WO1997003794A1 - Polymerholz-formkörper, ihre herstellung und verwendung - Google Patents

Polymerholz-formkörper, ihre herstellung und verwendung Download PDF

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WO1997003794A1
WO1997003794A1 PCT/EP1996/003007 EP9603007W WO9703794A1 WO 1997003794 A1 WO1997003794 A1 WO 1997003794A1 EP 9603007 W EP9603007 W EP 9603007W WO 9703794 A1 WO9703794 A1 WO 9703794A1
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shaped body
body according
wood
cellulose
binder
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PCT/EP1996/003007
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Inventor
Hans Reinhard Striewski
Lothar Thiele
Hans-Peter Kohlstadt
Original Assignee
Henkel Kommanditgesellschaft Auf Aktien
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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
    • B27N3/005—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres and foam

Definitions

  • the present invention relates to formaldehyde-free wood-polymer forming body having improved water resistance, their preparation and application ⁇ Ver.
  • Wood chipboard or particle board is generally understood to mean plates made of mechanically produced wood shavings or woody parts, which are produced by gluing with a binder under pressure.
  • Urea resins or aminoplasts, phenolic resins or mixed resins made from urea, melamine, phenol and formaldehyde can be used as synthetic resins or binders.
  • Isocyanates, in particular those based on diphenylmethane diisocyanate, and crosslinkable polymers are also used.
  • the properties of the chipboard can be varied through the size, shape and arrangement of the chips and the amount of synthetic resin or binder (approx. 5 - 10%). High-quality boards are produced in multiple layers and with particularly fine covering chips.
  • the chipboard can be coated with decorative films, primer films and veneers.
  • CA 100: 104746 relating to JP-A-58185670 discloses binders for particle boards based on a 4,4'-diphenylmethane diisocyanate fraction. There, the wood chips are moistened with water so that the aforementioned diisocyanate can be converted during hot pressing at 150 ° C and 25 kg / cm 2 .
  • the polyurethane-containing chipboard obtained has an improved flexural strength.
  • Wood-fiber chip boards are made from wood fibers or lignocellulose-containing material.
  • the raw material containing lignin, cellulose and hemicellulose is broken down into its fibrous, anatomical basic elements in the form of individual fibers and fiber bundles by the action of heat, moisture and mechanical pressure in fiberizing plants.
  • the fiber material is shaped, compressed and pressed.
  • the binding forces can be increased by adding binders and water repellents as well as by thermal and other post-treatments. So the physical and strength properties can be adapted to the intended use.
  • MDF medium density fiber boards
  • Such products are no longer desirable for ecological reasons due to the continuous, sometimes years-long, evaporation of cancerogenic formaldehyde vapors.
  • MDF has an improved dimensional stability compared to natural wood with a normal air humidity of between 35 and 85%, which, however, is not sufficient for certain applications.
  • MDF produced with synthetic urea-formaldehyde binders are not suitable for use under high atmospheric humidity, especially in water.
  • Polymer wood means wood-plastic combinations as obtained by treating wood with monomers or prepolymers. It is a composite material in which the wood is soaked with the liquid starting material and then the monomer deposited in the wood is polymerized.
  • liquid monomers and solutions are preferably used, for example methacrylate prepolymers or unsaturated polyesters dissolved in styrene.
  • the polymers primarily increase the strength of the wood, especially its hardness and pressure resistance. Finally, the aesthetic effect of the natural wood is not only not impaired, but in many cases even increased.
  • polymer wood has so far only been used to a very limited extent for special goods, for example for parquet, sports equipment, kitchen appliances and tool handles.
  • the Skinpreg process can be used to impregnate the surface with plastics, which penetrate deeply into the wood under low pressure without completely soaking it.
  • CA 111: 59849 relating to JP-A-01045440 discloses wood-foam compositions based on isocyanates or formaldehyde which contain sawdust as a filler.
  • the foam obtained with a density of 0.35 g / cm 3 has good strength.
  • Wood flour or sawdust is usually very finely chopped wood, which is used as a filter aid, filler, admixture in woodchip coatings, etc. There, however, is not described or suggested to produce this foam under high pressure. Solvents are used.
  • CA 111: 9171 relating to JP-A-63303703 discloses moldings made from fine plant fibers or plant particles, in particular wood flour and a urethane prepolymer, which are contacted with water or steam before or after shaping.
  • Such a shaped body has a density of 0.29 g / cm 3 , a compressive strength of 5.3 kg / cm 2 and a tensile strength of 3.4 kg / cm 2 .
  • Solvents are used.
  • the present invention is therefore based on the object of providing a novel molded wood body which avoids the use of binders containing formaldehyde, as is still absolutely necessary in the MDF which is usually mainly used today, and also has advantageous application properties.
  • the present invention therefore relates to a molded article based on wood particles and / or cellulose-containing material and at least one binder, the binder being a two-component polyurethane binder which releases carbon dioxide and consists of a polyol, water and a polyisocyanate, characterized in that that the binder is contained in an amount of 10 to 200 parts by weight, based on 100 parts by weight of the wood particles and / or the cellulose-containing material, the shaped body by reaction of the wood particles and / or the cellulose-containing material and the binder is obtained under a pressure of at least 1, in particular 50 to 100 kp / cm 2 .
  • the wood depending on the mass ratio of wood: binder, the size of the wood chips and the pressure, is superficially to completely reinforced with the polyurethane, i.e. the wood as a polymer -Wood is present.
  • Thickness increase after 24 hours in water at 20 ° C is ⁇ 4 or
  • the shaped bodies are so elastic that wood screws with a 0 of 5 mm can be screwed in without splinters. It is also so dimensionally stable that you can cut threads for Spax screws, i.e. Wide thread screws. Due to the polyurethane content in the molded body, it can be easily painted.
  • soft wood species e.g. Spruce, pine, fir, larch, birch, alder, horse chestnut, pine, aspen, willow, poplar and linden wood are used.
  • types of hardwood such as beech, hawthorn, sloe, ash, maple, walnut, apple tree, pear tree, yew or oak can also be used.
  • Mixtures of any kind of softwood with hardwood can also be used.
  • cellulose-containing material in the molded article according to the invention, vegetable fibers, for example cotton, jute, flax, hemp, bast, sisal, ramie, coconut fibers, yucca fibers or manila, or chemically modified fibers such as rayon and cellulose viscose fibers, cuoxam fibers , Acetate fibers and paper and cellulose game.
  • vegetable fibers for example cotton, jute, flax, hemp, bast, sisal, ramie, coconut fibers, yucca fibers or manila
  • chemically modified fibers such as rayon and cellulose viscose fibers, cuoxam fibers , Acetate fibers and paper and cellulose game.
  • the wood particles are in the form of wood chips and / or wood flour or as cellulose-containing material in particle sizes of a maximum of 5 mm thick, 20 mm wide and 50 mm Length before.
  • the moisture or the moisture content of the wood particles or of the cellulosic material in the molded body according to the invention is usually 5 to 20% by weight. If necessary, it can be increased by moistening with water or steam, or reduced by drying at elevated temperature. However, the moisture content preferably corresponds to the equilibrium moisture content of the material at ambient temperature.
  • the moldings according to the invention can e.g. contain wires, cables, wire nets, rods or similar for stabilization.
  • the two-component polyurethane binder used in the molding according to the invention consists of a reaction product of at least one polyol with at least one polyisocyanate.
  • the amount of the two reactants is always chosen so that the polyisocyanate is used in excess, i.e. there is an equivalence ratio of NCO to OH groups of 5 to 1, but preferably from 2: 1 to 1.2: 1.
  • An aliphatic, alicyclic or aromatic di- or triisocyanate is usually suitable as the polyisocyanate.
  • isocyanates include: 1, 5-naphthylene diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MD!), Hydrogenated MDI (H 12 MDI), xylylene diisocyanate (XDI), tetramethylxylylene diisocyanate (TMXDI), 4,4'-diphenyldimethylmethane diisocyanate , Di- and tetraalkyldiphenylmethane diisocyanate, 4,4'-dibenzyl diisocyanate, 1,3-phenylene diisocyanate, 1,4-phenylene diisocyanate, the isomers of tolylene diisocyanate (TDI), optionally in a mixture, 1-methyl-2,4 -diisocyanato- cyclohexane, 1, 6-diisocyanato-2,2,4-trimethylhexane
  • TDI tolylene diisocyanate
  • diisocyanates are trimethylhexamenthylene diisocyanate, 1,4-diisocyanatobutane, 1,2-diisocyanatododecane and dimer fatty acid diisocyanate.
  • interesting partially masked polyisocyanates which allow the formation of self-crosslinking polyurethanes, such as dimeric tolylene diisocyanate.
  • prepolymers can also be used, ie oligomers with several isocyanate groups. As is known, they are obtained with a large excess of monomeric polyisocyanant in the presence of, for example, diols. HDI isocyanuration products and HDI biuretization products are also possible.
  • Aromatic isocyanates are preferably used as di- or polyisocyanates, e.g. Diphenylmethane diisocyanate, either in the form of the pure isomers, as an isomer mixture of the 2,4 '- / 4,4'-isomers, or also the diphenylmethane diisocyanate (MDI) liquefied with carbodiimide, which e.g. is known under the trade name Isonate 143 L.
  • MDI diphenylmethane diisocyanate
  • the so-called "raw MDI" i.e. the isomer / oligomer mixture of the MDI can be used, such as are commercially available, for example, under the trade names PAPI or Desmodur VK.
  • quadsi-prepolymers i.e. Reaction products of MDI or tolylene diisocyanate (TDI) with low molecular weight diols, such as Ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol or triethylene glycol can be used.
  • the liquid polyhydroxy compounds having two or three hydroxyl groups are preferably suitable as diols and / or polyols for the binder per molecule, such as di- and / or trifunctional polypropylene glycols in the molecular weight range from 200 to 6000, preferably in the range from 400 to 3000.
  • Statistical and / or block copolymers of ethylene oxide and propylene oxide can also be used.
  • Another group of polyether polyols which are preferably to be used are the polytetramethylene glycols which are prepared, for example, by the acidic polymerization of tetrahydrofuran.
  • the molecular weight range of the polytetramethylene glycols is between 200 and 6000, preferably in the range from 40 to 4000.
  • liquid polyesters which are obtained by condensation of di- or tricarboxylic acids, e.g. Adipic acid, sebacic acid and glutaric acid, with low molecular weight diols or triols, e.g. Ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, dipropylene glycol, 1, 4-butanediol, 1, 6-hexanediol, glycerol or trimethylolpropane can be produced.
  • di- or tricarboxylic acids e.g. Adipic acid, sebacic acid and glutaric acid
  • diols or triols e.g. Ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, dipropylene glycol, 1, 4-butanediol, 1, 6-hexanediol, glycerol or trimethylolpropane
  • polyesters based on ⁇ -caprolactone also called “polycaprolactones”.
  • polyester polyols of oleochemical origin can also be used.
  • Such polyester polyols can, for example, by completely ring opening epoxidized triglycerides of an at least partially olefinically unsaturated fatty acid-containing fat mixture with one or more alcohols with 1 to 12 C atoms and then partial re-esterification of the triglyceride derivatives to alkyl ester polyols with 1 to 12 C atoms in the alkyl radical getting produced.
  • Other suitable polyols are polycarbonate polyols and dimer diols (from Henkel) and in particular castor oil and its derivatives.
  • Hydroxy-functional polybutadienes such as are available, for example, under the trade name “Poly-bd”, can also be used as polyols for the compositions according to the invention.
  • Another object of the present invention is to provide a manufacturing process for such a shaped body, wherein the wood particles and / or the cellulose-containing material is first mixed with the polyol component, to this mixture the other component (s), in particular the polyisocyanate in excess adds, this mixture is homogenized, this mixture is placed in a sealable, pressure-tight mold which may have a release agent, the reaction mixture is reacted under a pressure of at least 1 kp / cm 2 and the mold is removed after the mold has cooled or freed from the mold.
  • the aforementioned mixing and reaction steps are carried out at temperatures from 10 to 30 ° C., in particular at room temperature (18-25 ° C.).
  • the pressure treatment by the process according to the invention is carried out by reacting the reaction mixture under its own reaction pressure. Under certain circumstances, however, external pressure can also be supplied in a manner known per se using inert gas or steam.
  • the reaction time in the mold and thus the formation of the shaped body is 5 to 30 minutes, preferably 10 to 20 minutes.
  • sealable, pressure-tight molds are used.
  • the present invention relates to the use of the shaped body of the aforementioned type or produced in accordance with the above type in the form of plates, moldings, cubes, cuboids, etc., in particular in wet areas or outdoors. Furthermore, the present invention also relates to the use of this shaped body, which is obtainable in the manner described above, as a semi-finished product or cladding in the construction sector.
  • the molded body according to the invention can be used as packaging material, flooring, as steps or decorative beams.
  • These aforementioned uses of the molded body preferably relate to the interior of vehicles, in particular motor vehicles such as passenger vehicles and camping vehicles, but also caravans, ships and aircraft.
  • the shaped bodies according to the invention can be used for decorative purposes in the outdoor area or in the household and commercial area, in particular in the kitchen and sanitary area.
  • Example 1 The invention is explained in more detail below by means of exemplary embodiments.
  • Example 1 The invention is explained in more detail below by means of exemplary embodiments.
  • Example 1 The invention is explained in more detail below by means of exemplary embodiments.
  • Example 1 The invention is explained in more detail below by means of exemplary embodiments.
  • Example 1 Example 1 :
  • 1500 g of wood chips from pine wood with a chip length of up to 4 cm are mixed intensively with 1000 g of the polyol component of the foam system. After adding 1000 g of the isocyanate and mixing again, the mixture was quickly placed in a metal mold of about 6.5 dm 3 in size. The mold was immediately closed with a lid. After 30 minutes, the foam-containing polymer wood molding was removed from the mold.
  • the molded body obtained in this way has a density of 0.6 g / cm 3 , a smooth surface and can be machined like wood, for example sawing, planing, grinding and drilling. Threads can be cut into the material.
  • the molded article obtained according to the production example was compared in terms of its quality features with a medium-density fiberboard (MDF board) which was produced with formaldehyde-containing condensation resins and had an identical thickness.
  • MDF board medium-density fiberboard
  • the molded body according to the invention has a significantly lower water absorption value than an MDF board.
  • Table Water absorption capacity and swelling of the shaped articles according to the invention in comparison to MDF boards.
  • Shaped body 0.60 14 7.5 4 1 acc.

Abstract

Offenbart wird ein Polymerholz-Formkörper auf Basis von Holzteilchen und/oder cellulosehaltigem Material sowie wenigstens einem Bindemittel, wobei das Bindemittel ein kohlendioxidabspaltendes Zweikomponenten-Polyurethan-Bindemittel aus einem Polyol, Wasser und einem Polyisocyanat ist. Dieser ist dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel in einer Menge von 10 bis 200 Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Gew.-Teile der Holzteilchen und/oder des cellulosehaltigen Materials enthalten ist, wobei der Polymerholz-Formkörper durch Umsetzung der Holzteilchen und/oder cellulosehaltigen Materials und des Bindemittels unter einem Druck von wenigstens 1 kp/cm2, insbesondere 50 kp/cm2 bis 100 kp/cm2 erhalten wird.

Description

Polymerholz-Formkörper, ihre Herstellung und Verwendung
Die vorliegende Erfindung betrifft formaldehydfreie Polymerholz-Form- körper mit verbesserter Wasserbeständigkeit, ihre Herstellung und Ver^ wendung.
Bei den Holzwerkstoffen unterscheidet man üblicherweise nach Ullmann, Enzyklopädie der technischen Chemie, 4. Aufl., Band 12, S. 709 ff fol¬ gende Halbzeugklassen:
Unter Holzspanplatten oder Spanplatten (engl.. particle-board) versteht man im allgemeinen Platten aus mechanisch produzierten Spänen aus Holz oder verholzten Teilen, die durch Verleimen mit einem Bindemittel unter Pressdruck hergestellt werden. Als Kunstharze oder Bindemittel können Hamstoffharze oder Aminoplaste, Phenolharze oder Mischharze aus Harnstoff, Melamin, Phenol und Formaldehyd eingesetzt werden. Weiter werden Isocyanate insbesondere auf Basis von Di-phenylmethan- diisocyanat sowie vernetzbare Polymerisate eingesetzt. Durch Größe, Form und Anordnung der Späne und die Menge des Kunstharz- oder Bin¬ demittelanteils (ca. 5 - 10%) können die Eigenschaften der Holzspanplatten variiert werden. Hochwertige Platten werden mehrschichtig und mit besonders feinen Deckspänen hergestellt. Zur Verwendung im Möbelbau lassen sich die Holzspanplatten mit Dekorfilmen, Grundierfilmen und Furnieren beschichten. Man unterscheidet hier je nach Dichte Flachpressplatten mit einer mittleren Dichte von 500 - 800 kg/m3 sowie leichte Flachpressplatten mit einer Dichte um 300 kg/m3. Aus CA 100:104746 betreffend die JP-A-58185670 sind Bindemittel für Spanplatten auf Basis einer 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat-Fraktion bekannt. Dort werden die Holzspäne wasserbefeuchtet, damit das vorgenannte Diisocyanat während der Heißpressung bei 150 °C und 25 kg/cm2 umgesetzt werden kann. Die erhaltenen polyurethanhaltigen Spanplatten weisen eine verbesserte Biegefestigkeit auf.
Holzfaserplatten (engl.: wood-fiber chip boards) werden aus Holzfasern oder lignocellulosehaltigem Material hergestellt. Durch Einwirkung von Wärme, Feuchtigkeit und mechanischer Druckkraft in Zerfaserungsan- lagen wird das Lignin, Cellulose und Hemicellulose enthaltende Rohma¬ terial in seine faserartigen, anatomischen Grundelemente in der Form von Einzelfasern und Faserbündel zerlegt. Im Laufe des Herstellungsprozes¬ ses wird das Fasermaterial geformt, verdichtet und gepresst. Hierbei werden primär die Verfilzung der Fasern und die natürlichen Bindekräfte genutzt. Durch Zugabe von Binde- und Hydrophobiermitteln sowie durch thermische und andere Nachbehandlungen lassen sich die Bindekräfte erhöhen. So können die physikalischen und die Festigkeitseigenschaften dem Verwendungszweck angepaßt werden.
Nach DIN 68 753 unterscheidet man harte Holzfaserplatten mit einer Rohdichte von über 800 kg/m3, mittelharte Holzfaserplatten mit einer Rohdichte von mehr als 350 kg/m3 bis 800 kg/m3 sowie poröse Holzfa¬ serplatten mit einer Rohdichte von 230 - 350 kg/m3. Als Binde- und Hydrophobiermittel werden beim Naßverfahren wie auch beim Trockenverfahren pro Tonne erzeugte Holzfaserplatte bis zu 25 kg Harz sowie 1,5 - 20 kg Paraffin benötigt. Bei dem heute überwiegend eingesetzten Naßverfahren muß das Prozeßwasser mit einem Gehalt an löslichen Stoffen von bis zu 2,0 - 2,5 % vorwiegend im Kreislauf geführt werden, was bei einer Wassertemperatur von bis zu 65 °C sehr energieaufwendig ist. Weiterhin sollte, um eine störende Fleckenbil-dung auf den Holzfaserplatten durch das hochkonzentrierte Kreislauf-wasser zu vermeiden, Formaldehyd in einer Menge von 0,02 - 0,2 % zugesetzt werden.
In der heutigen Zeit werden die mittelharten Holzfaserplatten hauptsäch¬ lich in Form der mitteldichten Faserplatten (MDF) als Halbzeug auf dem Markt angeboten, die mit formaldehydhaltigen Kondensationsharzen her¬ gestellt werden. Derartige Produkte sind durch das kontinierliche, teil¬ weise über Jahre erfolgende Ausdünsten von canzerogenen Formalde¬ hyddämpfen aus ökologischen Gründen nicht mehr erwünscht. In der Möbelindustrie hilft man sich damit, daß die MDF eine zusätzliche Beschichtung erhalten, um die Formaldehydemission unter die vom Ge¬ setzgeber geforderten Grenzwerte abzusenken. Darüber hinaus hat MDF zwar eine gegenüber Naturholz verbesserte Maßhaltigkeit bei einer übli¬ chen Luftfeuchtigkeit zwischen 35 und 85 %, die allerdings bei bestimm¬ ten Anwendungen nicht ausreicht. Weiterhin sind mit synthetischen Harnstoff-Formaldehyd-Bindemitteln hergestellte MDF nicht zur Verwen¬ dung unter hoher Luftfeuchtigkeit, insbesondere in Wasser geeignet.
Unter Polymerholz (engl.: wood-plastic-composites) versteht man Holz- Kunststoff-Kombinationen, wie man sie durch Behandeln von Holz mit Monomeren oder Präpolymeren erhält. Es handelt sich hierbei um ei-nen Verbundwerkstoff, bei dem man das Holz mit dem flüssigen Ausgangs¬ material tränkt und sodann das im Holz abgelagerte Monomere polymeri¬ siert. In der Praxis werden vorzugsweise flüssige Monomere und Lösun¬ gen eingesetzt, beispielsweise Methacrylatpräpolymere oder in Styrol ge¬ löste ungesättigte Polyester. Durch die Polymerisate wird in erster Linie die Festigkeit des Holzes gesteigert, vor allem seine Härte und sein Druckwiderstand. Schließlich wird die ästhetische Wirkung des Naturhol¬ zes nicht nur nicht beinträchtigt, sondern in vielen Fällen sogar gesteigert. Trotz dieser Vorteile wird Polymerholz bisher in nur sehr begrenztem Umfang bei speziellen Waren eingesetzt, z.B. für Parkett, Sportgeräte, Küchengeräte und Werkzeugstiele. Abweichend vom reinen Tränkungsverfahren zur Erzeugung von Poly¬ merholz kann über das Skinpreg-Verfahren eine Oberflächenimpräg-nie- rung mit Kunststoffen erfolgen, die unter geringem Druck verschie-den tief in das Holz eindringen, ohne es völlig zu durchtränken.
Aus CA 111 :59849 betreffend die JP-A-01045440 sind Holz-Schaumstoff- Zusammensetzungen auf Basis von Isocyanaten oder Formaldehyd bekannt, die als Füllstoff Sägemehl enthalten. Der erhaltene Schaum mit einer Dichte von 0,35 g/cm3 weist eine gute Festigkeit auf. Bei Holzmehl oder Sägemehl handelt es sich üblicherweise um sehr fein zerkleinertes Holz, das als Filterhilfsmittel, Füllstoff, Beimengung in Rauhfaseranstri¬ chen usw. Anwendung findet. Dort ist allerdings nicht beschrieben oder nahegelegt, diesen Schaumstoff bei hohem Druck herzustellen. Es wer¬ den Lösungsmittel verwendet.
Aus CA 111 :9171 betreffend die JP-A-63303703 sind Formkörper aus fei¬ nen Pflanzenfasern oder Pflanzenteilchen, insbesondere Holzmehl und einem Urethanprepolymer bekannt, die vor oder nach der Formge-bung mit Wasser oder Dampf kontaktiert werden. Ein derartiger Form-körper weist eine Dichte von 0,29 g/cm3, eine Druckfestigkeit von 5,3 kg/cm2 und eine Zugfestigkeit von 3,4 kg/cm2 auf. Dort ist aber weder offenbart noch nahegelegt, daß die Formkörperbildung bei einem überatmosphärischen Druck erfolgen soll. Es werden Lösungsmittel verwendet.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen neu¬ artigen Holz-Formkörper bereitzustellen, der den Einsatz von formaldehydhaltigen Bindemitteln vermeidet, wie er bei den heute übli¬ cherweise hauptsächlich eingesetzten MDF noch zwingend erfor-derlich ist, und auch vorteilhafte Anwendungseigenschaften aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Die vorliegende Erfindung betrifft daher einen Formkörper auf Basis von Holzteilchen und/oder cellulosehaltigem Material sowie wenigstens einem Bindemittel, wobei das Bindemittel ein kohlendioxid-abspaltendes Zwei¬ komponenten-Polyurethan-Bindemittel aus einem Polyol, Wasser und ei¬ nem Polyisocyanat ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel in einer Menge von 10 bis 200 Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Gew.-Teile der Holzteilchen und/oder des cellulosehaltigen Materials, enthalten ist, wobei der Formkörper durch Umsetzung der Holzteilchen und/oder des cellulosehaltigen Materials und des Bindemittels unter einem Druck von wenigstens 1 , insbesondere 50 bis 100 kp/cm2 erhalten wird.
Wegen der deutlichen Zunahme der Härte des Holzes auch im Innern des Formkörpers wird angenommen, daß das Holz in Abhängigkeit vom Masseverhältnis Holz : Bindemittel, von der Größe der Holzspäne und vom Druck oberflächlich bis vollständig mit dem Polyurethan verstärkt ist, daß das Holz also als Polymer-Holz vorliegt.
Gegenüber dem Stand der Technik weist der erfindungsgemäße Form¬ körper folgende Vorteile auf:
Er kann anderes als die vordiskutierten Holzwerkstoffe des
Standes der Technik in beliebiger Form, also maßgeschneidert, beispielsweise in Form von Platten, Leisten, Würfeln, Quadern usw. hergestellt werden.
Er ist als Leichtbaustoff geeignet, da er üblicherweise eine Dichte von 0,40 - 0,65 g/cm3 aufweist. Er ist daher ein Substitut für leichte und mittlere Flachpreßplatten oder mittelharte Holzfaserplatten allerdings ohne die entsprechenden Formaldehydprobleme.
Er ist bei Raumtemperatur nicht quellbar in Wasser, d.h. seine
Dickenzunahme nach 24 Stunden in Wasser bei 20 °C ist < 4 bzw.
1 Prozent bei Dicken von 6 bis 12 bzw. > 35 mm. Anders als ein Großteil der heute noch eingesetzten Holzwerk¬ stoffe sowie MDF-Platten ist er formaldehydfrei und schwer brennbar.
Die Formkörper sind so elastisch, daß sich Holzschrauben mit ei¬ nem 0 von 5 mm splitterfrei einschrauben lassen. Er ist weiter so formstabil, daß man Gewinde hineinschneiden kann für Spax-Schrauben, d.h. Schrauben mit einem breiten Gewinde. Bedingt durch den Polyurethananteil im Formkörper ist er ohne weiteres lackierbar.
Hervorzuheben ist schließlich seine Homogenität, d.h. es kommt nicht zu der sonst üblichen Schichtenbildung, insbesondere findet man auch nicht eine Innen- und Außenschicht.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Form¬ körpers werden als Holzausgangsstoff Weichholzarten, z.B. Hölzer der Fichte, Kiefer, Tanne, Lärche, Birke, Erle, Roßkastanie, Föhre, Espe, Weide, Pappel und Linde verwendet. Es können aber auch Hartholzarten, wie beispielsweise Buche, Weißdorn, Schlehe, Esche, Ahorn, Nußbaum, Apfelbaum, Birnbaum, Eibe oder Eiche, eingesetzt werden. Auch Mischungen beliebiger Weichholzarten mit Hartholzarten können eingesetzt werden.
Weiter ist es bevorzugt, als cellulosehaltiges Material im erfindungsge¬ mäßen Formkörper pflanzliche Fasern, beispielsweise Baumwolle, Jute, Flachs, Hanf, Bast, Sisal, Ramie, Kokosfasern, Yuccafasern oder Manila oder chemisch modifizierte Fasern wie die Viskosefasern Reyon und Zell¬ wolle, Cuoxamfasem, Acetatfasern und Papier- und Zellstoff-game, einzu¬ setzen.
In dem erfindungsgemäßen Formkörper liegen die Holzteilchen in Form von Holzspänen und/oder Holzmehl bzw. als cellulosehaltiges Material in Teilchengrößen von maximal 5 mm Dicke, 20 mm Breite und 50 mm Länge vor. Bevorzugt ist ein Dickenbereich von 0,5 bis 3 mm, ein Brei¬ tenbereich von 1 bis 15 mm und ein Längenbereich von 3 bis 40 mm.
Die Feuchte bzw. der Feuchtegehalt der Holzteilchen bzw. des cellulosi¬ schen Materials im erfindungsgemäßen Formkörper beträgt üblicher¬ weise 5 bis 20 Gew.-%. Er kann gegebenenfalls durch Befeuchtung mit Wasser oder Wasserdampf erhöht oder durch Trocknung bei erhöhter Temperatur erniedrigt werden. Bevorzugt entspricht der Feuchtegehalt aber der Gleichgewichtsfeuchte des Materials bei Umgebungstemperatur.
Die erfindungsgemäßen Formkörper können z.B. zur Stabilisierung Drähte, Kabel, Drahtnetze, Stangen oder ähnliches enthalten.
Das im Rahmen des erfindungsgemäßen Formkörpers verwendete Zwei¬ komponenten-Polyurethan-Bindemittel besteht aus einem Reaktionspro¬ dukt wenigstens eines Polyols mit wenigstens einem Polyisocyanat.
Hierbei wird die Menge der beiden Reaktionspartner stets so gewählt, daß das Polyisocyanat im Überschuß eingesetzt wird, d.h. es liegt ein Equivalenzverhältnis von NCO- zu OH-Gruppen von 5 zu 1 , vorzugsweise aber von 2 : 1 bis 1 ,2 : 1 vor.
Als Polyisocyanat kommt üblicherweise ein aliphatisches, alicyclisches oder aromatisches Di- oder Triisocyanat in Betracht.
Vorzugsweise enthalten sie im Mittel 2 bis höchstens 4 NCO-Gruppen. Beispielsweise seien als geeeignete Isocyanate genannt: 1 ,5-Naphthy- lendiisocyanat, 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat (MD!), hydriertes MDI (H12MDI), Xylylendiisocyanat (XDI), Tetramethylxylylendiisocyanat (TMXDI), 4,4'-Diphenyldimethylmethandiisocyanat, Di- und Tetraalkyldi- phenylmethandiisocyanat, 4,4'-Dibenzyldiisocyanat, 1 ,3-Phenylendi- isocyanat, 1 ,4-Phenylendiisocyanat, die Isomeren des Toluylendiiso- cyanats (TDI), gegebenenfalls in Mischung, 1-Methyl-2,4-diisocyanato- cyclohexan, 1 ,6-Diisocyanato-2,2,4-trimethylhexan, 1 ,6-Diisocyanato- 2,4,4-trimethylhexan, 1 -lsocyanatomethyl-3-isocyanato-1 ,5,5-trimethyl- cyclohexan (IPDI), chlorierte und bromierte Diisocyanante, phosphor¬ haltige Diisocyananate, 4,4'-Diisocyanatophenylperfluorethan, Tetra- menthoxybutan-1 ,4-diisocya-nat, Butan-1 ,4-diisocyanat, Hexan-1 ,6- diisocyanat (HDI), Dicylohexyl-methandiisocyanat, Cyclohexan-1 ,4- diisocyanat, Ethylen-diisocyanat, Phthalsäure-bis-isocyanatoethlester. Weitere wichtge Diisocyanate sind Trimethylhexamenthylendiisocyanat, 1 ,4-Diisocyanatobutan, 1 ,12-Diisocyanatododecan und Dimerfettsäure- diisocyanat. Interesse verdienen teilweise verkappte Polyisocyanate, welche die Bildung selbstvernetzender Polyurethane ermöglichen, z.B. dimeres Toluylen-diisocyanat. Schließlich können auch Prepolymere eingesetzt werden, also Oligomere mit mehreren Isocyanatgruppen. Sie werden bekanntlich bei einem großen Überschuß von monomerem Polyisocyanant in Gegenwart von z.B. Diolen erhalten. Auch Isocy- anuratisatisierungsprodukte des HDI und Biuretisierungsprodukte des HDI sind möglich.
Als Di- oder Polyisocyanate werden vorzugsweise die aromatischen Isocyanate verwendet, z.B. Diphenylmethandiisocyanat, entweder in Form der reinen Isomeren, als Isomerengemisch der 2,4'-/4,4'-lsomeren oder auch das mit Carbodiimid verflüssigte Diphenylmethandiisocyanat (MDI), das z.B. unter dem Handelsnamen Isonate 143 L bekannt ist. Außerdem kann das sogenannte „Roh-MDI", d.h., die Isomeren/Oligomerenmischung des MDI eingesetzt werden, wie sie z.B. unter dem Handelsnamen PAPI bzw. Desmodur VK im Handel erhältlich sind. Weiterhin können sogenannte „Quasi -Prepolymere", d.h. Umsetzungsprodukte des MDI bzw. des Toluylendiisocyanat.es (TDI) mit niedermolekularen Diolen, wie z.B. Ethylenglykol, Diethyenglykol, Propylenglykol, Dipropylenglykol oder Triethylenglykol, verwendet werden.
Als Di- und/oder Polyole für das Bindemittel eigen sich vorzugsweise die flüssigen Polyhydroxyverbindungen mit zwei bzw. drei Hydroxylgruppen pro Molekül, wie z.B. di- und/oder trifunktionelle Polypropylenglykole im Molekulargewichtsbereich von 200 bis 6000, vorzugsweise im Bereich von 400 bis 3000. Es können auch statistische und/oder Blockcopolymere des Ethylenoxids und Propylenoxids eigesetzt werden. Eine weitere Gruppe von vorzugsweise einzusetzenden Polyetherpolyolen sind die Polytetramethylenglykole, die z.B. durch die saure Polymerisation von Tetrahydrofüran hergestellt werden. Dabei liegt der Molekulargewichtsbereich der Polytetramethylenglykole zwischen 200 und 6000, vorzugsweise im Bereich von 40 bis 4000.
Weiterhin sind als Polyole die flüssigen Polyester geeignet, die durch Kondensation von Di- bzw. Tricarbonsäuren, wie z.B. Adipinsaure, Se- bazinsäure und Glutarsäure, mit niedermolekularen Diolen bzw. Triolen, wie z.B. Etylenglykol, Propylenglykol, Diethylenglykol, Triethylenglykol, Dipropylenglykol, 1 ,4-Butandiol, 1 ,6-Hexandiol, Glyzerin oder Trimethy¬ lolpropan, hergestellt werden können.
Eine weitere Gruppe der erfindungsgemäß einzusetzenden Polyole sind die Polyester auf der Basis von ε-Caprolacton, auch „Polycaprolactone" genannt.
Es können aber auch Polyesterpolyole oleochemischer Herkunft ver¬ wendet werden. Derartige Polesterpolyole können beispielweise durch vollständige Ringöffnung von epoxidierten Triglyzeriden eines wenigstens teilweise olefinisch ungesättigten Fettsäure-enthaltenden Fettgemischtes mit einem oder mehreren Alkoholen mit 1 bis 12 C-Atomen und anschließender partieller Umsterung der Triglyzerid-Derivate zu Alkylesterpolyolen mit 1 bis 12 C-Atomen im Alkylrest hergestellt werden. Weitere geeignete Polyole sind Polycarbonatpolyole und Dimerdiole (Fa. Henkel) sowie insbesondere Rizinusöl und dessen Derivate. Auch Hydroxy-funktionellen Polybutadiene, wie sie z.B. unter dem Handelsnamen „Poly-bd" erhältlich sind, können für die erfindungsge¬ mäßen Zusammensetzungen als Polyole eingesetzt werden. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Herstellverfahrens für einen derartigen Formkörper, wobei man die Holzteilchen und/oder das cellulosehaltige Material zunächst mit der Polyolkomponente mischt, zu dieser Mischung die weitere(n) Komponente(n), insbesondere das Polyisocyanat im Überschuß hinzugibt, diese Mischung homogenisiert, diese Mischung in eine gegebenenfalls Trennmittel aufweisende, verschließbare, druckdichte Form gibt, die Reaktionsmischung unter einem Druck von wenigstens 1 kp/cm2 umsetzt und den Formkörper nach dem Abkühlen der Form entnimmt bzw. von der Form befreit.
In diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, daß die vorgenannten Misch- und Reaktionsschritte bei Temperaturen von 10 bis 30 °C, insbesondere bei Raumtemperatur (18 - 25 °C) durchgeführt werden. Die Druckbehandlung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt durch die Umsetzung der Reaktionsmischung unter Eigenreaktionsdruck. Unter Umständen kann aber auch in an sich bekannter Weise mittels Inertgas oder auch Wasserdampf Druck von außen zugeführt werden.
Im erfindungsgemäßen Verfahren beträgt die Reaktionszeit in der Form und somit die Bildung des Formkörpers 5 bis 30 Minuten, vorzugsweise 10 bis 20 Minuten.
Im erfindungsgemäßen Verfahren setzt man verschließbare druckdichte Formen ein.
Üblicherweise ist es nicht erforderlich, zwischen dem Druckreaktor und dem Formkörper ein Trennmittel vorzusehen, insbesondere eine Teflon®- Schicht. In bestimmten Fällen ist es aber bevorzugt, Acmos-Trennmittel für PUR mit den Typenbezeichnungen 39-5001 , 39-4487, 37-3200 und 36-3182 einzusetzen.
Die vorliegende Erfindung betrifft schließlich die Verwendung des Formkörpers der vorgenannten Art oder hergestellt gemäß vorstehender Art in Form von Platten, Leisten, Würfeln, Quadern usw., insbesondere im Feuchtbereich oder Außenbereich. Weiter betrifft die vorliegende Erfindung auch die Verwendung dieses Formkörpers, der nach vorbeschriebener Art erhältlich ist, als Halbzeug oder Verkleidung im Baubereich. Außerdem kann der erfindungsgemäße Formkörper als Verpackungsmaterial, Bodenbelag, als Treppenstufen oder Dekorbalken verwendet werden. Diese vorgenannten Verwendungen des Formkörpers betreffen bevorzugt den Innenausbau von Fahrzeugen, insbesondere von Kraftfahrzeugen wie Personenkraftfahrzeugen und Campingfahrzeugen, aber auch von Wohnwagen, Schiffen und Flugzeugen. Alternativ können die erfindungsgemäßen Formkörper für dekorative Zwecke im Außenbereich oder im Haushalts- und gewerblichen Bereich, insbesondere im Küchen- und Sanitärbereich eingesetzt werden.
Die Erfindung wird im weiteren durch Ausführungsbeispiele näher er¬ läutert. Beispiel 1 :
A) Ausgangsprodukte
a) Polyolkomponente:
Trifunktionelles Poletherpolyol auf Basis Glyzerin, 83,8 Ethyien- und Propylennoxid
Glyzerin 6,0
Sojapolyol mit Ethylenoxid modifiziert 6,0
Wasser 2,2
Tegostab B 8404 (Fa. Goldschmidt) 1 ,3
Dibutylzinndilaurat 0,7
b) Isocyanatkomponente:
Diphenymethan-4,4' diisocyanant 100
(Roh-MDI mit einer Viskosität von 200-220 mPas)
B) Herstellung
1500 g Holzspäne aus Kiefernholz mit einer Spanlänge von bis zu 4 cm werden mit 1000g der Polyolkomponente des Schaumstoffsystems in¬ tensiv gemischt. Nach Zugabe von 1000 g des Isocyanats und erneuter Vermischung wurde die Mischung schnell in eine Metallform von etwa 6,5 dm3 Größe gegeben. Die Form wurde sofort mit einem Deckel ver¬ schlossen. Nach 30 Minuten wurde der schaumstoffhaltige Polymerholz- Formkörper aus der Form entfernt.
Der so erhaltene Formkörper hat eine Dichte von 0,6 g/cm3, eine glatte Oberfläche und läßt sich wie Holz mechanisch bearbeiten, beispielsweise sägen, hobeln, schleifen und bohren. In das Material lassen sich Gewinde schneiden. C) Anwendung
Der gemäß Herstellbeispiel erhaltene Formkörper wurde hinsichtlich seiner Qualitätsmerkmale mit einer mitteldichten Faserplatte (MDF- Platte), die mit formaldehydhaltigen Kondensationsharzen hergestellt worden ist und eine identische Dicke aufwies, verglichen. Hier wurde insbesondere gefunden, daß der erfindungsgemäße Formkörper ge¬ genüber einer MDF-Platte einen bedeutend geringeren Wert der Was¬ seraufnahme aufweist.
Tabelle: Wasseraufnahmevermögen und Quellung der erfidungsge- mäßen Formkörper im Vergleich zu MDF-Platten.
Dichte Wasseraufnahme Dickenquellung
[g/cm] [%] [%] nach 24h Wasserlagerung
Plattendicke 6-12 >35 6-12 >35
[mm]
MDF-Platte 0,72 20 16 8 5
Formkörper 0,60 14 7,5 4 1 gemäß Erf.

Claims

Patentansprüche
1. Formkörper auf Basis von Holzteilchen und/oder cellulosehaltigem Material sowie wenigstens einem Bindemittel, wobei das Bindemittel ein kohlendioxidabspaltendes Zweikomponenten- Polyurethan-Bindemittel aus einem Polyol, Wasser und einem Polyisocyanat ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel in einer Menge von 10 bis 200 Gew.-Teilen, bezogen auf 100 Gew.- Teile der Holzteilchen und/oder des cellulosehaltigen Materials, enthalten ist, und wobei der Formkörper durch Umsetzung der Holzteilchen und/oder cellulosehaltigen Materials und des Bindemittels unter einem Druck von wenigstens 1 kp/cm2, insbesondere 50 kp/cm2 bis 100kp/cm2 erhalten wird.
2. Formkörper nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß als Holz Ausgangsstoff für die Holzteilchen Weichholzarten wie bei¬ spielsweise Nadelhölzer oder Hartholzarten wie beispielsweise Buche oder Eiche eingesetzt werden.
3. Formkörper nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als cellulosehaltiges Material pflanzliche Fasern wie Baumwolle, Jute, Flachs, Hanf oder chemisch modifizierte Fasern wie Zellwolle, eingesetzt werden.
4. Formkörper nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Holzteilchen in Form von Holzspänen oder Holzmehl mit Teilchengrößen von maximal 1 mm Dicke, 20 mm Breite und 50 mm Länge eingesetzt werden.
5. Formkörper nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuchte der Holzteilchen und oder des cellulosehaltigen Materials 5 bis 2 Gew.-% entspricht.
6. Formkörper nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er weiterhin Einlagen oder Verstärkungsmittel wie beispielsweise Drähte, Kabel, Drahtnetze oder Stangen enthält.
7. Formkörper nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyisocyanat ein Di- oder Triisocyanat, insbesondere das Diphenylmethan-2,2'-diisocyanat (als Rohprodukt) ist.
8. Formkörper nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyol eine Diol/Triol-Mischung aus Polyether- und Polyester-Polyolen mit Wasser ist.
9. Formkörper nach mindestens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Dichte von 0,40 g/cm3 bis 0,65 g/cm3 aufweist.
10. Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers nach vorstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß man
a) die Holzteilchen und/oder das cellulosehaltige Material zunächst mit der Polyolkomponente mischt,
b) zu dieser Mischung die weitere(n) Komponente(n), insbe¬ sondere das Polyisocyanat, im Überschuß, hinzugibt und diese Mischung homogenisiert,
c) die vorgenannte Mischung in eine gegebenenfalls Trennmittel aufweisende, verschließbare, druckdichte Form gibt und die Reaktionsmischung unter einem Druck von wenigstens 1 kp/cm3 umsetzt und d) den Formkörper der Form entnimmt bzw. von der Form befreit
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte (a) bis (c) bei Temperaturen von 10 bis 30 °C, insbeson¬ dere bei Raumtemperatur (18 - 25 C) durchgeführt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung der Reaktionsmischung in Schritt (c) unter Eigenre¬ aktionsdruck erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionszeit in Schritt (c) 5 bis 30 Minuten, vorzugsweise 10 bis 20 Minuten beträgt.
14. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 10 - 13, dadurch gekennzeichnet, daß man als Form eine verschließbare Metall¬ oder Kunstoff-Form einsetzt.
15. Verwendung des Formkörpers nach wenigstens einem der An¬ sprüche 1 bis 9 oder hergestellt nach wenigstens einem der An¬ sprüche 10 - 14 in Form von Platten, Leisten, Würfeln Quadern usw. insbesondere im Feuchtbereich oder Außenbereich.
16. Verwendung des Formkörpers nach wenigstens einem der An¬ sprüche 1 bis 9 oder hergestellt nach wenigstens einem der An¬ sprüche 10 bis 14 als Halbzeug oder Verkleidung im Baubereich.
17. Verwendung des Formkörpers nach wenigstens einem der An¬ sprüche 1 bis 9 oder hergestellt nach wenigstens einem der An¬ sprüche 10 bis 14 als Verpackungsmaterial, Bodenbelag, Trep¬ penstufen oder Dekorbalken.
18. Verwendung des Formkörpers nach Anspruch 17 im Innenausbau von Fahrzeugen, insbesondere von Kraftfahrzeugen wie Personenkraftfahrzeugen und Campingfahrzeugen, aber auch von Wohnwagen, Schiffen und Flugzeugen.
19. Verwendung des Formkörpers nach Anspruch 16 für dekorative Zwecke im Außenbereich oder im Haushalts- und gewerblichen Bereich, insbesondere im Küchen- und Santäterbereich.
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