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Nach dem Strangpressverfahren aus Holzspänen und/oder
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Holzfasern unter Zusatz von Bindemitteln hergestellte Formkörper
und Verfahren zu ihrer Herstellung Die vorliegende Erfindung betrifft nach dem Strangpressverfahren
aus Holzspänen und/oder Holzfasern unter Zusatz von BindemXtteln hergestellte Formkörper,
insbesondere Spanplatten in Form von Vollplatten oder Röhrenplatten,sowie ein Verfahren
zu ihrer Herstellung.
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Die Verwendung von Isocyanaten als Bindemittel bei der Herstellung
von Holzspanplatten ist an sich bekannt und wird von DEPPE und ERST, Holz als Roh-
und Werkstoff, 29, 45-50 (1971) sowie in der DE-OS 16 53 177 und in der DE-AS 26
15 288 beschrieben. Wegen der Probleme, die durch das Kleben der Isocyanat-Peaktionsprodukte
an metallischen Werkstoffen, z.B.
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an den Pressplatten oder Pressformen, entstehen, wird in den vorgenannten
Arbeiten jedoch eine Verfahrensweise angegeben, die lediglich für die Mittelschicht
der Dreischichtenplatte als Bindemittel Isocyanate, für die Deckschichten Jedoch
die Verwendung herkömmlicher Leime auf Basis Harnstoff/Formaldehyd, Melamin/Formaldenyd
oder Phenol/Formaldehyd vorsieht.
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Auch die Verwendung von Trennnitteln auf Basis von Silicon-oder Paraffinverbindungen
hat nach H.J. Deppe und K. Ernst (s.o.) keine befriedigende Lösung des vorgenannten
Problems gebracht. Nach derselben Literaturstelle wurden ebenfalls nur negative
Resultate beim Einsatz von Heizplatten mit Polytetrafluorethylen-Auflage und bei
der Verwendung von Trennfolien erhalten.
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Versuche zu einer Problemlösung auf chemischer Basis durch Besprühen
der Oberflächen der Formlinge mit hydroxylgruppenhaltigen organischen Verbindungen
führten ebenfalls nicht zu einer einfachen und generell praktikablen Arbeitsweise
(siehe obige Literaturstelle sowie H.J. Deppe, Holz als Roh- und Werkstoff, 35,
295-299 (1977)).
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Abgesehen davon, daß schon die oben aufgeführten Versuche zur Unterbindung
des Klebens der Isocyanat-Reaktionsprodukte an den metallischen Oberflächen der
Pressenwerkzeuge nicht erfolgreich waren, wäre auch bei positivem Ausgang eine Übertragung
auf den anders gearteten Produktionsablauf des Strangpressverfahrens nicht möglich
gewesen. Die Verfahrensunterschiede bei der Herstellung von Flachpressplatten einerseits
und von Strangpressplatten wie Vollplatten oder Röhrenplatten andererseits sind
insbesondere bei der Produktstromfuhrung vor und beim Pressvorgang so gravierend,
daß keiner der zur Problemlösung untersuchten Wege ohne erfinderisches Zutun übertragbar
gewesen wäre.
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Obwohl zu befürchten war, daß die oben geschilderten Probleme in verstärktem
Maße beim Strangpressverfahren auftreten, wurde nunmehr in überraschender und nicht
vorhersehbarer Weise gefunden, daß sich Isocyanate als wesentliche Komponente im
Bindemittelsystem beim Strangpressverfahren einsetzen lassen, ohne daß dadurch die
Verstopfungsgefahr der Strangpresse erhöht wird.
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Erst dadurch wird es möglich, Formkörper nach dem Strangpressverfahren
herzustellen, ohne daß man auf die formaldehydhaltigen Bindemittel angewiesen ist.
Gleichzeitig wird durch die Verwendung der Isocyanate die normalerweise schlechte
Quellfestigkeit in Wasser wesentlich erhöht.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind somit nach dem Strangpressverfahren
aus Holzspänen und/oder Holzfasern unter Zusatz von Bindemitteln hergestellte Formkörper,
insbesondere Spanplatten in Form von Vollplatten oder Röhrenplatten, die dadurch
gekennzeichnet sind, daß als formaldehydfreies Bindemit-
tel ein
Reaktionsprodukt eines Isocyanats dient. Das Isocyanat ist vorzugsweise ein aromatisches
Polyisocyanat (MDI).
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Der erfindungsgemäße Formkörper enthält 2 bis 15 Gewichtes%, insbesondere
4 bis 8 Gewichts, bezogen auf trockene Holzspäne und/oder Holzfasern, an Bindemittel
auf Basis eines Reaktionsproduktes eines aromatischen Polyisocyanats. Vorteilhafterweise
enthält er ausschließlich formaldehydfreie Bindemittel und Zusätze.
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Gemäß einem weiteren Gedanken der vorliegenden Erfindung kann der
Formkörper als Flammschutzmittel ein mit einem wasserunlöslichen Kunstharz umhülltes
Ammoniumpolyphosphat enthalten, wobei die Flammschutzmittelkonzentration in dem
Formkörper, insbesondere in der Spanplatte, etwa 5 - 50 Gewichts%, bezogen auf trockene
Holzspäne und/oder holzartige Faserstoffe, beträgt.
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Die erfindungsgemäßen Formkörper, die insbesondere in Form von Vollplatten
oder Röhrenspanplatten vorliegen, aber auch bein spielsweise als Profile ausgebildet
sein können, können somit die auch sonst üblichen Zusätze, wie Hydrophobierungsmittel
und dergleichen enthalten. Hierbei werden vorzugsweise solche Zusätze eingesetzt,
die selbst frei von Formaldehyd oder formaldehydabgebenden Stoffen sind. Dies ist
besonders dann von Vorteil, wenn die Oberfläche der Spanplatten beim späteren Gebrauch
unbeschichtet ist oder die Röhrenspanplatten zum Zwecke des Schallschutzes geschlitzt
sind.
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Das Isocyanatreaktionsprodukt ist im Formkörper vorzugsweise gleichmäßig
verteilt. Dadurch wird eine über den Querschnitt gleichmäßige Festigkeit erzielt.
Außerdem erübrigen sich komplizierte Maßnahmen bei der Herstellung. Auch ist die
Oberfläche der Formkörper mit Vorteil frei von Trennmitteln, so daß sich eine nachträgliche
Entfernung erübrigt und wiederum die Herstellung vereinfacht ist.
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Die erfindungsgemäßen Formkörper können in der üblichen Weise weiterverarbeitet,
beispielsweise furniert oder lackiert werden. Die daraus hergestellten Produkte
haben neben der Freiheit von Formaldehyd zudem noch den Vorteil der höheren mechanischen
Festigkeit und Quellfestigkeit.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Formkörper ist
dadurch gekennzeichnet, daß die Holzspäne und/oder Holzfasern mit einem Isocyanat
als Bindemittelkomponente und gegebenenfalls anderen Zusatzstoffen wie Hydrophobierungsmitteln
vermischt und unter Einwirkung von Feuchtigkeit, Wärme und Druck stranggepreßt werden.
Die Verpressung kann mit den bestehenden Anlagen durchgeführt werden, ohne daß ein
Umbau erforderlich ist. Dies ist überraschend im Vergleich zu den Maßnahmen, die
bei den Etagenpressen zur Herstellung der normalen Pressspanplatten erforderlich
waren. Uberraschenderweise hat sich gezeigt, daß trotz der hohen Klebekraft von
Isocyanatbindemitteln an Metalloberflächen die Stromaufnahme der Strangpresse und
damit die Reibung beim Strangpressvorgang nicht erhöht ist.
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Das Bindemittelsystem aus einem aromatischen Polyisocyanat (MDI),
vorzugsweise in wasseremulgierbarer Form, und Wasser wird insbesondere in Form einer
wässerigen Emulsion verwendet, da eine solche Mischung einfacher zu verarbeiten
ist als das Isocyanat in wasserfreier Form und auch der physikalische Einmischvorgang
erleichtert ist.
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Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das aromatische
Polyisocyanat (MDI) zwar in der Form eingesetzt werden, in der es Trennmitteleigenschaften
besitzt (z.B.
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Suprasec 1249 der Firma Deutsche ICI GmbH, Frankfurt), dies ist jedoch
nicht notwendig, da hervorragende Ergebnisse auch mit MDI ohne eingebautes Trennmittel
erzielbar sind.
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Überraschend ist weiterhin, daß die Gefahr eines Dampfstaues in der
Strangpresse und damit einer Unterbrechung des Strangpressverfahrens durch die Verwendung
von Isocyanat als Bindemittel verringert ist, so daß der Wassergehalt der zu verpres
senden
Mischung erheblich angehoben werden kann. Es kann somit entweder stärker verdünnte
MDI/Wasser-Emulsion zugegeben werden oder es braucht der Feuchtigkeitsgehalt der
Holzspäne vor dem Verpressen nicht mehr in der bisherigen Weise abgesenkt werden.
So können Holzspäne und/oder Holzfasern eingesetzt werden, deren Feuchtigkeitsgehalt
vor dem Vermischen über 1,5 Gewichts%, insbesondere huber 5 Gewichtes%, liegt. Der
Feuchtigkeitsgehalt der zu verpressenden Mischung aus Holzspänen und/oder Holzfasern
sowie dem Bindemittelsystem kann sogar huber 6 Gewichts%, insbesondere huber 7 Gewichts%,
beispielsweise zwischen 8 und 15 Gewichts% liegen, ohne daß ein Druckstau zu befürchten
ist.
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Der Gehalt an aromatischem Polyisocyanat als Bindemittelkomponente
kann je nach der gewünschten Festigkeit in weiten Grenzen variiert werden. Normalerweise
liegt er zwischen 2 und 15 Gewichts%, bezogen auf die Trockenmischung aus Holzspänen
und/ oder Holzfasern, insbesondere zwischen etwa 4 und 8 Gewichts%.
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Da sich das Isocyanat unter den üblichen Druck- und Temperaturbedingungen
beim Strangpressverfahren vollständig umsetzt, enthält das fertige Produkt keine
flüchtigen Isocyanate mehr. Die Presstemperaturen liegen gewöhnlich zwischen 100
und 2500 C, insbesondere bei etwa 1750C. Der Pressdruck liegt normalerweise zwischen
0,5 und 2,0 N/mm2.
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Als Hydrophobierungsmittel wird der zu verpressenden Mischung vorzugsweise
ein Festwachs in Form wasserhaltiger Emulsionen zugesetzt. Hier reichen Mengen von
0,5 bis 4 Gewichts%, insbesondere 1 bis 3 Gewichts% aus.
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Der erfindungsgemäße Formkörper bzw. die Ausgangsmischung kann auch
Flammschutzmittel als Zusätze enthalten, um die Produkte schwerentflammbar zu machen.
Solche Flammschutzmittel können in Pulverform vorliegen und mit einem gehärteten
wasserunlöslichen Kunstharz umhüllt sein wie beispielsweise das mikroverkapselte
Ammoniumpolyphosphat nach der DE-AS 29 49 537; sie können Jedoch auch frei von einer
solchen Umhüllung sein. Falls
eine solche Umhüllung vorgesehen ist,
dann besteht sie vorzugsweise aus solchen Kunstharzen, die frei von Formaldehyd
oder formaldehydabgebenden Stoffen sind. Auch hier eignen sich wiederum Isocyanat-Reaktionsprodukte.
Auf diese Weise können schwerentflammbare formaldehydfreie Spanplatten nach dem
Strangpressverfahren hergestellt und zu entsprechend schwerentflammbaren Fertigprodukten
weiterverarbeitet werden.
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Bei der Herstellung des Bindemittelgemisches wird üblicherweise so
gearbeitet, daß ein Gemisch von Wasser und Festwachsemulsion vorgelegt und anschließend
das wasseremulgierbare aromatische Polyisocyanat (MDI) eingerührt wird.
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Beispiel 1 In einem Mischer wurden 100 kg Holzspäne mit einem Feuchtegehalt
von 1,5 56 mit einem unmittelbar vorher hergestellten Bindemittelgemisch aus 4,0
kg R Suprasec 1249 (aromatisches Polyisocyanat (MDI), wasseremulgierbar mit eingebautem
Trennmittel der Firma Deutsche ICI GmbH, Frankfurt) 4,0 kg zu Mobilcer A (wässerige
Wachsemulsion mit einem Feststoffgehalt von 50 56 der Firma Mobil Oil AG, Hamburg)
4,0 kg Wasser bedüst.
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Nach einer Nachmischzeit von 2 Minuten wurde das Gemisch einer Strangpresse
zugeführt und bei einer Temperatur von 1700C zu Röhrenspanplatten von 23 mm Dicke
verarbeitet.
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Die Ergebnisse der analytischen Untersuchungen und der mechanischen
Prüfungen sind in der Tabelle 1 aufgeführt.
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Beispiel 2 Es wurde analog Beispiel 1 gearbeitet mit der Abänderung,
daß das Bindemittelgemisch aus 10,0 kg R Suprasec 1249 7,0 kg Wasser bestand.
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Die Ergebnisse der analytischen Untersuchungen und der mechanischen
Prüfungen sind in der Tabelle 1 aufgeführt.
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Beispiel 3 Es wurde analog Beispiel 1 gearbeitet mit der Abänderung,
daß das Bindemittelgemisch aus 4,0 kg R Suprasec 1042 (aromatisches Polyisocyanat
(MDI), wasseremulgierbar der Firma Deutsche ICI GmbH, Frankfurt) 2,0 kg R Mobilcer
A 6,0 kg Wasser bestand.
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Die Ergebnisse der analytischen Untersuchungen und der mechanischen
Prüfungen sind in der Tabelle 1 aufgeführt.
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Beispiel 4 Es wurde analog Beispiel 1 gearbeitet mit der Abänderung,
daß das Bindemittelgemisch aus 8,0 kg R Suprasec 1042 2,0 kg Mobiler A 6,0 kg Wasser
bestand.
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Die Ergebnisse der analytischen Untersuchungen und der mechanischen
Prüfungen sind in der Tabelle 1 aufgeführt.
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Beispiel 5 Es wurde analog Beispiel 1 gearbeitet mit der Abänderung,
daß das Bindemittelgemisch aus
8,0 kg R Suprasec 1042 8,0 kg Wasser
bestand.
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Die Ergebnisse der analytischen Untersuchungen und der mechanischen
Prüfungen sind in der Tabelle 1 aufgeführt.
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Beispiel 6 In einem Mischer wurden 100 kg Holzspäne (Feuchtegehalt:
1,5 56) 19 kg R Exolit 456 (Firma HOECHST Aktiengesellschaft, Frankfurt) - Hierbei
handelt es sich um ein Flammschutzmittel auf der Basis von Ammoniumpolyphosphat.
Das Produkt wird durch Mikroverkapselung von Ammoniumpolyphosphat mit Melamin/Formaldehyd-Harzen
hergestellt (EP 0033361).
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Der Phosphorgehalt liegt bei 29 56, der Stickstoffgehalt bei 16,5
56) -vorgemischt und dann mit einem unmittelbar vorher hergestellten Bindemittelgemisch
aus 9,5 kg R Suprasec 1042 11,5 kg Wasser bedüst.
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Nach einer Nachmischzeit von 2 Minuten werde das Gemisch einer Strangpresse
zugeführt und bei einer Temperatur von 1700C zu Röhrenspanplatten von 23 mm Dicke
verarbeitet.
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Die Ergebnisse der analytischen Untersuchungen und der mechanischen
Prüfungen sind in der Tabelle 2 aufgeführt.
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Die Ergebnisse der Brandprüfung sind in der Tabelle 3 aufgeführt.
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Beispiel 7 Es wurde analog Beispiel 1 gearbeitet mit den Abänderungen,
daß 1, das Bindemittelgemisch aus 4,0 kg R Suprasec 1042 8,0 kg Wasser bestand,
2. das Holzspan/Bindemittel-Gemisch in der Strangpresse bei einer Temperatur von
1700C zu Vollplatten von 10 mm Dicke verarbeitet wurde.
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Die Ergebnisse der analytischen Untersuchungen und der mechanischen
Prüfungen sind in der Tabelle 4 aufgeführt.
TABELLE 1: Analytische
Untersuchungen und mechanische Prüfungen
Probematerial Rohrdichte Wassergehalt Quellung nach Zugfestigkeit
1) Biegefestigkeit 2) |
(kg/m³) (% H2O) 1 Stunde (%) (N/mm²) (N/mm²) |
Beispiel 1 690 3,2 1,9 0,62 6,8 |
Beispiel 2 640 3,3 2,1 0,64 7,4 |
Beispiel 3 710 4,4 2,2 1,04 9,5 |
Beispiel 4 780 4,2 1,1 1,69 17,7 |
Beispiel 5 740 4,3 1,7 1,26 15,5 |
DIN 69764- ohne ohne ohne |
# 0,4 # 0,4 |
Anforderungen Angabe Angabe Angabe |
1) parallel zur Herstellrichtung 2) rechtwinklig zur Herstellrichtung
TABELLE
2: Analytische Untersuchungen und mechanische Prüfungen
Probematerial Rohdichte Phosphor- Wassergehalt Quellung nach
Zugfestigkeit 1) Biegefestigkeit 2) |
gehalt 1 Stunde |
(kg/m³) (% P) (% H2O) (%) (N/mm²) (N/mm²) |
Beispiel 6 870 4,0 4,0 1,3 12,7 18,3 |
DIN 68764- ohne ohne ohne ohne |
# 0,40 # 0,40 |
Anforderungen Angabe Angabe Angabe Angabe |
1) parallel zur Herstellrichtung 2) rechtwinklig zur Herstellrichtung
TABELLE
3: Brandschachtprüfung nach DIN 4102
Probematerial max. Flammen- max. Rauchgas- mittlere Rauchgas-
DIN 4102- |
höhe temperatur Restlänge dichte 1) Klasse |
(cm) (°C) (cm) |
Beispiel 6 80 132 17 6 B1 |
DIN 4102-ohne |
<100 < 200 > 15 |
Anforderungen Angabe |
1) gemessen als minimale Transmission (%)
TABELLE 4: Analytische
Untersuchungen und mechanische Prüfungen
Probematerial Rohdichte Wassergehalt Quellung nach Zugfestigkeit
1) Biegefestigkeit 2) |
(kg/m³) (% H2O) 1 Stunde (%) (N/mm²) (N/mm²) |
Beispiel 7 730 5,1 4,9 1,20 22,8 |
DIN 68764- ohne ohne ohne |
# 0,40 # 0,40 |
Anforderungen Angabe Angabe Angabe |
1) parallel zur Herstellung 2) rechtwinklig zur Herstellrichtung