EP4126484A1 - Herstellung eines lignocellulosehaltigen, kunststoffbeschichteten und bedruckbaren formteils - Google Patents

Herstellung eines lignocellulosehaltigen, kunststoffbeschichteten und bedruckbaren formteils

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EP4126484A1
EP4126484A1 EP20717100.0A EP20717100A EP4126484A1 EP 4126484 A1 EP4126484 A1 EP 4126484A1 EP 20717100 A EP20717100 A EP 20717100A EP 4126484 A1 EP4126484 A1 EP 4126484A1
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EP
European Patent Office
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layer
particles
thermoplastic
feature
lignocellulose
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP20717100.0A
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English (en)
French (fr)
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Max Zaher
Volker Thole
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Polymertrend LLC
Original Assignee
Polymertrend LLC
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Publication date
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/10—Biofuels, e.g. bio-diesel

Definitions

  • the invention relates to methods and devices for producing a lignocellulose-containing, plastic-coated, printable molded part.
  • the methods and devices use lignocellulosic particles.
  • the particles mentioned here therefore include, in particular, wood-containing and wood-like chips and fibers.
  • Wood chips or wood fibers or wood-like chips or fibers are to be understood here in particular as meaning native cellulose-containing raw materials, such as wood from various tree species and provenance (fresh, old or recycled).
  • wood-like chips or fibers in the context of this description are bamboo, straw from maize or cereals, fiber plants such as flax or jute.
  • ionizing radiation for treatment, in particular for the digestion of native cellulose-containing raw materials for various further processing purposes, is known as such.
  • examples are pest decontamination, the facilitation of so-called refining or fiber disruption in paper production or the acceleration of saccharification and fermentation, e.g. B. in the production of bioethanol.
  • the invention relates to the production of chipboard and MDF / HDF boards.
  • the present application also relates to the problem of printing lignocellulose-containing molded parts, that is to say in particular chipboard and MDF / HDF boards.
  • the printing for example with laser printing or inkjet printing, of lignocellulose-containing molded parts, in particular chipboard and MDF / HDF boards, is very complex.
  • the molded parts or panels must be painted several times with regard to their surface, typically in more than 3 stages.
  • the device is technically and procedural ⁇ renstechnisch consuming and expensive.
  • the present invention has the object to provide methods and devices to which a lignocellulose molding with minimal equipment and process engineering effort is preparable insbeson ⁇ particular so that it can be printed and optionally printed.
  • a method for producing a lignocellulose-containing plastic-coated and printable molded part includes the following steps: molded part to be produced (26); b) applying a layer (C) of particles which contain electron beam-reactive thermoplastic to the layer produced according to the above feature; c) heating the layers (A, C) produced according to the above features in such a way that thermoplastic particles melt into the layer containing lignocellulose-containing particles (Cs); d) pressing the layers heated according to feature (lc); and e) irradiating the layers pressed according to feature (ld) with electrons in the energy range from 1 MeV to 10 MeV.
  • MDF / HDF molded parts, in particular panels can advantageously be produced with regard to the above-mentioned problems / goals in such a way that they have an outer polymer layer that can be easily printed, in particular with laser printing or with inkjet printing.
  • a layer of particles is to be produced before the above-mentioned step a), which contain an electron beam reactive thermoplastic and to which the layer containing the lignocellulose-containing particles is applied in accordance with step a) above.
  • Said particles containing electron beam reactive thermoplastic preferably consist essentially of thermoplastic.
  • the above-mentioned method steps are preferably carried out one after the other in the specified order.
  • the heating according to data ⁇ can times lc) and the pressing in accordance with feature d) are carried out wholly or partly overlapping in time.
  • thermoplastic particles melt into the layer containing lignocellulose-containing particles
  • thermoplastic particles which can also consist entirely of thermoplastic particles, means that not the entire layer of thermoplastic particles melts, but only part of it into the adjacent lignocellulose-containing particles (i.e. in particular wood particles ) containing layer penetrate melted by the heating and thus bring about an optimal connection of the layers, while on the outside of the molded part a smooth layer of essentially thermoplastic material is created, which can be printed without further complex measures, in particular in inkjet printing or laser printing.
  • the layer according to feature a) contains lignocellulose-containing fine particles and after step a) and before step b) the following steps are carried out: aa) applying a layer (A ') containing lignocellulose-containing coarse particles.
  • the invention also relates to apparatuses for carrying out the above Ver ⁇ drive being provided for the individual process steps mentioned above in each case a ⁇ A device for performing the method step.
  • the methods of the invention can also be used to bring a product made in her ⁇ kömmaji manner mold part, such as a chipboard or an MDF / HDF plate in a well-printable state.
  • a layer of particles can be sprinkled on the conventionally produced chipboard or the MDF / HDF board, which contain electron beam reactive thermoplastic or essentially consist of it, after which the intermediate product produced in this way is heated in such a way that some of the thermoplastic particles enter the fitting, lignocellulose-containing particles containing layer penetrate melting, whereupon the so it is pressed ⁇ sired intermediate product and is subsequently irradiated with electrons in said energy range.
  • thermoplastic particles melt into the layer containing lignocellulose-containing particles is preferably carried out at temperatures from 100.degree. C. to 180.degree. C., in particular at 160.degree. C. to 170.degree.
  • the above-mentioned pressing process takes place in particular with pressures of 30 bar to 50 bar.
  • layers containing electron beam reactive thermoplastics are mentioned on the one hand and layers containing lignocellulose-containing particles on the other hand. These are preferably, on the one hand, essentially thermoplastic-containing layers and, on the other hand, layers essentially containing wood-like particles. The particles are each suitable for scattering in the area.
  • a polymer (also in particle form) can be added to the layers containing lignocellulose-containing particles, these added polymer particles bringing about an overall crosslinking including the lignocellulose particles and the polymers when irradiated with electrons.
  • the lignocellulose-containing particles can also be irradiated with electrons in the energy range from 1 MeV to 10 MeV before or when they are used for the first time in one of the processes mentioned here. Two such irradiations then take place in the process.
  • thermoplastic 5% to 30% by weight of a thermoplastic can be added to the layers of lignocellulose-containing particles (wood particles).
  • lignocellulose-containing particles wood particles.
  • WPC molded part wood-plastic composite
  • 30% to 60% by mass of a polymer of the type mentioned above are mixed in.
  • FIG. 1 shows the production of a particle board without a polymer coating
  • FIG. 2 shows a standard chipboard in section, as it is produced with an apparatus and a method according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows the production of a chipboard with a polymer layer on both sides;
  • FIG. 4 shows a chipboard produced with a device according to FIG. 3 with polymer layers on both sides;
  • FIG. 5 shows the production of a particle board with a one-sided polymer layer
  • FIG. 6 shows a chipboard with a one-sided polymer layer produced with a device according to FIG. 5;
  • FIG. 7 shows the production of an MDF / HDF board with polymer layers on both sides
  • FIG. 8 shows an MDF / HDF board produced with a device according to FIG. 7 with polymer layers on both sides;
  • FIG. 9 shows the production of an MDF / HDF board with a polymer layer on one side
  • FIG. 10 shows an MDF / HDF board produced with a device according to FIG. 9 with a one-sided polymer layer.
  • FIG. 1 generally illustrates an apparatus and method 10 for making conventional particle board as a starting point of the present invention.
  • the method in FIG. 1 runs from left to right in terms of time and space.
  • “Lignocellulose-containing particles” are, by way of example, “wood particles” below.
  • a wood fine particle spreader spreads over a large area in a manner known as such
  • wood flour is also used for such fine wood particles.
  • a wood coarse particle spreader 14 scatters a layer of wood coarse particles on the layer of wood fine particles.
  • the coarse wood particles can also be used as wood shavings are designated.
  • a further wood fine particle spreader 16 scatters a layer of wood fine particles on the layer of wood coarse particles.
  • the fine particles and the coarse particles as used here have dimensions that are customary in the manufacture of three-layer chipboard. The fine particles therefore have smaller dimensions than the coarse particles.
  • the conveyor belt 24 conveys the three layers thus scattered on top of one another into a preheater 18 and from there the layers pass into a press 20.
  • the press 20 the pressed molded parts 26 are conveyed to an electron gun 22, where they are filled with electrons in the energy range between 1 MeV and 10 MeV are irradiated.
  • FIG. 2 shows a standard chipboard produced in this way with a central wood coarse particle layer A, an upper wood fine particle layer B and with a lower wood fine particle layer B '.
  • corresponding components are each provided with chen same forceszei ⁇ wherein gegebe at various points components used ⁇ are appropriate, provided with a bar or with two strokes.
  • thermoplastic 3 shows an apparatus and a method for producing a particle board which is provided with a polymer layer on both sides.
  • a polymer which is thermoplastically deformable and meltable by the action of heat is referred to below as a thermoplastic.
  • thermoplastic particle spreader 30 scatters a layer of fine thermoplastic particles onto the conveyor belt 24.
  • a wood fine particle spreader 12 then scatters a layer of wood fine particles onto the layer of thermoplastic particles.
  • a coarse wood particle spreader then scatters a layer of coarse wood particles onto the above-mentioned layer of fine wood particles.
  • another wood fine particle spreader 12 'scatters a layer of wood fine particles on the layer of wood coarse particles.
  • a further thermoplastic particles spreaders 30 ' a layer of fine thermoplastic particles scattered on the produced layer of wood fine ⁇ particles.
  • the layer thicknesses of the thermoplastic particle layers mentioned are preferably in the range from 100 to 500 micrometers ( ⁇ m).
  • the thickness of the polymer layers produced with the thermoplastic particles is preferably the same on both sides of the molded part. This has the advantage that warping (deformation) of the molded part is counteracted (the so-called “banana effect” is avoided).
  • the intermediate product with the five layers mentioned is conveyed into a preheating device 18, where, depending on the polymers or thermoplastics used, heating to temperatures in the range from 100 to 180 ° C., typically takes place in the range from 160 to 170 ° C.
  • the thermoplastic particles melt and the molten thermoplastic partially penetrates the adjacent layer of fine wood particles and thus creates an intimate connection between the polymer layer and the wood particle layer.
  • the intermediate product processed in this way is then fed into a press 20, where the plates are pressed with pressures between 30 and 50 bar.
  • the intermediate products are then fed into the electron gun 22 and irradiated over the entire area with electrons in the energy range between 1 MeV and 10 MeV.
  • the plates are then turned through 180 ° and the other side of the plates is also irradiated with electrons in the energy range between 1 MeV and 10 MeV.
  • a central wood coarse ⁇ particle layer A has on both sides of timber fine particle layers as the outside, lie on either side polymer layers C, C.
  • the outer-side polymer layers C, C are each connected by fusion bonding layers Cs with the respective adjacent timber fine particle layer.
  • Fig. 5 shows a device for producing a chipboard with a polymer ⁇ layer on one side.
  • a thermoplastic particle spreader 30 applies an upper layer of thermoplastic particles and then preheating and pressing with a preheating device 18 or one Press 20 and electron irradiation of the molded parts 26 in an electron gun 22, as described above with reference to FIG. 3.
  • the statements made above in connection with FIGS. 3 and 4 with regard to layer thicknesses, added polymers to the wooden parts, etc. apply to all exemplary embodiments.
  • the molded part 26 produced with the device according to FIG. 5 is shown in section in FIG. 6.
  • a central wood coarse particle layer A ' has wood fine particle layers B' on both sides and a polymer layer C on one side, which is firmly connected to the wood fine particle layer B ’below it via a fusion bonding layer Cs.
  • Fig. 7 shows an apparatus for the production of an MDF / HDF board (medium density fiber board / high density fiber board) with a polymer layer on both the top and the bottom.
  • MDF / HDF board medium density fiber board / high density fiber board
  • thermoplastic particle spreader 30 scatters a layer of thermoplastic particles onto the conveyor belt.
  • a wood fiber spreader 32 scatters a layer of wood fibers from said layer of thermoplastic particles.
  • a mat former 34 forms the two mentioned layers into a fleece.
  • a second thermoplastic particle spreader 30 'scatters a layer of thermoplastic particles thereon. Thereafter, the thus Herge ⁇ passes presented intermediate in the manner already described in a preheater 18 and into a press 20 and an electron gun 22 in the above with reference to for example Fig. Manner described. 5
  • Fig. 9 shows an apparatus for producing an MDF board with a polymer layer on only one side.
  • a wood fiber spreader 332 spreads a layer of Holzfa ⁇ fibers.
  • a mat former 34 forms the wood fiber layer produced in this way.
  • a thermoplastic particle spreader 30 scatters a layer of thermoplastic particles thereon. From there, the intermediate product passes into the preheater 18, the press 20 and the electron gun 22, as described above.
  • Fig. 10 shows the MDF board thus prepared with a single-side coated poly ⁇ cell layer.
  • the wood fine particle layers and the wood coarse particle layers can be mixed with polymers which crosslink under electron bombardment.
  • the references in the claims to figures serve to facilitate the assignment to the exemplary embodiments and are not part of the claims.

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Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines lignocellulosehaltigen, kunststoffbeschichteten und bedruckbaren Formteils (26), insbesondere in Plattenform, folgende Schritte enthaltend: a) Erzeugen einer Schicht (A, B')z die lignocellulosehaltige Partikel enthält entsprechend der Form des herzustellenden Formteils (26); b) Aufbringen einer Schicht (C) aus Partikeln, die elektronenstrahlreaktives Thermoplast enthalten, auf die gemäß dem vorstehenden Merkmal erzeugte Schicht; c) Erhitzen der gemäß den vorstehenden Merkmalen erzeugten Schichten (A, C) derart, dass thermoplasthaltige Partikel in die lignocellulosehaltige Partikel enthaltende Schicht einschmelzen (Cs); d) Pressen der gemäß Merkmal (1c) erhitzten Schichten; und e) Bestrahlen der gemäß Merkmal (1d) gepressten Schichten mit Elektronen im Energiebereich von 1 MeV bis 10 MeV. Das Verfahren ist beispielhaft anhand einer einseitig mit einer Polymerschicht versehenen MDF-Platte erläutert.

Description

Herstellung eines lignocellulosehaltigen, kunststoffbeschichteten und bedruckbaren Formteils
Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Herstellen eines lignocellulosehaltigen, kunststoffbeschichteten bedruckbaren Formteils.
Die Verfahren und die Vorrichtungen verwenden lignocellulosehaltige Partikel. Als lig- nocellulosehaltige Partikel kommen hier insbesondere in Betracht Substanzen aus Holz oder aus nichtholzhaltigen Pflanzen oder auch ein Gemisch aus solchen, z. B. in Form von Spänen, Fasern, sogenannten Strands oder Flakes. Die hier genannten Partikel umfassen also insbesondere holzhaltige und holzartige Späne und Fasern.
Unter Holzspänen oder Holzfasern bzw. holzartigen Spanen oder Fasern sind hier insbesondere native zellulosehaltige Rohstoffe zu verstehen, wie beispielsweise Holz diverser Baumarten und Provenienz (frisch, alt oder recycelt).
Weitere Beispiele für holzartige Späne bzw. Fasern im Sinne dieser Beschreibung sind Bambus, Stroh von Mais oder Cerealien, Faserpflanzen wie Flachs oder Jute.
Der Einsatz von ionisierender Strahlung zur Behandlung, insbesondere zum Aufschluss nativer zellulosehaltiger Rohstoffe für verschiedene Weiterverarbeitungszwecke ist als solches bekannt. Beispiele sind die Schädlingsdekontamination, die Erleichterung des sogenannten Refining bzw. des Faseraufschlusses in der Papierherstellung oder auch die Beschleunigung von Verzuckerung und Fermentation, z. B. bei der Gewinnung von Bioethanol.
Insbesondere betrifft die Erfindung die Herstellung von Spanplatten und MDF-/HDF- Platten.
Im Stand derTechnik bekannt ist hierfür der Einsatz eines Zerhackers zum Zerkleinern der holzartigen Ausgangsstoffe, eines Zerspaners zum Erzeugen von Spänen, eines Siebes zum Bestimmen der Span- bzw. Fasergrößen, einer Waschanlage, eines sogenannten Defibrators (bei MDF-Herstellung),einesTrockners, eines Mixers zum Mischen derSpäne bzw. Fasern mit einem Bindemittel, insbesondere der Komponente Formaldehyd, einer Anlage zur Vlieserzeugung, einer Vorpresse, und einer Vollpresse mit Erhitzung aufz. B. 220 °C sowie Mitteln zur Nachbehandlung der Spanplatten bzw. MDF-/HDF- Platten. Hierbei ist der Einsatz von Formaldehyd problematisch hinsichtlich Gesundheitsschutz und Brandgefährdung. DerStandderTechnikistinsbesondere bezüglich folgender Eigenschaften und Parameter zu verbessern:
Produktivität bei der Herstellung, Energieaufwand, erforderliche Temperaturen, Misch- und Bindezeiten, Kühlzeiten, Dickenquellung, Abrieb- und Biegefestigkeit (E-Modul), Querzug¬ festigkeit, Weiterbearbeitungserleichterung, Bedruckbarkeit, UV-Schutz, Wechselklima- und Feuchtigkeitsbeständigkeit, Bioresistenz der Produkte gegen Sporen, Pilze, Insekten, Feuerschutz, Gesundheitsschutz, etc.
Die internationale Patentanmeldung PCT/EP 2019/074883 der Erfinder, deren Kenntnis hier vorausgesetzt ist, beschreibt die Herstellung eines lignocellulosehaltigen Formteils, wobei zumindest einige der vorstehend genannten Ziele zumindest teilweise erreicht sind.
Die vorliegende Anmeldung betrifft darüberhinausgehend das Problem des Bedruckens von lignocellulosehaltigen Formteilen, also insbesondere Spanplatten und MDF-/HDF-Platten.
Im Stand der Technik ist das Bedrucken, z.B. mit Laserdruck oder Tintenstrahldruck, von lignocellulosehaltigen Formteilen, insbesondere Spanplatten und MDF-/HDF-Platten, sehr aufwändig. Die Formteile bzw. Platten müssen bezüglicher ihrer Oberfläche mehrfach lackiert werden, typischerweise in mehr als 3 Stufen. Das ist gerätetechnisch und verfah¬ renstechnisch aufwändig und teuer.
Dementsprechend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Vorrichtungen bereitzustellen, mit denen ein lignocellulosehaltiges Formteil mit möglichst geringem gerätetechnischen und verfahrenstechnischen Aufwand herstellbar ist, insbeson¬ dere so, dass es bedruckbar und gegebenenfalls bedruckt ist.
Gemäß der Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Herstellen eines lignocellulosehaltigen kunststoffbeschichteten und bedruckbaren Formteils, insbesondere in Plattenform und als MDF-/HDF-Platte, folgende Schritte: a) Erzeugen einer Schicht (A, B'), die lignocellulosehaltige Partikel enthält entsprechend der Form des herzustellenden Formteils (26); b) Aufbringen einer Schicht (C) aus Partikeln, die elektronenstrahlreaktives Thermoplast enthalten, auf die gemäß dem vorstehenden Merkmal erzeugte Schicht; c) Erhitzen der gemäß den vorstehenden Merkmalen erzeugten Schichten (A, C) derart, dass thermoplasthaltige Partikel in die lignocellulosehaltige Partikel enthaltende Schicht einschmelzen (Cs); d) Pressen der gemäß Merkmal (lc) erhitzten Schichten; und e) Bestrahlen der gemäß Merkmal (ld) gepressten Schichten mit Elektronen im Energiebereich von 1 MeV bis 10 MeV.
Mit einem derartigen Verfahren können MDF-/HDF-Formteile, insbesondere Platten, bezüglich der oben genannten Probleme/Ziele vorteilhaft so hergestellt werden, dass sie eine äußere Polymerschicht aufweisen, die gut bedruckbar ist, insbesondere mit Laserdruck oder mit Tintenstrahldruck.
Gemäß einer Ausgestaltung des vorstehend genannten Verfahrens ist insbesondere zur Herstellung von beidseitig mit einer äußeren Polymerschicht versehenen MDF- /HDF-Formteilen, insbesondere Platten, gemäß den Figuren 7, 8 vorgesehen, vor dem vorstehend genannten Schritt a) eine Schicht aus Partikeln zu erzeugen, die ein elektronenstrahlreaktives Thermoplast enthalten und auf welche die lignocellulose¬ haltige Partikel enthaltende Schicht gemäß obigem Schritt a) aufgebracht wird. Die genannten, elektronenstrahlreaktives Thermoplast enthaltenden Partikel bestehen vorzugsweise im Wesentlichen aus Thermoplast.
Die vorstehend genannten Verfahrensschritte werden bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge zeitlich nacheinander ausgeführt. Dabei kann das Erhitzen gemäß Merk¬ mal lc) und das Pressen gemäß Merkmal d) ganz oder teilweise zeitlich überlappend ausgeführt werden.
Zur Herstellung eines MDF-/HDF-Formteils, bei dem die bei der Herstellung unten angeordnete Oberfläche mit der gut bedruckbaren Polymerschicht versehen ist, geht das Verfahren wie folgt:
- Erzeugen einer Schicht aus Partikeln, die elektronenstrahlreaktives Thermo¬ plast enthalten;
- Aufbringen einer Schicht, die lignocellulosehaltige Partikel enthält entsprechend der Form des herzustellenden Formteils;
- Erhitzen der gemäß den vorstehenden Merkmalen erzeugten Schichten derart, dass thermoplasthaltige Partikel in die lignocellulosehaltige Partikel enthaltende Schicht einschmelzen;
- Pressen der gemäß vorstehendem Merkmal erhitzten Schichten; und - Bestrahlen der gemäß vorstehendem Merkmal gepressten Schichten mit Elektronen im Energiebereich von 1 MeV bis 10 MeV.
Das oben genannte "Einschmelzen" von thermoplasthaltigen Partikeln, bei denen es sich auch um vollständig aus Thermoplast bestehende Partikel handeln kann, bedeutet, dass nicht die gesamte Lage thermoplasthaltiger Partikel einschmilzt, sondern nur ein Teil derselben in die anliegende, lignocellulosehaltige Partikel (also insbesondere Holzpartikel) enthaltende Schicht durch die Erwärmung schmelzend eindringen und so eine optimale Verbindung der Schichten bewirken, während auf der Außenseite des Formteils eine glatte Schicht aus im Wesentlichen thermoplastischem Material entsteht, die ohne aufwändige weitere Maßnahmen bedruckbar ist, insbesondere im Tintenstrahldruck oder im Laserdruck.
Zur Herstellung von Spanplatten mit einer einseitigen Polymerbeschichtung enthält die Schicht gemäß obigem Merkmal a) lignocellulosehaltige Feinpartikel und nach Schritt a) und vor Schritt b) werden folgende Schritte ausgeführt: aa) Aufbringen einer lignocellulosehaltige Grobpartikel enthaltenden Schicht (A').
Wenn hier von einer "Schicht entsprechend der Form des herzustellenden Formteils" die Rede ist, bedeutet dies, dass die Schichtform nicht notwendig identisch ist mit der Endform des Formteils, sondern nur von der letztgenannten Form abhängt.
Die Erfindung betrifft auch Vorrichtungen zur Ausführung der oben genannten Ver¬ fahren, wobei für die einzelnen oben genannten Verfahrensschritte jeweils eine Ein¬ richtung vorgesehen ist zur Ausführung des Verfahrensschrittes.
Die erfindungsgemäßen Verfahren können auch eingesetzt werden, um ein in her¬ kömmlicher Weise hergestelltes Formteil, wie eine Spanplatte oder eine MDF-/HDF- Platte in einen gut bedruckbaren Zustand zu bringen. Hierzu kann auf die herkömmlich hergestellte Spanplatte bzw. die MDF-/HDF-Platte eine Schicht aus Partikeln aufgestreut werden, die elektronenstrahlreaktives Thermoplast enthalten oder im Wesentlichen daraus bestehen, wonach das so erzeugte Zwischenprodukt derart erhitzt wird, dass ein Teil der thermoplastischen Partikel in die anliegende, lignocellulosehaltige Partikel enthaltende Lage schmelzend eindringen, woraufhin das so er¬ zeugte Zwischenprodukt gepresst wird und anschließend mit Elektronen im genannten Energiebereich bestrahlt wird. Die oben genannte Erhitzung der erzeugten Schichten derart, dass thermoplasthaltige Partikel in die lignocellulosehaltige Partikel enthaltende Schicht einschmelzen, erfolgt bevorzugt bei Temperaturen von 100°C bis 180°C, insbesondere bei 160°C bis 170°C.
Der oben genannte Pressvorgang erfolgt insbesondere mit Drucken von 30 bar bis 50 bar.
Vorstehend werden einerseits elektronenstrahlreaktives Thermoplast enthaltende Schichten genannt und andererseits lignocellulosehaltige Partikel enthaltende Schichten. Dabei handelt es sich bevorzugt um einerseits im Wesentlichen Thermoplast enthaltende Schichten und andererseits um im Wesentlichen holzartige Partikel enthaltende Schichten. Die Partikel sind dabei jeweils für eine Streuung in der Fläche geeignet.
Den lignocellulosehaltige Partikel enthaltenden Schichten kann dabei jeweils ein Polymer (ebenfalls in Partikelform) zugemischt werden, wobei diese zugemischten Polymerpartikel bei der Bestrahlung mit Elektronen eine Gesamtvernetzung unter Einschluss der Lignocellulosepartikel und der Polymeren bewirken.
Die lignocellulosehaltigen Partikel können vor oder bei ihrem erstmaligen Einsatz in einem der hier genannten Verfahren auch mit Elektronen im Energiebereich von 1 MeV bis 10 MeV bestrahlt werden. Es erfolgt dann in dem Verfahren also eine zweimalige derartige Bestrahlung.
Dabei können den Schichten aus lignocellulosehaltigen Partikeln (Holzpartikel) 5% bis 30% Masseanteile eines Thermoplasten zugemischt werden. Zur Herstellung eines sogenannten WPC-Formteils (Wood-Plastic-Composite) werden bevorzugt 30% bis 60% Masseanteile eines Polymers der vorstehend genannten Art zugemischt.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Figuren näher beschrieben.
Figur 1 zeigt die Herstellung einer Spanplatte ohne Polymerbeschichtung;
Figur 2 zeigt eine Standard-Spanplatte im Schnitt, wie sie mit einer Vorrichtung und einem Verfahren gemäß Fig. 1 hergestellt ist; Figur 3 zeigt die Herstellung einer Spanplatte mit einer beidseitigen Polymerschicht;
Figur 4 zeigt eine mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 3 hergestellte Spanplatte mit beidseitigen Polymerschichten;
Figur 5 zeigt die Herstellung einer Spanplatte mit einer einseitigen Polymerschicht;
Figur 6 zeigt eine mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 5 hergestellte Spanplatte mit einseitiger Polymerschicht;
Figur 7 zeigt die Herstellung einer MDF-/HDF-Platte mit beidseitigen Polymerschichten;
Figur 8 zeigt eine mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 7 hergestellte MDF-/HDF- Platte mit beidseitigen Polymerschichten;
Figur 9 zeigt die Herstellung einer MDF-/HDF-Platte mit einer einseitigen Polymerschicht; und
Figur 10 zeigt eine mit einer Vorrichtung gemäß Fig. 9 hergestellte MDF-/HDF- Platte mit einer einseitigen Polymerschicht.
Fig. 1 erläutert allgemein eine Vorrichtung und ein Verfahren 10 zur Herstellung einer herkömmlichen Spanplatte als Ausgangspunkt der vorliegenden Erfindung.
Das Verfahren verläuft in Fig. 1 zeitlich und räumlich von links nach rechts.
"Lignocellulosehaltige Partikel" sind nachfolgend beispielhaft "Holzpartikel".
Zunächst streut ein Holz-Feinpartikelstreuer in als solches bekannter Weise flächig
Holz-Feinpartikel auf ein Förderband 24 zur Erzeugung einer Schicht aus Holz-
Feinpartikeln. Für derartige Holz-Fein partikel ist auch der Begriff "Holzmehl" gebräuchlich.
Auf die Schicht aus Holz-Feinpartikeln streut ein Holz-Grobpartikelstreuer 14 eine Schicht aus Holz-Grobpartikeln. Die Holz-Grobpartikel können auch als Holzspäne bezeichnet werden. Im Anschluss daran streut ein weiterer Holz-Feinpartikelstreuer 16 eine Schicht aus Holz-Feinpartikeln auf die Schicht aus Holz-Grobpartikeln. Die Feinpartikel und die Grobpartikel, wie sie hier eingesetzt werden, haben Abmessungen, wie sie bei der Herstellung von dreischichtigen Spanplatten üblich sind. Die Feinpartikel haben also geringere Abmessungen als die Grobpartikel.
Das Förderband 24 fördert die so übereinander gestreuten drei Schichten in eine Vorheizung 18 und von dort gelangen die Schichten in eine Presse 20. Nach der Presse 20 werden die gepressten Formteile 26 zu einem Elektronenstrahler 22 gefördert, wo sie mit Elektronen im Energiebereich zwischen 1 MeV und 10 MeV bestrahlt werden.
Fig. 2 zeigt eine derart hergestellte Standard-Spanplatte mit einer zentralen Holz- Grobpartikelschicht A, einer oberen Holz-Feinpartikelschicht B und mit einer unteren Holz-Feinpartikelschicht B'.
Dies ist die Grundstruktur, auf der die vorliegende Erfindung basiert.
In den Figuren sind einander entsprechende Komponenten mit gleichen Bezugszei¬ chen versehen, wobei an verschiedenen Stellen eingesetzte Komponenten gegebe¬ nenfalls mit einem Strich oder mit zwei Strichen versehen sind.
Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen einer Spanplatte, die auf beiden Seiten mit einer Polymerschicht versehen ist. Nachfolgend wird ein Poly¬ mer, welches durch Wärmeeinwirkung thermoplastisch verformbar und schmelzbar ist, als Thermoplast bezeichnet.
Ein Thermoplastpartikelstreuer 30 streut eine Schicht aus feinen Thermoplastpartikeln auf das Förderband 24. Anschließend streut ein Holz-Feinpartikelstreuer 12 eine Schicht aus Holz-Feinpartikeln auf die Schicht aus Thermoplastpartikeln. Danach streut ein Holz-Grobpartikelstreuer eine Schicht aus Holz-Grobpartikeln auf die genannte Schicht aus Holz-Feinpartikeln. Danach streut ein weiterer Holz- Feinpartikelstreuer 12' eine Schicht aus Holz-Feinpartikeln auf die Schicht aus Holz- Grobpartikeln. Anschließend streut ein weiterer Thermoplastpartikelstreuer 30' eine Schicht aus feinen Thermoplastpartikeln auf die erzeugte Schicht aus Holz-Fein¬ partikeln. Die Schichtstärken der genannten Thermoplastpartikelschichten liegen vorzugsweise im Bereich von 100 bis 500 Mikrometer (pm). Vorzugsweise ist bei allen hier beschriebenen beidseitigen Beschichtungen die Stärke der mit den Thermoplastpartikeln hergestellten Polymerschichten auf beiden Seiten des Formteiles gleich. Dies hat den Vorteil, dass einem Verziehen (einer Verformung) des Formteils entgegengewirkt wird (der sogenannte "Bananeneffekt" wird vermieden).
Nach dem Thermoplastpartikelstreuer 30' gemäß Fig. 3 wird das Zwischenprodukt mit den genannten fünf Schichten (Lagen) in eine Vorheizeinrichtung 18 gefördert, wo, je nach den verwendeten Polymeren bzw. Thermoplasten eine Aufheizung auf Temperaturen im Bereich von 100 bis 180°C, typischerweise im Bereich von 160 bis 170°C erfolgt. Dabei schmelzen die Thermoplastpartikel und geschmolzenes Thermoplast dringt teilweise in die anliegende Schicht aus Holz-Feinpartikeln und stellt so eine innige Verbindung zwischen Polymerschicht und Holzpartikelschicht her. Danach wird das so bearbeitete Zwischenprodukt in eine Presse 20 geführt, wo die Platten mit Drucken zwischen 30 und 50 bar gepresst werden. Danach werden die Zwischenprodukte in den Elektronenstrahler 22 geführt und ganzflächig mit Elektronen im Energiebereich zwischen 1 MeV und 10 MeV durchstrahlt. Anschließend werden die Platten um 180° gewendet und die andere Seite der Platten wird ebenfalls mit Elektronen im Energiebereich zwischen 1 MeV und 10 MeV bestrahlt.
Fig. 4 zeigt das so hergestellte Formteil 26 im Schnitt. Eine zentrale Holz-Grob¬ partikelschicht A hat auf beiden Seiten Holz-Feinpartikelschichten B. Außenseitig liegen auf beiden Seiten Polymerschichten C, C. Die außenseitigen Polymerschichten C, C sind jeweils über Schmelzverbindungsschichten Cs mit der jeweils anliegenden Holz-Feinpartikelschicht verbunden. Beim Erhitzen fließen geschmolzene Thermo¬ plastpartikel zwischen die Holz-Feinpartikel.
Fig. 5 zeigt eine Vorrichtung zum Herstellen einer Spanplatte mit einer Polymer¬ schicht auf einer Seite. Im Anschluss an einen ersten Holz-Feinpartikelstreuer 12, einen Holz-Grobpartikelstreuer 14 und einen zweiten Holz-Feinpartikelstreuer 12' trägt ein Thermoplastpartikelstreuer 30 eine obere Schicht aus Thermoplastpartikeln auf und danach erfolgt eine Vorerwärmung und eine Pressung mit einer Vorheizein¬ richtung 18 bzw. einer Presse 20 sowie eine Elektronenbestrahlung der Formteile 26 in einem Elektronenstrahler 22, wie oben anhand von Fig. 3 beschrieben. Die oben im Zusammenhang mit Fig. 3 und Fig. 4 gemachten Angaben hinsichtlich Schichtstärken, zugemischten Polymeren zu den Holzteilen etc. gelten für alle Ausführungsbeispiele.
Das mit der Vorrichtung gemäß Fig. 5 hergestellte Formteil 26 ist in Fig. 6 im Schnitt dargestellt. Eine zentrale Holz-Grobpartikelschicht A' hat auf beiden Seiten Holz- Feinpartikelschichten B' und auf einer Seite eine Polymerschicht C, die über eine Schmelzverbindungsschicht Cs mit der Holz-Feinpartikelschicht B’ darunter fest verbunden ist.
Fig. 7 zeigt eine Vorrichtung für die Herstellung einer MDF-/HDF-Platte (Mittel- Dichte-Faserplatte/Hoch-Dichte-Faserplatte) mit einer Polymerschicht sowohl auf der Oberseite als auch auf der Unterseite.
Ein Thermoplastpartikelstreuer 30 streut eine Schicht aus Thermoplastpartikeln auf das Förderband. Ein Holzfaserstreuer 32 streut eine Schicht aus Holzfasern aus die genannte Schicht aus Thermoplastpartikeln. Ein Mattenformer 34 formt die beiden genannten Schichten zu einem Vlies. Ein zweiter Thermoplastpartikelstreuer 30' streut darauf eine Schicht aus Thermoplastpartikeln. Danach gelangt das so herge¬ stellte Zwischenprodukt in der bereits beschriebenen Weise in eine Vorheizung 18 und in eine Presse 20 sowie einen Elektronenstrahler 22 in der oben anhand von z.B. Fig. 5 beschriebenen Weise.
Fig. 8 zeigt das so hergestellte Formteil und ist aufgrund der oben bereits erläuterten Bezugszeichen selbsterklärend.
Fig. 9 zeigt eine Vorrichtung für die Herstellung einer MDF-Platte mit einer Polymerschicht auf nur einer Seite. Ein Holzfaserstreuer 332 streut eine Schicht aus Holzfa¬ sern. Ein Mattenformer 34 formt die so hergestellte Holzfaserschicht. Ein Thermoplastpartikelstreuer 30 streut darauf eine Schicht aus Thermoplastpartikeln. Von dort gelangt das Zwischenprodukt in die Vorheizung 18, die Presse 20 und den Elektronenstrahler 22, wie oben beschrieben.
Fig. 10 zeigt die so hergestellte MDF-Platte mit einer einseitig aufgebrachten Poly¬ merschicht. Bei allen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen können die Holz- Feinpartikelschichten und die Holz-Grobpartikelschichten mit Polymeren versetzt werden, die unter Elektronenbeschuss vernetzen. Die Hinweise bei den Ansprüchen auf Figuren dienen zur Erleichterung der Zuordnung zu den Ausführungsbeispielen und sind nicht Teil der Ansprüche.
Bezugszeichenliste 10 Spanplattenherstellung
12 Holz-Feinpartikelstreuer 14 Holz-Grobpartikelstreuer
16 Holz-Feinpartikelstreuer
18 Vorheizung
20 Presse
22 Elektronenstrahler 24 Förderband
26 Formteil (Spanplatte)
30 Thermoplastpartikelstreuer
12' Holz-Feinpartikelstreuer
14' Holz-Grobpartikelstreuer 30' Thermoplastpartikelstreuer 12" Holz-Feinpartikelstreuer
14" Holz-Grobpartikelstreuer
30" Thermoplastpartikelstreuer
A Holz-Grobpartikelschicht B Holz-Feinpartikelschicht
B' Holz-Feinpartikelschicht
C Polymerschicht
Cs Schmelzverbindungsschicht
C Polymerschicht 32 Holzfaserstreuer
34 Mattenformer

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines lignocellulosehaltigen, kunststoffbeschichteten und bedruckbaren Formteils (26), insbesondere in Plattenform, folgende Schritte enthaltend: a) Erzeugen einer Schicht (A, B'), die lignocellulosehaltige Partikel enthält entsprechend der Form des herzustelienden Formteils (26); b) Aufbringen einer Schicht (C) aus Partikeln, die elektronenstrahlreaktives Thermoplast enthalten, auf die gemäß dem vorstehenden Merkmal erzeugte Schicht; c) Erhitzen der gemäß den vorstehenden Merkmalen erzeugten Schichten (A, C) derart, dass thermoplasthaltige Partikel in die lignocellulosehaltige Partikel enthaltende Schicht einschmelzen (Cs); d) Pressen der gemäß Merkmal (lc) erhitzten Schichten; und e) Bestrahlen der gemäß Merkmal (ld) gepressten Schichten mit Elektronen im Energiebereich von 1 MeV bis 10 MeV.
(Fig. 9, 10; MDF, einseitig, Thermoplast, oben)
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei vor Schritt la) eine Schicht (C) aus Partikeln erzeugt wird, die elektronenstrahlreaktives Thermoplast enthalten und auf welche die lignocellulosehaltige Partikel enthaltende Schicht gemäß Schritt la) aufgebracht wird.
(Figuren 7, 8; MDF, Thermoplast beidseitig)
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die gemäß Merkmal la) erzeugte Schicht elektronenstrahlreaktives pulverförmiges thermoplastisches Poiymer enthält mit Pulverpartikelgrößen < 2000 Mikrometer (pm) oder eine elektronenstrahlreaktives Polymer enthaltende Flüssigkeit.
4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei Schritt lb) weggelassen ist.
(MDF, einseitig, Thermoplast unten)
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die genannten Schichterzeugungen durch Partikelstreuungen erfolgen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3, wobei die Verfahrensschritte la) und lb) in der Reihenfolge vertauscht sind.
(MDF, Thermoplast einseitig, unten)
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die gemäß Merkmal la) erzeugte Schicht (B') lignocellulosehaltige Feinpartikel enthält und nach Schritt la) und vor Schritt lb) folgende Schritte ausgeführt werden: aa) Aufbringen einer lignocellulosehaltige Grobpartikel enthaltenden Schicht (A1); und ab) Aufbringen einer lignocellulosehaltige Feinpartikel enthaltenden Schicht (B').
(Figuren 5, 6; Spanplatte, Thermoplast einseitig, oben)
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die gemäß Merkmal 7aa) und/oder gemäß Merkmal 7ab) aufgebrachten Schichten pulverförmiges thermoplastisches Polymer enthalten mit Pulverpartikelgrößen < 2000 Mikrometer (pm) oder eine elektronen- stra hl reaktives Polymer enthaltende Flüssigkeit.
9. Vorrichtung zum Herstellen eines lignocellulosehaltigen kunststoffbeschichteten und bedruckbaren Formteils (26), insbesondere in Plattenform, folgendes aufweisend: a) einen Partikelstreuer (32) zum Erzeugen einer Schicht (A, B'), die lignocellulosehaltige Partikel enthält entsprechend der Form des herzustellenden Formteils (26); b) einen Partikelstreuer (30) zum Aufbringen einer Schicht (C) aus Partikeln, die elektronenstrahlreaktives Thermoplast enthalten, auf die gemäß dem vorstehenden Merkmal erzeugte Schicht; c) einen Heizer (18) zum Erhitzen der gemäß den vorstehenden Merkmalen erzeugten Schichten (A, C) derart, dass thermoplasthaltige Partikel in die lignocellulosehaltige Partikel enthaltende Schicht einschmelzen (Cs); d) eine Presse (20) zum Pressen der gemäß Merkmal (1c) erhitzten Schichten; und e) einen Elektronenstrahler (22) zum Bestrahlen der gemäß Merkmal (ld) gepressten Schichten mit Elektronen im Energiebereich von 1 MeV bis 10 MeV.
(Fig. 9, 10; MDF, einseitig, Thermoplast, oben)
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei vor dem Partikelstreuer gemäß Merkmal 9a) ein Partikelstreuer (30) angeordnet ist zum Erzeugen einer Schicht (C) aus Partikeln, die elektronenstrahlreaktives Thermoplast enthalten.
(Figuren 7, 8; MDF, Thermoplast, beidseitig)
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die mit dem Partikelstreuer gemäß Merkmal 9a) erzeugte Schicht elektronenstrahlreaktives pulverförmiges thermoplastisches Polymer enthält mit Pulverpartikelgrößen < 2000 Mikrometer (pm) oder eine elektronenstrahlreaktives Pulver enthaltende Flüssigkeit.
12. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, wobei der Partikelstreuer gemäß Merkmal 9b) weggelassen ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 oder 11, wobei die Partikelstreuer gemäß den Merkmalen 9a) und 9b) in der Reihenfolge der Anordnung vertauscht sind.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die mit dem Pulver¬ streuer gemäß Merkmal 9a) erzeugte Schicht (B') lignocellulosehaltige Feinpartikel enthält und in der Anordnung der genannten Partikelstreuer nach dem Partikelstreuer gemäß Merkmal 9a) und vor dem Partikelstreuer gemäß Merkmal 9b) folgendes an¬ geordnet ist: aa) ein Partikelstreuer (14) zum Aufbringen einer lignocellulosehaltige Grob¬ partikel enthaltenden Schicht (A'); und ab) ein Partikelstreuer (12') zum Aufbringen einer lignocellulosehaltige Fein¬ partikel enthaltenden Schicht (B').
(Figuren 5, 6; Spanplatte, Thermoplast einseitig, oben)
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die gemäß Merkmal 14aa) und/oder gemäß Merkmal 14ab) aufgebrachten Schichten pulverförmiges thermoplastisches Polymer enthalten mit Pulverpartikelgrößen < 2000 Mikrometer (pm) oder eine elekt¬ ronenstrahlreaktives Polymer enthaltende Flüssigkeit.
16. Verfahren bzw. Vorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Bedruckung des hergestellten Formteils im Laserstrahldruck oder Tintenstrahldruck.
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