EP3421200B1 - Holzwerkstoffplatte mit hohlkugeln - Google Patents

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EP3421200B1
EP3421200B1 EP17179148.6A EP17179148A EP3421200B1 EP 3421200 B1 EP3421200 B1 EP 3421200B1 EP 17179148 A EP17179148 A EP 17179148A EP 3421200 B1 EP3421200 B1 EP 3421200B1
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EP
European Patent Office
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hollow glass
wood board
composite wood
binder
chips
Prior art date
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Active
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EP17179148.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP3421200A1 (de
Inventor
Roger Braun
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Swiss Krono Tec AG
Original Assignee
Swiss Krono Tec AG
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Publication date
Application filed by Swiss Krono Tec AG filed Critical Swiss Krono Tec AG
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Priority to PL17179148T priority patent/PL3421200T3/pl
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Publication of EP3421200B1 publication Critical patent/EP3421200B1/de
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    • 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
    • B27N3/04—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres from fibres
    • 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
    • B27N3/02—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres from particles
    • 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
    • B27N1/00—Pretreatment of moulding material

Definitions

  • the invention relates to a wood-based panel with hollow spheres and a method for producing such wood-based panels with hollow spheres.
  • plate-shaped materials are required which hardly swell when exposed to moisture and are therefore only subject to a slight change in shape when the moisture rises.
  • these plate-shaped materials should have the lowest possible thermal conductivity so that they bring about the best possible thermal insulation.
  • good mechanical properties are required so that these plate-shaped materials can be used as cladding in the frame construction.
  • gypsum plasterboard has been used for such applications, ie plasterboard covered with a cardboard. These gypsum plasterboards have low swelling and low thermal conductivity. However, they have only limited mechanical properties and a relatively high weight. Such a plasterboard is in the DE-AS 1 276 314 described.
  • the US 2005/0019548 A1 which discloses the preamble of claim 1, describes an OSB board for building and the US 2011/0073253
  • A1 describes an HDF or an MDF board.
  • the object is achieved with a wood-based panel according to claim 1 and a method for producing such a wood-based panel according to claim 11.
  • a wood material board according to the invention consists of lignocellulosic n n chips or fibers, a binder and also em Hollow glass balls.
  • the wood-based panel has lignocellulosic particles, in particular chips or fibers.
  • the chips are larger than the fibers; they are usually flat, with the length and width typically being much larger than the thickness. Typical dimensions range from 5 mm to 200 mm in length, from 0.5 mm to 100 mm in width and from 0.1 to 5 mm in thickness. Chips have a higher bending elasticity than fibers.
  • a fiber usually has approximately the same width and thickness; the length is much greater than the width or thickness. Typical dimensions range from 0.5 to 10 mm in length, the width and thickness are 0.1 mm to 3 mm.
  • a simple version of chipboard can be made in one layer.
  • the chips of a chipboard are typically arranged in different layers, a middle layer with chips that are usually thicker, often longer and wider than the chips of a cover layer that flanks the middle layer and covers it from the outside.
  • a typical structure of a particle board has an inner middle layer and two outer cover layers.
  • a fiberboard can also be made up of a middle and top layer, but it can also be made up of one layer of fibers of the same size over the entire thickness.
  • all wood-based panels made from chips and / or fibers are part of the invention, that is to say chipboard, oriented beach board panels, chipboard with a top layer of fiberboard or with a coating of a fiberboard, low-density fiberboard, e.g. B. fiber insulation boards, medium density fiber boards (MDF boards), high density fiber boards (HDF boards), coated and uncoated chipboard and / or fiber boards.
  • chipboard oriented beach board panels
  • chipboard with a top layer of fiberboard or with a coating of a fiberboard, low-density fiberboard e.g. B. fiber insulation boards, medium density fiber boards (MDF boards), high density fiber boards (HDF boards), coated and uncoated chipboard and / or fiber boards.
  • MDF boards medium density fiber boards
  • HDF boards high density fiber boards
  • the wood-based panel has an organic or an inorganic binder or a mixture of these binders.
  • Typical organic binders are aminoplast, thermoset and / or thermoplastic synthetic resins and mixtures thereof.
  • Typical synthetic resins that can be used as binders in wood-based panels are urea or melamine resin, phenolic resin, usually in combination with formaldehyde, resorcinol resin, epoxy resin, polyvinyl acetate (PVAc), possibly in combination with copolymers, polyurethane, polymeric diphenylmethane diisocyanate (EMDI) or polymeric Diphenylmethane diisocyanate (PMDI).
  • Typical inorganic binders are silanes or silicates, e.g.
  • binders mentioned above can be used individually or in a mixture. Typical combinations in which the binders are mixed before being added to the chips or fibers are urea-formaldehyde, melamine-formaldehyde, phenol-formaldehyde, urea-phenol-formaldehyde, melamine-phenol-formaldehyde, urea-melamine-phenol-formaldehyde or the mixture of a silane with a silicate.
  • different binders can be used in different layers of a wood-based panel, e.g. B. PMDI in the middle layer and urea, melamine and / or phenolic resins, possibly in combination with formaldehyde in the outer layers.
  • the binder can be used in liquid form. However, it can also be used, at least in part, in powder or dust form, the powder or dust particles having a diameter of 1 ⁇ m to 20 ⁇ m, preferably as small particles from 1 ⁇ m to 5 ⁇ m or as larger particles from 7 ⁇ m to 15 ⁇ m will.
  • Powdery or dusty binder is preferably made from thermoplastic synthetic resins. Are available e.g. B. melamine resin dust or PVAc powder, which is also known as white glue powder. Dust or powdered binder is preferably used in conjunction with liquid binder, powder or dust and liquid either being a combination of different binders or consisting of the same substance, only in a different state of aggregation.
  • the wood-based panel contains hollow glass spheres.
  • the hollow glass balls reduce the weight of the wood-based panel. They reduce swelling and improve fire behavior.
  • a cover layer contains hollow glass spheres.
  • both outer cover layers contain hollow glass spheres. The more hollow glass spheres the wood-based panel contains, the more pronounced is the improved swelling behavior with reduced shape change under the influence of moisture and the lower the weight of the panel.
  • the hollow glass spheres used in the wood-based panel have a weight of 100 kg / m 3 to 600 kg / m 3 .
  • Glass hollow spheres with a weight of 100 kg / m 3 to 450 kg / m 3 are advantageously used, particularly advantageously with a weight of 100 kg / m 3 to 350 kg / m 3 . So that the glass spheres are lighter than the chips or fibers used, which have a humidity of z. B. 12% have a weight of 600 kg / m 3 to 1000 kg / m 3 .
  • Hollow glass spheres can e.g. B. from 3M, which offer such hollow glass spheres as the K Series, S Series and iM Series.
  • the wood-based panel according to the invention advantageously has a weight of 400 kg / m 3 to 500 kg / m 3 .
  • the hollow glass spheres have a diameter of 0.5 ⁇ m to 10 ⁇ m, preferably 1 ⁇ m to 5 ⁇ m. According to an advantageous embodiment, glass spheres of 1 to 3 ⁇ m are used in the cover layer and glass spheres of 5 ⁇ m to 10 ⁇ m in the middle layer.
  • the hollow glass spheres are made of glass or ceramic, preferably borosilicate glass.
  • the surface of the hollow glass spheres is silanized, which improves the binding capacity.
  • the hollow glass spheres are coated with a film made of melamine resin or polyvinyl acetate (PVAc).
  • the hollow glass spheres are preferably mixed with a powdered or dusty melamine resin or PVAc.
  • the desired film or coating is then formed when heated. While silanizing usually occurs before When used in the wood-based panel, the formation of a film or coating with a synthetic resin can take place during the manufacture of the panel.
  • the chips can be mineralized on at least one surface layer.
  • Mineralization is e.g. B. in the DE 10 2010 051 059 A1 described, it describes the sheathing of chips with inorganic or mineral binder.
  • the invention further comprises a method for producing a wood-based panel according to claim 1.
  • the mixture or the top layer mixture is produced by mixing the respective components, chips or fibers or a mixture of chips and fibers, binders and hollow glass spheres.
  • the binder can be added in solid or liquid form or as a foam.
  • the hollow glass spheres spread out as they are far are smaller than the chips and the fibers on the surface of the chips or fibers. The distribution takes place evenly, especially when mixing actively, e.g. B. by circulating or swirling the components.
  • the binder also lies evenly around chips, fibers and hollow glass spheres.
  • the pressing can take place on any press, both on a short-cycle press and on a continuous press, a continuous press being preferred for economic reasons.
  • the pressing conditions can be chosen in a wide range. Typical pressing conditions are e.g. B. print 10 to 50 bar Press factor 1 s / mm to 10 s / mm temperature 120 ° C to 280 ° C
  • the press factor shows how long the pressing time is to be measured per mm plate thickness.
  • a 19 mm chipboard with a 4 s press factor requires a press time of 76 s. It is advantageous to store the wood-based panels according to the invention for some time before use, e.g. B. a few hours or a few days so that the strength of the plates is optimally developed.
  • a first mixture of chips and / or fibers with the powdery binder and a second mixture of hollow glass spheres and binder are produced when using powdered binder.
  • the first and the second mixture are then combined to form a cover layer mixture.
  • Further processing takes place as described above.
  • This procedure ensures that the glass hollow spheres are pressed during the pressing by melting the binder and flowing into a film by a film made of synthetic resin, in particular melamine or PVAc, which binds the glass hollow spheres particularly firmly into the wood-based panel.
  • hollow glass spheres with a silanized surface can be used, the silanization likewise having the effect that the hollow glass spheres are firmer in the Matrix of the wood-based panel to be integrated.
  • the second cover layer from the cover layer mixture ie. i.e., made with hollow glass spheres.
  • the wood-based panel according to the invention can be used for planking wall constructions.
  • the wood-based panel can be plastered immediately or provided with wall insulation.
  • Panel joints can be blunt, i.e. H. can be glued using PU adhesive without processing straight edges. The transition is not visible in the area.
  • Fig. 1 shows a wood-based panel, here a particle board 1 with two outer cover layers 2, which together have a share in the total thickness of 36% (18% per cover layer), and an inner middle layer 3, which has a share of 54% in the total thickness of the Takes chipboard 1.
  • the cover layer 2 is composed of chips 4 made of wood and hollow glass balls 6 and the binder, not shown here. Hollow glass balls from 3M with a density of 350 kg / m 3 were used . The diameter of 50% of the hollow glass spheres was a maximum of 4 ⁇ m, the maximum size was 8 ⁇ m.
  • the middle layer 3 is composed of chips 5 (89% by weight) and the binder (11% by weight), also not shown.
  • the proportion of hollow glass spheres 6 is 15% by weight based on the total weight of the top layer 2.
  • the proportion of the binder is 28% by weight and the proportion of the chips 4 is 57% by weight based on the total weight of the top layer 2.
  • the chips 4 of the cover layer 2 have dimensions of an average of 10 mm to 20 mm in length, 1 mm to 2 mm in thickness and 3 mm to 8 mm in width.
  • the chips 5 of the middle layer 3 have a length of 25 mm to 35 mm, a width of 5 to 10 mm and a thickness of 1.5 mm to 3 mm.
  • the smaller chips 4 of the cover layer are packed more densely, so that the cover layer has a greater density than the middle layer.
  • the introduction of the hollow glass spheres 6 into the cover layer 2 thus deliberately reduces the area of greatest density of the chipboard according to the invention. At the same time, the fact that the hollow glass spheres 6 occupy the surface of the chips 4 significantly reduces the change in shape due to the influence of moisture.
  • the chipboard 1 with a thickness of 19 mm was produced in a continuous press by first a first mixture of chips 3 for the cover layer 2 and powdered binder, here z. B. melamine dust, and a second mixture of hollow glass balls and powdered binder, for example melamine dust, was produced. The first and second mixtures were mixed to form a top layer mixture.
  • a first outer cover layer was first scattered, then the inner middle layer and then a second outer cover layer, each in the layer thickness specified above.
  • the press cake thus produced was transferred to the continuous press and pressed into a chipboard under the pressing conditions specified above.
  • the inventive one Chipboard has a significantly reduced weight of 500 kg / m 3 .
  • the weight of the particle board according to the invention can be from 450 kg / m 3 to 550 kg / m 3 .
  • a conventional chipboard that is, an identical chipboard without hollow glass spheres, has a weight of 645 kg / m 3 to 660 kg / m 3 .
  • a further weight saving can be achieved if more hollow glass spheres are used.
  • the chipboard according to the invention has an edge swelling that is 5% less than that of conventional chipboard (measured according to EN 13329).
  • the mechanical properties of the chipboard 1 according to the invention correspond to type P5 according to EN 312.
  • the thermal conductivity of the chipboard according to the invention is 0.10 W / mK or less.
  • the chipboard 1 according to the invention can be used for planking wall structures.
  • the chipboard can be plastered immediately or provided with wall insulation.
  • Fig. 2 shows a single chip 4 on which numerous hollow glass spheres 5 adhere after mixing. If the chips are previously mixed separately with a powdered binder in a first mixture and the hollow glass spheres are mixed separately with a powdered binder in a second mixture, a comparable picture is obtained after mixing the first and the second mixture to form a cover layer mixture. The particles of the binder and the hollow glass spheres, which are also surrounded by the binder, are deposited on the surface of the chip.
  • mineralized chips ie chips encased in an inorganic binder
  • the mineralization can take place as e.g. B. in the DE 10 2010 051059 A1 indicated, the content of which is made the subject of this application.
  • Fig. 3 shows a wood-based panel, here a fiberboard 10, which is made of wood fibers 11, binders and hollow glass balls 12.
  • This fiberboard 10 is produced by mixing the fibers with binder and hollow glass spheres, using silanized hollow glass spheres, that is to say hollow glass spheres, the surface of which is provided with a coating of silanes.
  • the proportion of hollow glass spheres is 50% by weight
  • the plate has a density of 450 kg / m 3 .
  • Table 1 shows the production of 19 mm thick, three-layer chipboard with two outer cover layers and one inner middle layer. Wood chips are used for the top layer (DS), which are provided with urea-formaldehyde binder (UF) and which are mixed with hollow glass spheres and with another binder. K15 glass balls from 3M are used as hollow glass balls. Wacker uses 5010 N as a binder.
  • DS top layer
  • UF urea-formaldehyde binder
  • K15 glass balls from 3M are used as hollow glass balls.
  • Wacker uses 5010 N as a binder.
  • the proportion of wood chips is reduced from 76.6% by weight in test 2 to 55.6% by weight in tests 2 and 7 to 47.1% by weight in tests 5 and 9. This reduces the weight of the chipboard from 1.828 kg to 1.800 kg to 1.700 kg for the respective test board.
  • the thermal conductivity is 0.11 W / mK compared to an average thermal conductivity for plasterboard from 0.23 W / mK to 0.28 W / mK and an average thermal conductivity of 0.19 W / mK for a comparable three-layer chipboard without hollow glass spheres.
  • the edge swelling drops from approx. 10% in test 2 to approx.
  • hollow glass spheres results in a significant reduction in the weight of the wood-based panel and a significant reduction in thermal conductivity and edge swelling.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Holzwerkstoffplatte mit Hohlkugeln und ein Verfahren zur Herstellung solcher Holzwerkstoffplatten mit Hohlkugeln.
  • Insbesondere für Bauzwecke werden plattenförmige Werkstoffe gefordert, die bei Einwirkung von Feuchte kaum quellen und deshalb bei steigender Feuchte nur einer geringen Formänderung unterliegen. Zudem sollen diese plattenförmigen Werkstoffe eine möglichst geringe Wärmeleitfähigkeit aufweisen, so dass sie eine möglichst gute thermische Isolierung bewirken. Schließlich sind gute mechanische Eigenschaften gefordert, damit diese plattenförmigen Werkstoffe als Beplankung in der Rahmenbauweise eingesetzt werden können.
  • Bisher werden für solche Anwendungen häufig Gipskartonplatten eingesetzt, d. h., Platten aus Gips, die von einem Karton umhüllt sind. Diese Gipskartonplatten weisen eine geringe Quellung und eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf. Sie weisen allerdings nur eingeschränkte mechanische Eigenschaften und ein verhältnismäßig hohes Gewicht auf. Eine solche Gipskartonplatte ist in der DE-AS 1 276 314 beschrieben. Die US 2005/0019548 A1 , die den Oberbegriff des Anspruchs 1 offenbart, beschreibt eine OSB-Platte für Bauzwecke und die US 2011/0073253
  • A1 beschreibt eine HDF- oder eine MDF-Platte.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, einen plattenförmigen Werkstoff insbesondere für Bauzwecke bereitzustellen, der die vorstehend beschriebenen Anforderungen erfüllt.
  • Die Aufgabe wird gelöst mit einer Holzwerkstoffplatte nach Anspruch 1 und einem Verfahren zur Herstellung einer solchen Holzwerkstoffplatte nach Anspruch 11.
  • Eine erfindungsgemäße Holzwerkstoffplatte besteht aus lignocellulosischen Spänen oder Fasern, einem Bindemittel und zudem Glashohlkugeln.
  • Die Holzwerkstoffplatte weist lignocellulosische Partikel auf, insbesondere Späne oder Fasern. Die Späne sind größer als die Fasern; sie sind meist flächig ausgebildet, wobei die Länge und die Breite typischerweise sehr viel größer sind als die Dicke. Typische Abmessungen reichen von 5 mm bis zu 200 mm Länge, von 0,5 mm bis 100 mm Breite und von 0,1 bis 5 mm Dicke. Späne verfügen über eine höhere Biegeelastizität als Fasern. Eine Faser weist meist eine annähernd gleiche Breite und Dicke auf; die Länge ist sehr viel größer als Breite oder Dicke. Typische Abmessungen reichen von 0,5 bis 10 mm Länge, die Breite bzw. Dicke betragen 0,1 mm bis 3 mm.
  • Eine Spanplatte kann in einer einfachen Ausführung einschichtig ausgeführt sein. Die Späne einer Spanplatte sind jedoch typisch in verschiedenen Schichten angeordnet, einer Mittelschicht mit Spänen, die meist dicker, oft auch länger und breiter sind als die Späne einer Deckschicht, die die Mittelschicht flankiert und nach außen abdeckt. Ein typischer Aufbau einer Spanplatte weist eine innen liegende Mittelschicht und zwei außen liegende Deckschichten auf. Eine Faserplatte kann ebenfalls aus Mittel- und Deckschicht aufgebaut sein, sie kann aber auch einschichtig aus gleich großen Fasern über die gesamte Dicke aufgebaut sein. Im Rahmen dieser Patentanmeldung zählen sämtliche aus Spänen und /oder Fasern aufgebauten Holzwerkstoffplatten zur Erfindung, also Spanplatten, Oriented-Strand-Board Platten, Spanplatten mit einer Deckschicht aus Faserplatten oder mit einer Beschichtung aus einer Faserplatte, Faserplatten geringer Dichte, z. B. Faserdämmplatten, Faserplatten mittlerer Dichte (MDF-Platten), Faserplatten hoher Dichte (HDF-Platten), beschichtete und unbeschichtete Span-und/oder Faserplatten.
  • Die Holzwerkstoffplatte weist ein organisches oder ein anorganisches Bindemittel oder eine Mischung dieser Bindemittel auf. Typische organische Bindemittel sind Aminoplast-, Duroplast- und/oder Thermoplastkunstharze sowie deren Mischungen. Typische Kunstharze, die in Holzwerkstoffplatten als Bindemittel eingesetzt werden können, sind Harnstoff- oder Melaminharz, Phenolharz, meist in Verbindung mit Formaldehyd, Resorcinharz, Epoxyharz, Polyvinylacetat (PVAc), ggf. in Verbindung mit Copolymeren, Polyurethan, polymeres Diphenylmethandiisocyanat (EMDI) oder polymeres Diphenylmethandiisocyanat (PMDI). Typische anorganische Bindemittel sind Silane oder Silikate, z. B. Wasserglas. Die vorstehend genannten Bindemittel können jeweils für sich oder in Mischung eingesetzt werden. Typische Kombinationen, bei denen die Bindemittel vor der Zugabe zu den Spänen oder Fasern gemischt werden, sind Harnstoff-Formaldehyd, Melamin-Formaldehyd, Phenol-Formaldehyd, Harnstoff-Phenol-Formaldehyd, Melamin-Phenol-Formaldehyd, Harnstoff-Melamin-Phenol-Formaldehyd oder die Mischung eines Silans mit einem Silikat. Alternativ oder ergänzend können auch verschiedene Bindemittel in verschiedenen Schichten einer Holzwerkstoffplatte eingesetzt werden, z. B. PMDI in der Mittellage und Harnstoff-, Melaminund/oder Phenolharze ggf. in Verbindung mit Formaldehyd in den Deckschichten.
  • Das Bindemittel kann in flüssiger Form eingesetzt werden. Es kann aber mindestens zum Teil auch in pulver- oder staubförmiger Form eingesetzt werden, wobei die Pulveroder Staubpartikel einen Durchmesser von 1 µm bis 20 µm, bevorzugt als kleine Partikel von 1 µm bis 5 µm oder als größere Partikel von 7 µm bis 15 µm eingesetzt werden. Pulver- oder staubförmiges Bindemittel ist bevorzugt aus thermoplastischen Kunstharzen hergestellt. Verfügbar sind z. B. Melaminharzstaub oder PVAc-Pulver, das auch als Weißleimpulver bekannt ist. Staub- oder pulverförmiges Bindemittel wird bevorzugt in Verbindung mit flüssigem Bindemittel eingesetzt, wobei Pulver bzw. Staub und Flüssigkeit entweder eine Kombination von verschiedenen Bindemitteln darstellen oder aus derselben Substanz, lediglich in unterschiedlichem Aggregatszustand bestehen.
  • Die Holzwerkstoffplatte enthält Glashohlkugeln. Die Glashohlkugeln senken das Gewicht der Holzwerkstoffplatte. Sie reduzieren die Quellung und verbessern das Brandverhalten. Erfindungsgemäß enthält eine Deckschicht Glashohlkugeln. Alternativ enthalten beide außen liegenden Deckschichten Glashohlkugeln. Je mehr Glashohlkugeln die Holzwerkstoffplatte enthält, desto ausgeprägter ist das verbesserte Quellverhalten mit reduzierter Formänderung bei Feuchteeinfluss und desto geringer ist das Gewicht der Platte.
  • Die in der Holzwerkstoffplatte eingesetzten Glashohlkugeln weisen ein Gewicht von 100 kg/m3 bis 600 kg/m3 auf. Vorteilhaft werden Glashohlkugeln mit einem Gewicht von 100 kg/m3 bis 450 kg/m3 eingesetzt, besonders vorteilhaft mit einem Gewicht von 100 kg/m3 bis 350 kg/m3. Damit sind die Glashohlkugeln leichter als die eingesetzten Späne oder Fasern, die bei einer Feuchte von z. B. 12% ein Gewicht von 600 kg/m3 bis 1000 kg/m3 aufweisen. Glashohlkugeln können z. B. von 3M bezogen werden, die solche Glashohlkugeln als K Series, S Series und iM Series anbieten. Die erfindungsgemäße Holzwerkstoffplatte weist vorteilhaft ein Gewicht von 400 kg/m3 bis 500 kg/m3 auf.
  • Die Glashohlkugeln weisen einen Durchmesser von 0,5 µm bis 10 µm auf, bevorzugt von 1 µm bis 5 µm. Nach einer vorteilhaften Ausführung werden in der Deckschicht Glashohlkugeln von 1 bis 3 µm eingesetzt und in der Mittelschicht Glashohlkugeln von 5 µm bis 10 µm. Die Glashohlkugeln sind aus Glas oder Keramik, bevorzugt aus Borsilikatglas hergestellt.
  • Nach den vorstehenden Ausführungen zum Gewicht und den weiteren nützlichen Eigenschaften der Glashohlkugeln einerseits und der Späne bzw. Fasern andererseits liegt auf der Hand, dass so viele Glashohlkugeln wie möglich eingesetzt werden. Erste Versuche zeigen, dass wenn 5 Gew.-% bis 70 Gew.-% der Späne oder der Fasern einer Holzwerkstoffplatte durch Glashohlkugeln ersetzt werden, Holzwerkstoffplatten mit guten Festigkeitseigenschaften hergestellt werden können, die die geforderten Eigenschaften der reduzierten Formänderung unter Einfluss von Feuchtigkeit und die im Vergleich zu einer Referenzplatte aus demselben lignocellulosischen Material jedoch ohne Einsatz von Glashohlkugeln reduzierte Wärmeleitfähigkeit, reduziertes Gewicht und eine reduzierte Kantenquellung zeigen. Die vorgenannten Eigenschaften werden weiter verbessert, wenn auch die Deckschichten und die Mittelschicht Glashohlkugeln aufweisen.
  • Glasoberflächen sind inert, so dass Bindemittel nicht ohne weiteres dort anbinden können. Nach einer vorteilhaften Ausführung ist die Oberfläche der Glashohlkugeln silanisiert, wodurch das Bindungsvermögen verbessert wird. Ein gleicher Effekt wird erreicht, wenn die Glashohlkugeln mit einem Film aus Melaminharz oder Polyvinylacetat (PVAc) überzogen werden. Bevorzugt werden die Glashohlkugeln mit einem pulver- oder staubförmigen Melaminharz oder PVAc gemischt. Beim Erhitzen bildet sich dann der gewünschte Film oder Überzug. Während das Silanisieren in der Regel vor dem Einsatz in der Holzwerkstoffplatte erfolgt, kann das Ausbilden eines Films oder Überzugs mit einem Kunstharz während der Herstellung der Platte erfolgen.
  • Um den Widerstand gegen Feuer (Brandwiderstand) weiter zu verbessern, können die Späne mindestens einer Deckschicht mineralisiert werden. Das Mineralisieren ist z. B. in der DE 10 2010 051 059 A1 beschrieben, es bezeichnet das Umhüllen von Spänen mit anorganischem bzw. mineralischem Bindemittel.
  • Die Erfindung umfasst weiter ein Verfahren zum Herstellen einer Holzwerkstoffplatte gemäß Anspruch 1. Das Herstellen der Mischung oder der Deckschichtmischung erfolgt durch Mischen der jeweiligen Komponenten, Späne oder Fasern oder ein Gemisch aus Spänen und Fasern, Bindemittel und Glashohlkugeln. Das Bindemittel kann in fester oder flüssiger Form oder als Schaum zugesetzt werden. Die Glashohlkugeln verteilen sich, da sie weitaus kleiner sind als die Späne und die Fasern, auf der Oberfläche der Späne bzw. Fasern. Die Verteilung erfolgt gleichmäßig, insbesondere dann, wenn aktiv gemischt wird, z. B. durch Umwälzen oder Verwirbeln der Komponenten. Das Bindemittel legt sich ebenfalls gleichmäßig um Späne, Fasern und Glashohlkugeln.
  • Das Pressen kann auf einer beliebigen Presse erfolgen, sowohl auf einer Kurztaktpresse als auch auf einer kontinuierlichen Presse, wobei aus wirtschaftlichen Gründen eine kontinuierliche Presse bevorzugt wird.
  • Die Pressbedingungen können in einem weiten Rahmen gewählt werden. Typische Pressbedingungen sind z. B.
    Druck 10 bis 50 bar
    Pressfaktor 1 s/mm bis 10 s/mm
    Temperatur 120 °C bis 280 °C
  • Der Pressfaktor zeigt, wie lang die Pressdauer zu bemessen ist je mm Plattendicke. Eine 19 mm Spanplatte mit 4 s Pressfaktor benötigt eine Pressdauer von 76 s. Es ist vorteilhaft, die erfindungsgemäßen Holzwerkstoffplatten vor der Verwendung einige Zeit zu lagern, z. B. einige Stunden oder einige Tage, damit die Festigkeit der Platten optimal entwickelt ist.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterentwicklung des Verfahrens werden bei Verwendung von pulverförmigem Bindemittel eine erste Mischung aus Spänen und/oder Fasern mit dem pulverförmigen Bindemittel und eine zweite Mischung aus Glashohlkugeln und Bindemittel erzeugt. Die erste und die zweite Mischung werden dann zu einer Deckschichtmischung zusammengeführt. Die weitere Verarbeitung erfolgt wie vorstehend beschrieben. Dieses Vorgehen gewährleistet, dass die Glashohlkugeln beim Pressen durch das Schmelzen des Bindemittels und das Verfließen zu einem Film von einem Film aus Kunstharz, insbesondere von Melamin oder PVAc umgeben werden, der die Glashohlkugeln besonders fest in die Holzwerkstoffplatte einbindet. Alternativ oder ergänzend zu dieser Ausführung können Glashohlkugeln mit einer silanisierten Oberfläche eingesetzt werden, wobei das Silanisieren ebenfalls bewirkt, dass die Glashohlkugeln fester in die Matrix der Holzwerkstoffplatte integriert werden.
  • Bevorzugt wird auch die zweite Deckschicht aus der Deckschichtmischung, d. h., mit Glashohlkugeln, hergestellt.
  • Die erfindungsgemäße Holzwerkstoffplatte kann zum Beplanken von Wandkonstruktionen eingesetzt werden. Die Holzwerkstoffplatte kann unmittelbar verputzt oder mit einer Wanddämmung versehen werden. Plattenstöße können stumpf, d. h. ohne Bearbeitung gerader Kanten, mittels PU-Klebstoff verklebt werden. Der Übergang ist in der Fläche nicht sichtbar.
  • Nachfolgend werden Details der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung des Querschnitts einer erfindungsgemäßen Spanplatte,
    Fig. 2
    eine schematisierte Darstellung eines einzelnen Spans, dessen Oberfläche abschnittsweise mit Glashohlkugeln belegt ist und
    Fig. 3
    eine schematisierte Darstellung des Querschnitts einer Faserplatte.
  • Sämtliche Figuren sind zur schematischen Darstellung gedacht; sie zeigen keine wahren Größenverhältnisse, insbesondere zeigen sie kein wahres Größenverhältnis zwischen Spänen oder Fasern einerseits und Glashohlkugeln andererseits.
  • Fig. 1 zeigt eine Holzwerkstoffplatte, hier eine Spanplatte 1 mit zwei außen liegenden Deckschichten 2, die gemeinsam einen Anteil an der Gesamtdicke von 36% (18 % je Deckschicht) haben, und einer innen liegenden Mittelschicht 3, die einen Anteil von 54% an der Gesamtdicke der Spanplatte 1 einnimmt. Die Deckschicht 2 ist aus Spänen 4 aus Holz und Glashohlkugeln 6 sowie dem hier nicht dargestellten Bindemittel zusammengesetzt. Eingesetzt wurden Glashohlkugeln von 3M mit einer Dichte von 350 kg/m3. Der Durchmesser von 50% der Glashohlkugeln betrug maximal 4 µm, die maximale Größe betrug 8 µm. Die Mittelschicht 3 ist aus Spänen 5 (89 Gew.-%) und dem ebenfalls nicht dargestellten Bindemittel (11 Gew.-%) zusammengesetzt. Der Anteil der Glashohlkugeln 6 beträgt 15 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Deckschicht 2. Der Anteil des Bindemittels beträgt 28 Gew.-% und der Anteil der Späne 4 beträgt 57 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht der Deckschicht 2.
  • Die Späne 4 der Deckschicht 2 weisen Abmessungen von durchschnittlich 10 mm bis 20 mm Länge, 1 mm bis 2 mm Dicke und 3 mm bis 8 mm Breite auf. Die Späne 5 der Mittelschicht 3 weisen eine Länge von 25 mm bis 35 mm, eine Breite von 5 bis 10 mm und eine Dicke von 1,5 mm bis 3 mm auf. Die kleineren Späne 4 der Deckschicht sind dichter gepackt, so dass die Deckschicht eine größere Dichte aufweist als die Mittelschicht. Das Einbringen der Glashohlkugeln 6 in die Deckschicht 2 reduziert also gezielt den Bereich der größten Dichte der erfindungsgemäßen Spanplatte. Gleichzeitig wird dadurch, dass die Glashohlkugeln 6 die Oberfläche der Späne 4 belegen, die Formänderung durch den Einfluss von Feuchte signifikant reduziert.
  • Die Spanplatte 1 mit einer Dicke von 19 mm wurde in einer kontinuierlichen Presse hergestellt, indem zuerst eine erste Mischung aus Spänen 3 für die Deckschicht 2 und pulverförmigem Bindemittel, hier z. B. Melaminstaub, und eine zweite Mischung aus Glashohlkugeln und pulverförmigem Bindemittel, beispielsweise Melaminstaub, hergestellt wurde. Die erste und die zweite Mischung wurden zu einer Deckschichtmischung gemischt.
  • Zur Herstellung der Mittelschicht 3 wurden Späne 5 und Bindemittel, hier z. B. ein flüssiges Harnstoff-Melamin-Phenol-Harnstoffharz eingesetzt, wobei das Bindemittel auf die Späne 5 der Mittelschicht 3 aufgesprüht wurde.
  • Nach Herstellung der Deckschicht- und der Mittelschichtmischungen wurde zunächst eine erste außen liegende Deckschicht gestreut, dann die innen liegende Mittelschicht und anschließend eine zweite außen liegende Deckschicht, jeweils in der vorstehend angegebenen Schichtdicke. Der so hergestellte Presskuchen wurde in die kontinuierliche Presse überführt und unter den oben angegebenen Pressbedingungen zu einer Spanplatte verpresst.
  • Im Vergleich zur selben Spanplatte ohne Glashohlkugeln weist die erfindungsgemäße Spanplatte ein deutlich verringertes Gewicht von 500 kg/m3 auf. Je nach Anteil der Glashohlkugeln 6 kann das Gewicht der erfindungsgemäßen Spanplatte 450 kg/m3 bis 550 kg/m3 betragen. Eine konventionelle Spanplatte, d. h., eine identische Spanplatte ohne Glashohlkugeln, weist ein Gewicht von 645 kg/m3 bis 660 kg/m3 auf. Eine weitere Gewichtsersparnis ist erreichbar, wenn mehr Glashohlkugeln eingesetzt werden. Zudem weist die erfindungsgemäße Spanplatte eine im Vergleich zur konventionellen Spanplatte um 5% geringere Kantenquellung auf (gemessen nach EN 13329). Die mechanischen Eigenschaften der erfindungsgemäßen Spanplatte 1 entsprechen dem Typ P5 nach EN 312. Die Wärmeleitfähigkeit der erfindungsgemäßen Spanplatte beträgt 0,10 W/mK oder weniger.
  • Die erfindungsgemäße Spanplatte 1 kann zum Beplanken von Wandkonstruktionen eingesetzt werden. Die Spanplatte kann unmittelbar verputzt oder mit einer Wanddämmung versehen werden.
  • Fig. 2 zeigt einen einzelnen Span 4, auf dem nach dem Mischen zahlreiche Glashohlkugeln 5 haften. Werden zuvor die Späne separat mit einem pulverförmigen Bindemittel in einer ersten Mischung gemischt und die Glashohlkugeln separat mit einem pulverförmigen Bindemittel in einer zweiten Mischung gemischt, so zeigt sich nach dem Mischen der ersten und der zweiten Mischung zu einer Deckschichtmischung ein vergleichbares Bild. Die Partikel des Bindemittels und die Glashohlkugeln, die ebenfalls von Bindemittel umgeben sind, lagern sich auf der Oberfläche des Spans ab.
  • Alternativ zu unbehandelten Spänen können auch mineralisierte Späne, also von einem anorganischen Bindemittel umhüllte Späne eingesetzt werden. Das Mineralisieren kann erfolgen wie z. B. in der DE 10 2010 051059 A1 angegeben, deren Inhalt wird zum Gegenstand dieser Anmeldung gemacht.
  • Fig. 3 zeigt eine Holzwerkstoffplatte, hier eine Faserplatte 10, die aus Holzfasern 11, Bindemittel und Glashohlkugeln 12 hergestellt ist. Diese Faserplatte 10 wird hergestellt, indem die Fasern mit Bindemittel und Glashohlkugeln gemischt werden, wobei silanisierte Glashohlkugeln eingesetzt werden, also Glashohlkugeln, deren Oberfläche mit einem Überzug aus Silanen versehen ist. Der Anteil der Glashohlkugeln beträgt 50 Gew.-%
  • Diese einheitliche Mischung wird gestreut und in einer kontinuierlichen Presse unter folgenden Bedingungen gepresst:
    Druck 40 bar
    Pressfaktor 3,8 s/mm
    Temperatur 230 °C
  • Während des Pressens werden die äußeren Schichten 13 der Faserplatte 10 stärker verdichtet. Die Mittelschicht 14 wird weniger verdichtet. Die Glashohlkugeln 12 sind gleichmäßig in der Faserplatte 10 verteilt. Die Platte weist eine Dichte von 450 kg/m3 auf.
  • Anliegend werden an Hand der Tabelle 1 Versuche erläutert, die einzelne Ausführungen der erfindungsgemäßen Holzwerkstoffplatte zeigen.
  • Tabelle 1 zeigt die Herstellung von 19 mm dicken, dreischichtigen Spanplatten mit zwei außen liegenden Deck- und einer innen liegenden Mittelschicht. Eingesetzt werden Holzspäne für die Deckschicht (DS), die mit Harnstoff- Formaldehyd-Bindemittel (UF) versehen sind und die mit Glashohlkugeln sowie mit einem weiteren Bindemittel vermischt werden. Als Glashohlkugeln werden K15 Glaskugeln von 3M eingesetzt. Als Bindemittel wird 5010 N von Wacker eingesetzt.
  • Der Anteil der Holzspäne wird von 76,6 Gew.-% im Versuch 2 auf 55,6 Gew.-% im Versuch 2 und 7 auf 47,1 Gew.-% im Versuch 5 und 9 herabgesetzt. Dadurch sinkt das Gewicht der Spanplatte von 1,828 kg auf 1,800 kg auf 1,700 kg für die jeweilige Versuchsplatte. Die Wärmeleitfähigkeit liegt bei 0, 11 W/mK gegenüber einer durchschnittlichen Wärmeleitfähigkeit für Gipsplatten von 0,23 W/mK bis 0,28 W/mK und einer durchschnittlichen Wärmeleitfähigkeit von 0,19 W/mK für eine vergleichbare dreischichtige Spanplatte ohne Glashohlkugeln. Die Kantenquellung sinkt von ca. 10% im Versuch 2 auf ca. 7,9 % bis 8,0 % in den Versuchen 4 und 7 bei Einsatz von 22,2 Gew.-% Glashohlkugeln auf Werte von 3,9 % bis 4 % in den Versuchen 5 und 8 bei Einsatz von 20,4 Gew.-% Glashohlkugeln. Die Kantenquellung einer vergleichbaren dreischichtigen Spanplatte ohne Glashohlkugeln liegt bei 20%.
  • Der Einsatz der Glashohlkugeln bewirkt also eine deutliche Reduzierung des Gewichts der Holzwerkstoffplatte und eine signifikante Verringerung der Wärmeleitfähigkeit sowie der Kantenquellung.
    Figure imgb0001

Claims (13)

  1. Holzwerkstoffplatte, bestehend aus lignocellulosischen Spänen (4) oder Fasern, Glashohlkugeln (6) sowie einem Bindemittel, wobei die Holzwerkstoffplatte mindestens eine innen liegende Mittelschicht (3) und zwei außen liegende Deckschichten (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass Glashohlkugeln (6) nur in einer Deckschicht (2) oder nur in beiden außen liegenden Deckschichten der Holzwerkstoffplatte (1) enthalten sind.
  2. Holzwerkstoffplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Glashohlkugeln (6) einen Durchmesser von 0,5 µm bis 10 µm, insbesondere von 1 µm bis 5 µm aufweisen.
  3. Holzwerkstoffplatte nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Glashohlkugeln (6) am Gesamtgewicht der Holzwerkstoffplatte (1) 5 Gew.-% bis 70 Gew.-% beträgt.
  4. Holzwerkstoffplatte nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil der Glashohlkugeln (6) am Gesamtgewicht mindestens einer Deckschicht (2) 5 Gew.-% bis 70 Gew.-% beträgt.
  5. Holzwerkstoffplatte nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Glashohlkugeln (6) aus Borosilikatglas hergestellt sind.
  6. Holzwerkstoffplatte nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Glashohlkugeln (6) eine silanisierte Oberfläche oder eine Oberfläche aufweisen, die mindestens abschnittsweise mit einem Film aus Melaminharz oder Polyvinylacetat versehen ist.
  7. Holzwerkstoffplatte nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel Aminoplast- oder Thermoplastkunstharze oder eine Mischung dieser Kunstharze eingesetzt werden.
  8. Holzwerkstoffplatte nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Teilmenge des Bindemittels in Form von Pulver oder Staub eingesetzt wird.
  9. Holzwerkstoffplatte nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Späne (4) oder Fasern mindestens teilweise mineralisiert sind.
  10. Holzwerkstoffplatte nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewicht der Holzwerkstoffplatte (1) 400 kg/m3 bis 500 kg/m3 beträgt.
  11. Verfahren zum Herstellen einer Holzwerkstoffplatte bestehend aus lignocellulosischen Spänen (4) oder Fasern, Glashohlkugeln (6) und einem Bindemittel, mit den Schritten
    - Herstellen einer Deckschichtmischung aufweisend Deckschichtspäne (4) oder -fasern mit Bindemittel und Glashohlkugeln (6)
    - Herstellen eines Faserkuchens durch Streuen einer Deckschicht (2), einer Mittelschicht (3), aufweisend Späne oder Fasern für die Mittelschicht und Bindemittel, wobei die Mittelschicht keine Glashohlkugeln aufweist, und einer zweiten Deckschicht (2), wobei die Deckschichtmischung zur Herstellung einer Deckschicht (2) oder zur Herstellung von beiden Deckschichten (2) eingesetzt wird und
    - Pressen des Faserkuchens.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Mischung von Spänen (4) oder Fasern mit staubförmigem Bindemittel hergestellt wird, dass eine zweite Mischung von Glashohlkugeln (6) mit staubförmigem Bindemittel hergestellt wird, und dass die erste Mischung und die zweite Mischung zur Mischung gemischt werden.
  13. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Glashohlkugeln (6) vor dem Mischen mit staubförmigem Bindemittel silanisiert werden, oder dass die Oberfläche der Glashohlkugeln (6) mindestens abschnittsweise mit einem Film aus Melaminharz oder Polyvinylacetat versehen wird.
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