DE2817495A1

DE2817495A1 - Multilayer chipboard materials - using different binder resins, with interlayer contg. poly:isocyanate binder

Info

Publication number: DE2817495A1
Application number: DE19782817495
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Ing Dr Clad; Christof Schmidt-Hellerau
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1978-04-21
Filing date: 1978-04-21
Publication date: 1979-10-31

Abstract

Wood materials, esp. chipboard of Class 100 are made by bonding comminuted ligno-cellulose raw material with a binder under heat and pressure to form multiple layers using different binders, in which an intermediate layer is provided contg. a binder which acts as an adhesion promoter. Improved water-resistance and reduced absorption from use of phenolic resin in outer layers, are combined with high shear and tensile strength from use of aminoplast resin in the middle layer, which also reduces HCHO evolution. Good bonding is obtd., between the alkaline-hardening phenolic resin and the acid-hardening aminoplast resin.

Description

HolzwerkstoffeWood-based materials

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit, zur Verminderung der Quellung und zur Verminderung der Formaldehydabgabe von Holzwerkstoffen, insbesondere Spanplatten der Holzwerkstoffklasse 100.The invention relates to a method for increasing the strength, to reduce swelling and to reduce the release of formaldehyde from wood-based materials, in particular chipboard of wood-based material class 100.

Es ist bereits bekannt, daß Spanplatten aus Holzspänen, Flachsschäben, Sägespänen und anderen Zerkleinerungsprodukten verholzter Pflanzenteile so hergestellt werden können, daß sie verschiedene Schichten aufweisen. Ursprünglich verwendete man dabei nur ein einziges Bindemittel (in der offiziellen Fachsprache jetzt als "Klebstoff" bezeichnet), vorzugsweise ein Harnstoffharz, wobei die äußeren Werkstoffschichten in der Regel aus besonders feinteiligen Rohmaterialien hergestellt wurden. Dieses Verfahren findet praktische Anwendung.It is already known that chipboard made of wood chips, flax shives, Sawdust and other comminution products of woody plant parts are produced in this way may be that they have different layers. Originally used one only uses a single binding agent (in the official jargon now as "Adhesive" means), preferably a urea resin, the outer material layers usually made from particularly finely divided raw materials. This Procedure finds practical application.

Zur Verbesserung der Wasserfestigkeit von Spanwerkstoffen ist man dazu übergegangen, Phenolharze anstelle von aminoplastischen Bindemitteln (d.h. vorzugsweise Harnstoffharzen) zu verwenden.To improve the water resistance of chipboard materials one is switched to using phenolic resins instead of aminoplastic binders (i.e. preferably urea resins).

Der in der DE-OS 16 53 331 enthaltene Vorschlag, bei mehrschichtigen Spanplatten nur die Deckschichten mit Phenolharzen zu binden, hat bisher zu keiner praktischen Anwendung geführt; auch der Vorschlag, die als Bindemittel an sich bekannten mehrwertigen Icocyanate zur Herstellung von Deck-und/oder Innenschichten mehrschichtiger Spanplatten zu verwenden, ist bisher nicht ernsthaft verwirklicht worden. Abgesehen von Hindernissen, die dadurch auftreten, daß die verschieaenen Bindemittel in dar Regel ein unterschiedliches Härtungsverhalten aufweisen, ist in vielen Fällen die Unverträglichkeit der Bindemittel untereinander die Ursache für die nicht gelungene Verwirklichung der vorgenannten Vorschläge gewesen.The proposal contained in DE-OS 16 53 331, with multilayer Bonding chipboard only the top layers with phenolic resins has not yet been done practical application led; also the suggestion that is known as a binder per se polyvalent Icocyanates for the production of outer and / or inner layers of multilayered Using particle board has not yet been seriously put into practice. Apart from that of obstacles that arise from the fact that the various binders in Usually show a different hardening behavior, is in many cases the Incompatibility of the binders with one another is the cause of the unsuccessful Realization of the aforementioned proposals.

Die Verwirklichung dieser Vorschläge hätte an sich Vorteile: Dreischichtplatten, deren Deckschichten mit Phenolharzen und deren Mittelschichten ein aminoplastlsches Harz als Bindemittel aufweisen, würden den Vorteil einer Oberflache verbesserter Wasserfestigkeit mit dem Vorteil einer hohen Schub- und Querzugsfestigkeit der tragenden Schichten verbinden und zugleich eine Formaldehyd-Abgabe aus der Mittelschicht durch die phenolharzgebundene Deckschicht hindurch wesentlich vermindern.The implementation of these proposals would have advantages per se: three-layer panels, their outer layers with phenolic resins and their middle layers an aminoplastic Having resin as a binder would improve the advantage of a surface Water resistance with the advantage of high shear and transverse tensile strength of the load-bearing Connect layers and at the same time release formaldehyde from the middle layer substantially reduce the phenolic resin-bonded top layer.

Der Herstellung derartiger Platten steht entgegen, daß die chemischen Vorgänge bei der Härtung (alkalischer) Phenolharze und (sauer härtender) Aminoplastharze sich gegenseitig ausschließen bzw. stören, so daß auf diese Weise ein dauerhafter Verbund der verschiedenen Plattenschichten nicht erzielt werden kann.The production of such plates is contrary to the fact that the chemical Processes during the hardening of (alkaline) phenolic resins and (acidic hardening) aminoplast resins exclude or interfere with each other, so that in this way a permanent Bonding of the various plate layers cannot be achieved.

Der Vorschlag der DE-OS 23 o6 771, für die Deckschichten ein alkaliarmes Phenolharz zu verwenden, konnte praktisch nicht verwirklicht werden, weil solche alkaliarmen Phenolharze wesentlich langsamer als andere, besonders aminoplastische Bindemittel, aushärten und mit dem Aminoplasten keine Verbindung eingehen. Lediglich der Vorschlag der DE-OS 10 20 307, Holzspanplatten aus mehreren Schichten in der Weise herzustellen, daß die Mittelschichten mit mehrwertigen Isocyanaten und die Deckschichten mit z.B.The proposal of DE-OS 23 06 771, a low-alkali for the top layers Using phenolic resin could not be practically realized because of such Low-alkali phenolic resins much more slowly than others, especially aminoplastic ones Binder, cure and not bond with the aminoplast. Only the proposal of DE-OS 10 20 307, chipboard made of several layers in the Way to manufacture that the middle layers with polyvalent isocyanates and the Cover layers with e.g.

Phenolharzen gebunden werden, hat in die Praxis begrenzten Eingang finden können.Phenolic resins are bound has limited input into practice can find.

Die Erfindung löst die Aufgabe, miteinander unverträgliche Bindemittel im gleichen Werkstoff anzuwenden, indem eine Trennschicht mit einem weiteren Bindemittel vorgesehen wird, wobei dieses weitere Bindemittel mit den beiden vorhandenen Bindemitteln verträglich ist.The invention solves the problem of mutually incompatible binders Apply in the same material by adding a separating layer with another binder is provided, this further binder with the two existing binders is compatible.

Als mit herkömmlichen Bindemitteln verträgliche Bindemittel kommen vor allem mehrwertige Isocyanate in Betracht.Comes as binders compatible with conventional binders especially polyvalent isocyanates into consideration.

Mit besonderem Vorteil wird daher eine erfindungsgemäße Piatte aus Spänen oder anderen zerkleinerten holzbestandteilen in der Weise hergestellt, daß wenigstens eine Deckschicht, die mit einem phenoplastischen Bindemittel, d.n. einem Phenolharz gebunden und wenigstens eine in der Gesamtdicke überwiegende Innenschicht vorhanden und mit einem aminoplastischen Bindemittel hergestellt ist; erfindungsgemäß sind die Deckschichten von der Innenschicht durch eine mit einem mehrwertigen Isocyanat als Bindemittel hergestellte haftvermittelnde Schicht getrennt.A plate according to the invention is therefore made of particular advantage Chips or other shredded wood components manufactured in such a way that at least one top layer coated with a phenolic binder, d.n. one Phenolic resin bound and at least one inner layer predominating in the total thickness is present and made with an aminoplastic binder; according to the invention are the top layers of the inner layer by one with a polyvalent isocyanate adhesion-promoting layer produced as a binder separated.

Vorrichtungen, mit denen die Aufgabe, Holzwerkstoffe aus mehr als drei Schichten herzustellen gelöst werden kann, sind schon bekannt; diese Vorrichtungen enthalten im Prinzip für jede unterschiedlich aufgebaute Schicht eine Station zur Herstellung von beleimten Spänemischungen unter Bildung einer Matte bzw. eines Kuchens aus diesen Spänen. Die einzelnen Matten können getrennt vorgepreßt und dann vereinigt oder im Wege eines Schüttvorgangs ohne getrennte Vorpressung hergestellt und unmittelbar fertiggepreßt werden.Devices with which the task of producing wood-based materials from more than three layers can be solved to produce are already known; these devices contain in principle a station for each differently structured layer Production of glue-coated chip mixtures with the formation of a mat or cake from these chips. The individual mats can be pre-pressed separately and then combined or by means of a pouring process without separate pre-pressing and produced immediately be finished pressed.

Die hergestellten Werkstoffe eignen sich besonders für Zwecke, bei denen hohe Festigkeiten, insbesondere Schubfestigkeit und geringe Quellungen bei nur geringer Wasseraufnanme gefordert werden. Sie finden als Bauspanplatten besonders hoher Qualität Verwendung, z.B. als Dach- oder Fußbodenplatten (Holzwerkstoffklasse 100). Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch auf Holzwerkstoffe der Klasse 20 übertragen werden; Spanplatten dieses Typs sind in der Mittelschicht mit Harnstoff-Formaldehyd-Kondensaten gebunden und durch eine haftvermittelnde Schicht mit der phenolharzverleimten Deckschicht verbunden, so daß die in der DE-OS 16 53 331 genannten Nachteile nicht auftreten.The materials produced are particularly suitable for purposes at which have high strengths, in particular shear strength and low swelling only small amounts of water are required. You will find it special as building chipboard high quality use, e.g. as roof or floor panels (wood material class 100). The method according to the invention can also be used on wood-based materials of class 20 be transmitted; Particle boards of this type are in the middle layer with urea-formaldehyde condensates and bound by an adhesion-promoting layer with the phenolic resin-glued cover layer connected, so that the disadvantages mentioned in DE-OS 16 53 331 do not occur.

Aminoplastische Bindemittel im Sinne der Erfindung können Harnstoffharze, Harnstoff-Melamin-Harze, die gegebenenfalls mit untergeordneten Mengen an Phenolen weitermodifiziert sind, und Melamin-Harze sein. Geeignete Zubereitungen sind handelsüblich.Aminoplastic binders for the purposes of the invention can be urea resins, Urea-melamine resins, optionally with minor amounts of phenols are further modified, and be melamine resins. Suitable preparations are commercially available.

Ihre Herstellung ist beispielsweise in der DE-AS 20 20 lot81 beschrieben.Their production is described, for example, in DE-AS 20 20 lot81.

Phenolharze zur Verwendung gemäß der Erfindung sind beispielsweise in der DE-OS 15 20 399 oder der DE-OS 18 00 481 beschrieben und sind im übrigens ebenfalls handelsüblich.Phenolic resins for use according to the invention are for example in DE-OS 15 20 399 or DE-OS 18 00 481 and are in the way also commercially available.

Lösungen oder Dispersionen beziehungsweise Emulsionen mehrwertiger Isocyanate sind ebenfalls bereits für die Zwecke der Holzverleimung im Handel. Beispiele von mehrwertigen Isocyanaten, welche bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden könnten, sind insbesondere aromatische Diisocyanate, wie Meta- und Paraphenylen-Diisocyanat, Toluylen-2, 4- und 2, 6-Diisocyanate und insbesondere die im Handel verfügbaren Mischungen von Isomeren, wie sie durch Phosgenieren von entsprechenden Mischungen von Polyaminen, die durch Kondensation von Anilin oder Toluidin und Formaldehyd erhalten wurden, hergestellt werden. Es ist üblich, solehe rohe Mischungen von Methylenbrücken auAreisenden Polyphenyl-polyisocyanaten mit der Abkürzung MDI zu bezeichnen.Solutions or dispersions or emulsions of polyvalent Isocyanates are also already on the market for the purpose of gluing wood. Examples of polyvalent isocyanates used in the process of the invention are in particular aromatic diisocyanates, such as meta- and paraphenylene diisocyanate, Toluylene-2,4 and 2,6-diisocyanates and especially those commercially available Mixtures of isomers, as obtained by phosgenating corresponding mixtures of polyamines formed by condensation of aniline or toluidine and formaldehyde obtained. It is common to use crude mixtures of methylene bridges Outbound polyphenyl polyisocyanates with the abbreviation MDI.

Beispiele: Es wurden in üblicher Weise acht verschiedene Spanplattentypen hergestellt und geprüft. Alle Spanplatten hatten eine durchschnittliche Rohdichte von 650 kg/m3.Examples: Eight different types of chipboard were used in the usual way manufactured and tested. All chipboard had an average bulk density of 650 kg / m3.

Dabei wurden als Klebstoffe die folgenden Zubereitungen verwendet: a) Phenolformaldehydharzlösung, handelsüblich als # "Kauresinleim 230 fl.", nachfolgend mit PF bezeichnet b) modifizierte Harnstoff-Melaminformaldehyd-Harzlösung handelsüblich als " # Kauramin-Leim 540 fl.", nachfolgend mit MF bezeichnet c) Polyphenylpolyisocyanat, handelsüblich als "# Kauranat CE 5043 fl.", nachfolgend mit IS bezeichnet.The following preparations were used as adhesives: a) Phenol-formaldehyde resin solution, commercially available as # "Kauresin glue 230 fl.", hereinafter denoted by PF b) modified urea-melamine-formaldehyde resin solution commercially available as "# Kauramin-Leim 540 fl.", hereinafter referred to as MF c) polyphenyl polyisocyanate, commercially available as "# Kauranat CE 5043 fl.", hereinafter referred to as IS.

Plattentyp/Schichtaufbau (Klebstoffdosierung in % atro Holz) (1) 12 p PF - 12 % MF - 12 % PF (2) 12 ,d PF - 6 d PF/6 7o MF - 12 % MF - 6 % PF/6 p MF - 12 % PF (3) 12 % PF - 7 % IS - 12 % MF - 7 % IS - 12 % PF (4) 8 % PF - 12 % MF - 8 % PF (5) 8 % PF - 4 % PF/6 % MF - 12 % MF - 4 % PF/6 % MF - 8 % PF (6) d % PF - 7 d IS - 12 % MF - 7 M IS - 8 7é PF (7) 12 % MF - 7 % IS - 12 % MF (8) 12 % PF - 7 d IS - 12 % PF Erfindungsgemäße Platten sind ersichtlich die Platten Typ (3) und Typ (6).Board type / layer structure (adhesive dosage in% atro wood) (1) 12 p PF - 12% MF - 12% PF (2) 12, d PF - 6 d PF / 6 7o MF - 12% MF - 6% PF / 6 p MF - 12% PF (3) 12% PF - 7% IS - 12% MF - 7% IS - 12% PF (4) 8% PF - 12% MF - 8% PF (5) 8% PF - 4% PF / 6% MF - 12% MF - 4% PF / 6% MF - 8% PF (6) d% PF - 7 d IS - 12% MF - 7 M IS - 8 7é PF (7) 12% MF - 7% IS - 12% MF (8) 12% PF - 7 d IS - 12% PF Plates according to the invention can be seen from the plates type (3) and type (6).

Es wurden an diesen Platten die Querzugsfestigkeit trocken und nach 96 Stunden Lagerung in Wasser von 200C gemessen (Angaben in N/mm2).The transverse tensile strength on these plates became dry and gradually 96 hours of storage in water at 200C measured (data in N / mm2).

Zur Beurteilung der Übergangszonen wurde folgende Einteilung gewählt: Note 1 Bruch tritt beim Prüfen in der Klebfuge Joch-Spanplattendeckschicht auf.The following classification was chosen to assess the transition zones: Grade 1 Break occurs when testing in the adhesive joint between the yoke and the chipboard top layer.

2 Bruch tritt beim Prüfen in der äußeren Zone der Deckschicht auf. 2 Break occurs during testing in the outer zone of the top layer.

3 Bruch tritt beim Prüfen in der Übergangszone von Deckschicht zu Mittelschicht auf. 3 Break occurs during testing in the transition zone from the surface course Middle class on.

4 Bruch tritt beim Prüfen in der Mittelschicht auf. 4 Break occurs when testing in the middle layer.

Ergebnisse Querzugsfestigkeit (/um2), gemittelt aus 10 Proben Platten-Nr. trocken naß 1 0,71 0,59 2 0,64 0,56 3 0,69 0,67 4 0,61 0,46 5 0,56 0,43 6 0,64 0,53 7 0,79 0,56 8 0,63 0,55 Übersicht über Lage des Bruches nach der Prüfung, gemittelt aus 10 Proben Zahl der Proben Note 1 Note 2 Note 3 Note 4 Platten-Nr. 1 - - 7 3 2 2 2 3 5 Erfindungsg. 3 1 - - 9 4 - 2 6 1 5 - 3 3 4 Erfindungsg. 6 - 1 - 9 7 - - 1 9 8 - 1 2 7 Aus den Ergebnissen der Platten-Nummern 3 und 6 ist der Erfolg der vorbeschriebenen MaMnahmen eindeutig erkennbar.Results of transverse tensile strength (/ µm2), averaged from 10 samples Panel no. dry wet 1 0.71 0.59 2 0.64 0.56 3 0.69 0.67 4 0.61 0.46 5 0.56 0.43 6 0.64 0.53 7 0.79 0.56 8 0.63 0.55 Overview of the location of the fracture after the Test, averaged from 10 samples Number of samples Grade 1 Grade 2 Grade 3 Grade 4 Plate no. 1 - - 7 3 2 2 2 3 5 Invention. 3 1 - - 9 4 - 2 6 1 5 - 3 3 4 Invention g. 6 - 1 - 9 7 - - 1 9 8 - 1 2 7 From the results of plate numbers 3 and 6 is the Success of the measures described above is clearly visible.

Claims

Claims 1. Wood-based materials, in particular chipboard of the wood-based material class 100 made by gluing shredded lignoellulose-containing raw materials with Binders or adhesives are produced under the influence of pressure and heat, with the materials from several, through the use of different binders characterized layers exist, characterized in that at least one Layer is provided with a binder that acts as an adhesion promoter between two serves other layers.

2. Wood-based material according to claim 1, characterized in that it at least one (outer) cover layer produced with a phenolic binder, at least one that predominates in the total thickness and is produced with an aminoplastic binder Inner layer and in between one with a polyvalent isocyanate as a binder Has produced adhesion-promoting layer.