EP2961580A1 - Holz- und verbundwerkstoffplatte sowie verfahren zur herstellung - Google Patents

Holz- und verbundwerkstoffplatte sowie verfahren zur herstellung

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EP2961580A1
EP2961580A1 EP14706639.3A EP14706639A EP2961580A1 EP 2961580 A1 EP2961580 A1 EP 2961580A1 EP 14706639 A EP14706639 A EP 14706639A EP 2961580 A1 EP2961580 A1 EP 2961580A1
Authority
EP
European Patent Office
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wood
popcorn
composite
intermediate layer
composite board
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Granted
Application number
EP14706639.3A
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English (en)
French (fr)
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EP2961580B1 (de
Inventor
Alireza Kharazipour
Redelf Kraft
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Georg August Universitaet Goettingen
Original Assignee
Georg August Universitaet Goettingen
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Filing date
Publication date
Application filed by Georg August Universitaet Goettingen filed Critical Georg August Universitaet Goettingen
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Priority to PL14706639T priority patent/PL2961580T3/pl
Publication of EP2961580A1 publication Critical patent/EP2961580A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP2961580B1 publication Critical patent/EP2961580B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27N—MANUFACTURE BY DRY PROCESSES OF ARTICLES, WITH OR WITHOUT ORGANIC BINDING AGENTS, MADE FROM PARTICLES OR FIBRES CONSISTING OF WOOD OR OTHER LIGNOCELLULOSIC OR LIKE ORGANIC MATERIAL
    • B27N3/00—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres

Definitions

  • the present invention relates to the field of wood and / or composites, in particular chipboard and fiberboard, insulation boards, boards and composite materials containing lignocellulose and popcorn.
  • Wood and / or composite materials, in particular chipboard or fiberboard have been known for more than a hundred years as an alternative for solid wood in the furniture industry, construction, etc.
  • chipboard or fiberboard have been known for more than a hundred years as an alternative for solid wood in the furniture industry, construction, etc.
  • For the quality of wood and / or composite materials several factors play a role, in particular the bulk density, the transverse tensile strength and the thickness, but in many applications the flexural strength.
  • WO 2008/040747 discloses wood and composites containing popcorn. These have the advantage of a low density. However, it is the task of further improving the wood and / or composite material disclosed therein. This is achieved by a wood and / or composite panel according to the present invention. Accordingly, a wood and / or composite sheet is proposed, comprising an upper and a lower cover layer and an intermediate layer, wherein - the intermediate layer contains popcorn and -
  • the upper and the lower cover layer consist of materials which have a modulus of elasticity (modulus of elasticity) of> 1 kN / mm 2 to ⁇ 70 kN / mm 2 .
  • wood and / or composite material is understood to mean, in particular, materials which consist mainly of mechanically or thermomechanically, chemo-thermomechanically comminuted lignocellulose-containing material or popcorn, which are shaped after gluing with a synthetic or natural binder and added under temperature and pressure Wood and / or composites are pressed.
  • the wood and / or composite board according to the invention may contain even more than the three mentioned layers (upper and lower cover layer and intermediate layer). Usually, and thus according to a preferred embodiment, however, it is a three-layer wood and / or composite board.
  • the individual layers of the wood and / or composite board according to the invention are explained in detail: a) Cover layers
  • the cover layers of the wood and / or composite board according to the invention - as mentioned - each have a modulus of elasticity (modulus of elasticity) of> 1 kN / mm 2 up to ⁇ 70 kN / mm 2 .
  • the modulus of elasticity is preferably from> 1.5 kN / mm 2 to ⁇ 50 kN / mm 2 , more preferably> 2 kN / mm 2 to ⁇ 40 kN / mm 2 , and most preferably> 3 kN / mm 2 to ⁇ 30 kN / mm 2 , and most preferably from> 5 kN / mm 2 to ⁇ 10 kN / mm 2 .
  • the modulus of elasticity for wood-based materials is measured according to DIN EN 310.
  • the lower and / or upper cover layer preferably has a density of 0,5 0.5 g / cm 3 to ⁇ 3.0 g / cm 3 .
  • the lower and / or upper cover layers have a density of 0,8 0.8 g / cm 3 to ⁇ 2.5 g / cm 3 , more preferably from 0 0.9 g / cm 3 to ⁇ 1.5 g / cm 3
  • the proportion of the cover layers is from 1 1% to ⁇ 50% of the total wood and / or composite panel according to the invention (% by weight / weight). This has proved to be advantageous, since the density of the wood and / or composite board according to the invention remains low, but nevertheless the surprising increases in flexural strength can be observed. Even more preferably, the proportion of cover layers is from 10 10% to ⁇ 30% of the total wood and / or composite panel of the invention (weight / weight).
  • the lower and / or upper cover layer consist predominantly of a material selected from the group consisting of wood chips or fibers, lignocellulose-containing chips and / or fibers (such as, for example, hemp, flax, etc.), or melamine film , HPL (High Pressure Laminate), CPL (Continuous Pressure Laminate), Chipboard (eg Thin Chipboard), Fiberboard (Thin HDF), Aluminum Sheet / Sheet, Metal Sheet / Sheet, Sheet Metal, Plywood, Veneer, Glass Fiber, Carbon Fiber, Carbon fiber, ceramic and possibly other additives such. As hydrophobing agents, anti-flame agents, binders and mixtures of all these materials.
  • the intermediate layer contains - as described - popcorn.
  • the "popcorn" in the context of the present invention comprises in particular all materials which, like the puffed corn (Zea mays, convar Microsperma), if appropriate after adequate greasing, explode at high temperatures due to rapid heating by the water present in the seed evaporating abruptly Such behavior is known inter alia by quinoa grain, amaranth, rice or even wheat, materials based on these raw materials are explicitly referred to in the context of the present invention as "a foamy consistency.” Popcorn "and includes, the term” popcorn "should not be limited to corn and was chosen especially for reasons of simplicity, clarity and readability.
  • the intermediate layer preferably comprises ⁇ 60% (w / w), more preferably ⁇ 80% (w / w), still more preferably ⁇ 90% (w / w) and ⁇ 95% (w / w) of popcorn and otherwise preferably predominantly of wood chips and / or wood fibers, preferably here.
  • lignocellulosic chips and / or fibers such as of hemp, flax, etc.
  • plastics thermoplastics, thermosets, plastic fibers, such as.
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • PVAc polyvinyl acetate
  • PP PE supporting fibers
  • additives such as.
  • the intermediate layer may consist of 100% popcorn.
  • the popcorn has a particle size distribution in which ⁇ 50% and ⁇ 90% of the popcorn have a particle size of ⁇ 2 mm and ⁇ 10 mm.
  • Popcorn of larger grain size is often less suitable for processing into lignocellulose-containing moldings such as wood and / or composite materials.
  • Popcorn of smaller grain size tends to be used in many applications within the present invention in the manufacture of the wood and / or composite material Absorb added binder or glue, which can degrade the quality of the wood and / or composite material.
  • the popcorn has a particle size distribution in which> 70% and ⁇ 90% of the popcorn have a particle size of> 2 mm and ⁇ 10 mm.
  • the popcorn has a particle size distribution in which> 50% and ⁇ 90%, particularly preferably> 70% and ⁇ 90% of the popcorn have a particle size of> 4 mm and ⁇ 10 mm.
  • the popcorn has a particle size distribution in which> 50% and ⁇ 80% of the popcorn have a particle size of> 3 mm and ⁇ 8 mm.
  • the popcorn has an average particle size distribution of> 3 mm and ⁇ 6 mm. This has been found to be beneficial for many applications within the present invention.
  • the popcorn has an average particle size distribution of> 3.5 mm and ⁇ 5 mm.
  • the fat content of the popcorn before processing is ⁇ 10 (wt)%.
  • fat content is not understood the total amount of fat in popcorn, but the proportion of fat, which was used to hydrophobize the seed epidermis, which leads to better inclusion of the water contained in the seed.
  • the fat content is ⁇ 5 (wt)%.
  • the present invention also relates to a method for producing a wood and / or composite board according to the invention, comprising the steps a) (optionally separate) lining of the outer layer and the intermediate layer precursor material
  • Step a) can be done by simply sprinkling fibers, chips and / or granules.
  • the popcorn granules are preferably either by the Bichsel method (WO 1999042005A1) or by Puffung, z. B. by the microwave method, and then crushed.
  • binders are thermoplastics, thermosets, aminoplasts, phenoplasts, isocyanates, proteins, tannins, starch, synthetic binders or natural binders, or mixtures of binders, such as, for example, urea-formaldehyde resin, melamine-formaldehyde resin, melamine-reinforced urea-formaldehyde resin, tannin formaldehyde Resin, phenol-formaldehyde resin, polymeric diphenylmethane diisocyanate or mixtures thereof preferred.
  • additives such as hydrophobing agents, anti-flaking agents, etc., are attached.
  • Step c) can be carried out according to a preferred embodiment of the invention while introducing hot air / hot steam.
  • the present invention also relates to a process for producing a wood and / or composite sheet according to the invention, comprising the steps of a) producing the intermediate layer
  • FIG. 1 shows a diagram of a particle size distribution of a popcorn granulate which was used in the examples according to the invention.
  • Starting material for the following material examples is grain corn; alternatively, however, other starchy grains may be used as well.
  • feed corn kernels are first crushed and the grain fragments are subsequently expanded under pressure and temperature according to the Bichse method (WO 1999042005A1) to a defined process.
  • the popcorn granules produced in this way are now fractionated, so that a granulate having particle sizes of 0.5 mm to 8 mm and a bulk density of about 30 kg / m 3 to 70 kg / m 3 is present.
  • starchy grains may be expanded by means of a microwave oven or other common methods.
  • FIG. 1 shows a grain size distribution suitable for producing expanded corn kernel-based composite materials and as used in the following examples.
  • a binder liquor based on urea-formaldehyde resin was used, as is commonly used for the industrial production of wood-based materials.
  • these binders liquor contains ammonium sulfate solution (40% - strength) and in some cases water repellents (HYDROWAX 138 ® SASOL GmbH).
  • the glue liquor of the material plates described below consisted of popcorn granules, 8.0% UF solid resin relative to ator popcorn granules, 1% ammonium sulfate solution (hardener) based on dry solid resin.
  • thermoset-curing binder liquors based on melamine-formaldehyde resin (MUF resin), phenol-formaldehyde resin (PF resin) and mixed resin systems prepared therefrom, natural binder systems based on tannins or proteins and isocyanates such.
  • MAF resin melamine-formaldehyde resin
  • PF resin phenol-formaldehyde resin
  • mixed resin systems prepared therefrom, natural binder systems based on tannins or proteins and isocyanates such.
  • B. PMDI used. Two different processes were used to compress the glued popcorn granule cake: a) The glued popcorn granule cake is pressed under heat at 120 ° C. to 200 ° C. with a press time factor of 12 s / mm in a hot press with conductive heat transfer. b) The Popcomgranulatkuchen is pressed cold to the desired final dimensions.
  • thermosets this process technology also makes it possible to use thermoplastic binders, such as, for example, PVAC or PP or PE supporting fibers. This process is particularly suitable for slab densities below 200 kg / m 3 , since it must be ensured that the cold pre-pressed granules cake can flow through with hot steam / hot air.
  • Tab. 1 Some physico-technological properties of hot-pressed UFC resin (8.0% based on atro) bonded popcorn composite panels with a thickness of 20 mm

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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  • Dry Formation Of Fiberboard And The Like (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Holz- und Verbundwerkstoffplatte mit einer Zwischenschicht aus Popcorn sowie zwei Deckschichten mit einem hohen Elastizitätsmodul. Die entstehende Platte zeichnet sich durch eine sehr hohe Biegefestigkeit aus.

Description

HOLZ- UND VERBUNDWERKSTOFFPLATTE SOWIE VERFAHREN ZUR
HERSTELLUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Holz- und/oder Verbundwerkstoffe, insbesondere der Spanplatten und Faserplatten, Dämmstoffplatten, Werkstoffplatten sowie Verbundwerkstoffe, welche Lignocellulose und Popcorn enthalten. Holz und/oder Verbundwerkstoffe, insbesondere Span- oder Faserplatten sind seit nunmehr mehr als hundert Jahren als Alternative für Massivholz in der Möbelindustrie, Baugewerbe etc. bekannt. Für die Güte von Holz und/oder Verbundwerkstoffen spielen dabei mehrere Faktoren, darunter insbesondere die Rohdichte, die Querzugsfestigkeit und die Dickenquel- lung eine Rolle, besonders aber bei vielen Anwendungen die Biegefestigkeit.
In der WO 2008/040747 werden Holz- und Verbundwerkstoffe, welche Popcorn enthalten, offenbart. Diese haben den Vorteil einer geringen Rohdichte. Es stellt sich jedoch die Aufgabe, die dort offenbarten Holz und/oder Verbundwerkstoff weiter zu verbessern. Dies wird durch eine Holz und/oder Verbundwerkstoffplatte gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst. Demgemäß wird eine Holz- und/oder Verbundwerkstoffplatte vorgeschlagen, umfassend eine obere und eine untere Deckschicht sowie eine Zwischenschicht, wobei - die Zwischenschicht Popcorn enthält und - die obere und die untere Deckschicht aus Materialien bestehen, die ein Elastizitätsmodul (E-Modul) von > 1 kN/mm2 bis < 70 kN/mm2 aufweisen.
Überraschend hat sich herausgestellt, dass so die Eigenschaften der entstehenden Holz- und/oder Verbundwerkstoffplatte, insbesondere die Biegefestigkeit und Biege-E-Modul im Vergleich zur WO 2008/040747 stark erhöht werden können.
Unter der Bezeichnung„Holz- und/oder Verbundwerkstoff" werden insbesondere Materialien verstanden, die hauptsächlich aus mechanisch oder thermomechanisch, chemo- thermomechanisch zerkleinertem lignocellulosehaltigen Material oder Popcorn bestehen, die nach der Beleimung mit einem synthetischen oder naturnahen Bindemittel geformt und unter Temperatur und Druck zu Holz und/oder Verbundwerkstoffen verpresst werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäße Holz- und/oder Verbundwerkstoffplatte noch mehr als die drei erwähnten Schichten (obere und untere Deckschicht sowie Zwischenschicht) enthalten kann. Üblicherweise und somit gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist es jedoch eine dreischichtige Holz- und/oder Verbundwerkstoffplatte. Die einzelnen Schichten der erfindungsgemäßen Holz- und/oder Verbundwerkstoffplatte werden im Einzelnen noch erläutert: a) Deckschichten Die Deckschichten der erfindungsgemäßen Holz- und/oder Verbundwerkstoffplatte haben - wie erwähnt - jeweils ein Elastizitätsmodul (E-Modul) von > 1 kN/mm2 bis < 70 kN/mm2. Bevorzugt beträgt das E-Modul von > 1,5 kN/mm2 bis < 50 kN/mm2, noch bevorzugt > 2 kN/mm2 bis < 40 kN/mm2, sowie am meisten bevorzugt von > 3 kN/mm2 bis < 30 kN/mm2, sowie am meisten bevorzugt von > 5 kN/mm2 bis < 10 kN/mm2. Das E-Modul wird für Holzwerkstoffe dabei nach DIN EN 310 gemessen. Bevorzugt haben die untere und/oder obere Deckschicht eine Dichte von≥ 0,5 g/cm3 bis≤ 3,0 g/cm3. Dies hat sich in der Praxis bewährt, da so die Stabilität der entstehenden erfindungsgemäßen Holz- und/oder Verbundwerkstoffplatte nochmals erhöht werden kann. Noch bevorzugt haben die untere und/oder obere Deckschicht eine Dichte von≥ 0,8 g/cm3 bis ≤ 2,5 g/cm3, ferner bevorzugt von≥ 0,9 g/cm3 bis≤ 1,5 g/cm3
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der Anteil der Deckschichten von≥ 1 % bis≤ 50 % der gesamten erfindungsgemäßen Holz- und/oder Verbundwerkstoffplatte (Gew.% /Gew.%). Dies hat sich als vorteilhaft herausgestellt, da so die Dichte der erfindungsgemäßen Holz- und/oder Verbundwerkstoffplatte weiterhin niedrig bleibt, aber trotzdem die überraschenden Steigerungen der Biegefestigkeit beobachtet werden können. Noch bevorzugt beträgt der Anteil der Deckschichten von≥ 10 % bis≤ 30 % der gesamten erfindungsgemäßen Holz- und/oder Verbundwerkstoffplatte (Gew. /Gew.). Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die untere und/obere Deckschicht überwiegend aus einem Material, ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Holzspäne oder - fasern, lignocellulosehaltigen Späne und/oder Fasern (wie z. B. von Hanf, Flachs, etc.), oder aus Melaminfolie, HPL (High Pressure Laminate), CPL (Continuous Pressure Laminate), Spanplatte (z.B. Dünn-Spanplatte), Faserplatte (Dünn-HDF), Aluminiumplatte/-blech, Metallplatte/-blech, Blechplatte, Sperrholz, Furnier, Glasfaser, Kohlefaser, Carbonfaser, Ceramic sowie eventuell weitere Additive wie z. B. Hydrophobierungsmittel, Antiflammmittel, Bindemittel und Mischungen all dieser Materialien.
Der Term„überwiegend" im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet insbesondere >90 Gew.-%, bevorzugt >95% Gew.-% sowie am meisten bevorzugt >98 Gew.-%. b) Zwischenschicht
Die Zwischenschicht enthält - wie beschrieben - Popcorn. Der Terra „Popcorn" im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst insbesondere alle Materialien, welche wie der Puffmais (Zea mays, convar. Microsperma) - gegebenenfalls nach entsprechender Einfettung bei einer schnellen Erwärmung zu hohen Temperaturen explodieren, indem das in dem Samen vorhandene Wasser schlagartig verdampft und so die im Samen enthaltene Stärke in eine schaumartige Konsistenz überführt. Ein solches Verhalten ist unter anderem von Quinoa-Korn, Amarant, Reis oder auch Weizen bekannt, Materialien, die auf diesen Grundstoffen basieren, werden im Sinne der vorliegenden Erfindung explizit auch als„Popcorn" bezeichnet und umfasst, die Bezeichnung„Popcorn" soll nicht nur auf Mais beschränkt sein und wurde insbesondere aus Gründen der Einfachheit, Übersichtlichkeit und Lesbarkeit gewählt.
Bevorzugt besteht die Zwischenschicht zu≥ 60 % (GewJGew.), noch bevorzugt≥ 80% (Gew./Gew.), noch bevorzugt≥90 % (Gew./Gew.) und≥95 % (Gew/Gew.) aus Popcorn und ansonsten bevorzugt überwiegend aus Holzspänen und/oder Holzfasern, bevorzugt dabei. lignocellulosehaltige Späne und/oder Fasern (wie z. B. von Hanf, Flachs, etc.) oder Kunststoffe, Thermoplasten, Duroplaste, Kunststofffasern, wie z. B. PP (Polypropylen), PE (Polyethylen), PVAc (Polyvinylacetat) oder PP-, PE-Stützfasern), ggf. unter dem Zusatz von Additive, wie z. B. Hydrophobierungsmittel, Antiflammmittel, Bindemittel, etc. Jedoch kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform die Zwischenschicht zu 100 % aus Popcorn bestehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Popcorn eine Korngrößenverteilung auf, bei der≥ 50 % und≤ 90 % des Popcorns eine Korngröße von≥ 2 mm und≤ 10 mm besitzen.
Dies hat sich für viele Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft herausgestellt. Popcorn größerer Korngröße lässt sich häufig schlechter zu lignocellulosehaltigen Formkörpern wie Holz- und/oder Verbundwerkstoffen verarbeiten, Popcorn kleinerer Korngröße neigt bei vielen Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindungen dazu, das bei der Herstellung des Holz- und/oder Verbundwerkstoffes zugegebene Bindemittel bzw. den Leim aufzusaugen, was die Qualität des Holz- und/oder Verbundwerkstoffes verschlechtern kann.
Besonders bevorzugt weist das Popcorn eine Korngrößenverteilung auf, bei der > 70 % und < 90 % des Popcorns eine Korngröße von > 2 mm und < 10 mm besitzen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Popcorn eine Korngrößenverteilung auf, bei der > 50 % und < 90 %, besonders bevorzugt > 70 % und < 90 % des Popcorns eine Korngröße von > 4 mm und < 10 mm besitzen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Popcorn eine Korngrößenverteilung auf, bei der > 50 % und < 80 % des Popcorns eine Korngröße von > 3 mm und < 8 mm besitzen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Popcorn eine durchschnittliche Korngrößenverteilung von > 3 mm und < 6 mm auf. Dies hat sich für viele Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung als günstig herausgestellt.
Besonders bevorzugt weist das Popcorn eine durchschnittliche Korngrößenverteilung von > 3,5 mm und < 5 mm auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der Fettanteil des Popcorns vor der Verarbeitung < 10 (Gew-) %. Unter„Fettanteil" des Popcorns wird dabei nicht der Gesamtanteil an Fett im Popcorn verstanden, sondern der Anteil an Fett, welcher zur Hydrophobierung der Samenepidermis eingesetzt wurde, die zum besseren Einschluss des im Samen enthaltenen Wassers führt.
Es hat sich bei vielen Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung als günstig herausgestellt, diesen Fettanteil so gering wie möglich zu halten, da dies die weitere Verarbeitung des Popcorns erleichtert. Vorzugsweise beträgt der Fettanteil < 5 (Gew-) %, nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird zur Konsistenzänderung (Umwandlung) (="Puffung") kein Fett zugesetzt. In diesem Fall ist es besonders bevorzugt, dass die Konsistenzänderung (="Puffung") mittels Mikrowellen erfolgt, wie im Folgenden noch ausgeführt werden wird.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Holz- und/oder Verbundwerkstoffplatte, umfassend die Schritte a) (ggf. getrenntes) Beieimen von Deckschicht- und Zwischenschicht- Vorlauf ermaterial
b) Vorlegen des beleimten Deckschicht- und Zwischenschichtvorläufermaterials
c) Verpressen zur erfindungsgemäßen Holz- und/oder Verbundwerkstoffplatte Dieses Verfahren hat sich insbesondere für erfindungsgemäße Holz- und/oder Verbundwerkstoffplatten bewährt, bei denen die Deckschichten Holzfasern und/oder Holzspäne erhalten. Auf diese Weise kann durch einen einzigen Verpressschritt die Holz- und/oder Verbundwerkstoffplatte direkt hergestellt werden. Schritt a) kann mittels einfaches Einstreuen von Fasern, Späne und/oder Granulat erfolgen. Dabei wird bei der Zwischenschicht das Popcorn-Granulat bevorzugt entweder nach dem Bichsel-Verfahren (WO 1999042005A1) oder durch Puffung, z. B. nach dem Mikrowellenverfahren, und anschließendes Zerkleinern hergestellt. Als Bindemittel sind insbesondere Thermoplasten, Duroplasten, Aminoplasten, Phenoplasten, Isocyanate, Proteine, Tannine, Stärke, synthetische Bindemittel oder naturnahe Bindemittel, oder Mischungen von Bindemitteln, wie z.B. Harnstoffformaldehyd-Harz, Melarninformaldehyd-Harz, Melaminverstärktes Harnstoffformaldehyd-Harz, Taninformal- dehyd-Harz, Phenolformaldehyd-harz, Polymeres Diphenylmethandiisocyanat oder Misch- ungen daraus bevorzugt. Hinzu können ggf. noch Additive, wie z. B. Hydrophobierungsmittel, Antiflammmittel etc., beigefügt werden. Schritt c) kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Einleiten von Heißluft/Heißdampf erfolgen. Hierzu wird auf die DE 10 2012 101 716.6 verwiesen. Alternativ bezieht sich die vorliegende Erfindung außerdem auf ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Holz- und/oder Verbundwerkstoffplatte, umfassend die Schritte a) Herstellung der Zwischenschicht
b) Verkleben der Zwischenschicht mit den Deckschichten
In diesem Fall verlaufen somit Verpressschritte ggf. getrennt; für den Fall, dass die Deckschichten z. B. Aluminium enthalten, entfallen hier einsichtigerweise die Verpressschritte für die Deckschichten. Bei der Zwischenschicht wird Popcorn-Granulat bevorzugt wie oben beschrieben dargestellt. Als Bindemittel kommen ebenfalls die zuvor beschriebenen Materialien in Frage.
Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile und Komponenten unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Beispiele und Zeichnungen, in denen - beispielhaft - mehrere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer lignocellulosehaltiger Formkörper dargestellt sind. In den Zeichnungen, welche sich auf die Beispiele beziehen, zeigt: Fig. 1 ein Diagramm einer Korngrößenverteilung eines Popcorngranulates, welches in den erfindungsgemäßen Beispielen eingesetzt wurde. I. Herstellung von Popcomgranulat
Ausgangsmaterial für die folgenden Werkstoffbeispiele ist Kornmais; alternativ können jedoch ebenso andere stärkehaltige Körner verwendet werden. Zur Herstellung eines plattentauglichen Granulats mit geringer Schüttdichte werden Futtermaiskörner zunächst geschrotet und die Kornbruchstücke anschließend unter Druck- und Temperatureinwirkung nach dem Bichseiverfahren (WO 1999042005A1) einem definierten Prozess expandiert. Das auf diese Weise entstandene Popcorngranulat wird nun fraktioniert, so dass ein Granulat mit Korngrößen von 0,5 mm bis zu 8 mm und einer Schüttdichte von ca. 30 kg/m3 bis 70 kg/m3 vorliegt. Alternativ können stärkehaltige Körner mit Hilfe einer Mikrowellenanlage oder nach weiteren gängigen Verfahren expandiert werden.
Um ein zum oben erwähnten Verfahren vergleichbares Granulat zu erhalten wird das expandierte Korn in weiteren Arbeitsschritten zerkleinert und fraktioniert. Fig. 1 zeigt eine Korngrößenverteilung wie sie sich zur Herstellung von Verbundmaterialien auf Basis von expandierten Maiskörnern eignet und wie sie in den folgenden Beispielen verwendet wurde.
Π. Herstellung der Zwischenschicht
Zur Herstellung der Zwischenschicht (Rohdichte von 200 kg/m3 und 300 kg/m3) wurde folgendes Verfahren verwendet
Neben dem Popcorngranulat wurde eine Bindemittelflotte auf der Basis von Harnstoffformaldehydharz (UF-Harz) verwendet, wie diese üblicherweise zur industriellen Produktion von Holzwerkstoffen eingesetzt wird. Neben dem eigentlichem UF-Harz (z. B. KAURTT® 350 der BASF AG) enthält diese Bindemittelflotte Ammoniumsulfatlösung (40%- ig) und fallweise Hydrophobierungsmittel (HYDROWAX 138® der Firma SASOL GmbH). Die Leimflotte der im folgenden beschriebenen Werkstoffplatten bestand aus Popcorngranulat, 8,0 % UF-Festharz bezogen auf atro Popcorngranulat, 1 % Ammoniumsulfat-Lösung (Härter) bezogen auf atro Festharz. Als alternative Bindemittel sind auch andere duroplastisch aushärtende Bindemittelflotten auf der Basis von Melaminformaldehydharz (MUF-Harz), Phenolformaldehydharz (PF-Harz) und daraus hergestellte Mischharzsysteme, naturnahe Bindemittelsysteme auf Basis von Tanninen oder Proteinen sowie Isocyanate wie z. B. PMDI verwendbar. Zum Pressen des beleimten Popcomgranulatkuchens wurden zwei unterschiedliche Verfahren verwendet: a) Der beleimte Popcorngranulatkuchen wird unter Temperatureinwirkung zwischen 120°C bis 200°C mit einem Presszeitfaktor von 12 s/mm in einer Heißpresse unter konduktiver Wärmeübertragung gepresst. b) Der Popcomgranulatkuchen wird kalt auf die gewünschten Enddimensionen verpresst.
Die Aushärtung des Bindemittels erfolgt anschließend, indem Heißluft/Heißdampf durch den gepressten Granulatkuchen geleitet wird. Bei dieser Verfahrenstechnik ist neben Duroplasten auch die Verwendung von thermoplastischen Bindemitteln, wie z.B. PVAC oder PP bzw. PE Stützfasern möglich. Dieses Verfahren eignet sich vor allem für Plattenrohdichten unterhalb von 200 kg/m3, da gewährleistet sein muss, dass sich der kalt vorgepresste Granulatkuchen mit Heißdampf/Heißluft durchströmen lässt.
Verfahren a)
Die nach dem unter Punkt a) unter Verwendung einer Heißpresse hergestellten Werkstoffplatten mit einer Plattendichte zwischen 130 kg/m3 und 300 kg/m3 wurden hinsichtlich ihrer Querzugfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 und 2 zusammengestellt.
Tab. 1: Einige physikalisch-technologische Eigenschaften von mit einer Heißpresse hergestellten, mit UF-Harz (8,0 % bez. atro) gebundenen Popcornverbundwerkstoffplatten mit einer Dicke von 20 mm
Verfahren b)
Die nach dem unter Punkt b) unter Verwendung einer Heißluft/Heißdampfpresse hergestellten Werkstoffplatten mit einer Plattendichte zwischen 80 kg/m3 und 200 kg/m3 wurden hinsichtlich ihrer Querzugfestigkeit und Wärmeleitfähigkeit untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 und 4 zusammengestellt. Von allen Platten unter Beispiel II wurden die Biegefestigkeiten nach DIN EN 310 gemessen; sämtliche hergestellten Werkstoffplatten weisen durchweg eine geringe Biegefestigkeit von ca. 1,0 bis 2,5 N/mm2 auf, so dass Anwendungen mit tragenden Funktionen ausgeschlossen sind.
ΙΠ. Herstellung der erfindungsgemäßen Holz- und/oder Verbundwerkstoffplatten
Die erfindungsgemäßen Holz- und/oder Verbundwerkstoffplatten wurden nun ausgehend von den unter Π. dargestellten Zwischenschichten hergestellt, jeweils mit einem Gewichtsanteil von 2 x 20 % für die Deckschichten und 60 % für die Zwischenschicht. a) Herstellung im einstufigen Verfahren
In diesem Verfahren wurde das Deck- bzw. Zwischenschichtmaterial getrennt voneinander beleimt. Hierzu kommen alle oben erwähnten Bindemittel in Frage, in der Folge (Tab. 5) wird beispielhaft UF-Harz als Bindemittel verwendet.
Aus dem beleimten Material wird in der Reihenfolge Deckschicht, Zwischenschicht, Deckschicht, ein Materialkuchen gestreut und vorverdichtet. Das Aushärten des Bindemittels erfolgt schließlich in einer Heißpresse bei Temperaturen von 120°C bis 200°C und einem Presszeitfaktor von 6 mm/s bis 12 mm/s. Der Materialkuchen wurde unter Verwendung von Distanzleisten zu Werkstoffplatten mit einer Dicke von 20 mm gepresst.
Die ermittelten Festigkeiten der so hergestellten Platten (Tab. 6) zeigen, dass sich die geringe Biegefestigkeit der Werkstoffplatten aus Popcorn durch das Aufbringen einer Deckschicht aus Holzfasern/-späne deutlich erhöhen lässt, so dass sich z.B. mit Deckschichten aus Holzfasern eine Biegefestigkeit von ca. 16 N/mm2 erreichen lässt, was die Anforderungen an Spanplatten für den Möbelbau von 11,0 N/mm2 nach EN 312 deutlich übertrifft.
Man sieht somit die erstaunlich erhöhte Biegefestigkeit aller erfindungsgemäßer Platten. b) Herstellung im zweistufigen Verfahren
Zur Herstellung von biegebelastbaren Werkstoffplatten aus Popcorngranulat im zweistufigen Verfahren werden die unter Bsp. 1 hergestellten Platten nach ihrer Herstellung und Konditionierung zunächst bei einer Temperatur von 20°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 65 % unter Verwendung eines geeigneten Bindemittels (Epoxid-Harz, PUR etc.) mit Decklagen aus unterschiedlichen Materialien beleimt. Es ergibt sich auf diese Weise eine Sandwichstruktur, die in Abhängigkeit von den verwendeten Decklagen unterschiedliche Eigenschaften aufweist. Als Decklagen kommen z. B. Dünnspanlatten bzw. Dünn-HDF, Sperrholz, HPL oder Metallbleche in Frage. In der folgenden Tabelle 7 sind einige mechanisch-technologische Eigenschaften für Sandwichplatten mit einer Kernlage aus expandiertem Mais und unterschiedlichen Decklagen aufgeführt:
Man sieht somit die erstaunlich erhöhte Biegefestigkeit aller erfindungsgemäßer Platten.
Die einzelnen Kombinationen der Bestandteile und der Merkmale von den bereits erwähnten Ausführungen sind exemplarisch; der Austausch und die Substitution dieser Lehren mit anderen Lehren, die in dieser Druckschrift enthalten sind mit den zitierten Druckschriften werden ebenfalls ausdrücklich erwogen. Der Fachmann erkennt, dass Variationen, Modifikationen und andere Ausführungen, die hier beschrieben werden, ebenfalls auftreten können ohne von dem Erfindungsgedanken und dem Umfang der Erfindung abzuweichen.
Entsprechend ist die obengenannte Beschreibung beispielhaft und nicht als beschränkend anzusehen. Das in den Ansprächen verwendete Wort„umfassen" schließt nicht andere Bestandteile oder Schritte aus. Der unbestimmte Artikel„ein" schließt nicht die Bedeutung eines Plurals aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maße in gegenseitig verschiedenen Ansprüchen rezitiert werden, verdeutlicht nicht, dass eine Kombination von diesen Maßen nicht zum Vorteil benutzt werde kann. Der Umfang der Erfindung ist in den folgenden Ansprüchen definiert und den dazugehörigen Äquivalenten.

Claims

ANSPRÜCHE 1. Holz- und/oder Verbundwerkstoffplatte umfassend eine obere und eine untere
Deckschicht sowie eine Zwischenschicht, wobei die Zwischenschicht Popcorn enthält und
die obere und die untere Deckschicht ein Elastizitätsmodul (E-Modul) von≥ 1 kN/mm2 bis≤ 70 kN/mm2 aufweist. 2. Holz- und/oder Verbundwerkstoffplatte nach Anspruch 1, wobei die untere und/oder obere Deckschicht eine Dichte von≥ 0,5 g/cm3 bis≤ 3,0 g/cm3 aufweisen. 3. Holz- und/oder Verbundwerkstoffplatte nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Anteil der Deckschichten von≥ 1 % bis≤50% der gesamten erfindungsgemäßen Holz- und/oder Verbundwerkstoffplatte (Gew./Gew.) beträgt. 4. Holz- und/oder Verbundwerkstoffplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Zwischenschicht zu≥60 % (Gew./Gew.) aus Popcorn besteht. 5. Holz- und/oder Verbundwerkstoffplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Popcorn eine Korngrößenverteilung aufweist, bei der≥ 50 % und≤ 90 % des
Popcorns eine Korngröße von≥ 2 mm und≤ 10 mm besitzen. 6. Holz- und/oder Verbundwerkstoffplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die untere und/obere Deckschicht überwiegend aus einem Material, ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Holzspäne oder - fasern, lignocellulosehaltigen Späne und/oder Fasern (wie z. B. von Hanf, Flachs, etc..), oder aus Melaminfolie, HPL (High Pressure Laminate), CPL (Continuous Pressure Laminate), Spanplatte (z.B. Dünn-Spanplatte), Faserplatte (Dünn-HDF), Aluminiumplatte/-blech, Metallplatte/-blech, Blechplatte, Sperrholz, Furnier, Glasfaser, Kohlefaser, Carbonfaser, Ceramic sowie eventuell weitere Additive wie z. B. Hydrophobierungsmittel, Antiflammmittel, Bindemittel und Mischungen all dieser Materialien bestehen 7. Holz- und/oder Verbundwerkstoffplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Popcorn der Zwischenschicht eine Korngrößenverteilung aufweist, bei der≥ 50 % und
≤ 90 % des Popcorns eine Korngröße von≥ 2 mm und≤ 10 mm besitzen 8. Holz- und/oder Verbundwerkstoffplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Popcorn der Zwischenschicht eine durchschnittliche Korngrößenverteilung von≥ 3 mm und≤ 6 mm aufweist. 9. Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Holz und/oder
Verbundwerkstoffplatte, umfassend die Schritte a) (ggf. getrenntes) Beieimen von Deckschicht- und Zwischenschichtvorläufermaterial
b) Vorlegen des beleimten Deckschicht- und Zwischenschichtvorläufermaterials
c) Verpressen zur erfindungsgemäßen Holz- und/oder Verbundwerkstoffplatte 10. Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Holz und/oder
Verbundwerkstoffplatte, umfassend die Schritte a) Herstellung der Zwischenschicht
b) Verkleben der Zwischenschicht mit den Deckschichten
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