DE60226016T2

DE60226016T2 - Harzimprägniertes substrat, herstellungsverfahren und zugehöriges system

Info

Publication number: DE60226016T2
Application number: DE2002626016
Authority: DE
Inventors: John The Woodlands COLVIN; Charles The Woodlands VIGNAL; Philippe Edouard Corpus Christi TISSOT; Larry Raymond Conroe CROWE
Original assignee: Houston Advanced Research Center HARC
Current assignee: Houston Advanced Research Center HARC
Priority date: 2001-02-13
Filing date: 2002-02-13
Publication date: 2009-05-28
Anticipated expiration: 2022-02-14
Also published as: HK1067093A1; US6620459B2; CN1514763A; ATE391590T1; WO2002064337A2; US20050171313A1; EP1372920B1; EP1372920A2; US20020155223A1; PT1372920E; NZ527376A; NZ537329A; ES2302798T3; AU2002245423B2; JP2004521777A; US20040063891A1; CN100368168C; US7585566B2; CA2437826C; CA2437826A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die offenbarte Erfindung betrifft mit Polyisocyanat imprägnierte Lignocellulosesubstrate und ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung selbiger. Insbesondere ist die Erfindung ein Verfahren zur Imprägnierung von Faserpappe mit mittlerer Dichte und mit hoher Dichte mit Isocyanatharz und zum anschließenden Polymerisieren des Harzes durch die Anwendung von Wärme und/oder eines flüssigen Katalysators, sodass die polymerisierte Pappe Feuchtigkeit widerstehen kann und eine Beständigkeit gegenüber Pilzen und Insekten zeigt. Die polymerisierte Pappe kann für Türen, Türteile und dergleichen verwendet werden.
HINTERGRUND
Hohlkerntüren werden hauptsächlich in Innenanwendungen verwendet. Eine Hohlkerntür kann eine fluchtebene Tür sein, eine die flach oder planar ist, mit oder ohne geformte Oberflächen auf beiden Hauptoberflächen. Die für fluchtebene Türen verwendeten Außenoberflächen sind relativ billig, doch sie sehen nicht die ästhetischen Merkmale und physikalischen Eigenschaften vor, die manchmal von Verbrauchern verlangt werden. Hohlkerntüren, die aus Faserpappe-Außenoberflächen von mittlerer und hoher Dichte gefertigt werden, werden in Außenanwendungen typischerweise infolge von Problemen, die aufgrund von Feuchtigkeitsabsorption und dem resultierenden Aufquellen der Cellulosefasern entstehen, nicht verwendet.
Zahlreiche Hohlkerntüren bestehen aus Türaußenoberflächen, Führungen und Flügelprofilen, die aus Holz- und/oder Verbundmaterialien geformt sind. Diese Holzverbundmaterialien können Teilchenpappe, Flachspanplatten, Hartpappe und Faserpappe von mittlerer Dichte ("MDF") einschließen. Die Holzverbundstoffe nutzen ein Harzbindemittel, das häufig ein warmabbindendes Harz ist, um die den Verbundstoff bildenden Holzfasern in fester Form zu halten. Die Holzverbundstoffe sind nicht feuchtigkeitsundurchlässig, sodass solche Verbundstoffe verwendende Türen möglicherweise nicht für Außenanwendungen geeignet sind. Sollte das Kompositmaterial Feuchtigkeit absorbieren, ob in flüssiger oder Gasform, können die Türkomponenten aufquellen, und die Tür kann sich verziehen. Glasfaser- und Stahltüren haben nicht die gleiche Feuchtigkeit absorbierende Tendenz und werden von daher häufiger für Außenanwendungen verwendet.
Die Verwendung von Harnstoff-Formaldehyd- oder Phenol-Formaldehydharzen als Bindemittelmaterial in Holzverbundstoffen ist im Fachbereich bekannt. Nach der Polymerisation eines solchen imprägnierten Holzverbundstoffs haben diese Harze die Tendenz, Türverbundmaterialien durch Bilden einer dreidimensionalen vernetzten Struktur in und um die Holzfasern zu stärken. Jedoch bilden sie keine chemischen Bindungen mit den Cellulosemolekülen der Lignocellulosefasern, sondern umhüllen stattdessen lediglich die Holzfasern in einem physischen Netz von vernetztem Harz. Allgemein gesprochen, physische Bindungen, wie die eben beschriebenen, sind viel schwächer als chemische Bindungen. Phenol-Formaldehyd-Bindemittel ist weiterhin unbefriedigend, weil dessen Vernetzungsreaktion relativ langsam vonstatten geht und eine Temperatur von über 176,6°C (350°F) erfordert.
Mit Harz imprägnierte Substrate sind in der Vergangenheit offenbart worden, doch war deren Herstellung unerwünscht, weil sie den Einsatz eines Lösungsmittels oder Dampfrückgewinnungssystems, lange Härtungszeiten und relativ hohe Fertigungskosten infolge der Ofenhärtung erforderten. Diese Anstrengungen, die ein Trockenhärten oder Härten beinhalten, das nicht durch die Anwendung einer erhitzten Flüssigkeit erfolgt, führten ebenfalls zu einem Oberflächenaussehen, das zu glänzend, rissig, zerkratzt und/oder auf eine andere Weise ästhetisch unansehnlich ist. Erstens bilden sich sowohl feine als auch grobe, geborstene oder ungeborstene Blasen auf der Oberfläche infolge von CO₂, das durch einen auf der Substratoberfläche gebildeten Harzfilm entweicht, was zu einem rauen, kraterartigen und allgemein zerkratzten Aussehen führt. Zweitens härtet der Oberflächenfilm aus gehärtetem Harz zu einem hochglänzenden Finish bzw. Endzustand. Drittens tendiert der Harzfilm dazu, Pfützen zu bilden und zu laufen, bevor das Härten vollendet ist, was zu Streifen, Läufern und Tropfnasen auf der Substratoberfläche führt.
Versuche zur Entfernung des hochglänzenden, rauen, kraterartigen und zerkratzten Oberflächenfilms von dem mit Polyisocyanat imprägnierten Substrat waren nicht erfolgreich, weil solche Versuche eine raue, matte, hoch texturierte Oberfläche mit einem völlig unbrauchbaren ästhetischen Aussehen hinterlassen. Weiterhin wird, wenn die Substrate geformt oder auf andere Weise zu einem dreidimensionalen Muster vor der Imprägnierung gestaltet werden, wie dies für geformte Türaußenoberflächen geschieht, das dreidimensionale Design oder Muster auf dem gehärteten, imprägnierten Substrat ruiniert, wenn der ofengehärtete Oberflächenfilm entfernt wird. Dazu kommt es, weil die feinen Details, Linien, Kurven, Grate und anderen dreidimensionalen Muster abgekratzt bzw. abgeschabt, abgeschliffen, gehobelt oder auf andere Weise abgetragen und verkratzt werden, wenn der Oberflächenfilm entfernt wird.
Fachleute auf dem Gebiet werden anerkennen, dass es einen Bedarf an mit Polyisocyanat imprägniertem Lignocellulosesubstrat gibt, das eine geeignete Festigkeit und Wasserbeständigkeit zeigt, sodass es für Außenanwendungen verwendet werden kann. Noch ein weiterer Bedarf im Fachbereich ist ein Verfahren zur Herstellung solcher mit Polyisocyanat imprägnierten Lignocellulosesubstrate, aber ohne ein kostspieliges Ofenhärten oder eine zusätzliche Oberflächenbearbeitung zu erfordern. Noch ein weiterer Bedarf im Fachbereich besteht nach einer Vorrichtung zur Herstellung solcher mit Polyisocyanat imprägnierten Lignocellulosesubstrate. Die offenbarte Erfindung erfüllt diese und andere Bedürfnisse im Fachbereich.
Die EP-A-107155 offenbart ein mit einem Polyisocyanatmaterial imprägniertes Lignocellulosematerial.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung zielt auf ein neues Verfahren zur Herstellung von mit Polyisocyanat imprägnierten Lignocellulosesubstraten. Dieses Verfahren ist einfacher, billiger, schneller und umweltschonender als die Verfahren im Stand der Technik, die zur Herstellung von mit Polyisocyanat imprägnierten Lignocellulosesubstraten verwendet werden. Dieses Verfahren erzielt diese Vorteile, weil es nicht den Einsatz eines Lösungsmittels, Trägers oder eines Dampfrückgewinnungssystems, oder einen Ofen zum Härten erfordert. Das neue Verfahren ermöglicht auch schnellere Härtungen, ohne Härtungsmittel oder Beschleuniger zu erfordern.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit und Wasserbeständigkeit eines Substrat aus einem Lignocellulosematerial bereitgestellt, welches die folgenden Schritte umfasst: Imprägnieren eines Substrats aus einem Lignocellulosematerial mit einem Isocyanatharzmaterial; Entfernen von überschüssigem Isocyanatharzmaterial von dem imprägnierten Substrat durch Aufströmen von Luft mit einer hohen Strömungsrate auf das imprägnierte Substrat; Polymerisieren des Harzes durch Anwenden von Wasser auf das imprägnierte Substrat, wobei das Wasser eine Temperatur hat, die zur Polymerisation ausreichend ist; und Entfernen des Wassers von dem polymerisierten mit Harz imprägnierten Substrat.
Die Erfindung stellt weiter eine Vorrichtung zur Bildung eines polymerisierten mit Harz imprägnierten Substrats bereit, wobei das System Folgendes umfasst: eine Imprägnierungsstation zum Imprägnieren eines Substrats aus einem Lignocellulosematerial mit einem Isocyanatharzmaterial, wobei die Imprägnierungsstation ein Mittel zum Erwärmen des Isocyanatharzmaterials und ein Mittel zur Auftragung des erwärmten Isocyanatharzmaterials auf das Lignocellulosesubstrat umfasst, wobei das Mittel zur Auftragung des erwärmten Isocyanatharzmaterials eines aus einem ersten Durchtränkungstank und einer Vielzahl von Düsen ist; gekennzeichnet durch eine Harzmaterialentfernungsstation zur Entfernung von überschüssigen Mengen des Isocyanatharzmaterials von dem mit Isocyanat imprägnierten Substrat vor der Polymerisation des Isocyanatharzmaterials, wobei die Harzmaterial-Entfernungsstation eine Luftmesserstation umfasst; eine Polymerisationsstation zum Polymerisieren des in dem Lignocellulosesubstrat imprägnierten Isocyanatharzmaterials, wobei die Polymerisationsstation ein Mittel zum Erhitzen von Wasser und ein Mittel zur Auftragung des erhitzten Wassers auf das imprägnierte Substrat umfasst, wobei das Mittel zur Auftragung des erhitzten Wassers eines aus einem zweiten Durchtränkungstank und einer Vielzahl von Düsen ist.
Wie hierin verwendet, wird der Ausdruck "Polymerisation" synonym mit dem Ausdruck "Härten" verwendet, wie im Fachbereich allgemein bekannt ist, und schließt die Bildung eines Polymers aus Monomeren, Dimeren oder Trimeren ein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die 1 ist eine schematische Ansicht des Systems der vorliegenden Erfindung.
Die 2 ist eine perspektivische Ansicht der Tür der vorliegenden Erfindung, wobei eine Türaußenoberfläche entfernt ist.
Die 3 ist eine Photographie eines mit Isocyanat imprägnierten Substrats, das in einem Flüssigbad gehärtet wurde, ohne das imprägnierte Substrat durch eine Reihe von Luftmessern vor dem Härten zu führen.
Die 4 ist eine Photographie eines mit Isocyanat imprägnierten Substrats, das in einem Flüssigbad gehärtet wurde, nachdem überschüssiges Harz von dem imprägnierten Substrat durch Führen durch eine Reihe von Luftmessern entfernt wurde;
Die 5 ist eine Photographie eines mit Isocyanat imprägnierten Substrats, das ofengehärtet wurde.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die Erfinder haben festgestellt, dass durch Polymerisieren eines mit Isocyanatharz imprägnierten Lignocellulosesubstrats durch Anwenden einer erhitzten Flüssigkeit auf dieses das erhaltene Produkt nicht nur eine erhöhte Festigkeit, Wasserbeständigkeit, Verrottungsbeständigkeit und Termitenbeständigkeit aufweist im Vergleich mit dem Stand der Technik, sondern auch ein glattes, relativ glanzloses, satinähnliches Finish besitzt. Die Erfinder stellten weiter fest, dass durch Führen des mit Isocyanatharz imprägnierten Lignocellulosesubstrats durch ein Luftmessersystem das Harz tiefer und gleichmäßiger in das Lignocellulosesubstrat imprägniert werden kann, während gleichzeitig überschüssiges Harz von der Oberfläche des Substrats entfernt wird.
Das zur Herstellung des erfindungsgemäßen Gegenstands verwendete Lignocellulosesubstrat besteht aus Lignocellulosematerial, d. h. Material, das sowohl Cellulose als auch Lignin enthält. Häufig liegt ein derartiges Lignocellulosematerial in einer Faserform vor. Geeignete Lignocellulosematerialien schließen Holzteilchen, Holzfa sern, Stroh, Hanf, Sisal, Baumwollhalme, Weizen, Bambus, Jute, Salzwasserschilf, Palmenwedel, Flachs, Erdnussschalen, harte Hölzer oder weiche Hölzer sowie Faserpappe, wie Faserpappe mit hoher Dichte, Faserpappe mit mittlerer Dichte (MDF), Pappe mit orientierten Strängen und Teilchenpappe ein. Obwohl Weizenstroh und andere Körper von einjährigen Pflanzen etwas Lignin enthalten, werden sie manchmal nicht als Lignocellulosematerialien bezeichnet. Allerdings sind für die Zwecke der vorliegenden Erfindung diese Jahrespflanzen in dem Ausdruck "Lignocellulosematerial" eingeschlossen. Das Lignocellulosesubstrat ist vorzugsweise Faserpappe von mittlerer Dicht oder hoher Dichte.
Das Lignocellulosesubstrat kann geformt oder nicht-geformt sein und kann in der Form eines Streifens, einer Platte bzw. Paneele, eines Blocks, einer Tafel, eines Furniers oder dergleichen vorliegen. Das Lignocellulosesubstrat ist vorzugsweise für die Verwendung als Tür oder Türkomponente geeignet, darin eingeschlossen Außenoberflächen, Kerne, Flügelprofile, Führungen, Formen und dergleichen.
Wie am besten in 1 gezeigt ist, wird das Lignocellulosesubstrat 1 an einer Entwässerungsstation 10 getrocknet. Gewöhnlich haben Lignocellulosemassensubstrate einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 3–8 Gew.-%, jedoch ist ein noch geringerer Feuchtigkeitsgehalt für die Erzielung einer maximalen Festigkeit und Durchdringung durch das Isocyanatharzmaterial wichtig. Wenn Methylendiphenyldiisocyanat (MDI) als Isocyanatharzmaterial verwendet wird, tendiert Wasser in dem Lignocellulosematerial dazu, mit dem MDI unter Bildung einer Harnstoffbindung zu reagieren. Diese Harnstoffbindung ist schwächer als diejenige der Urethan-Bindung zwischen den Cellulosemolekülen und dem nach dem Polymerisieren des Isocyanatharzmaterials erhaltenen Polyisocyanat und verringert somit die gesamte potenzielle Festigkeit des Endprodukts im Vergleich mit einem trockneren Substrat 1, das gemäß dem Verfahren behandelt wurde. Für jedes Gramm Wasser, das aus dem Lignocellulosesubstrat 1 entfernt wurde, ersetzt ungefähr ein Gramm Isocyanatharz dieses in dem mit Polyisocyanat imprägnierten Lignocellulosesubstrat 1. Vorzugsweise führt der Entwässerungsschritt zu einem Lignocellulosesubstrat 1 mit einem Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 7 Gew.-%, und stärker bevorzugt von etwa 0,1–2,5 Gew.-%.
Um das gewünschte Maß für den Feuchtigkeitsgehalt in dem Lignocellulosesubstrat 1 zu erhalten, wird das Substrat 1 durch eine Förderanlage 2 zu einer Entwässe rungsstation 10 transportiert. Das Substrat 1 wird durch erhitzte Luft von einem ersten Lüfter 11 und einem ersten Heizgerät 12, das zwischen 93,3°C (200°F) und 149°C (300°) eingestellt ist, getrocknet. Die erhitzte Luft, welche die Entwässerungsstation 10 verlässt, wird zu einem zweiten Lüfter 51 für das Nachimprägnierungstrocknen an der Station 50 umgeleitet. Obwohl eine Gebläse- und Heizgerätkombination in dieser Ausführungsform bevorzugt ist, kann das Substrat 1 alternativ durch ein katalytisches Infrarot-Heizgerät getrocknet werden, das dafür ausgelegt ist, eine Oberflächentemperatur von bis zu 176,6° (350°F) auf dem Lignocellulosesubstrat 1 zu erzielen.
Als Nächstes wird das getrocknete Lignocellulosesubstrat 1 mit einem Isocyanatharzmaterial an einer Imprägnierungsstation 20 imprägniert. An der Imprägnierungsstation 20 wird Isocyanatharzmaterial durch ein Harz-Heizgerät 21 erhitzt und durch eine Pumpe 22 aus einem ersten Reservoir 23 zu einer Reihe von Applikatordüsen 24 transportiert, wo das Harzmaterial auf das getrocknete Substrat 1 aufgetragen wird und in dieses imprägniert wird. Überschüssiges Harzmaterial wird in dem ersten Reservoir 23 unterhalb der Applikatordüsen 24 gesammelt und anschließend wiederverwendet. Das Reservoir und das Pumpsystem erlaubten das kontinuierliche Wiederauftragen von Isocyanatharzmaterial auf das Substrat 1, wodurch die Imprägnierungszeit verkürzt wird und eine Verschwendung des Isocyanatharzmaterials verhindert wird. Isocyanatharzmateral wird mit den Oberflächen des Substrats 1 für vorzugsweise 4–10 Minuten, und stärker bevorzugt für 4 Minuten in Kontakt kommen gelassen.
Statt des Einsatzes von Applikatordüsen 24 kann das getrocknete Substrat 1 alternativ durch Durchtränken in einem Durchtränkungstank, der mit erhitztem Harzmaterial gefüllt ist, imprägniert werden. Wenn das Durchtränken für die Durchführung des Imprägnierungsschritts gewählt wird, werden Lignocellulosesubstrate 1 innerhalb des Durchtränkungstanks vorzugsweise für 4–10 Minuten eingetaucht gelassen, um eine völlige Durchdringung des Isocyanatharzes sicherzustellen, doch hängt die tatsächliche Durchtränkungszeit von der Dicke und Dichte des Substrats 1 ab. Der Tank wird vorzugsweise auf Atmosphärendruck gehalten, doch kann ein unter Druck gesetzter Durchtränkungstank zum Einsatz kommen, um die Durchtränkungszeit für dickere oder dichtere Substrate 1 zu verkürzen. Wenn der Tank nicht in Gebrauch ist, wird ein trockenes Inertgas bei Atmosphärendruck und Raumtemperatur auf den Headspace bzw. Totraum angewandt, um die Topfzeit des Harzes zu verlängern.

Gleich, ob die Auftragung durch eine Reihe von Düsen oder durch Durchtränken gewählt wird, wird der Grad der Imprägnierung des Isocyanatharzmaterials in das Lignocellulosesubstrat 1, so nimmt man an, zumindest teilweise durch die Viskosität und Temperatur des Isocyanatharzmaterials und die Zeitdauer und den Druck, bei welchem das Harzmaterial auf das Substrat 1 aufgetragen wird, bestimmt. Zum Beispiel wird ein Isocyanatharzmaterial mit einer niedrigeren Viskosität oder eines, das auf einer höheren Temperatur gehalten wird, in das Substrat 1 schneller imprägniert als eines, das eine höhere Viskosität besitzt, oder eines, das auf einer niedrigeren Temperatur gehalten wird. Desgleichen führt ein höherer Druck oder eine längere Auftragungszeit zu einer höheren Imprägnierung als ein niedrigerer Druck oder eine kürzere Auftragungszeit. Wenn MDI für das Isocyanatharzmaterial gewählt wird, sind die Viskositäten für MDI-Produkte (in Centipoise) bei verschiedenen Temperaturen in Tabelle 1 zu finden. Tabelle I: Viskosität (in Centipoise) von verschiedenen MDI-Produkten bei unterschiedlichen Temperaturen

MDI-Produkt	25°C (77°F)	50°C (122°F)	60°C (140°F)
Lupranate M-20 S (BASF)	200		25
Elastocast 7034 U (BASF)	700	96	58
WUC 3092 T (BASF)	700	128
Desmodur VKS-18 (Bayer)	150–250
E-743 (Bayer)	1700–3300
X0672 (Bayer)	300–800

Während des Imprägnierungsschritts reagiert das Isocyanatharzmaterial mit der Holzcellulose. Es wird angenommen, dass das Isocyanat eine chemische Bindung zwischen den Hydroxylgruppen der Holzcellulose bildet, wodurch eine Urethan-Bindung gebildet wird. Es wird weiter angenommen, dass diese chemische Bindung zu einer verbesserten Festigkeit des Endprodukts beiträgt. Es wird weiter angenommen, dass die Isocyanatharzmoleküle, ob an Cellulosemoleküle gebunden oder nicht, nicht in einem signifikanten Maße während des Imprägnierungsschritts polymerisieren.
Das Isocyanatharzmaterial ist vorzugsweise ein MDI-Material. Die Struktur von MDI wird durch die Formel I weiter unten dargestellt. Stärker bevorzugt enthält das Isocyanatharzmaterial 4,4'-Methylendiphenyldiisocyanat, worin Ph eine Phenylgruppe ist. O=C=N-Ph-CH₂-Ph-N=C=O Formel I
Allgemein gesprochen enthalten kommerzielle Zubereitungen des Isocyanatharzmaterials nicht nur 4,4'-Methylendiphenyldiisocyanat, sondern auch Poly(methylendiphenyldiisocyanat), das ansonsten als polymeres MDI (oder PMDI) bekannt ist, gemischte Methylendiphenyldiisocyanatisomere und 2,4'-Methylendiphenyldiisocyanat. Wenn Methylendiphenyldiisocyanat-Harzmaterial für das Isocyanat-Harzmaterial gewählt wird, hat es vorzugsweise einen Gehalt von etwa 33% bis etwa 49% an 4,4'-Methylendiphenyldiisocyanat, weniger als etwa 70% Poly(methylendiphenyldiisocyanat), weniger als etwa 10% gemischte Methylendiphenyldiisocyanatisomere und weniger als etwa 8% 2,4'-Methylendiphenyldiisocyanat. Am meisten bevorzugt weist das in der Erfindung verwendete MDI etwa 45% Methylendiphenyldiisocyanat auf, wobei der Rest Poly(methylendiphenyldiisocyanat) ist.
Das MDI-Material sollte einen hohen N=C=O-Gehalt haben, vorzugsweise einen N=C=O-Gehalt von höher als 33% (auf Gewichtsbasis), stärker bevorzugt 1–33% (auf Gewichtsbasis), noch stärker bevorzugt 10–33% (auf Gewichtsbasis), und am meisten bevorzugt 23–32% (auf Gewichtsbasis). Das MDI-Material besitzt vorzugsweise eine hohe -N=C=O-Funktionalität, stärker bevorzugt von 2 bis 3, am meisten bevorzugt näher an 3 als an 2. Das MDI-Material besitzt vorzugsweise eine Viskosität von 50–300 Centipoise (bei 25°C), stärker bevorzugt näher bei 50 als bei 300. Falls gewünscht, kann das MDI-Material in Kombination mit einem nicht-polaren Lösungsmittel in einem Anteil von 10–100% (auf Gewichtsbasis) an MDI und 0–90% (auf Gewichtsbasis) an nicht-polarem Lösungsmittel verwendet werden.
Das Isocyanatharzmaterial kann auch ein Konservierungsmittel einschließen, wie ein Bakterizid, Fungizid oder Insektizid oder dergleichen, vorzugsweise in einer Menge von 0,25 bis 10 Gew.-% des Harzmaterials. Beispiele für solche Biozide sind Komplexe von Bor, Atrazinen, Thiazolen und Carbamaten. Das Isocyanatharzmaterial kann auch andere Additive, wie feuer- oder flammenhemmende Chemikalien, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Tris(1,3-dichlorisopropyl)phosphate oder Dimethylmethalphosphenat einschließen. Diese feuer- oder flammenhemmenden Mittel können 0,25 bis 5,00 Gew.-% des Harzmaterials umfassen.
Als Nächstes wird in einer Harzentfernungsstation 30 überschüssiges Harz von der Oberfläche des imprägnierten Substrats 1 entfernt, und die chemische Reaktion zwischen den Isocyanat- und Cellulosemolekülen wird durch eine erhöhte Temperatur beschleunigt. Zusätzlich zu der Harzentfernung an der Station 30 wird imprägniertes Harz ebenfalls auf die erhöhte Temperatur von 115–149°C (240–300°F) erhitzt und zur Mitte des Substrats 1 hin gedrückt. Die chemische Reaktion zwischen den Isocyanatharz- und den Cellulosemolekülen beginnt schon bei Temperaturen von 100°C (212°F). An der Harzentfernungsstation 30 wird das imprägnierte Substrat 1 an einer ersten Luftmesserreihe 32 vorbeigeführt. An der ersten Luftmesserreihe 32 wird erhitzte Luft von einem Heizgerät 31 auf die Oberflächen des Substrats 1 durch ein Gebläse 33 gelenkt. Die Luftmesserreihe 32 selbst ist ein Paar von langen Röhren jeweils mit einem langen Schlitz für den Austritt von erhitzter Luft bei einem erhöhten Druck auf die Oberfläche des imprägnierten Substrats 1. Während der Luftstrom, die Geschwindigkeit und die Temperatur durch die Luftmesserreihe 32 variiert werden können, werden der Luftstrom, die Geschwindigkeit und die Temperatur vorzugsweise auf etwa 0,378 m³/s (800 ft³/min), etwa 76 m/s (15 000–35 000 ft/min) bzw. etwa 115–149°C (240–300°F) gehalten. Während erhitzte Luft auf die Oberfläche des imprägnierten Substrats 1 von den Luftmessern aufströmt, wird ein Teil des überschüssigen Harzes, das nicht vollständig in das Substrat 1 imprägniert ist, weiter in das Substrat 1 gepresst, während der Rest abgeblasen wird, wodurch verhindert wird, dass sich ein Film oder eine Haut aus Harzmaterial auf der Substrat-(1)-Oberfläche bildet.
Als Nächstes wird das imprägnierte Isocyanatharzmaterial an einer Polymerisationsstation 40 durch Auftragen einer Flüssigkeit auf das imprägnierte Substrat 1 bei einer Temperatur, die für die Polymerisation des Isocyanatmaterials ausreichend ist, polymerisiert. Die Flüssigkeit ist in einem zweiten Reservoir 41 enthalten, wo sie durch ein Heizgerät 42 erwärmt wird, durch eine Pumpe 43 gepumpt wird und auf das imprägnierte Substrat 1 durch Applikatordüsen 44 aufgebracht wird. Die Oberflächen des imprägnierten Substrats 1 härten zu einem dunkleren Aussehen, wenn sie nicht mit der erhitzten Flüssigkeit bedeckt sind, sodass es bevorzugt ist, eine vollständige Bedeckung aller Oberflächen mit der erhitzten Flüssigkeit sicherzustellen. Die Flüssigkeitsströmung durch die Düsen 44 wird vorzugsweise auf etwa 5–10 gpm bei einem Druck von 34470–41364 Pa (5–6 psi) gehalten. Nach dem Abfließen von den Oberflächen des imprägnierten Substrats 1 wird die erhitzte Flüssigkeit in dem zweiten Reservoir 41 gesammelt, wo sie verwendet werden kann.
Geeignete Flüssigkeiten schließen jene Materialien ein, die in flüssiger Form (unter Atmosphärendruck) bei der Polymerisationstemperatur des Isocyanatharzmaterials vorliegen und welche im Wesentlichen nicht die Polymerisationsreaktion hemmen. Die Flüssigkeit ist vorzugsweise reaktiv gegenüber dem Isocyanatharzmaterial, wodurch Reaktionsprodukte an der Oberfläche des Substrats 1 gebildet werden. Die Flüssigkeit wird so gewählt, dass die Reaktionsprodukte zwischen dieser und dem Harz leichter von der Oberfläche des Substrats 1 entfernt werden können, verglichen mit polymerisiertem Isocyanatharz an der Oberfläche des Substrats 1. Wenn zum Beispiel Wasser und MDI als Flüssigkeit und Isocyanatharz gewählt werden, reagieren diese unter Bildung von wasserlöslichen Materialien, die Harnstoffbindungen enthalten. Weil die an den Oberflächen des Substrats 1 gebildeten Reaktionsprodukte in der Flüssigkeit löslich sind, ist das resultierende Aussehen der behandelten Oberfläche des Substrats 1 das einer glatten, satinähnlichen und relativ glanzlosen Pappe. Eine bevorzugte Flüssigkeit ist Wasser. Die Flüssigkeit kann auf einer Temperatur von gleich oder höher als 82°C (180°F), vorzugsweise zwischen 82°C und 100°C (180°F und 212°F), und am meisten bevorzugt auf etwa 82°F (180°F) gehalten werden. Die Flüssigkeit kann auf das imprägnierte Substrat 1 während eines Zeitraums von 8–10 Minuten aufgebracht werden, doch können auch kürzere oder längere Zeiten je nach der Dicke des Lignocellulosesubstrats 1 gewählt werden.
Die Reaktionsprodukte können aus einer Reaktion zwischen der erhitzten Flüssigkeit und dem Isocyanatharzmaterial resultieren und bauen sich nach und nach in dem zweiten Reservoir 41 zusammen mit Fasern von dem Lignocellulosesubstrat 1 auf. Während das Reaktionsprodukt aufgebaut wird, kann es durch Filtrieren von Flüssigkeit in dem zweiten Reservoir 41 entfernt werden. Eine heiße Flüssigkeitsnachspeisungsquelle 45 liefert frische Flüssigkeit in das zweite Reservoir 41, um durch Verdampfung und Filtration verringerte Flüssigkeit zu ersetzen.
Alternativ kann das Harz in dem imprägnierten Substrat 1 durch Durchtränken des imprägnierten Substrats 1 in erhitzter Flüssigkeit innerhalb eines Durchtränkungstanks, der mit einer Umwälzpumpe und einem Heizgerät ausgerüstet ist, polymerisiert werden.
Als Nächstes wird überschüssige Flüssigkeit aus dem mit Polyisocyanat imprägnierten Substrat 1 an einer Flüssigkeitsentfernungsstation 50 entfernt. Dies wird durch die Verwendung einer zweiten Luftmesserreihe 52 (die auch ein Heizgerät 51 und und Gebläse 53 einschließt), welche auf der gleichen Luftströmung und Temperatur wie die erste Reihe von Luftmessern 32 gehalten wird, bewerkstelligt. Während erhitzte Luft auf die Oberfläche des Substrats 1 von dem Luftmesser aufgeströmt wird, werden überschüssige Flüssigkeit und jegliches Harz-Flüssigkeitsreaktionsprodukt, das sich an der Oberfläche des Substrats 1 gebildet hat, von dem Substrat 1 abgeblasen.
Alternativ kann der Flüssigkeitsentfernungsschritt durch bloßes Entfernen des so mit Polyisocyanat imprägnierten Substrats 1 aus der Flüssigkeit und Abfließen- bzw. Abtropfen lassen der Flüssigkeit durchgeführt werden.
Alternativ kann das mit Polyisocyanat imprägnierte Substrat 1 etwa 10 Minuten in einem auf 93°–149°C (200°F–300°F) eingestellten Ofen getrocknet werden.
In jedem Fall ist ein Feuchtigkeitsgehalt von weniger als 10% bevorzugt.
Wie in der 2 gezeigt, weist die erfindungsgemäße Tür eine obere Führung 31, eine untere Führung 32 und zwei einen Türrahmen bildende Flügelprofile 33 sowie zwei Türaußenoberflächen 34, die auf gegenüber liegenden Seiten des Türrahmens angeordnet sind, auf (eine Türaußenoberfläche wurde entfernt, um die Türstruktur zu verdeutlichen). Es versteht sich, dass die Türaußenoberflächen nicht eben sein müssen, sondern entsprechend einer beliebigen dreidimensionalen Gestaltungsform geformt sein können.
Die 3 zeigt eine mit MDI imprägnierte MDF, die in einem Flüssigbad polymerisiert wurde, ohne überschüssiges Harz zuvor mit einer Reihe von Luftmessern, wie oben beschrieben, zu entfernen. Diese mit PMDI imprägnierte MDF zeigt eine erhöhte Festigkeit, Wasserbeständigkeit, Verrottungsbeständigkeit und Termitenbeständigkeit, sowie ein glattes, mattes, satinartiges Oberflächenfinish. Das fertige bzw. ausgerüstete Substrat weist Schraubenzugfestigkeiten auf, die deutlich über jene von unbehandelten Lignocellulosesubstraten hinausgehen, gleich ob das fertige Substrat vorgebohrt ist oder nicht.
Die 4 zeigt eine mit MDI imprägnierte MDF, die in einem Flüssigbad nach dem Entfernen von überschüssigem Harz mit einer Reihe von Luftmessern, wie oben beschrieben, polymerisiert wurde. Diese mit PMDI imprägnierte MDF zeigt auch eine erhöhte Festigkeit, Wasserbeständigkeit, Verrottungsbeständigkeit und Termitenbeständigkeit. Diese mit PMDI imprägnierte MDF zeigt jedoch noch weniger Glanz als die mit PMDI imprägnierte MDF, die in der 3 dargestellt ist. Das fertige Substrat besitzt Schraubenzugfestigkeiten, die deutlich über jene von unbehandelten Lignocellulosesubstraten hinausgehen, gleich ob das fertige Substrat vorgebohrt ist oder nicht.
Demgegenüber zeigt die 5 die im Ofen polymerisierten, mit Isocyanat imprägnierten Lignocellulosesubstrate als solche mit einen hochglänzenden, rauhen, blasigen, kraterartigen und allgemein zerkratzten Oberflächenfilm aus Polyisocyanat.
Die erhöhte Festigkeit des Gegenstands der Erfindung soll auf einige oder alle der folgenden Faktoren zurückzuführen sein: a) Urethanbindungen zwischen -OH-Gruppen auf den Cellulosemolekülen der Lignocellulosefasern und -N=C=O-Gruppen auf dem Iscocyanatharz, b) Harnstoffbindungen, die durch die Reaktion von in den Lignocellulosefasern gebundenem Wasser und -N=C=O-Gruppen des überschüssigen Isocyanatharzes gebildet werden, c) eine Polyurethankette, gebildet durch die Polymerisation des Isocyanatharzes, d) eine Polyharnstoffkette, die durch Polymerisation des Reaktionsprodukts von gebundenem Wasser und überschüssigem Isocyanatharz gebildet wird; e) Umhüllung der Lignocellulosefasern durch die Polyharnstoffketten wie weiter oben beschrieben, f) Umhüllung der Lignocellulosefasern durch die durch Polymerisation des Isocyanatharzes gebildete Polyurethankette, g) Vernetzung der Polyisocyanatketten.
Das mit Polyisocyanat imprägnierte Substrat der vorliegenden Erfindung enthält gewöhnlich 0,5–20 Gew.-%, vorzugsweise 2,0–15 Gew.-%, stärker bevorzugt 5,0–10 Gew.-%, und am meisten bevorzugt 7,0–8,0 Gew.-% Polyisocyanat.
Beispiele
Die Leistungsfähigkeit von sechs unterschiedlichen PMDI-Materialien wurde durch Behandeln einer Türaußenoberfläche und eines Türführungs-/-flügelprofilmaterials mit PMDI verglichen. Die PMDI-Materialien sind unter den folgenden Handelsbezeichnungen verfügbar: 1) Lupranate M20S (BASF); 2) Elastocast 7034 U (BASF); 3) WUC 3092 T (BASF); 4) Desmodur VKS-18 (Bayer); 5) E-743 (Bayer); und 6) X0672 (Bayer).
Jedes der Materialien ist eine Mischung der folgenden Bestandteile: 33–49% 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat, < 70% polymeres MDI, < 10% gemischte Isomere von MDI und < 8% 2,4'-Diphenylmethandiisocyanat. Die Materialien besitzen Eigenschaften in den folgenden Bereichen: eine relative Dichte von 1,08–1,24 (g/cm³ bei 25°C), eine Dichte von 9,0–10,3 (lbs/gal), eine Viskosität von 200–3300 (Centipoise bei 25°C), einen NCO-Gehalt von 23–31,5 Gew.-% und eine Funktionalität von 2,7.
Die Türaußenoberflächen- und die Türführungs-/-flügelprofilmaterialien waren die Folgenden.
Das Türflügelprofil-/-führungsmaterial war eine ein Inch dicke 44-Pfund-Faserpappe von mittlerer Dichte, hergestellt von Temple. Die mit "B" gekennzeichneten Prüfkörper wurden in Stücke von 6 Inch Länge auf 1 1/2 Inch Breite geschnitten. Die mit "A" gekennzeichneten Prüfkörper wurden auf eine für Metalltürenanwendungen geeignete Gestalt maschinell bearbeitet und danach auf Längen von 6 Inch geschnitten. Der Querschnitt der Proben "A" war 7/8 Inch × 1 5/8 Inch. Ein Führungs- bzw. Vorbohrloch mit einem Durchmesser von 0,120 Inch wurde durch jedes Stück des Türflügelprofil-/-führungsmaterials gebohrt. Eine 100%-ige Imprägnierung wurde von dem Türflügelprofil-/-führungsmaterial nicht erwartet. Das vorgebohrte Führungsloch liefert ein Mittel zur Erstreckung der PMDI-Behandlung in den Schraubenfesthaltebereich des Flügelprofils. Der Vorteil des vorgebohrten Führungslochs ist in Tabelle II zu ersehen.
Das Türaußenoberflächenmaterial war Faserpappe von hoher Dichte, hergestellt von Fibramold in Chile. Das Türaußenoberflächenmaterial wurde als Proben "C" und "D" gekennzeichnet. Das Türaußenoberflächenmaterial war 0,00318 m (0,125 Inch) dick und auf 0,095 × 0,146 m (3 3/4 Inch × 5 3/4 Inch) große Proben zurechtgeschnitten.
Jedes der PMDI-Materialien wurde zum Imprägnieren eines Paars der Türaußenoberflächenstücke und eines Paars von Türführungs-/-flügelprofilstücken verwendet. Die Stücke wurden zehn Minuten lang untergetaucht, während die PMDI-Materialien auf einer Temperatur von 65°C (150°F) gehalten wurden. Nach der Imprägnierung wurden die Stücke 10 Minuten lang auf 93°C (200°F) in einem Ofen erhitzt, und das überschüssige PMDI wurde abgewischt. Die Stücke wurden dann bei Raumtemperatur 18 Stunden lang gelagert. Nach der Lagerung wurden die Stücke wieder gewogen und durch Untertauchen in 82°C (180°F) warmem Wasser während 10 Minuten gehärtet. Nach dem Trocknen der Stücke während 10 Minuten in einem 93°C (200°F) heißen Ofen (zur Verringerung des Feuchtigkeitsgehalts auf weniger als 10 Gew.-%) wurden sie erneut gewogen.
Der MDI-Aufnahmewert (in g/g) wurde durch Teilen des Gewichts von in die Testprobe imprägniertem MDI durch das Gewicht der unbehandelten Testprobe und Multiplizieren mit 100% erhalten. Die Ergebnisse sind in Tabelle II aufgeführt.
Die Fähigkeit des erfindungsgemäßen Gegenstands, Holzschrauben festzuhalten, wurde danach gegenüber einem Vergleichsbeispiel, CE 1, getestet. Das Vergleichsbeispiel CE 1 ist eine Faserpappe von mittlerer Dichte, die unter dem Handelsnamen Medite FR (hergestellt von Medex) verfügbar ist. Die Medite FR ist eine feuerbeständige Faserpappe, die von Medex als "der Welt feinste Formaldehyd-freie MDF mit Außeneinsatzqualität" beworben wird.
Ein Paar von 3/4 Inch großen #8-Holzschrauben wurde danach in die Türführungs-/-flügelprofilmaterial-Testproben (1A, 1B, 2A, 2B etc.) eingeschraubt. Eine der Holzschrauben wurde in das Führungsloch geschraubt, während die andere Schraube in einen anderen Bereich als das Führungsloch geschraubt wurde. Eine einzelne 3/4 Inch große #8 Holzschraube wurde in die Vergleichsprobe CE 1 eingeschraubt.
Die dimensionale Expansion infolge der Wasserabsorption wurde ebenfalls für die Testprobe 1B (mit Lupranate M20S imprägniertes Türflügelprofil-/-führungsmaterial) und die Vergleichsprobe CE 1 untersucht. So wurden die Anfangsabmessungen (Breite, Länge und Dicke) der Testprobe 1B und der Vergleichsprobe CE 1 sowie das Gewicht von CE 1 aufgezeichnet.
Die Vergleichsprobe CE 1 und alle Türführungs-/-flügelprofilmaterial-Testproben (1A, 1B, 2A, 2B etc.) wurden danach eine Stunde lang in kochendes Wasser gegeben, und es wurden deren Gewichte aufgezeichnet.
Die prozentuale Wasserzunahme (in Gramm) für jede Testprobe und die Vergleichsprobe CE 1 wurden durch Teilen des Gewichts von durch die Proben aufgenommenem Wasser infolge des Kochens durch das Gewicht der Probe vor dem Kochen und Multiplizieren mit 100% berechnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle II aufgeführt.
Alle Testproben und die Vergleichsprobe CE 1 wurden danach in einem 93°C (200°F) heißen Ofen 18 Stunden lang getrocknet. Die Abmessungen der Testprobe 1B und der Vergleichsprobe CE 1 wurden wieder aufgezeichnet. Jede der Holzschrauben wurde entfernt, und die Kraft (in psi), die zu ihrer Entfernung erforderlich ist, wurde aufgezeichnet. Die Ergebnisse sind in Tabelle II aufgeführt.

Die prozentuale Expansion von Länge, Breite und Dicke wurde für jede durch Teilen der Veränderung der jeweiligen Dimension (sowohl nach der Veränderung nach dem Kochen als auch nach der Veränderung sowohl nach dem Kochen als auch Trocknen) durch die Anfangsdimension und Multiplizieren mit 100% berechnet. Die Ergebnisse sind in den Tabellen III und IV aufgeführt. Tabelle II: % Wasserzunahme, Schraubenzugkraft und PMDI-Aufnahme

Isocyanatharzmaterial	Beispiel #	% Wasserzunahme	Schraubenzugkraft, vorgebohrt (p.s.i.)	Schraubenzugkraft, nicht vorgebohrt (p.s.i.)	PMDI-Aufnahme (g/g)
Lupranate	1A	3,01	507,0	310,1	0,169
	1B	1,58	689,5	324,5	0,138
	1D				0,155
Elastocast	2A	2,6	567,8	331,2	0,169
	2B	1,7	703,0	351,5	0,146
	2C				0,134
WUC 3092 T	3A	4,45	527,3	358,3	0,148
	3B	2,76	594,9	338,0	0,111
	3C				0,133
DESMODUR	4A	3,41	561,1	358,3	0,161
	4B	2,12	500,2	365,1	0,135
	4C				0,149
E-743	5A	4,15	405,6	324,5	0,108
	5B	3,07	432,6	311,0	0,072
	5C				0,090
X-0672	6A	3,06	419,1	324,5	0,126
	6B	2,29	554,3	297,4	0,090
	6C				0,130
MEDEX MEDITE FR	CE-1	32,57		338,0

Tabelle III: Dimensionale Expansion der Testprobe 1B^*

	Anfangswert	Wert, 1 h, Kochen	% Änderung nach dem Kochen	Wert, getrocknet	% Änderung nach dem Kochen & Trocknen
Länge (In.)	5,987	5,998	+1,10	5,980	–0,12
Breite vorgetrocknet (In.)	1,505	1,505	0,00	1,505	0,00
Breite nass (In.)	1,505	1,514	+0,60	1,505	0,00
Dicke vorgetrocknet (In.)	1,005	1,014	+0,90	0,995	–0,40
Dicke nass (In.)	1,010	1,072	+6,14	1,025	+1,49
Visuelle Bewertung		Exzellent, keine Deformation

^* – Das Beispiel 1B ist eine Faserpappe mit mittlerer Dichte, welche mit Lupranate M20S imprägniert wurde.

^*

	Anfangswert	Wert, 1 h, Kochen	% Änderung nach dem Kochen	Wert, getrocknet	% Änderung nach dem Kochen & Trocknen
Länge (In.)	5,976	6,015	+0,65	5,960	–0,27
Breite vorgetrocknet (In.)	1,523	1,535	0,79	1,520	–0,20
Breite nass (In.)	1,529	1,550	+1,37	1,527	–0,13
Dicke vorgetrocknet (In.)	0,765	0,880	+15,03	0,807	+5,49
Dicke nass (In.)	0,757	0,950	+25,50	0,874	+15,46
Visuelle Bewertung		Schlecht: Kanten gequollen mittig gebeult		Schlecht: rissig & gebeult

^* – Das Vergleichsbeispiel CE 1 ist eine Medex Medit FR-Faserpappe

Weiterhin wurden die Wasserabsorptionseigenschaften für die Erfindung (Testprobe 7) und zwei Vergleichsproben CE 2 und CE 3 bewertet.
Die Testproben 7 verwendeten Faserpappe von mittlerer Dichte als Substratmaterial. Masonite-Faserpappe wurde für die Vergleichsprobe CE 2 verwendet, während Medex Medite FR-Faserpappe für die Vergleichsprobe CE 3 verwendet wurde.
Die Testprobe 7 wurde mit PMDI imprägniert, getrocknet, gelagert, gehärtet und erneut getrocknet, wie weiter oben für die Testproben 1A bis 6D beschrieben. Das Gewicht, die Länge und die Dicke der Testprobe 7 und der Vergleichsproben CE 2 und CE 3 wurden aufgezeichnet. Die Testprobe 7 und die Vergleichsprobe CE 2 und CE 3 wurden danach in Wasser 24 Stunden lang eingetaucht. Das Gewicht, die Länge und die Dicke wurden wieder nach dem Eintauchen aufgezeichnet.
Die prozentuale Wasserabsorption wurde durch Teilen der Gewichtsänderung infolge des 24-ständigen Durchtränkens durch das Anfangsgewicht berechnet.
Ebenso wurden die prozentuale Dickenquellung durch Teilen der Änderung in der Dicke infolge des 24-ständigen Durchtränkens durch das Anfangsgewicht berechnet, und die prozentuale lineare Expansion wurde durch Teilen der Änderung der Länge infolge des 24-ständigen Durchtränkens durch die Anfangsdicke berechnet.
Die Ergebnisse der prozentualen Wasserabsorption, der prozentualen Dickenquellung und der prozentualen linearen Expansion sind in Tabelle V aufgeführt.
Ein thermischer Zersetzungstest wurde ebenfalls durchgeführt. Wie in dem Wasserabsorptionstest verwendete die Testprobe 8 Faserpappe von mittlerer Dichte, die Vergleichsprobe CE 4 war eine Masonite-Faserpappe, und die Vergleichsprobe CE 5 war eine Medex Medit FR-Faserpappe. Die Testprobe 7B und die Vergleichsproben CE 4 und CE 5 wurden einer Temperatur von 510°C (950°F) ausgesetzt, und es wurden nach 3,5 Minuten, 15 Minuten und 30 Minuten Begutachtungen durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle VI aufgeführt. Tabelle V: Prozent Wasserabsorption, Dickenquellung und lineare Expansion

CE-2 (Masonite) CE-3 (Medex Medite FR) Testprobe 7 (MDF, behandelt mit PMDI)

%-Wasserabsorption 15 52 12

%-Dickenquellung 15 20 11

%-Lineare Expansion 1,4 0,8 0,2

Tabelle VI: Wärmezersetzungstest

CE-4 (Masonite) CE-5 (Medex Medite FR) Testprobe 8 (MDF, behandelt mit PMDI)

Aussehen nach 3,5 Minuten – + +

Aussehen nach 15 Minuten – +

Aussehen nach 30 Minuten =

+ Gibt das Fehlen von sichtbaren roten Glühaschen an den Rändern und das Fehlen einer Lagentrennung an
= Gibt das Vorhandensein von sichtbaren roten Glühaschen an den Rändern, aber keine Lagentrennung an
– Gibt entweder das Vorhandensein von sichtbaren roten Glühaschen an den Lagentrennung an, wobei die Rändern oder eine Oberflächenschichten in kleine gekrümmte Segmente zerbrochen sind.

Die Erfindung wurde weiter sowohl auf die Insekten- als auch die Pilzbeständigkeit hin getestet. Teile von Faserpappe mit mittlerer Dichte wurden mit PMDI gemäß der Erfindung behandelt, um die Testproben 9 und 10 zu liefern. Die Testprobe 9 zusammen mit den Vergleichsproben CE 6 aus weißer Kiefer und CE 7 von unbehandelter MDF wurden unterirdischen Termiten und Holzbohrkäfern ausgesetzt. Die Testprobe 10 und die Vergleichsprobe CE 8 aus Weißkiefer und CE 9 aus unbehandelter MDF wurden einer Braunfäule-Zersetzung und einer Weißfäule-Zersetzung ausgesetzt. In allen Fällen leisteten die Testproben 9 und 10 gleich gute oder bessere Dienste als sowohl Weißkiefer als auch unbehandelte MDF.
Obwohl diese Erfindung beschrieben wurde, als ob sie ein bevorzugtes Design besitzt, versteht es sich, dass weitere Modifikationen, Anwendungen und/oder Anpassungen möglich sind, die im Allgemeinen dem Prinzip der Erfindung folgen und solche Abweichungen von der vorliegenden Offenbarung einschließen, wie sie der bekannten und gängigen Praxis in dem Fachbereich entsprechen, zu dem die Erfindung gehört, und wie sie auf die hierin ausgeführten wesentlichen Merkmale anwendbar sind und in den Umfang der durch die anhängigen Ansprüche begrenzten Erfindung fallen.

Claims

Verfahren zur Erhöhung der Festigkeit und Wasserbeständigkeit eines Substrats aus einem Lignocellulosematerial, umfassend die folgenden Schritte: Imprägnieren eines Substrats (20) aus einem Lignocellulosematerial mit einem Isocyanatharzmaterial; Entfernen von überschüssigem Isocyanatharzmaterial von dem imprägnierten Substrat (20) durch Aufströmen von Luft mit einer hohen Strömungsrate (32) auf das imprägnierte Substrat; Polymerisieren des Harzes (40) durch Anwenden von Wasser bei dem imprägnierten Substrat, wobei das Wasser eine Temperatur hat, die zur Polymerisation ausreichend ist; und Entfernen des Wassers von dem polymerisierten mit Harz imprägnierten Substrat.
Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Schritt des Auswählens eines Luftmessersystems (32) zur Bereitstellung einer hohen Strömungsrate von auf das imprägnierte Substrat aufströmender Luft.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, gekennzeichnet durch den Schritt des Auswählens des Substrates aus Lignocellulosefasern und Bindemittel.
Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch den Schritt des Auswählens des Bindemittels aus Harnstoff-Formaldehydharz oder Phenol-Formaldehydharz.
Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt des Haltens des Wassers bei einer Temperatur, die 82°C (180°F) entspricht oder größer ist, oder bei einer Temperatur im Bereich von 82° bis 100°C (180°F bis etwa 212°F).
Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt des Entwässerns des Substrats in einem Ofen vor der Imprägnierung, bis ein Feuchtigkeitsgehalt von weniger als etwa 7 Gew.-% erreicht ist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragen durch Auftragen einer Vielzahl von Wasserstrahlen auf das Substrat aus einem Lignocellulosematerial erreicht wird.
Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt des Aufrechterhaltens des Druckes von dem Isocyanatharzmaterial, welches bei etwa 1 Atmosphäre imprägniert wird.
Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt des Erhaltens des Isocyanatharzmaterials bei einer Temperatur von 65,5°C (150°F).
Verfahren gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt des Auswählens des Isocyanatharzmaterials aus Methylendiphenyldiisocyanat-Harzmaterial.
Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Schritt des Auswählens des Isocyanatharzmaterials von Methylendiphenyldiisocyanat-Harzmaterial, wobei das Methylendiphenyldiisocyanat-Harzmaterial einen Gehalt von 33% bis 49% an 4,4'-Methylendiphenyldiisocyanat, von weniger als 70% an Poly(methylendiphenyldiisocyanat), von weniger als 10% gemischte Methylendiphenyldiisocyanatisomere und von weniger als 8% 2,4-Methylendiphenyldiisocyanat aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Schritt des Auswählens des Isocyanatharzmaterials von jenen mit einem -N=C=O-Gehalt im Bereich von 1% bis 33 Gew.-% des Isocyanatharzmaterials, oder im Bereich von 10% bis 33 Gew.-% des Isocyanatharzmaterials oder im Bereich von 23% bis 32 Gew.-% des Isocyanatharzmaterials.
Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch den Schritt des Auswählens des Isocyanatharzmaterials von jenen mit einer -N=C=O-Funktionalität von etwa 2 bis etwa 3 und/oder von jenen mit einer Viskosität bei 25°C von etwa 50 bis etwa 300 Centipoise.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Schritt des Auswählens des Lignocellulosematerials von entweder Faserpappe mit hoher Dichte, Faserpappe mit mittlerer Dichte, Pappe mit orientierten Strängen, Teilchenpappe, Hanf, Sisal, Baumwollhalmen, Weizen, Stroh, Bambus, Jute, Salzwasserschilf, Palmenwedel, Flachs, Erdnussschalen, harten Hölzern oder weichen Hölzern.
Vorrichtung zum Bilden eines polymerisierten mit Methan imprägnierten Substrates, wobei die Vorrichtung folgendes umfasst: eine Imprägnierungsstation (20) zur Imprägnierung eines Substrates aus einem Lignocellulosematerial mit einem Isocyanatharzmaterial, wobei die Imprägnierungsstation ein Mittel (21) zum Erhitzen des Isocyanatharzmaterials und ein Mittel (24) zur Auftragung des erhitzten Isocyanatharzmaterials auf das Lignocellulosesubstrat umfasst, wobei das Mittel zur Auftragung des erhitzten Isocyanatharzmaterials eines aus einem ersten Durchtränkungstank und einer Vielzahl von Düsen (24) ist; gekennzeichnet durch eine Harzmaterialentfernungsstation (30) zur Entfernung von überschüssigen Mengen des Isocyanatharzmaterials von dem mit Isocyanat imprägnierten Substrat vor der Polymerisation des Isocyanatharzmaterials, wobei die Harzmaterial-Entfernungsstation eine Luftmesserstation (32) umfasst; eine Polymerisationsstation (40) zum Polymerisieren des in dem Lignocellulosesubstrat imprägnierten Isocyanatharzmaterials, wobei die Polymerisationsstation ein Mittel zum Erhitzen von Wasser und ein Mittel zur Auftragung des erhitzten Wassers auf das imprägnierte Substrat umfasst, wobei das Mittel zur Auftragung des erhitzten Wassers eines aus einem zweiten Durchtränkungstank und einer Vielzahl von Düsen ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 15, gekennzeichnet durch eine Entwässerungsstation (10) zur Entfernung von überschüssiger Feuchtigkeit aus dem Lignocellulosesubstrat, wobei die Entwässerungsstation ein Heizgerät (12) und einen Lüfter (11) umfasst.
Vorrichtung gemäß Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch eine Flüssigkeitsentfernungsstation (50) zur Entfernung von überschüssigen Mengen der Flüssigkeit von dem mit polymerisiertem Harz imprägnierten Substrat, wobei die Flüssigkeits-Entfernungsstation eine Luftmesserstation umfasst.