DE60224965T2

DE60224965T2 - Verbundholz und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE60224965T2
Application number: DE2002624965
Authority: DE
Inventors: Katuyuki Himeji-shi Hasegawa
Original assignee: Almighty Co Ltd
Current assignee: Almighty Co Ltd
Priority date: 2001-09-28
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2022-09-28
Also published as: DE60224965D1; CN100406218C; EP1297933A1; US20030064238A1; EP1297933B1; ATE385882T1; US6841239B2; KR20030027830A; CN1432457A; US20050116377A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Verbundholz.
In letzter Zeit haben Umweltthemen immer mehr das gesellschaftliche Interesse auf sich gezogen. Insbesondere die Erderwärmung aufgrund von Kohlendioxidemissionen gibt Anlass zur Besorgnis. Die Zerstörung von Wäldern durch das Fällen von Bäumen wird zu einem ernsten Problem. Im Allgemeinen wird ein gefällter Baum getrocknet und abgeholzt. Der abgeholzte Baum wird dann in Abhängigkeit von den verschiedenen Anwendungen in eine Form oder Struktur gebracht. Auf diese Weise wird Bauholz erhalten. In den meisten Fällen wird das Bauholz jedoch letztendlich verbrannt und nicht effizient eingesetzt.
Allgemein erhältliche thermoplastische Harze auf Polyolefinbasis, wie z. B. Polyethylen oder Polypropylen, weisen andererseits lipophile Eigenschaften und im Vergleich mit hydrophilem Holz, Pulpe, Papier, Sägemehl etc. geringere Benetzbarkeit auf. Aus diesem Grund können diese Materialien nicht erfolgreich vermischt werden. Auch wenn diese Materialien kräftig vermischt werden, ist die Bindungskraft zwischen ihnen schwach. Aus diesem Grund ist es schwierig, ein Verbundholz herzustellen.
Verschiedene Verfahren zur Herstellung von Verbundmaterial, wie z. B. Faserplatten, Trägerplatten, Parkettbrettern oder dergleichen, unter Einsatz von Holzmaterial und einem thermoplastischen Harz, wie z. B. Phenolharz, oder einem Epoxyharz wurden vorgeschlagen. Nichtsdestoweniger kommt es bei diesen Verfahren zu einer Kostensteigerung, da ein thermoplastisches Harz eingesetzt wird.
Es wurde ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem Altholz, beim Durchforsten angefallenes Holz oder Holzabfälle zu Sägespänen zerkleinert werden, die Sägespäne und geschmolzener Kunststoffausschuss auf Polyolefinbasis geknetet werden, das geknetete Material extrudiert und geformt wird. Auf diese Weise wird ein Produkt hergestellt und Ressourcen können effizient eingesetzt werden.

Geprüfte Japanische Patentveröffentlichung Nr. S59 (1984)-1304
Ungeprüfte Japanische Patentveröffentlichung Nr. S58 (1983)-217552
Geprüfte Japanische Patentveröffentlichung Nr. S59 (1984)-2455
Ungeprüfte Japanische Patentveröffentlichung Nr. S59 (1984)-217744
Geprüfte Japanische Patentveröffentlichung Nr. H3 (1991)-64553
Ungeprüfte Japanische Patentveröffentlichung Nr. S61 (1986)-155436
Ungeprüfte Japanische Patentveröffentlichung Nr. H10 (1998)-71636

Gemäß dem oben beschriebenen Verfahren unter Einsatz von Sägespänen müssen die Sägespäne getrocknet werden, um einen vorbestimmten Wassergehalt aufzuweisen, z. B. 10% oder weniger Wassergehalt, um die mechanischen Eigenschaften des Verbundholzes zu garantieren. Aus diesem Grund ist das Herstellungsverfahren kompliziert.
Wenn die Menge der Sägespäne erhöht wird, können die Sägespäne nicht erfolgreich mit einem geschmolzenen Harz verknetet werden. Die Sägespänemenge entspricht etwa dem Volumenanteil des synthetischen Harzes.
Wenngleich die Sägespäne für Verbundmaterialien eingesetzt werden, weist das Verbundmaterial eigentlich Eigenschaften auf, die dem eines synthetischen Harzes ähnlich sind. Nageln, Sägen und Kleben unter Einsatz eines wasserlöslichen Klebstoffs ist schwierig. Weiters sind die Anwendungen für Produkte, die für das Verbundmaterial eingesetzt werden können, eingeschränkt.
Aus diesem Grund wäre es nützlich, ein Herstellungsverfahren für Verbundholz mit ausgezeichneten Holzeigenschaften, wie z. B. Bearbeitbarkeit, und ausgezeichneten Eigenschaften eines synthetischen Harzes, wie z. B. Wasserbeständigkeit und einer vorbestimmten mechanischen Festigkeit, bereitzustellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung von Verbundholz in Anspruch 1 offenbart.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Vielzahl an Holzstücken, die jeweils so aufgebaut sind, dass sie weiterhin eine Vielzahl kleiner Hohlräume aufweisen, in stark gepresstem Zustand durch ein Bindemittelharz verbunden.
Da eine Vielzahl an Holzstücken durch das Bindemittelharz umgeben und voneinander isoliert sind, ist der Wärmeisolations-Wirkungsgrad hoch. Auch wenn Wasser in die an der Oberfläche freiliegenden Holzstücke eindringt, bleibt das Wasser in diesen Holzstücken und dringt nicht in andere Holzstücke ein. Dadurch weist das Verbundholz insgesamt eine ausgezeichnete Wasserbeständigkeit auf.
Jede der Oberflächen der Vielzahl an Holzstücken wird durch das Pressen des Bindemittelharzes so verformt, dass kleine Hohlräume an der Oberfläche brechen. Das Bindemittelharz dringt ferner in solche kleinen Hohlräume an der Oberfläche ein. Somit sind die Holzstücke stark an das Bindemittelharz gebunden. Das Holzstück mit hydrophilen Eigenschaften kann beispielsweise stark an das Bindemittelharz mit lipophilen Eigenschaften, wie z. B. ein Harz auf Olefinbasis, gebunden werden, Dementsprechend kommt es, auch wenn die Holzstücke auf der Oberfläche des Verbundholzes frei liegen, nicht leicht zu deren Ablösung. Dadurch kann die Qualität des Produkts, bei dem Verbundholz eingesetzt wird, sicher gestellt werden.
Da außerdem eine Vielzahl an Holzstücken fein verteilt und durch das Bindemittelharz verbunden sind, weist das Verbundholz ähnliche Eigenschaften wie Holz auf. Das Verbundholz kann leicht genagelt und mit einem Hobel gehobelt werden. Da die Eigenschaften des Verbundholzes keine Ausrichtung aufweisen, kann das Verbundholz mit einer Säge in einem beliebigen Abschnitt in einer beliebigen Richtung zersägt werden. Da die Holzstücke ferner an der Oberfläche des Verbundholzes frei liegen, kann das Kleben mit einem wasserlöslichen Klebstoff unter Einsatz solcher Holzstücke durchgeführt werden.
Die Menge der Holzstücke kann frei festgelegt werden. Wenn ein Teil der Holzstücke groß ist und die Holzstücke durch das Bindemittelharz verbunden werden, während sie dispergiert sind, weist das Verbundholz eine hohe mechanische Festigkeit, wie z. B. Zugfestigkeit und Biegefestigkeit, auf. In der Folge weist das Verbundholz zusätzlich zu der zuvor angeführten Wärmeisolationseigenschaft und Wasserbeständigkeit, die holzähnliche Eigenschaften darstellen, Eigenschaften, die synthetischem Harz ähnlich sind, und eine hohe mechanische Festigkeit auf. In der Folge kann das Verbundholz für beliebige Anwendungen eingesetzt werden, einschließlich als Baumaterial, wie z. B. für Schalungen, als Kernwerkstoff für Möbel, wie z. B. für Latten und Wände, als Transportmaterial, wie z. B. für Paletten, und als Produkt für Freiluftanwendungen, wie z. B. für Bänke.
Wenn natürliches Holz beispielsweise als Transportmaterial, wie z. B. als Palette, eingesetzt wird, ist eine Fumigations- oder Wärmebehandlung erforderlich, um schädliche Insekten, wie z. B. den Kiefernborkenkäfer, zu vernichten, um Forstschäden im Zielland zu verhindern. In der Folge kommt es zu einer Kostensteigerung. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist keine Fumigations- oder Wärmebehandlung zur Vernichtung schädlicher Insekten erforderlich, da das Verbundmaterial durch die Dispersion einer Vielzahl an Holzstücken in einem synthetischen Harz bereit gestellt wird. Auch wenn das Transportmaterial, wie z. B. eine Palette, unter Einsatz des Verbundholzes hergestellt wird, kommt es nicht zu einer Kostensteigerung aufgrund der Vernichtung schädlicher Insekten.
Jedes der Holzstücke ist von einem Bindemittelharz umgeben und die Holzstücke sind voneinander isoliert. Auch wenn schädliche Insekten, wie der Kiefernborkenkäfer, während der Verwendung an Holzstücken an der Oberfläche des Verbundholzes vorhanden sind, können schädliche Insekten nicht in das Verbundholz eindringen.
Wenn das Holzstück durch eine Zerkleinerungsmaschine zerkleinert wird, werden an den Endabschnitten in Faserrichtung des Holzstücks fein gespaltene Abschnitte ausgebildet. Eine Vielzahl fein gespaltener Abschnitte wird in einer Richtung ver formt, so dass sie nahe beieinander liegen, so dass die Vielzahl an Holzstücke und das Bindemittelharz noch stärker verbunden sind.
Bei den Holzstücken handelt es sich um Holzstücke, die eine dreidimensionale Form aufweisen, in der Vielzahl an kleinen Hohlräumen in drei orthogonalen Richtungen vorhanden sind. Gemäß der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei den Holzstücken um Holzstücke, die, gemessen mit einem Kammzahn einer Zerkleinerungs- oder Mahlmaschine, 2 mm groß oder größer sind. Bei Sägespänen handelt es sich um Sägespäne, die, gemessen mit einem Kammzahn einer Zerkleinerungs- oder Mahlmaschine, eine Größe von 2 mm oder weniger aufweisen. Bei einem scheibenförmigen dünnen Holzstück handelt es sich um ein scheibenförmiges Stück, das eine flache Form aufweist, wobei eine Vielzahl kleiner Hohlräume im Wesentlichen in zwei Richtungen von drei orthogonalen Richtungen vorhanden sind.
Das Holzstück unterscheidet sich von Sägespänen insofern, als dass in Sägespänen im Wesentlichen keine kleinen Hohlräume vorhanden sind, und die scheibenförmigen dünnen Holzstücke insofern, als dass in einer von drei orthogonalen Richtungen keine kleinen Hohlräume vorhanden sind, während das Holzstück eine dreidimensionale Form aufweist, in der eine Vielzahl kleiner Hohlräume in Wesentlichen in allen drei orthogonalen Richtungen vorhanden sind. Ein kleiner Hohlraum in einem Holzstück entspricht im Wesentlichen einem Zellhohlraum. Bei dem kleinen Hohlraum kann es sich um einen Leitungshohlraum oder einen Kapillarhohlraum handeln. Holzstücke unterschieden sich also in dieser Hinsicht von Sägespänen und scheibenförmigen dünnen Holzstücken.
Wenn Holzausschuss zerkleinert wird, entstehen gewöhnlicherweise Holzstücke und Sägespäne in verschiedenen Größen. Dementsprechend kann die Vielzahl an Holzstücken eine einzigartige Größe aufweisen. Dennoch wird vorzugsweise eine Vielzahl an Holzstücken mit verschiedenen Größen eingesetzt, um einen Selektionsschritt auslassen zu können.
Wie oben beschrieben kann eine hohe Bindungsfestigkeit des Bindemittelharzes und des Holzstücks sichergestellt werden. Somit kann die Holzstückmenge in Bezug auf die Bindemittelharzmenge frei festgelegt werden. In der Praxis ist die Holzstückmenge in Bezug auf das Volumenverhältnis vorzugsweise 1- bis 5-mal höher als die Bindemittelharzmenge.
Bei dem Bindemittelharz kann es sich um ein beliebiges Harz handeln, beispielsweise können weitgehend vorhandenes Polypropylen, Polyethylen, Polyvinylchlorid und andere thermoplastische Harze eingesetzt werden.
Die Holzstücke können aus neuem Holz erhalten werden. In Hinblick auf die effiziente Nutzung der Holzressourcen werden jedoch vorzugsweise Holzstücke eingesetzt, die aus Holzausschüssen hergestellt werden.
Für das thermoplastische Harz kann neues Harz eingesetzt werden. In Hinblick auf die effiziente Nutzung von Ressourcen wird jedoch vorzugsweise ein Harz aus Kunststoffausschüssen eingesetzt.
Das Verbundholz der vorliegenden Erfindung, das für eine Anwendung eingesetzt wurde, kann wie in herkömmlichen Fällen entsorgt werden. Da ein thermoplastisches Harz verwendet wird, erweicht und schmilzt dieses, wenn ein gebrauchtes Verbundholz erhitzt wird, und das Verbundholz gelangt in einen ersten Zustand, in dem Holzstücke und das thermoplastische Harz verknetet werden. Das Verbundholz der vorliegenden Erfindung weist demnach ausgezeichnete Recycling-Eigenschaften auf, da es nach seinem Einsatz als Material erneut verwendet werden kann.
Zerkleinerte Stücke von gebrauchtem Verbundholz oder ein Teil davon können vollständig oder teilweise zur Herstellung von einer Vielzahl an Holzstücken und einem thermoplastischen Harz eingesetzt werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird bei einem Herstellungsverfahren für Verbundholz eine Vielzahl von Holzstücken eingesetzt, wobei jedes davon eine dreidimensio nale Form aufweist, in der ein Vielzahl an kleinen Hohlräumen in drei orthogonalen Richtungen vorhanden sind, und die Holzstücke dispergiert und durch ein Bindemittelharz verbunden werden, während sie in zumindest einer Richtung der drei orthogonalen Richtungen stark gepresst werden, wobei jedes der Vielzahl an Holzstücken von dem Bindemittelharz umgeben ist, wobei kleine Hohlräume an einer Oberfläche der gesamten dreidimensionalen Struktur oder eines Großteils der dreidimensionalen Struktur jedes der Vielzahl an Holzstücken vorhanden sind, wobei die Holzstücke so verformt werden, dass die kleinen Hohlräume brechen und das Bindemittelharz in die kleinen Hohlräume auf der Oberfläche jedes der Vielzahl an Holzstücken eindringt, so dass die Vielzahl an Holzstücken und das Bindemittelharz verbunden werden, wobei das Herstellungsverfahren folgende Schritte umfasst: Erhitzen der Holzstücke, so dass der Wassergehalt der Holzstücke verdampft wird, Schmelzen des Bindemittelharzes und Verkneten des geschmolzenen Bindemittelharzes mit der Vielzahl an Holzstücken, und starkes Pressen eines Knetmaterials aus den Holzstücken und dem Bindemittelharz in drei orthogonalen Richtungen oder einer Richtung, Abkühlen des Knetmaterials, während der stark gepresste Zustand beibehalten wird, oder Wiederholung des starken Pressens und Abkühlen, so dass es zu einer Härtung des Bindemittelharzes kommt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden eine Vielzahl an Holzstücken, die jeweils eine dreidimensionale Form mit einer Vielzahl an kleinen Hohlräumen aufweisen, mit einem Bindemittelharz verknetet. Dann wird ein resultierendes Knetmaterial stark in drei Richtungen, zwei Richtungen oder einer Richtung gepresst und in diesem Zustand abgekühlt. Somit wird das Bindemittelharz gehärtet.
Jedes der Vielzahl an Holzstücken ist von einem Bindemittelharz so umgeben, dass kleine Hohlräume an der Oberfläche so verformt werden, dass sie brechen. Das Bindemittelharz dringt in die kleinen Hohlräume an der Oberfläche jedes Holzstücks ein. Somit wird eine Vielzahl an Holzstücken stark an das Bindemittelharz gebunden. In der Folge kann ein Verbundholz hergestellt werden, das wärmeisolierende Eigenschaften, Wasserbeständigkeit, holzähnliche Eigenschaften, Eigenschaften, die ei fern synthetischen Harz ähnlich sind, hohe mechanische Festigkeit, einschließlich hohe Zugfestigkeit und Biegefestigkeit, aufweist.
Das starke Pressen des Knetmaterials aus Holzstücken und Bindemittelharz in drei Richtungen bedeutet, dass das Knetmaterial in eine Form gefüllt wird, dessen eine Oberfläche offen ist, und die Form unter Einsatz einer Pressplatte aus einer Richtung der offenen Oberfläche gepresst wird. Starkes Pressen unterscheidet sich insofern vom gewöhnlichen Strangpressformen, als dass ein Druck ausgeübt wird, der der Schließkraft entspricht oder größer als diese ist.
Das starke Pressen von Knetmaterial in einer Richtung bedeutet, dass das Knetmaterial in Plattenform aus einer Knetmaschine extrudiert wird (das Knetmaterial kann von der Knetmaschine zu einem Extruder transportiert und dann extrudiert werden) und das plattenförmige Knetmaterial durch Walzen stark gepresst wird. Starkes Pressen in zwei Richtungen bedeutet, dass das Pressen durch eine Längs- und eine Querwalze erfolgt (anstelle der Längswalze können Pressstempelteile (an gegenüberliegenden Seiten der Querwalze bereit gestellt werden, und das Knetmaterial kann durch die Presstempelteile, die an gegenüberliegenden Seiten der Querwalze bereitgestellt sind, mit starkem Druck gepresst werden, um einen starken Druck in Querrichtung zu erzielen).
Wenn das Knetmaterial in drei Richtungen gepresst wird, wird ein Formstempel oder eine Pressplatte mit Wasser gekühlt und das Knetmaterial wird in stark gepresstem Zustand ebenfalls gekühlt. Wenn das Knetmaterial in zwei Richtungen oder in einer Richtung gepresst wird, kann das Verfahren, das beim Pressen in drei Richtungen zum Einsatz kommt, jedoch nicht verwendet werden. Verschiedene Verfahren für das Pressen in zwei Richtungen oder in einer Richtung wurden untersucht, und die Versuche wurden wiederholt. In der Folge wurde festgestellt, dass unter Einsatz eines Verfahrens, bei dem starkes Pressen und Abkühlen wiederholt werden, dieselben Ergebnisse erzielt werden können.
Der Wassergehalt von Holzstücken kann unter Einsatz anderer Wärmequellen vor dem Verkneten mit einem geschmolzenen Bindemittel verdampft werden. Alternativ dazu können die Holzstücke durch Wärme aus dem Bindemittelharz erwärmt werden, wenn das geschmolzene Harz und die Vielzahl an Holzstücken verknetet werden, um den Wassergehalt der Holzstücke zu verdampfen. In der Folge ist kein eigener Schritt zum Trocknen der Holzstücke erforderlich und das Herstellungsverfahren kann vereinfacht werden.
Wenn bereits gebrauchtes Verbundholz wiederverwendet wird, wird wiederverwertetes Verbundholz so in Stücke zerkleinert, dass die dreidimensionale Gestalt jedes der Stücke erhalten bleibt, wobei es sich beispielsweise um Stücke handelt, die jeweils eine Seitenlänge von 25 bis 35 mm aufweisen. Dann werden die Stücke unter Einsatz einer geeigneten Wärmequelle so erhitzt, dass das thermoplastische Harz geschmolzen wird. Bei Bedarf wird ein thermoplastisches Harz zugesetzt und das resultierende Material kann als Knetmaterial aus Holzstücken und thermoplastischem Harz oder als Teil desselben eingesetzt werden.
Wenn ein bereits gebrauchtes Verbundholz wiederverwertet wird, muss ein angemessenes Verhältnis von Holzstücken zu thermoplastischem Harz aufrecht erhalten werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine Palette aus Verbundholz zeigt, das durch eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
2 zeigt eine teilweise Querschnittsansicht des Verbundholzes.
3A bis 3F sind Mikrofotografien des Verbundholzes.
4 ist eine Referenz-Ansicht, die eine Mikrofotografie von Sägespänen zeigt.
5 ist eine schematische Ansicht, die ein Herstellungsverfahren der ersten Ausführungsform schematisch darstellt.
6 ist eine Verfahrenszeichnung, die ein Herstellungsverfahren der ersten Ausführungsform zeigt.
7 ist eine schematische Ansicht, die ein Herstellungsverfahren der zweiten Ausführungsform schematisch darstellt.
8 ist eine schematische Ansicht, die ein Herstellungsverfahren der dritten Ausführungsform schematisch darstellt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung detailliert basierend auf in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen beschrieben. 1 bis 6 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform von Verbundholz in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung. Die bevorzugte Ausführungsform zeigt ein Beispiel für die Anwendung der vorliegenden Erfindung für eine Transportpalette. Bezugnehmend auf die Zeichnungen wird eine Palette 10 so hergestellt, dass zahlreiche Bretter 12 quer zwischen zwei quadratischen Balken 11 angeordnet werden, so dass die Balken 11 zwischen diesen eingeklemmt sind und sie mit Nägeln an diesen befestigt werden.
Ein Verbundholz dieser Ausführungsform wird als Material für die quadratischen Balken 11 und das Brett 12 eingesetzt. Wie in 2 dargestellt wird das Verbundholz so hergestellt, dass eine große Anzahl an Holzstücken 20 im Wesentlichen vollständig in einem Bindemittelharz 21 dispergiert und durch dieses verbunden werden, während sie in drei vertikalen Richtungen stark komprimiert werden.
Die Holzstücke 20 bestehen aus Ausschussholz oder aus beim Durchforsten angefallenem Holz. Die Holzstücke 20 weisen, gemessen mit einem Kammzahn einer Zerkleinerungsmaschine, Abmessungen von 2 mm oder mehr auf, d. h. solche Ab messungen, dass sie eine dreidimensionale Form aufweisen, so dass eine Vielzahl an kleinen Hohlräumen in drei vertikalen Richtungen vorhanden sind. Die Holzstücke können 2 mm groß oder größer sein und können in Abhängigkeit von dem Material für die Holzstücke, dem Zerkleinerungsverfahren oder der Anwendung des Verbundholzes angemessen ausgewählt werden. Alternativ dazu können statt dessen scheibenförmige dünne Holzstücke dispergiert werden.
Ein thermoplastisches Harz aus Kunststoffausschussmaterial (oder neuem Kunststoff), wie z. B. Polypropylen, Polyethylen oder Polyvinylchlorid, wird für das Bindemittelharz 21 eingesetzt. Eine Vielzahl an Harztypen mit nahe beieinander liegenden Schmelzpunkten können vermischt werden. In Anbetracht der Zersetzung der Harze aufgrund des Unterschieds in Bezug auf den Schmelzpunkt und abweichender Eigenschaften wird jedoch vorzugsweise ein einziges thermoplastisches Harz eingesetzt.
Die Menge der Holzstücke 20 ist in Bezug auf den Volumsanteil 1- bis 5-mal, z. B. 4,5-mal, höher als die des Bindemittelharzes 21. Die Menge der Holzstücke 20 wird in Abhängigkeit von den Anwendungen des Verbundholzes angemessen ausgewählt. Die Menge kann in Abhängigkeit von dem jeweiligen Fall geringer oder 5-mal höher als die Menge des Bindemittelharzes sein. Wenn hauptsächlich die Eigenschaften des Bindemittelharzes genutzt werden, entspricht die Menge der Holzstücke 20 beispielsweise jener des Bindemittelharzes 21 oder ist geringer als diese. Wenn hauptsächlich die Eigenschaften der Holzstücke genutzt werden, ist die Menge der Holzstücke 20 doppelt so hoch wie die des Bindemittelharzes 21 oder noch höher. Die Menge der Holzstücke 20 kann in Abhängigkeit von den Anwendungen angemessen ausgewählt werden.
Wie in den 3A und 3B dargestellt, ist jedes der Vielzahl an Holzstücken 20, die in dem Bindemittelharz 21 eingebettet sind, an seiner Oberfläche von dem Bindemittelharz 21 umgeben, wobei kleine Hohlräume an der Oberfläche in eine Richtung verformt werden, sodass sie brechen. Das Bindemittelharz dringt ferner in die kleinen Hohlräume an der Oberfläche ein. Das eingetretene Bindemittelharz wirkt als Anker, so dass die Holzstücke 20 stark an das Bindemittelharz 21 gebunden werden.
Der Großteil der Oberfläche (Harz-Seitenabschnitt) jedes der Vielzahl an Holzstücken 20, die an einer Oberfläche des Bindemittelharzes 21 frei liegen, ist wie in 3C, 3D und 3E dargestellt, von dem Bindemittelharz 21 umgeben, wobei die kleinen Hohlräume an der Oberfläche in eine Richtung deformiert werden, sodass sie brechen. Das Bindemittelharz tritt ferner in die kleinen Hohlräume an der Oberfläche (Harzseite) jedes der Vielzahl an Holzstücken 20 ein, sodass die Holzstücke 20 stark an das Bindemittelharz 21 gebunden werden. Kleine Hohlräume werden andererseits an der Oberfläche der Holzstücke 20 auf der dem Harz gegenüberliegenden Seite freigelegt, wodurch ein wasserlösliches Haftmittel leicht in die kleinen Hohlräume eindringen kann.
Wenn fein gespaltene Abschnitte an den Endabschnitten in Faserrichtung der Holzstücke 20 ausgebildet werden, wie in 3F dargestellt, dringt das Bindemittelharz zwischen der Vielzahl an gespaltenen Abschnitten ein und die Vielzahl an fein gespaltenen Abschnitte werden in einer Richtung deformiert, sodass sie nahe beieinander liegen. Dadurch werden die Holzstücke 20 noch stärker an das Bindemittelharz 21 gebunden.
4 zeigt eine dreidimensionale Struktur von Sägespänen zu Referenzzwecken.
Nun wird ein Herstellungsverfahren unter Bezugnahme auf 5 und 6 beschrieben. Um ein Verbundholz gemäß dieser Ausführungsform herzustellen, wird Holzausschuss oder beim Durchforsten angefallenes Holz in Schnitzel in einer Größe von 2 mm oder mehr, gemessen mit einem Kammzahn einer Zerkleinerungsmaschine, zerkleinert. Ein Bindemittelharz aus Kunststoffausschussmaterial, z. B. Polypropylen, Polyethylen oder Polyvinylchlorid, wird unter Einsatz einer Zerkleinerungsmaschine in Schnitzel mit geeigneter Größe zerkleinert. Es kann ein einziges Bindemittelharz eingesetzt werden, oder verschiedene Bindemittelharztypen können vermischt werden.
Eine Heizvorrichtung der Knetmaschine 30 wird in Betrieb genommen, und das Innere der Knetmaschine 30 wird auf die Schmelztemperatur des Bindemittelharzes, z. B. im Bereich von 100°C bis 300°C, erhitzt. Dann werden die zerkleinerten Schnitzel des Bindemittelharzes in die Knetmaschine 30 eingebracht und unter Rühren geschmolzen. Die Bindemittelharzschnitzel können alle auf einmal oder auf mehrere Male verteilt zugesetzt werden (Schritt S10 in 6).
Wenn während des Schmelzens des Bindemittelharzes aufgrund des Rührens des geschmolzenen Harzes durch die Rotation von Rührschaufeln Wärme erzeugt wird, kann die Heiztemperatur des Heizelements niedriger sein als die Schmelztemperatur des Bindemittelharzes.
Wenn das Bindemittelharz 21 vollständig geschmolzen ist, werden die vorbereiteten Holzstücke auf einmal oder auf mehrere Male verteilt in die Knetmaschine 30 eingebracht. Dann wird das Gemisch so geknetet, dass das geschmolzene Bindemittelharz 21 die Oberfläche der Holzstücke 20 zuverlässig beschichtet (Schritt S11 in 6).
Wenn eine große Menge Holzstücke 20 auf einmal in die Knetmaschine eingebracht wird, kann es zu einer Senkung der Temperatur des geschmolzenen Harzes kommen. Aus diesem Grund werden die Holzstücke 20 vorzugsweise vorher unter Einsatz einer Heizvorrichtung oder dergleichen auf eine angemessene Temperatur erhitzt.
Wenn das Bindemittelharz über einen langen Zeitraum hinweg in einem geschmolzenen Zustand erhitzt wird, kann es zu einer Beeinträchtigung der ursprünglichen Eigenschaften des Harzes kommen. Das Bindemittelharz wird aus diesem Grund vorzugsweise vollständig geschmolzen und dann nur kurz geknetet. Gemäß den Versuchen der Erfinder der vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, dass die Zeit, die für das Schmelzen und Kneten erforderlich ist, vorzugsweise im Bereich von 5 bis 30 min liegt.
Zum Zeitpunkt des Knetens werden die Holzstücke 20 durch die durch das geschmolzene Harz erzeugte Wärme auf 100°C bis 300°C erhitzt, der in den Holzstü cken 20 enthaltene Wassergehalt wird verdampft und aus einer Öffnung der Knetmaschine 30 diffundieren gelassen. Somit wird der Wassergehalt der Holzstücke 20 deutlich gesenkt. Wenn die Knetmaschine 30 vom abgedichteten Typ ist, muss sie für eine bestimmte Zeit geöffnet werden, um den Dampf diffundieren zulassen.
Da die Holzstücke 20 durch die Wärme des geschmolzenen Harzes erhitzt werden, können schädliche Insekten und ihre in den Holzstücken 20 vorhandenen Eier vollständig abgetötet werden.
Wenn die Holzstücke 20 und das geschmolzene Bindemittelharz 21 sorgfältig geknetet werden, wird ein Formunterteil 31 unter der Knetmaschine angeordnet und das geknetete Material in der Knetmaschine 20 wird in das Formunterteil 31 gefüllt (Schritt S12 in 6).
Das Formunterteil 31 wird auf Führungsschienen 35 zu einer Pressmaschine 32 befördert. Das geknetete Material in dem Formunterteil 31 wird von oben durch einen Oberkasten 34, der an der Pressmaschine 32 angeordnet ist, mit einem Druck der größer ist als der Druck zum Zeitpunkt des Einschließens des Harzes in einer herkömmlichen Form stark gepresst, in gepresstem Zustand abgekühlt und gehärtet (Schritt S13 in 6). Bei der Durchführung des Abkühlens werden das Formunterteil 31 und der Oberkasten 34 mit einem Wasserkühlungsmantel ausgestattet. Dann wird das geknetete Material vorzugsweise mit Wasser in stark gepresstem Zustand gekühlt.
Die Pressmaschine 32 ist so aufgebaut, dass der Oberkasten 34 durch eine Vielzahl an hydraulischen Zylindern oder Luftzylindern nach unten bewegt wird, wobei jeder Zylinder einen Oberflächendruck von 19,6 × 10^–5 Pa (20 kp/cm²) ausübt. Der Oberflächendruck kann in Abhängigkeit von der Anwendung oder den Materialien des Verbundholzes angemessen auf etwa 58,8 × 10^–5 (60 kp/cm²) eingestellt werden. Es kann, wenn gewünscht, auch ein Oberflächendruck von mehr als 58,8 × 10^–5 Pa (60 kp/cm²) ausgeübt werden.
Wenn eine vorbestimmte Zeit vergangen ist und das geknetete Material ausreichend gehärtet ist, wird der Oberkasten 34 nach oben bewegt, das Formunterteil 31 in eine Ablösemaschine 34 transportiert und ein block- oder brettförmiges Verbundholz 40 mit vorbestimmten Abmessungen wird unter Einsatz von Vakuumansaugen aus dem Formunterteil 31 entnommen (Schritt S114 in 6). Das Formunterteil 31 wird dann zu der Knetmaschine 30 zurück bewegt.
Das entnommene block- oder brettförmige Verbundholz 40 wird mit einer Säge zu einem Brett mit einer vorbestimmten Dicke oder einem quadratischen Balken mit vorbestimmten Abmessungen zugeschnitten. Durch das Zusammennageln dieser Bretter und quadratischen Balken kann die in 1 dargestellt Palette 10 aus Verbundholz hergestellt werden.
Wenn eine gebrauchte Palette 10 oder andere Produkte aus Verbundholz wiederverwertet und wiederverwendet werden, wird die wiederverwertete Palette 10 unter Einsatz einer Zerkleinerungsmaschine oder Mahlmaschine in Schnitzel in einer Größe von 30 mm, gemessen mit einem Kammzahn, zerkleinert. Die zerkleinerten Schnitzel werden in die Knetmaschine 30 geladen, Holzstücke und ein Bindemittelharz werden bei Bedarf auch in diese eingefüllt, und das Bindemittelharz wird durch ein Heizelement der Knetmaschine 30 geschmolzen. In der Folge wird ein Knetmaterial aus Holzstücken und Bindemittelharz erhalten. Dann kann, wie oben beschrieben, neues block- oder brettförmiges Verbundholz hergestellt werden.
Bei Verbundholz gemäß dieser Ausführungsform ist der Wärmeisolations-Wirkungsgrad aufgrund der hohen Anzahl an Holzstücken 20, die von dem Bindemittelharz 21 umgeben und voneinander isoliert sind, hoch. Auch wenn Wasser in die an der Oberfläche des Verbundholzes freiliegenden Holzstücke 20 eindringt, bleibt das Wasser in diesen Holzstücken 20 und dringt nicht in die inneren Holzstücke 20 ein. Dadurch weist das Verbundholz insgesamt eine hohe Wasserbeständigkeit auf.
Gemäß dem Wasserabsorptionstest für Wasser mit normaler Temperatur und kochendem Wasser, der von den Erfindern der vorliegenden Erfindung durchgeführt wurde, beträgt die mittlere Wasserabsorption in Bezug auf Wasser mit normaler Temperatur bei natürlichem Holz 1,5 bis 2,7%. Die mittlere Wasserabsorption von Wasser mit normaler Temperatur bei dem Verbundholz der vorliegenden Ausführungsform beträgt hingegen 0,6% oder weniger. Die mittlere Wasserabsorption von kochendem Wasser bei Verbundholz der vorliegenden Ausführungsform beträgt 2,3% oder weniger. Im Vergleich mit natürlichem Holz absorbiert das Verbundholz der vorliegenden Ausführungsform kaum Wasser, wodurch es nicht zu einer Veränderung der Dimensionen aufgrund von Wasserabsorption kommt.
Gemäß der Erforschung der Eigenschaften von Holz durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung wurden folgende Punkte bestätigt. Nägel können leicht in das Verbundholz eingeschlagen werden, und das Verbundholz kann mit einem Hobel gehobelt werden. Teile des Verbundholzes können durch eine Säge in beliebiger Richtung abgeschnitten werden. Das Verbundholz kann weiters mit einem wasserlöslichen Haftmittel geklebt werden.
Gemäß der Untersuchung der mechanischen Festigkeit des Verbundholzes durch die Erfinder der vorliegenden Erfindung wurde bestätigt, dass Verbundholz eine höhere mechanische Festigkeit, wie z. B. eine höhere Zugfestigkeit und eine höhere Biegefestigkeit, aufweist als Holz.
7 zeigt eine zweite Ausführungsform. Bezugnehmend auf 7 werden die Teile, die auch in 5 vorhanden sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Gemäß einer zweiten Ausführungsform wird eine biaxiale Heiz- und Extrusionsmaschine 50 bereit gestellt (es kann auch eine einachsige Press- und Extrusionsmaschine eingesetzt werden). Wenn die Bindemittelharzschnitzel in eine Öffnung der biaxialen Heiz- und Extrusionsmaschine 50 gefüllt werden, werden die Bindemittelharzschnitzel durch ein eingebautes Heizelement erhitzt und durch zwei Schrauben unter Kneten vorwärtsbewegt. Aus diesem Grund wird die Temperatur des Bindemittelharzes weiter gesteigert. In der Folge tritt aus einem Auslass vollständig geschmolzenes Bindemittelharz aus.
Wenn ein Verbundholz unter Einsatz eines Systems dieser Ausführungsform hergestellt wird, werden die Holzstücke auf einmal oder auf mehrere Male verteilt in die Knetmaschine 30 gefüllt. Die Holzstücke werden durch ein Heizelement der Knetmaschine 30 so erhitzt, dass der Wassergehalt der Holzstücke vollständig verdampft wird. Andererseits werden Bindemittelharzschnitzel in die biaxiale Heiz- und Extrusionsmaschine 50 gefüllt, und das Bindemittelharz wird ausreichend geschmolzen. Dann wird das geschmolzene Bindemittelharz in die Knetmaschine 30 gefüllt und geknetet, um die Oberflächen der Holzstücke und der Sägespäne zuverlässig zu beschichten. Wie in der ersten Ausführungsform wird danach das geknetete Material in ein Formunterteil 31 gefüllt, von oben durch den Oberkasten 34, der an der Pressmaschine 32 angebracht ist, stark gepresst und anschließend abgekühlt. Wenn das Knetmaterial ausgehärtet ist, wird es aus dem Formunterteil entnommen.
8 zeigt eine dritte Ausführungsform. Bezugnehmend auf 8 werden die Teile, die auch in 5 vorhanden sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Eine biaxiale Heiz- und Extrusionsmaschine 60 wird vor der Knetmaschine 30 bereit gestellt (es kann auch eine uniaxiale Press- und Extrusionsmaschine eingesetzt werden). Eine Düse 70 wird an der Extrusionsöffnung der biaxialen Heiz- und Extrusionsmaschine 60 angebracht. Eine Vielzahl von Aufnahmeplatten 71 werden vor der Düse 70 entlang einer Längsrichtung bereit gestellt. Eine Vielzahl von Querwalzenpaaren 80 werden zwischen benachbart liegenden Aufnahmeplatten 71 bereit gestellt. Eine Schneidevorrichtung 90 wird vor der letzten Querwalze 80 bereit gestellt.
Wenn Verbundholz unter Einsatz eines Systems dieser Ausführungsform hergestellt wird, werden Bindemittelharzschnitzel in die Knetmaschine 30 gefüllt und geschmolzen. Dann werden Holzstücke auf einmal oder auf mehrere Male verteilt eingefüllt, sodass das Bindemittelharz und die Holzstücke verknetet werden. Zu diesem Zeitpunkt werden die Holzstücke durch die Wärme des geschmolzenen Bindemittelharzes erhitzt, sodass der Wasserhalt der Holzstücke vollständig verdampft wird.
Nachdem das Knetmaterial sorgfältig geknetet wurde, wird das resultierende Knetmaterial aus der Knetmaschine 30 in eine Öffnung der biaxialen Heiz- und Extrusionsmaschine 60 gefüllt. Das Knetmaterial wird dann unter Kneten durch die biaxiale Heiz- und Extrusionsmaschine 60 weiterbefördert und aus der Düse 70 in einer Plattenform extrudiert. Das Knetmaterial wird durch seine Umgebung in der biaxialen Heiz- und Extrusionsmaschine 60 und die Düse 70 unter großen Druck gesetzt. Kleine Hohlräume einiger der Vielzahl an Holzstücken an der Oberfläche werden so deformiert, dass sie brechen, so dass das Bindemittelharz in die kleinen Hohlräume eindringt.
Wenn das Knetmaterial aus der Düse 70 in Plattenform extrudiert wird, wird es auf die Aufnahmeplatten 71 befördert. Zu diesem Zeitpunkt wird kühlende Luft sukzessive auf das Knetmaterial geblasen, so dass die Temperatur des Knetmaterials schrittweise gesenkt wird. Das auf die Aufnahmeplatten 71 beförderte plattenförmige Knetmaterial wird wiederholt stark durch zahlreiche Querwalzen 80 in vertikaler Richtung gepresst. Dadurch werden die kleinen Hohlräume der Holzstücke auf der Oberfläche so deformiert, dass sie brechen und das Bindemittelharz in die kleinen Hohlräume eindringt. Der Druck der Querwalzen 80 wird so eingestellt, dass er dem Druck in der ersten Ausführungsform entspricht.
Wenn das plattenförmige Knetmaterial die letzte Querwalze 80 passiert, wird die Temperatur des Knetmaterials durch das Einwirken von kühlender Luft auf eine vorbestimmte Temperatur gesenkt. Auf diese Weise wird das Knetmaterial vollständig gehärtet und schließlich durch die Schneidvorrichtung 90 zerschnitten, um eine vorbestimmte Länge aufzuweisen. In der Folge kann ein plattenförmiges Verbundholz erhalten werden. Die letzte Querwalze 80 kann ein Heizelement umfassen, um die Oberfläche des plattenförmigen Verbundholzes glätten zu können.
Wenn das Verbundholz der vorliegenden Ausführungsform aus der Düse 80 extrudiert und dann, während es in vertikaler Richtung gepresst wird, weiterbefördert wird, werden eine Vielzahl an Holzstücken durch das Bindemittelharz verbunden, während sie in der Förderrichtung angeordnet werden. Dementsprechend wird bestätigt, dass das Verbundholz eine hohe Biegebeständigkeit in Förderrichtung aufweist.
Die Anwendung des Verbundholzes ist nicht auf Paletten beschränkt. Das Verbundholz kann auch für andere Produkte, wie z. B. Baumaterialien, wie z. B. Sperrholz, Baumaterialien, wie z. B. einen Mast, beständige Konsumgüter, wie z. B. als Kernwerkstoff für Möbel und Bänke, eingesetzt werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Verbundholz, Folgendes umfassend (a) Bereitstellung einer Vielzahl an Holzstücken, die, gemessen mit einem Kammzahn einer Zerkleinerungsmaschine, jeweils Abmessungen von 2 mm oder mehr aufweisen, wobei jedes Stück in jeder von 3 orthogonalen Richtungen eine Vielzahl an Hohlräumen aufweist; (b) Erhitzen der Holzstücke, sodass der Wassergehalt der Holzstücke verdampft; (c) Schmelzen eines Bindemittelharzes und Kneten des geschmolzenen Bindemittelharzes und der Vielzahl an Holzstücken; und (d) ausreichend starkes Pressen eines Knetmaterials aus den Holzstücken und dem Bindemittelharz, sodass die an die Oberfläche jedes der Vielzahl an Holzstücken angrenzenden Hohlräume deformiert werden, sodass sie brechen und das Bindemittelharz an der Oberfläche jedes der Vielzahl an Holzstücken in die gebrochenen Hohlräume eintritt; und (e) Abkühlen des Knetmaterials während der starke Presszustand beibehalten wird oder Wiederholung des starken Pressvorgangs und Abkühlen auf eine Weise, dass das Bindemittelharz gehärtet wird; wodurch ein Verbundholz hergestellt wird, in welchem jedes der Holzteilchen von Harz umgeben ist und die Teilchen dadurch miteinander verbunden werden.
Verfahren zur Herstellung von Verbundholz nach Anspruch 1, worin die Schritte (b) und (c) so kombiniert werden, dass, wenn das geschmolzene Bindemittelharz und die Vielzahl an Holzstücken geknetet werden, die Holzstücke durch Wärme aus dem Bindemittelharz erwärmt werden, um den Wassergehalt der Holzstücke zu verdampfen.
Verfahren zur Herstellung von Verbundholz nach Anspruch 1 oder 2, worin das Verbundholz wiederverwertet wird, indem es zu Schnitzeln zerkleinert wird, um diese als Materialien für die Vielzahl an Holzstücken und das thermoplastische Harz wiederzuverwenden.