböden in Turnhallen
ermöglicht.
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Eine Möglichkeit zur Herstellung der erfindungsgemäßen Spanplatte
besteht darin, daß man eine handelsübliche, also ausgehärtete Spanplatte mit üblichem
Harzgehalt nachträglich oberflächlich mit Wasser besprüht (wobei die Mengen zwischen
10 g und 150 g/m2 betragen können), um anschließend ein Isocyanat in einer Menge
von z.B. 20 bis 100 gSm2 aufzudüsen, aufzuwalzen oder aufzustreichen, in einer Heißpresse
abzupressen und auszuhärten.
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Beispiele von organischen Polyisocyanaten, welche bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren verwendet werden können, sind aronatische Isocyanate, insbesondere Diisocyanate,
wie m- und p-Phenylendiisocyanat, Tolylen-2,4- und 2,6-diisocyanate, Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat,
Chlorpenylen-2,4-diisocyanat, Naphthylen-1,5-diisocyanat, Diphenylen-4,4'-diisocyanat,
4,4'-Diisocyanat-3,3'-dimethyldiphenyl, 3-Methyldiphenylmethan-4,4"-diisocyanat,
Diphenylätherdiisocyanat und Triisocyanate, wie 2,4,6-Triisocyanatotoluol und 2,4,4'-Triisocyanatodiphenyläther.
Sie werden i.a.
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durch Phosgenierung entsprechender Amine in bekannter Weise erhalten.
Mischungen von Isocyanaten sind beispielsweise die im Handel verfügbaren Mischungen
von 2,4- und 2,6-Isomeren des Tolylendiisocyanats sowie die Mischungen von Di- und
höheren
Polyisocyanaten, welche durch Phosgenierung von Anilin-Formaldehyd-Kondensaten
hergestellt werden.
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Bevorzugte Polyisocyanate, welche erfindungsgemäß verwendet werden
können, sind diejenigen, worin das Isocyanat ein aromatisches Diisocyanat oder Polyisocyanat
mit höherer Funktionalität ist, insbesondere rohe Mischungen von Methylenbrücken
aufweisenden Polyphenylpolyisocyanaten, welche Diisocyanate, Triisocyanate oder
Polyisocyanate mit höherer Funktionalität enthalten. Methylenbrücken aufweisende
Polyphenylpolyisocyanate sind allgemein bekannt; ihnen wird die allgemeine Formel
zugeschrieben
worin n größer als 1 ist und im Falle von rohen Mischungen ein Mittel von mehr als
1 darstellt. Diese Verbindungen werden hergestellt durch Phosgenieren von entsprechenden
Mischungen von Polyaminen, die durch Kondensation von Anilin oder Toluidin und Formaldehyd
erhalten werden. Es ist üblich, rohe Mischungen von Methylenbrücken aufweisenden
Polyphenylpolyisocyanaten, welche Diisocyanat, Triisocyanat und Polyisocyanate mit
höherer Funktionalität enthalten, als MDI zu bezeichnen.
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Beispiele von herkömmlichen Bindemitteln sind die üblichen auf der
Grundlage von Harnstoff, Melamin und/oder Phenol und jedenfalls Formaldehyd hergestellten
Harze bzw. hErtbaren Kondensate, die in Form ihrer wäßrigen Lösungen als Holzleime
bekannt und weithin üblich sind.
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Besonders geeignet sind Leime, die Harnstoff und Melamin und insbesondere
Harnstoff, Melamin und Phenol enthalten. Diese Leime sind beispielsweise in der
DE-AS 20 20 481 beschrieben, auf die hier anstelle einer ausführlichen Abhandlung
hingewiesen wird. Der
auf dem Gebiet der Holzverleimung tätige Fachmann
kann in übrigen auf eine Auswahl der genannten Leime zurückgreifen, die nandelsüblich
sind.
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Beispiel 4120 g Fichtenspäne wurden mit 320 g technischem Polyphenylpolyisocyanat,
erhältlich unter dem Handelsnamen eKauranat CE 5043 flüssig bedUst, wobei 320 g
Wasser und 80 g einer 50 s Wachsemulsion vorgedüst waren. Diese Mischung bildete
die Deckschichten.
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a) Für die Mittelschicht wurden 762 g eines Harnstoff-P»ielamin-Phenol-Leimharzes,
erhältlich als XKauramin-Leim 540 flüssig, auf 4120 g Späne, 76 g Härter-Lösung
30 und 80 g einer 50%igen Wachsemulsion aufgedüst. Die Leimmenge entspricht einem
Auftrag von 12 fl Leim, fest bezogen auf absolut trokkenes Holz.
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b) In einem zweiten Fall wurden zur Bildung der Iittelschicht auf
4120 g Späne mit 1000 g eines Phenolharz-Leims, erhältlich als Kauresin-Leim 23Q
flüssig und 80 g einer 50%igen Wachsemulsion aufgedüst. Der Leimauftrag entspricht
12 %, bezogen auf absolut trockenes Holz.
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Beim Versuch a) wurden 1 em starke dreischichtige Spanplatten aus
777 g Deckschichtspänen und 2110 g Mittelschichtspänen im Format 45 x 55 cm bei
1700C Preßtemperatur und 8 Minuten Preßzeit hergestellt.
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Die Trennung der Platten von den Preßblechen wurde durch Vorbehandlung
der Bleche mit Schmierseifelösung erleichtert.
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Beim Versuch b) wurden unter gleichen Bedingungen 777 g Deckschichtspäne
und 2182 g Mittelschichtspäne verarbeitet.
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Ergebnisse der Plattenprüfung 1. Festigkeiten und Quellung bzw. Wasseraufnahme:
a) b) Rohdichte kg/m3 720 690 Scherfestigkeit N/mm2 4,5 + 0,4 3,1 + 0,4 (Mittelwert
nach DIN 68 763, V 20j (Mittelwert nach DIN 68 763, V 100) 1>8 + G,13 1,6 + 0,12
Quellung nach WOasserlagerung bei 20 C 2 h: 3,0 + 0,2 3,6 + 0,2 4 h: 8,2 + o,6 9,7
+ 0,7 Wasseraufnahme % nach 24 h 26,4 39,0 2. Plattendichtigkeit: Die Platten wurden
außerdem auf Dichtigkeit der Oberflächen geprüft. Auf Probestücke der Abmessung
70 x 70 x 10 mm wurde ein an eine Saugvorrichtung angeschlossener plangeschliffener
Glastrichter aufgesetzt. Der Probekörper wurde mit der Gegenseite in eine Markierungsflüssigkeit
eingetaucht. Mittels der Saugvorrichtung wurde ein Druck von 200 mbar erzeugt und
die Zeit bis zum Durchdringen der Flüssigkeit durch die Oberfläche gemessen.
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Weder die Platte nach Versuch a) noch die nach b) wurde innerhalb
von 5 Minuten durchdrungen. Üblicherweise liegt die Zeit bis zur Durchdringung unter
2 Minuten. Die Platten wiesen demnach eine sehr hohe Dichtigkeit auf.
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In einem weiteren Test wurde versucht, anstelle von Flussigkeit Luft
durch die Deckschicht zu ziehen und diese auf einen Gehalt an Formaldehyd zu prüfen.
Die innerhalb von 5 Minuten angesaugte Luftmenge wurde zu diesem Zweck auf Formaldehyd
untersucht.
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Formaldehyd war jedoch nicht nachweisbar.
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3. Eignung für Bauzwecke: Auf die Oberfläche einer Platte wurde Zementbrei
aufgestrichen, um die Eignung derartiger Platten als Schalungsplatten zu testen.
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Es traten keine Oberflächenveränderungen ein. Ebenso wenig konnte
eine Rotverfärbung als Folge des Durchdringens von phenolischen Bestandteilen festgestellt
werden.