DE4229396A1 - Verfahren zur Herstellung von Span- oder Faserplatten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Span- oder Faserplatten, wobei lignosecellulosehaltige Späne oder Fasern mit einem NCO-Gruppen aufweisenden Bindemittel beleimt, zu einer Matte geformt und unter Einwirkung von Wärme zu der Span- bzw. Faserplatte verpreßt werden.

Bereits aus der AT-PS 270 189 ist es bekannt, Span- und Faserplatten unter Verwendung eines NCO-Gruppen als reaktive Gruppen aufweisenden Bindemittels herzustellen. Hierbei wird eine Isocyanatlösung auf lignocellulosehaltige Späne oder Fasern aufgebracht. Aus den Spänen bzw. Fasern wird anschließend eine Matte geformt, die unter Einwirkung von Wärme zu der Span- bzw. Faserplatte heiß verpreßt wird. Vorteilhaft weist eine mit einem NCO-Gruppen aufweisenden Bindemittel gebundene Span- oder Faserplatte eine hervorragende Feuchtebeständigkeit und keinerlei vom Bindemittel herrührende Formaldehydemission auf. Als nachteilig stellt sich jedoch heraus, daß NCO-Gruppen aufweisende Bindemittel im Vergleich zu anderen Bindemitteln geringere Klebwirkung aufweisen, die zudem durch vergleichsweise hohe Temperaturen und lange Preßzeiten beim Heißpressen der Span- bzw. Faserplatte aktiviert werden muß. Entsprechend machen sich bei der Herstellung von Span- und Faserplatten unter Verwendung eines NCO-Gruppen aufweisenden Bindemittels die Kosten für einen hohen Bindemittelanteil am Endprodukt und ein geringer Ausstoß der Heißpressen sowie ein relativ hoher Ausschuß negativ bemerkbar. Dabei ist beachtlich, daß einer Steigerung der Preßtemperaturen, um im Inneren der Matte schneller die zum Aushärten des Bindemittels notwendigen Temperaturen zu erreichen, insofern Grenzen gesetzt sind, als daß beim Heißverpressen der Matte sehr schnell verdampfte Substanzen, insbesondere Wasserdampf die Qualität der Span- bzw. Fasermatte beeinträchtigen.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art derart weiterzuentwickeln, daß stabile Span- oder Faserplatten mit einem geringeren Bindemittelanteil erreichbar sind und/oder daß die Preßzeiten verkürzbar sind und/oder daß die Preßtemperaturen herabsetzbar sind.

Bei der Herstellung von aminoplastharzgebundenen Span- und Faserplatten ist es geläufig, verschiedene Katalysatoren, insbesondere Säuren einzusetzen, um die Aushärtung des Aminoplastharzes zu beschleunigen. Beispielsweise ist nach der DE-OS 27 45 809 die Verwendung von Sulfidablauge mit einem pH-Wert von 4,0 in einem Feststoffanteil von etwa 10 Gewichts-% an dem Aminoplastharz bekannt.

Bei der Herstellung von Span- und Faserplatten unter Verwendung eines NCO-Gruppen aufweisenden Bindemittels werden bislang keine Katalysatoren eingesetzt. Dies ist angesichts des langen Zeitraums, über den dieses Verfahren bereits bekannt sind, zunächst überraschend und wohl darauf zurückzuführen, daß befürchtet wird, ein möglicher Katalysator würde zu Schwierigkeiten im Zusammenhang mit der offenen Lagerzeit der beleimten Späne bzw. Fasern zwischen der Beleimung und dem Heißverpressen führen. Ein bereits während der offenen Lagerzeit, die typischerweise im Bereich von 15 bis 30 Minuten liegt, erfolgendes Aushärten des Bindemittels reduziert dessen Klebwirkung. Dies ist insbesondere bei der vergleichsweise geringen Klebwirkung eines NCO-Gruppen aufweisenden Bindemittels beachtlich.

Bei der Durchführung der Polyurethanreaktion zur Herstellung von Polyurethan-Schaumstoffen aus Polyol und Isocyanat ist die Verwendung von Katalysatoren geläufig. Laut dem Merkblatt "Bayer-Polyurethane", Ausgabe 1.97 sind als Aktivatoren für die Polyurethanreaktion tertiäre Amine und Organozinnverbindungen gebräuchlich. Hierbei sind tertiäre Amine mit NCO-reaktiven Gruppen insofern vorteilhaft, als daß diese nach der Durchführung der Polyurethanreaktion chemisch in den Polyurethan-Schaumstoff eingebaut und damit inaktiviert sind.

Eine Verwendung von Katalysatoren, deren Einsatz bei der Durchführung der Polyurethanreaktion zur Gewinnung von Polyurethan-Schaumstoffen gebräuchlich ist, erscheint dem Fachmann bei der Herstellung von Span- oder Faserplatten unter Verwendung eines NCO-Gruppen aufweisenden Bindemittels grundsätzlich unmöglich. Hierbei ist zu beachten, daß die Polyurethanreaktion eine schnelle Reaktion ist, die im Rahmen der Polyurethan-Schaumstoff-Gewinnung auch bei niedrigen Temperaturen sofort mit dem Vermischen des Polyols mit dem Isocyanat unter Anwesenheit des Katalysators einsetzt. Dies läßt befürchten, daß bei Verwendung eines NCO-Gruppen aufweisenden Bindemittels unter Zusatz von eine Polyurethanreaktion beschleunigenden Katalysatoren die beleimten Späne oder Fasern bereits nach einer offenen Lagerzeit von wenigen Minuten nicht mehr zu einer stabilen Span- bzw. Faserplatte verpreßt werden könnten, da die Klebwirkung des Bindemittels weitgehend, wenn nicht gar vollständig zurückgegangen, d. h. aufgebraucht wäre.

Bei der Herstellung von Span- oder Faserplatten sind tertiäre Amine als Katalysatoren, die ein Aushärten des Bindemittels beim Heißverpressen beschleunigen, nicht bekannt.

Die US-PS 47 72 442 offenbart ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zur Herstellung von Span- oder Faserplatten unter Verwendung eines NCO-Gruppen aufweisenden Bindemittels, wobei eine fetthaltige Substanz als Ablösehilfsmittel für die heißverpreßte Span- bzw. Faserplatte von den Preßblechen der Heißpresse verwendet wird. In einem Ausführungsbeispiel wird das Ablösehilfsmittel in einer wäßriger Emulsion aufgebracht, der Triethanolamin als Emulgator zugesetzt ist. Von katalytischen Effekten des Triethanolamins hinsichtlich des Bindemittels berichtet die US-PS 47 72 442 nicht.

Aus der DE-OS 34 38 735 ist ein Bindemittelzusatz für die Herstellung von aminoplastharzgebundenen Span- und Faserplatten bekannt. Der Bindemittelzusatz soll die flammhemmenden Eigenschaften der Span- bzw. Faserplatten verbessern, ohne ihre Stabilität zu beeinträchtigen. Bestandteile des Bindemittelzusatzes sind neben Borsäure beispielsweise ein wasserlösliches Amin oder Polyamin sowie eine weitere wasserlösliche Verbindung mit mindestens einer organisch gebundenen Hydroxylgruppe oder ein flüssiger Alkohol. Dabei kann dem im wesentlichen aus Aminoplastharz bestehendem Bindemittel auch Isocyanat als NCO-Gruppen aufweisender Bindemittelanteil zugesetzt sein. Eine katalytische Wirkung der Amine oder Polyamine als solche auf die Aushärtung des Bindemittels kann der Fachmann der DE-OS 34 38 735 nicht entnehmen. Insbesondere ergibt sich hieraus keine unmittelbare Verknüpfung der Amine mit NCO-Gruppen aufweisenden Bindemitteln, insofern diese allein als Bindemittel Verwendung finden.

Aus diesen Gründen ist es überraschend, daß die Aufgabe der Erfindung dadurch gelöst wird, daß dem NCO-Gruppen aufweisenden Bindemittel ein eine Polyurethanreaktion beschleunigender Katalysator zugesetzt wird. Entgegen aller Erwartungen sind verschiedene bekannte, die Polyurethanreaktion bei der Gewinnung von Polyurethan-Schaumstoffen beschleunigende Katalysatoren als Zusatz zu dem bei der Herstellung von Span- oder Faserplatten verwendeten, NCO-Gruppen als reaktive Gruppen aufweisenden Bindemittel geeignet. Gerade der bislang als kritisch angesehene Erhalt der Klebewirkung des Bindemittels während der offenen Lagerzeit der beleimten Späne bzw. Fasern hat sich dabei als weitgehend problemlos herausgestellt. Offene Lagerzeiten von bis zu 30 Minuten und darüber zeigen bei sorgfältiger Auswahl des Katalysators aus den handelsüblichen, eine Polyurethanreaktion beschleunigenden Hilfsstoffen keinen merklichen Einfluß auf den Wirkungsgrad des mit dem Katalysator versetzten Bindemittels beim Heißverpressen. Zugleich lassen sich die Preßzeiten um bis zu ca. 30% verkürzen, ohne daß merkliche Qualitätseinbußen auftreten. Vielmehr wird sogar eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Span- bzw. Faserplatte beobachtet. Dies ist darauf zurückzuführen, daß durch den Katalysator beim Heißverpressen der beleimten Späne bevorzugt die Ausbildung von Urethanbindungen zwischen den lignocellulosehaltigen Spänen bzw. Fasern und dem NCO-Gruppen aufweisenden Bindemittel erfolgt, während der Anteil der bindemittelinternen Polyharnstoffbindungen entsprechend zurückgeht. Alternativ oder parallel zu der Preßzeitverkürzung ist eine Herabsetzung der Preßtemperatur von bis zu ca. 30 K möglich. Dies führt zu einem merklich verringerten Ausschuß durch Wasserdampfschäden.

Es versteht sich, daß nicht alle eine Polyurethanreaktion beschleunigenden Katalysatoren als Zusatz zu dem Bindemittel bei der Herstellung von Span- und Faserplatten unter Verwendung eines NCO-Gruppen aufweisenden Bindemittels gleichermaßen gut geeignet sind. Prinzipiell erscheinen jedoch alle bekannten Typen von eine Polyurethanreaktion beschleunigenden Katalysatoren einsetzbar. Unter Berücksichtigung der im folgenden beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens zur Herstellung von Span- oder Faserplatten läßt sich ein besonders gut geeigneter Katalysator problemlos auswählen.

Das Bindemittel kann in einer wäßrigen Suspension und/oder Emulsion auf die Späne oder Fasern aufgetragen werden, wobei der Katalysator in dem Wasser gelöst ist. Ein wasserlöslicher Katalysator hat insbesondere den Vorteil, daß er fein und gleichmäßig in dem Bindemittel verteilbar ist. So reichen geringere Einsatzmengen des in der Regel hochpreisigen Katalysators aus, als wenn der Katalysator wasserunlöslich ist und in dem Wasser dispergiert werden muß. Das Aufbringen des NCO-Gruppen aufweisenden Bindemittels auf die Späne bzw. Fasern in Form einer wäßrigen Suspension bzw. Emulsion ist ein übliches Verfahren bei der Herstellung von Span- und Faserplatten. Ebenso ist die Verwendung von Suspensionen bzw. Emulsionen auf der Basis von Toluol gebräuchlich. Hier wäre der Katalysator dem Bindemittel entsprechend über das Toluol zuzusetzen.

Der Katalysator kann eine Hydroxylgruppe aufweisen. Die Hydroxylgruppe des Katalysators ist u. a. ein Hinweis auf die Wasserlöslichkeit des Katalysators.

Der Katalysator kann beim Verpressen chemisch in die Span- bzw. Faserplatte eingebaut werden. Ein nach dem Heißverpressen fest eingebundener Katalysator ist chemisch inaktiviert. Dies ist von besonderer Bedeutung, da die eine Polyurethanreaktion beschleunigenden Katalysatoren im ungebundenen Zustand fast durchgängig stark irritierende, zum Teil sogar toxische Eigenschaften aufweisen. Diese irritierende oder gar toxische Wirkung kommt jedoch nach dem chemischem Einbau des Katalysators in die Span- bzw. Faserplatte nicht mehr zum Tragen.

Der Katalysator kann ein tertiäres Amin sein. Amine sind die bekannteste Gruppe von eine Polyurethanreaktion beschleunigenden Katalysatoren. Bei der Herstellung von Span- und Faserplatten unter Verwendung eines NCO-Gruppen aufweisenden Bindemittels erweisen sich gerade die tertiären Amine als vorteilhaft. Diese werden beim Heißverpressen der beleimten Späne fest in die entstehenden Bindungen eingebaut und dadurch chemisch inaktiviert, wenn sie eine NCO-reaktive Gruppe aufweisen. Sekundäre und primäre Amine werden durch eine NH/NCO-Reaktion immer in dem NCO-Gruppen aufweisenden Bindemittel gebunden.

Zur Durchführung der Erfindung erscheinen insbesondere die Ether- und aliphatischen Amine geeignet.

Sollten im Einzelfall Probleme mit herkömmlichen, handelsüblichen Katalysatoren für eine Polyurethanreaktion hinsichtlich der offenen Lagerzeit bei der Herstellung von Span- oder Faserplatten unter Verwendung eines NCO-Gruppen aufweisenden Bindemittels auftreten, so können diese durch die Verwendung eines blockierten, durch Wärmezufuhr aktivierbaren Katalysators beseitigt werden. Auch solche Katalysatoren sind für die Beschleunigung einer Polyurethanreaktion dem Fachmann an sich bekannt.

Besonders einfach kann ein blockierter, durch Wärmezufuhr aktivierbarer Katalysator dadurch erreicht werden, daß der Katalysator durch eine Säure maskiert wird. Bei geeigneter Wahl der Säure zerfällt das entstehende Reaktionsprodukt mit dem Katalysator oberhalb der Temperatur, die charakteristisch für die offene Lagerzeit ist, aber im unteren Bereich der beim Heißverpressen der Späne bzw. Fasern erreichten Temperaturen liegt.

Der Katalysator kann in einer Konzentration zwischen 2,0 und 0,001 Gewichts-% bezogen auf das Bindemittel eingesetzt werden. Insbesondere erweisen sich Konzentrationen zwischen 0,5 und 0,005 Gewichts-% bei der Herstellung von Span- und Faserplatten unter Verwendung eines NCO-Gruppen aufweisenden Bindemittels als geeignet. Die niedrigen Anteile, in denen der eine Polyurethanreaktion beschleunigende Katalysator zur Entfachung der gewünschten Wirkung ausreicht, machen deutlich, daß er, obwohl er möglicherweise chemisch in das Reaktionsprodukt eingebaut wird, ein echter Katalysator im klassischen Sinne ist und keinen eigentlichen Reaktionspartner darstellt. Die geringen notwendigen Konzentrationen sind außerdem Voraussetzung dafür, daß die Herstellung von Span- und Faserplatten unter Verwendung des Katalysators wirtschaftliche Vorteile aufweist. Es wäre unsinnig, wenn die erreichbare Preßzeitverkürzung von etwa 30% bzw. die erreichbare Preßtemperaturverringerung von etwa 30 K bzw. die Bindemitteleinsparung durch einen erhöhten finanziellen Einsatz für den Katalysator mehr als vollständig oder auch nur vollständig ausgeglichen würde.

Das Bindemittel kann ein Polyisocyanat, insbesondere polymeres 4,4′-Methylendiisocyanat (PMDI) sein. Das bei der Herstellung von Span- und Faserplatten unter Verwendung eines NCO-Gruppen aufweisenden Bindemittels derzeit gebräuchliche PMDI ist in an sich unveränderter Zusammensetzung für die Herstellung von Span- und Faserplatten unter Verwendung eines eine Polyurethanreaktion beschleunigenden Katalysators geeignet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und beschrieben.

Auf einer herkömmlichen Produktionsanlage zur Herstellung von Spanplatten unter Verwendung eines NCO-Gruppen aufweisenden Bindemittels wurde dem Bindemittel ein handelsüblicher, eine Polyurethanreaktion beschleunigender Katalysator zugesetzt. Das Bindemittel, ein polymeres 4,4′-Methylendiisocyanat (PMDI), lag in wäßriger Emulsion vor. Das Verhältnis der Anteile des Wassers und des PMDI betrug 1:1. Das Bindemittel war ein handelsübliches, unmodifiziertes Polyisocyanat (Desmodur 1520 A, Bayer Leverkusen AG). Der eine Polyurethanreaktion beschleunigende Katalysator war ein wasserlösliches, tertiäres Amin (Texacat-DPA, Texaco-Chemical Deutschland GmbH) und wurde dem Wasseranteil der Bindemittelemulsion in einer Konzentration zugesetzt, die 0,5 Gewichts-% des PMDI-Anteils der Emulsion entsprach. Mit der so angereicherten Bindemittelemulsion wurden Späne in üblicher Weise beleimt. Anschließend wurden nach dem Formen einer Matte aus den Spänen und dem Verpressen der Matte zu einer Spanplatte unter Einwirkung von Wärme die Qualität der resultierenden Spanplatten in Abhängigkeit von der Preßzeit untersucht. Auch bei einer die übliche Preßzeit um ca. 25% unterschreitenden Preßzeit wurden noch keine die Handelsfähigkeit der Spanplatte beeinträchtigenden Qualitätseinbrüche beobachtet. Statt dessen zeigten sich verbesserte mechanische Eigenschaften der beurteilten Spanplatten, die noch deutlich unterhalb der üblichen Preßzeit auftraten. Hinsichtlich der offenen Lagerzeit wurde bis zu 30 Minuten keine signifikante Herabsetzung der Klebewirkung des Bindemittels festgestellt. Hiermit ist der gesamte Bereich der üblichen offenen Lagerzeiten abgedeckt. Insgesamt stellt sich heraus, daß das neue Verfahren zur Herstellung von Span- oder Faserplatten unter Verwendung eines NCO-Gruppen aufweisenden Bindemittels und eines eine Polyurethanreaktion beschleunigenden Katalysators auf herkömmlichen Produktionsanlagen gefahren werden kann und bei gleichbleibender Qualität der Produkte den Ausstoß dieser Produktionsanlagen um bis zu einem Drittel steigert. Der hierfür zu leistende finanzielle Einsatz hinsichtlich des Katalysators ist angesichts der erreichbaren Vorteile vergleichsweise gering.

Claims (10)

1. Verfahren zur Herstellung von Span- oder Faserplatten, wobei lignocellulosehaltige Späne oder Fasern mit einem NCO-Gruppen aufweisenden Bindemittel beleimt, zu einer Matte geformt und unter Einwirkung von Wärme zu der Span- bzw. Faserplatte verpreßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß dem Bindemittel ein eine Polyurethanreaktion beschleunigender Katalysator zugesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel in einer wäßrigen Suspension oder Emulsion auf die Späne oder Fasern aufgebracht wird, wobei der Katalysator in dem Wasser gelöst ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator eine Hydroxylgruppe aufweist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator beim Verpressen chemisch in die Span- bzw. Faserplatte eingebaut wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator ein tertiäres Amin ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator ein Ether- oder ein aliphatisches Amin ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator ein blockierter, durch Wärmezufuhr aktivierbarer Katalysator ist.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator durch eine Säure maskiert wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator in einer Konzentration zwischen 2,0 und 0,001 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,5 und 0,005 Gew.-% bezogen auf das NCO-Gruppen aufweisende Bindemittel eingesetzt wird.

10. Verfahren nach einem der Absprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das NCO-Gruppen aufweisende Bindemittel ein Polyisocyanat, insbesondere polymeres 4,4′-Methylendiisocyanat (PMDI) ist.