WO1999012711A1

WO1999012711A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von formkörpern aus zerkleinertem material

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Publication number: WO1999012711A1
Application number: PCT/EP1998/005562
Authority: WO
Inventors: Georg Reif
Original assignee: Fritz Egger Gmbh & Co.
Priority date: 1997-09-05
Filing date: 1998-09-02
Publication date: 1999-03-18
Also published as: CA2303300C; DE19881279D2; CA2303300A1; DE59802091D1; JP2001515802A; ATE208252T1; US6582648B1; EP1011940A1; ES2167937T3; DE19738953C1; EP1011940B1; AU9265898A

Abstract

Eine Spanplatte, Faserplatte oder OSB (oriented strand board) (25) wird aus zellulosischem Material (2) hergestellt, dem ein strahlenhärtbares Bindemittel beigemischt wurde. Dazu wird eine Streuschicht (4) gebildet, die - ggf. mit Vorverdichtung in einer Vorpresse (5) - in einer Pressvorrichtung (16) endverdichtet und dann mittels einer Elektronenstrahleinrichtung (22) schlagartig ausgehärtet wird. Im Gegensatz zur bekannten Herstellung mittels thermisch härtbarem Bindemittel ist die Produktion nicht durch den Wärmetransport bis in die Plattenmitte sowie durch ein inhomogenes Feuchteprofil und die Gefahr von Plattenplatzern behindert, so dass sich mit hoher Produktionsleistung Platten hoher Qualität herstellen lassen, die auch keiner Reifelagerung wie bei der Herstellung mittels thermisch härtbarem Bindemittel bedürfen.

Description

Bezeichnung: Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von

Formkörpern aus zerkleinertem Material

B e s c h r e i b u n g :

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen von Formkörpern aus zerkleinertem, insbesondere zellulosischem Material, insbesondere zum Herstellen von Spanplatten, Faserplatten oder OSB (oriented Strand board), bei dem das aufbereitete Material mit einem härtbaren Bindemittel vermischt wird, das Gemisch auf eine Formunterlage aufgebracht und durch Preßdruck zu einem Formkörper verdichtet wird und das Bindemittel ausgehärtet wird.

Ein derartiges Verfahren ist allgemein bekannt und wird für die Herstellung von Spanplatten oder Faserplatten in großem Umfang angewendet. Dabei werden thermisch härtbare Bindemittel wie beispielsweise Harnstoff-Formaldehyd-Harz, Melamin-Formaldehyd-Harz, Isocyanate, Phenol-Formaldehyd-Harz u.a. eingesetzt. Die Aushärtung entspricht chemisch gesehen einer thermisch beschleunigten Polymerisations- bzw. Polykondensationsreaktion. Zur Spanplattenherstellung werden die getrockneten und mit dem Bindemittel beleimten Späne großformatigen Etagenpressen oder Taktpressen (diskontinuierliche Herstellung) zugeführt, oder es wird im Durchlaufverfahren (kontinuierliche Herstellung) gearbeitet, z.B. nach dem Conti-RoU-Verfahren, wobei ein Endlosband aus Spänen eine Preßstrecke zwischen sich fortschreitend annähernden Förderbandtrumen und/oder einen Walzenspalt passiert, wodurch die Verdichtung bewirkt wird.

Die Produktionsleistung solcher Anlagen wird entscheidend durch die vergleichsweise langsame Aushärtung begrenzt. Der limitierende Faktor ist insbesondere der Transport der von außen aufgebrachten Wärme zur Plattenmitte. Zur Beschleunigung wird der sogenannte "Dampfstoßeffekt" ausgenutzt. Dabei wandert Dampf durch Kondensation von der heißen Plattenoberfläche zur Plattenmitte und beschleunigt den Wärmetransport. Dieser Beschleunigung sind jedoch physikalische Grenzen gesetzt, da sich in der Plattenmitte ein Dampfdruck in Abhängigkeit vom außen aufgebrachten Druck und von der Temperatur einstellt. Wenn am Ende des Preßprozesses der von außen aufgebrachte Preßdruck abfällt, kann der in der Platte vorhandene Dampfdruck zu hoch sein, so daß es zu Plattenplatzem kommt, nämlich einem Aufbrechen der Platte in der Plattenmitte.

Ein wichtiger Kapazitätskennwert einer Span- bzw. Faserplattenproduktionsanlage ist der Preßfaktor, der die erforderliche Zeit für die Plattenaushärtung auf die Dimension senkrecht zur Plattenoberfläche bezieht. Über die Plattendicke errechnet sich dann der maximal mögliche Vorschub (bei kontinuierlicher Herstellung) bzw. die maximal mögliche Taktanzahl bei Taktpressen und damit die Anlagenkapazität. Übliche Preßfaktoren liegen im Bereich zwischen 3 und 6 s/mm für Co ti-Roll-Anlagen und zwischen 5 und 9 s/mm für Taktanlagen. Beispielsweise ergibt sich für die Aushärtung einer 19 mm Platte bei einem Preßfaktor von 5 s/mm eine Herstellungszeit von 95 Sekunden.

Der für die Beschleunigung der Aushärtung vorteilhafte Dampfstoßeffekt hat den weiteren Nachteil, daß die Produktfeuchtigkeit an der Plattenoberfläche nahezu Null ist und zur Mitte hin deutlich ansteigt, was ein inhomogenes Feuchteprofil bedeutet. Unter dem Gesichtspunkt eines stabilen Produktes ist jedoch ein homogenes Feuchteprofil anzustreben, das sich in der Praxis erst nach einer Lagerung über mehrere Wochen hinweg einstellt. Die Verarbeitung und insbesondere die Kaschierung von Platten mit deutlich inhomogenem Feuchteprofil führt zu Qualitätsproblemen. Außerdem haben immer weiter gesteigerte Anlagenleistungen zu einer geringeren Produktfeuchtigkeit geführt, die nun unterhalb der Feuchtigkeit liegt, die das Produkt im alltäglichen Einsatz annimmt (Ausgleichsfeuchtigkeit). Das Produkt ist also bestrebt, Feuchtigkeit aus der Umgebung aufzunehmen.

Der Einsatz hochenergetischer Elektronenstrahlung (Gammastrahlen, Röntgenstrahlung, ionisierende Strahlung) zur Härtung von organischen Kunstharzen ist bereits bekannt. So wird in der AT 338 499 die Imprägnierung von Span- und Faserplatten mit strahlenhärtbaren Komponenten zur Erzielung bestimmter technologischer Eigenschaften beschrieben. Dabei wird ein Plattenwerkstoff nach herkömmlichem Verfahren im Heißpreßverfahren hergestellt. Anschließend wird eine Imprägnierung im Wechseldruckverfahren mit den strahlenhärtbaren Komponenten vorgenommen und deren Aushärtung mittels Elektronenstrahlenergie durchgeführt. Mit dieser Nachbehandlung sollen die mechanischen Eigenschaften der Platte und ihre Dimensionsstabilität bei Einwirkung von Wasser verbessert werden, weswegen die eigentliche Plattenherstellung mit einer deutlich reduzierten Menge an thermisch härtbarem Bindemittel durchgeführt werden kann. Als strahlenhärtbares Bindemittel wird ein Gemisch aus ungesättigten Oligomeren (mindestens 30 Gew. %), Acrylnitril (1 -30 Gew. %), nicht mitpo- lymerisierende Zusatzstoffe (maximal 30 Gew. %) und der Rest auf 100 Gew. % vinylisch ungesättigte Monomere beschrieben. Als ungesättigte Monomere werden Polyesterharze, Acrylharze, Diallylphtalat-Vorpolymerisate, ein acrylmodifiziertes Alkyd-, Epoxy- oder Urethanharz vorgeschlagen. Zumdem kommen Polymerisations-Beschleuniger zum Einsatz.

Hier handelt es sich nicht um die Herstellung einer Platte durch Elektronenbestrahlung sondern um eine in einem nachgeschalteten Verfahren erfolgende Nach Veredelung mittels Elektronenbestrahlung zur Verbesserung der Platteneigenschaften. Die eigentliche Plattenherstellung erfolgt auch hier unter Verwendung eines thermisch härtbaren Bindemittels und durch Wärmezufuhr im Preßbereich mit einer vollständigen Aushärtung des in der verdichteten Platte enthaltenen Bindemittels. Damit werden die vorgenannten Nachteile - Leistungsbegrenzung durch die Wärmetransportzeit, inhomogenes Feuchteprofil und Gefahr von Plattenplatzem - im Grundsatz nicht beseitigt.

Aus der US 3 549 509 ist es bekannt, einen Formkörper unter Verwendung von strahlenhärtbarem Bindemittel herzustellen. Dabei wird Holzstaub oder Sägemehl mit einem strahlenhärtbaren flüssigen Monomer gemischt, in eine Form eingebracht, in dieser verdichtet und durch die Einwirkung von Strahlenenergie gehärtet. Als Strahlenquelle werden radioaktive Elektronenstrahler (z.B. Cobalt 60) oder ionisierende Strahlenquellen (z.B. Röntgenstrahlen) genannt. Nach den angeführten Beispielen erfolgt die Härtung in einer Cobalt-60-Strahlen- kammer. Als strahlenhärtbares Monomer werden Methylacrylat, Methylmetacrylat und Pro- pylacrylat vorgeschlagen.

Die Aushärtung in einer geschlossenen Form (Strahlenkammer) und die vergleichsweise langsame Aushärtung von Monomeren durch Gammastrahlung sind einer Hochleistungsherstellung abträglich. Dementsprechend ist auch dieses bekannte Verfahren nicht für die Herstellung von vergleichsweise dicken Platten oder Formkörpern aus Spänen oder Fasern sondern für dünne Beschichtungen von bereits formfesten Erzeugnissen vorgesehen, die als erstes in die Form eingelegt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Herstellungsverfahren so durchzuführen, daß eine erhöhte Produktionsleistung möglich wird, ohne daß ein störender Feuchtigkeitsgehalt sowie eine inhomogene Feuchtigkeitsverteilung in Kauf genommen werden müssen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird von dem eingangs beschriebenen Verfahren ausgegangen, das erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß das Material mit einem durch Elektro- nenstrahlenergie aushärtenden Bindemittel vermischt wird und daß nach dem Verdichten das Bindemittel durch Elektronenbestrahlung ausgehärtet wird. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung beruht darauf, daß die Aktivierung und Aushärtung des eingesetzten Bindemittels - im Gegensatz zu den thermisch härtenden Bindemitteln - durch hochenergetische Strahlung eines Elektronenstrahlbeschleunigers erfolgt. Dessen Leistungsfähigkeit wird im wesentlichen durch zwei Kennwerte bestimmt: Die Beschleunigungsspannung in MeV, die für die Reichweite der Energie in den zu durchstrahlenden Köφer verantwortlich ist, und die vom Strahler an den durchstrahlten Körper abgegebene Energiemenge (Strahlerleistung, Dosismenge), die das Produkt aus Beschleunigerspannung und Beschleunigerstrom ist. Die Strahlerleistung bestimmt die in den Köφer eingebrachte und von diesem absorbierte Energiemenge, die für die Härtung des Bindemittels verantwortlich ist. Verfügbare Beschleunigersysteme mit einer Beschleunigungsspannung von 10 MeV ermöglichen bei einseitiger Be- Strahlung eines Plattenwerkstoffs, der beispielsweise ein spezifisches Gewicht von 750 kg/m hat, eine Eindringtiefe von ca. 40 mm, bei zweiseitiger Bestrahlung mit je 10 MeV von ca. 105 mm.

Im Vergleich zum bisher üblichen Herstellungsprozeß für Span- oder Faseφlatten weist das erfindungsgemäße Verfahren wesentliche Vorteile auf. Die Polymerisation des insbesondere Oligomere enthaltenden Bindemittels erfolgt schlagartig und wird primär durch die Einbringung der erforderlichen Polymerisationsenergie (Strahlungsdosis in kGy) bestimmt. Die Aushärtung erfolgt innerhalb weniger Zehntel Sekunden. Dadurch sind Preßfaktoren von 0,05 s/mm möglich, so daß sich für die bereits vorstehend angesprochene 19 mm-Platte eine Aushärtezeit von etwa 1 Sekunde ergibt, während es bei der üblichen Wärmehärtung 95 Sekunden waren.

Ist bei der üblichen thermischen Härtung das Wasser einerseits zum Wärmetransport in die Plattenmitte vorteilhaft, beim Absenken des Preßdrucks jedoch wegen der Platzergefahr nachteilig, so beeinflußt es das erfindungsgemäße Verfahren kaum. Die Gefahr einer Feuchteverschiebung ist nicht gegeben, da auf das Produkt keine einseitige thermische Belastung einwirkt, welche die Ursache für die Feuchtewanderung im Produkt zur kalten Plattenmitte hin bildet. Im Produkt selbst erfolgt durch die Absoφtion der einfallenden Strahlung bzw. durch die Polymerisation keine kritische Temperaturerhöhung, die den Aufbau eines nennenswerten Wasserdampfdrucks ermöglichen würde. Die Gefahr von Plattenplatzem besteht daher nicht. Reifezeiten von mehreren Tagen wie bei der üblichen Herstellung notwendig sind daher nicht erforderlich, was hinsichtlich des Lagerplatzbedarfs und des gebundenen Kapitals von Vorteil ist. Als Bindemittel für die Elektronenstrahlhärtung eignen sich ungesättigte Oligomere. Es kann vorteilhaft sein, diesen Monomere beizumischen, um die Art und den Grad der Polymerisation des Bindemittels zu beeinflussen. Dementsprechend werden diese Monomere auch als Vernetzer bezeichnet. Vernetzer verfügen über mono- (z.B. HDDA), di- (DPGDA), tri- (z.B. TMPTA) oder polyfunktionelle Gruppen. Die Wahl des Vernetzers in Abstimmung mit dem ungesättigten Oligomer hinsichtlich des Mischungsverhältnisses und hinsichtlich einer Kombination von verschiedenen Vernetzern beeinflußt die Eigenschaften des hergestellten Formkörpers bzw. der Platte, z.B. Biegefestigkeit, Querzugfestigkeit, Biege-E-Modul, Beständigkeit gegen Luftfeuchte- und Wassereinwirkung).

Für die untersuchten Oligomere und Gemische von Oligomeren mit Vernetzern ist zur vollständigen Aushärtung eine Strahlendosis zwischen 70 und 100 kGy erforderlich. Einsetzbare ungesättigte Oligomere sind z.B. Polyesterharze, Acrylharze, Diallylphtalat-Voφolymeri- sate, acryl modifizierte Alkyd-, Epoxy- oder Urethanharze. Diese sind im Gegensatz zu den üblicherweise eingesetzten Kondensationsharzen frei von Formaldehyd (Prüfung nach DIN EN 120 mit photometrischer Auswertung) und ermöglichen eine kochwasserfeste Verbindung des Verbundstoffes im Sinne der EN 1087-Teil 1.

Schon bei der üblichen Herstellung mittels Wärmehärtung ist man bestrebt, die Härtung im Moment der größten Verdichtung des Formköφers bzw. der Platte durchzuführen oder zumindest einzuleiten, damit die Form- bzw. Dimensionsstabilität gewährleistet ist und keine Rückfederung beim Nachlassen des Preßdrucks erfolgt. Bei der Elektronenstrahlhärtung ist die schlagartige Aushärtung in dieser Hinsicht von Vorteil. Andererseits ist das Einbringen der Strahlenenergie im Bereich des hohen Preßdrucks unzweckmäßig, soweit hier der mechanischen Belastung entsprechend dicke Stahlplatten oder andere Druckbeaufschlagungseinrichtungen vorhanden sind, die in erheblichem Maße stahlenabsorbierend wirken und die Eindringtiefe der Strahlung herabsetzen. In diesem Zusammenhang wurde festgestellt, daß zur Sicherung der maximalen Materialverdichtung vor dem Aushärten ein Haltedruck ausreicht, der deutlich unter dem (maximalen) Preßdruck liegt. Es ist daher vorteilhaft, die Aushärtung bei einem entsprechend niedrigen Haltedruck außerhalb der die Elektronenstrahlen schwächenden Preßvorrichtung durchzuführen, also beispielsweise beim Conti-Roll-Ver- fahren im Abstand hinter dem engsten Preßspalt.

Eine aus den gleichen Erwägungen heraus vorteilhafte Möglichkeit besteht darin, mit einem erhöhten Preßdruck und einer entsprechenden Überverdichtung zu arbeiten, so daß der un- ausgehärtete Formkörper bzw. die Platte nach dem Passieren der Preßvorrichtung bis auf die gewünschte Solldicke zurückfedert. Dann kann eine nicht nur von der Preßvorrichtung sondern auch von einer Halteeinrichtung völlig unbehinderte Bestrahlung mit Elektronenenergie durchgeführt werden, um die Aushärtung zu bewirken. Im Interesse einer ungehinderten bzw. ungeschwächten Bestrahlung mit Elektronenenergie kann auch zweistufig mit einer ersten formstabilisierenden thermischen Teilhärtung unter Preßdruck und einer anschließenden von äußerer Druckbeaufschlagung freien Elektronen- Strahlaushärtung gearbeitet werden. Das setzt natürlich die Verwendung eines Bindemittels mit einem Bindemittelanteil voraus, der thermisch härtbar ist. Hierfür kommt eine Beimischung von üblicherweise verwendetem thermisch härtbarem Bindemittel in Betracht.

Als Variante für eine thermische Teilhärtung oder Ersthärtung kommt aber auch die Zugabe eines organischen Peroxids (z.B. TBPEH) in Betracht, das zusammen mit dem Bindemittel eingebracht wird und unter Temperatureinwirkung die Vernetzung des Bindemittels initialisiert. Auch hier handelt es sich um eine Zweistufenhärtung, wobei in der ersten Stufe unter Einwirkung von Druck und Wärme eine Ersthärtung oder Teilhärtung unter Stabilisierung der verdichteten Form erfolgt, und in einer zweiten Stufe ohne äußere Einwirkung von Druck die vollständige Aushärtung bzw. Polymerisation des Bindemittels durch Elektronen- Strahlenergie erfolgt. Die thermische Ersthärtung dient auch hier lediglich zur Fixierung des Materials in der verdichteten Lage und kann bei vergleichsweise geringer Temperatur erfolgen, so daß die vorgenannten technologischen Nachteile der thermischen Härtung in Grenzen gehalten werden.

Eine weitere Variante der thermischen Teilhärtung stellt die Härtung lediglich der Decklagen durch Druck und Temperatur dar. Diese so gehärteten Decklagen können eine Dicke von 1 mm bis mehrere mm aufweisen. Das Bindemittel in diesen Decklagen kann aus einem nicht im Elektronenstrahl härtbaren Bindemittel, aus einem Gemisch aus einem thermisch härtbaren Bindemittel und einem im Elektronenstrahl härtbaren Bindemittel oder aus einem Gemisch aus einem im Elektronenstrahl härtbaren Bindemittel mit einem organischen Peroxid bestehen. Das Bindemittel für den Anteil des Produktes außer den Decklagen stellt ein im Elektronenstrahl härtbares Bindemittel dar oder ein Gemisch aus einem thermisch härtbaren und einem im Elektronenstrahl härtbaren Anteil.

Die thermische Härtung der Decklagen muß nicht bereits zu einer vollständigen Vernetzung des Bindemittels führen, insbesondere dann, wenn das verwendete Bindemittel über einen im Elektronenstrahl härtbaren Anteil verfügt. Vielmehr ist sogar anzustreben die Temperatureinwirkungsdauer auf die Decklagen so kurz als möglich zu halten, um die durch die Temperatureinwirkung zu erwartenden nachteiligen Platteneigenschaften so gering als möglich zu halten. Der thermischen Teilhärtung nachgeschaltet ist eine Endhärtung des Produktes durch die Einwirkung von Elektronenstrahlenergie, wobei diese je nach Anforderung an die Produkteigenschaften wahlweise unter Einwirkung eines gegenüber der ersten Stufe mit thermischer Härtung bereits verminderten Haltedruckes oder drucklos erfolgen kann. Die bereits teilgehärteten Decklagen vereinfachen das Aufbringen eines Haltedruckes in der Art, daß auf ein formstabilisierendes Band oder eine in der Funktion und Wirkung ähnliche Vorrichtung im Bereich der Elektronenstrahleinwirkung völlig verzichtet werden kann oder diese deutlich schwächer dimensioniert werden können und somit keine oder eine deutlich verminderte Absorption der Elektronenstrahlenergie im Band oder in den Vorrichtungen erfolgt, was eine verbesserte Nutzung der Elektronenstrahlenergie im Produkt ermöglicht. Im übrigen begünstigt bei der zweistufigen Härtung die Einwirkung von Temperatur die Oberflächeneigenschaften des Produktes (Beschichtbarkeit, erzielbare Dichte und Dichteverteilung).

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich in besonderem Maße zur Herstellung von Spanplatten, Faserplatten oder OSB. Es ist aber auch auf anderes zellulosisches oder ähnliches Material in Teilchen- oder Stückform anwendbar, bei dem eine gegenseitige Verbindung durch ein Bindemittel erreicht wird. Beispiele sind die Herstellung von Sperrholzplatten, platten förmige Erzeugnisse aus Papier bzw. Papierschnitzeln, Textilfasern, Rinde oder auch bestimmte Müllfraktionen wie Kunststoffabfälle oder Verbundstoffe aus Kunststoff und Papier bzw. Karton.

Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur insbesondere kontinuierlichen Herstellung von plattenförmigen Köφern, insbesondere Span- und Faseφlatten, mit einer Streuvorrichtung, einem Transportband und einer Preßvorrichtung, wie sie allgemein für die Herstellung von Span- und Faseφlatten zum Einsatz kommen. Diese Vorrichtung ist erfindungs- gemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Preßvorrichtung in Transportrichtung eine Elektronenstrahleinrichtung nachfolgt.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen dieser Vorrichtung ergeben sich ebenfalls aus den Unteransprüchen.

Mit einer derartigen erfindungsgemäßen Vorrichtung läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren durchführen, so daß dessen obengenannte Vorteile auch für die erfindungsgemäße Vorrichtung gelten.

Die nachfolgenden Beispiele 1 bis 5 betreffen Versuche zum Nachweis der verbesserten mechanisch-technologischen Eigenschaften von erfindungsgemäß mit Elektronenstrahlenergie gehärteten Spanköφem: Beispiel 1

Zur Untersuchung der als ergänzende Maßnahme vorgesehenen radikalischen Härtung durch organische Peroxide wurden in einem Rührapparat 100 Teile Deckschichtspäne aus der industriellen Spänetrocknυng mit 20 Teilen Bindemittel (Urethanacrylat) und 0,7 Teilen organisches Peroxid (TBPEH) vermischt und anschließend in einer Laborpresse (Format 33x33 cm) 150°C für 10 Minuten und einem spezifischen Preßdruck von 13 N/mm² ausgesetzt. Die mechanisch-technologischen Eigenschaften waren wie folgt:

Beispiel 2

Auf 100 Teile industriell getrocknete Mittelschichtspäne wurden in einer Beleimungstrommel durch Luftzerstäubung 10 Teile Bindemittel (Urethanacrylat) und 0,4 Teile organisches Peroxid (TBPEH) auf die Späne aufgebracht. In einer Laborpresse wurden Platten vom Format 40x40 cm hergestellt bei 150°C für 5 Minuten und einem spezifischen Preßdruck von 10 N/mm . Die Herstellung erfolgte zur Einstellung einer einheitlichen Plattendicke mit Abstandsleisten. In analoger Weise wurden Vergleichsplatten mit einem UF-Harz als Bindemittel hergestellt (Probenserie A). Die mechanisch-technologischen Eigenschaften vvaren wie folgt:

Die beiden Platten lieferten vergleichbare Ergebnisse hinsichtlich der Querzugfestigkeit. Die Proben der nachfolgenden Beispiele 3 bis 5 sind Rundproben mit einem Durchmesser von ca. 1 10 mm, sie wurden bei einer Elektronenstrahlbeschleunigeranlage mit einer Beschleunigerspannung von 10 MeV und einem Strom von ca. 1 ,5 mA entsprechend einer mittleren Strahlerleistung von 15 kW ausgehärtet.

Beispiel 3

Industriell getrocknete Mittelschichtspäne wurden vor der weiteren Verarbeitung fraktioniert und das Siebgut mit einer Maschenweite von 2 bis 4 mm verwendet. Im Anschluß daran erfolgte die Beleimung in einer Laborbelei mtrommel von 100 Teilen Späne mit 10 Teilen Bindemittel (Epoxyacrylat) und 1 Teil Vernetzer (HDDA, TMPTH, DPGDA entsprechend der Probenserie K, L und M). Die Beleimung erfolgte heiß bei ca. 80°C Bindemitteltemperatur mittels Zerstäubung durch eine Zweistoffdüse. Die Spanfeuchte betrug ca 4 % bezogen auf die Trockenmasse. Das beleimte Spangut wurde zu Rundlingen gepreßt und mittels Elektronenstrahl bei einer Dosis (bestimmt an der Probenoberfläche) von ca. 1 10 kGy gehärtet. Vergleichende Probeköφer wurden in analoger Weise mit Harnstoff-Formaldehyd-Bindemittel (UF) hergestellt (100 Teile Späne, 10 Teile Festharz, Ammonsulfat als Härtekomponente entsprechend der Probenserie J). Die mechanisch-technologischen Eigenschaften waren im Vergleich:

Man erkennt im Vergleich für die im Elektronenstrahl gehärteten Proben, daß bei selbem Beleimungsgrad die Querzugfestigkeit höher liegt, die Proben eine Kochquerzugfestigkeit aufweisen und die 2-Stundenquellung vermindert ist. Anzumerken ist, daß das Harnstoff- Formaldehyd-Bindemittel eine Kochquerzugfestigkeitsprüfung nicht zuläßt (die Probe löst sich beim Kochen auf). Der Formaldehydgehalt der strahlengehärteten Proben lag unterhalb der Nachweisgrenze von 0,5 mg pro 100 g Platte nach EN 120. Beispiel 4

Die Proben wurden in analoger Weise wie in Beispiel 3 beschrieben hergestellt, der Belei- mungsgrad jedoch um 50% reduziert. Die mechanisch-technologischen Eigenschaften waren im Vergleich:

Man erkennt im Vergleich für die im Elektronenstrahl gehärteten Proben, daß bei deutlich geringerem Beleimungsgrad die Querzugfestigkeit um bis zu 9,3% abfällt, eine Kochquerzugfestigkeit noch gegeben ist und zu den Werten in Beispiel 3 um 50% geringer ist. Der Formaldehydgehalt der strahlengehärteten Proben lag unterhalb der Nachweisgrenze von 0,5 mg pro 100 g Platte nach EN 120.

Beispiel 5

Das Bindemittel wurde im Vergleich zu den Beispielen 3 und 4 in diesem Fall in Form einer 25 %-igen Emulsion (zwecks verbesserter Verteilung) eines Melaminäcrylates in kaltem Zustand aufgebracht. Das durch die Emulsion eingebrachte Wasser erhöhte die Spänefeuchtigkeit im beleimten Zustand noch erheblich. Im herkömmlichen Herstellungsverfahren mit üblichen Bindemitteln lassen sich Platten mit solcher Spanfeuchtigkeit nur bei ausgesprochen geringer Preßtemperatur und damit verbunden langer Preßzeit herstellen.

Die mechanisch-technologischen Eigenschaften waren im Vergleich:

Trotz hoher Plattenrestfeuchte und geringem Beleimungsgrad ist die Querzugfestigkeit für R vergleichbar mit UF-gebundenen Probekörpern und liegt im Bereich der Proben aus Beispiel 4. Auffallend ist für die Serie R die geringe 2-Stundenquellung.

Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert: Es zeigen:

Abbildung 1 eine Vorrichtung zur kontinuierlichen Herstellung von Span- oder Faserplatten unter Verwendung einer Voφresse und mit beidseitiger Elektronenbestrahlung;

Abbildung 2 eine Vorrichtung wie in Abbildung 1 , bei der jedoch die Hauptpresse anders ausgebildet ist;

Abbildung 3 eine der Abbildung 1 entsprechende Vorrichtung jedoch ohne Voφresse;

Abbildung 4 eine Abbildung 3 entsprechende Vorrichtung mit einseitiger Elektronenbestrahlung;

Abbildung 5 eine Abbildung 1 entsprechende Vorrichtung, bei der jedoch im Bereich der Elektronenbestrahlung ein Haltedruck auf die verdichtete Platte aufgebracht wird;

Abbildung 6 eine Vorrichtung mit einer Presse, die von einer Umlenktrommel großen Durchmessers, mit dieser zusammenarbeitenden Druckrollen und einem Druckband gebildet ist, wobei eine einseitig wirkende Elektronenstrahleinrichtung vorgesehen ist; und

Abbildung 7 eine weitgehend Abbildung 2 entsprechende Vorrichtung, die der kombinierten thermischen und Elektronenstrahl-Härtung dient, wobei letztere in einer der Preßvorrichtung nachgeschalteten getrennten Einheit durchgeführt wird.

Gemäß Abbildung 1 ist eine behälterförmige Streuvorrichtung 1 vorgesehen, die mit durch Elektonenbestrahlung härtbarem Bindemittel beleimtes zellulosisch.es Material 2 (Holzspäne, Holzfasern) aufnimmt. Dieses Material 2 wird in gleichmäßiger Verteilung auf ein kontinu- ierlich umlaufendes Band 3 geschüttet, auf dem sich eine lockere Streuschicht 4 bildet. Diese wird in einer Voφresse 5 vorverdichtet.

Die Voφresse 5 weist in spiegelsymmetrischer Ausbildung und Anordnung ein oberes Vorverdichtungsband 6 und ein unteres Vorverdichtungsband 7 auf, die über Umlenkrollen 8, Spannrollen 9 sowie oberseitige Vordruckrollen 10 und unterseitige Vordruckrollen 1 1 umlaufen. Das Transportband 3 mit der Streuschicht 4 läuft zwischen den Vorverdichtungsbändern 6 und 7 hindurch, die sich in Transportrichtung einander annähern, was durch den in Transportrichtung sich verringernden Abstand zwischen sich den sich gegenüberliegenden Vordruckrollen 10 und 11 erreicht wird. Auf diese Weise entsteht aus der Streuschicht 4 eine dünnere vorverdichtete Schicht 12.

Das Transportband 3 läuft über Umlenkrollen 13 sowie einen starren Tisch 14 im Bereich der Aufgabe des Materials 2 und über Stützrollen 15 hinter der Voφresse 5 um. In Trans- portrichtung hinter der Voφresse 5 ist eine Preßvorrichtung 16 (Hauptpresse) vorgesehen, die von einer oberen Trommel 17 und einer unteren Trommel 18 gebildet wird, deren Preßspalt 19 vom Obertrum des Transportbandes 3 mit der vorverdichteten Schicht 12 durchlaufen wird, so daß aus dieser die verdichtete Schicht 20 entsteht, die mit dem Transportband 3 über die Stützrollen 21 hinweg läuft, wobei die verdichtete Schicht 20 infolge Rückfederung eine etwas größere Dicke erhält, als es der Abmessung des Preßspalts 19 entspricht.

Darauf passiert das Transportband 3 mit der verdichteten Schicht 20 eine Elektronenstrahleinrichtung 22, die einen oberen Elektronenstrahlbeschleuniger 23 und einen unteren Elek- tronenstrahlbeschleuniger 24 umfaßt, die einander zugewandt sind. Durch die schlagartige Aushärtung des mit dem Material 2 vermischten Bindemittels durch die Elektronenbestrah- lung entsteht an der Elektronenstrahleinrichtung 22 aus der verdichteten Schicht 20 eine ausgehärtete Platte 25 (Endlosplatte), die über Stützrollen 26 der Endfertigung (Quertrennen, Oberflächenschleifen) zugeführt wird.

Die Vorrichtung nach Abbildung 2 stimmt weitgehend mit der zuvor beschriebenen Vorrichtung überein. Insoweit werden - wie auch bei den nachfolgenden Abbildungen - dieselben Bezugszeichen verwendet und wird von einer erneuten Beschreibung abgesehen. Der Unterschied zu Abbildung 1 besteht darin, daß anstelle der Preßvorrichtung 16 eine abweichend ausgebildete Preßvorrichtung 27 vorgesehen ist. Diese Preßvorrichtung 27 ist nach dem Conti-Roll-Verfahren arbeitend ausgeführt, kann jedoch deutlich kürzer ausgeführt sein, als es üblicherweise bei Verfahren mit thermischer Härtung der Fall ist.

Die Preßvorrichtung 27 umfaßt ein oberes Band 28 und ein unteres Band 29, die über Umlenkrollen 30 umlaufen. Innerhalb des oberen Bandes 28 ist eine endlose Folge von oberen Rollstäben 31 vorgesehen, und in entsprechender Weise ist innerhalb des unteren Bandes 29 eine endlose Reihe von unteren Rollstäben 32 vorgesehen, wobei die Rollstäbe jeweils über Umlenkrollen 33 umlaufen. Den oberen Rollstäben 31 ist eine obere Druckplatte 34 mit oberen Druckzylindern 35 zugeordnet, während den unteren Rollstäben 32 eine untere Druckplatte 36 mit unteren Druckzylindern 37 zugeordnet ist. Die Druckplatten 34 und 36 sind in Transportrichtung leicht konvergierend geneigt, so daß sich ein sich verjüngender Preßspalt 38 ergibt, der vom Transportband 3 mit der vorverdichteten Schicht 12 durchlaufen wird. Durch entsprechende Druckbeaufschlagung der Druckzylinder 35 und 37 läßt sich der zur Wirkung kommende Preßdruck der Preßvorrichtung 27 und damit der Verdichtungsvorgang den jeweiligen Bedingungen und Vorgaben anpassen.

Bei der Vorrichtung nach Abbildung 3 fehlt im Vergleich zu Abbildung 1 die Voφresse 5. Dementsprechend wird die Streuschicht 4 direkt der Preßvorrichtung 16 zugeführt und in die verdichtete Schicht 20 umgewandelt.

Die Vorrichtung nach Abbildung 4 unterscheidet sich von derjenigen nach Abbildung 3 nur dadurch, daß eine vereinfachte Elektronenstrahleinrichtung 39 vorgesehen ist, die nur einen Elektronenstrahlbeschleuniger 23 aufweist, der die verdichtete Schicht 20 nur von der Oberseite her bestrahlt. Natürlich wäre es auch möglich, eine Bestrahlung ausschließlich von der Unterseite her vorzusehen.

Die Vorrichtung gemäß Abbildung 5 ist eine Weiterbildung der Vorrichtung gemäß Abbildung 1 , wobei im Bereich der Elektronenstrahleinrichtung 22 eine von dem Transportband 3 mit der verdichteten Schicht 20 durchlaufene Haitedruckvorrichtung 40 vorgesehen ist, die zwei Haltetransportbänder aufweist, nämlich ein umlaufendes oberes Haltetransportband 41, das über Umlenkrollen 42 geführt ist und wie dargestellt bereits die Preßvorrichtung 16 durchläuft, und ein unteres Haltetransportband, das hier vom Transportband 3 gebildet ist.

Im Ausführungsbeispiel nach Abbildung 5 wird im Bereich der Elektronenstrahleinrichtung 22 ein unter dem Preßdruck der Preßvorrichtung 16 liegender Haltedruck auf die verdichtete Schicht 20 aufgebracht. Dazu ist eine Vakuumeinrichtung 43 zur Ausbildung einer von der verdichteten Schicht 20 durchlaufenen Vakuumzone 44 vorgesehen, so daß der von außen auf die Transportbänder 3 und 41 wirkende Atmosphärendruck den Haltedruck liefert, der eine dem Preßspalt 19 entsprechende Dicke der verdichteten Schicht 20 während der Elektronenbestrahlung sichert.

Bei der Vorrichtung gemäß Abbildung 6 sind das Transportband 3 und der Tisch 14 durch ein kurzes Zubringer-Transportband 45 ersetzt. Dieses führt die Streuschicht 4 zu einer Preßvorrichtung 46, zu der eine Umlenktrommel 47 von großem Durchmesser gehört, über deren halbe Umfangslänge ein Preßband 48 mit Radialabstand unter Bildung eines langen Preßspalts 49 mit umläuft. Das Preßband 48 ist im Bereich des Preßspalts 49 rückseitig durch Druckrollen 50 abgestützt, die den Verdichtungsdruck aufbringen. Das Preßband 48 läuft über eine obere Umlenkdruckrolle 51 und eine untere Umlenkdruckrolle 52, die der Umlenktrommel 47 benachbart angeordnet sind und entsprechend den eingezeichneten Pfeilen vorgespannt werden können, sowie über weitere Umlenkrollen 53.

Am Ende des Preßspalts 49 ist eine Elektronenstrahleinrichtung 54 mit einem Elektronenstrahlbeschleuniger 55 angeordnet, der zwischen den beiden in Umlaufrichtung letzten Druckrollen 50 plaziert ist. Zusätzlich könnte ein gegenüberliegender Elektronenbeschleuniger innerhalb der Umlenktrommel 47 angeordnet sein (nicht gezeichnet).

Durch die angedeutete Verlagerung der Umlenkdruckrollen 51 und 52 läßt sich eine entsprechende Zugspannung auf das Preßband 48 ausüben. Die eigentliche Verdichtung der Streuschicht 4 erfolgt wie dargestellt hauptsächlich im Bereich der unteren Umlenkdruckrolle 52 sowie ggf. auch noch im Bereich der in Umlaufrichtung vorderen Druckrollen 50. Da im Bereich der hinteren Druckrollen das Preßband 48 in gleichbleibendem Abstand zur Umlenktrommel 47 gehalten ist, übt das Preßband 48 im Bereich der Elektronenstrahleinrichtung 54 nur noch eine Haltefunktion aus, um ein Auffedern der verdichteten Schicht 20 vor dem Aushärten im Bereich des Elektronenstrahlbeschleumgers 55 zu verhindern. Die ausgehärtete Platte 25 (Endlosplatte) wird dann über Stützrollen 26 abgeführt.

Bei der Vorrichtung nach Abbildung 7 handelt es sich weitgehend um die bereits anhand von Abbildung 2 beschriebene Vorrichtung mit einer vergleichsweise kurzen Preßvorrichtung 27' (Conti-Roll-Verfahren). Abweichend erfolgt die Beschickung mit einem Material 2' , dem nicht nur strahlenhärtbares Bindemittel sondern auch thermisch härtbares Bindemittel zugemischt ist, das für eine formstabilisierende Teilhärtung (Vorhärtung) ausreicht. Dementsprechend wird über die Druckplatten 34 und 36 der Preßvorrichtung 27' Wärme zugeführt und bereits eine Teilaushärtung durch Reaktion nur des thermisch härtbaren Bindemittels bewirkt. Als Ergebnis entsteht eine teilgehärtete Endlosplatte 56, die wie dargestellt in üblicher Weise mittels einer Diagonalsäge 57 in teilgehärtete Einzelplatten 58 abgelängt wird, die in einem Zwischenstapel 59 abgelegt werden, ohne bereits strahlengehärtet zu sein.

Die Strahlenhärtung erfolgt vielmehr in einer nachgeschalteten getrennten Einheit 60 mit einer Elektronenstrahleinrichtung 61 , mit einem oberen Elektronenstrahlbeschleuniger 62 und einem unteren Elektronenstrahlbeschleuniger 63, zwischen denen hindurch die teilgehärteten Einzelplatten 58 auf Stützrollen 64 hindurchgeführt werden, so daß voll ausgehärtete Einzelplatten 65 entstehen, in denen nunmehr auch das strahlenhärtbare Bindemittel chemisch rea- giert hat, so daß die Einzelplatten 65 ihre Endfestigkeit aufweisen. Sie werden dann auf einem Fertigstapel 66 abgelegt.

Bei entsprechender Anordnung der Elektronenstrahleinrichtung 61 könnte die Strahlenaushärtung auch unmittelbar hinter der Preßvorrichtung 27' vor oder nach dem Ablängen mittels der Diagonalsäge 57 erfolgen (nicht dargestellt). Diese Anordnung eignet sich insbesondere für die Verfahrensvariante einer thermischen Teilhärtung der beiden Decklagen und einer Endhärtung des Materials mittels Elektronenstrahlenergie. Das Aufbringen eines Haltedruk- kes im Bereich des Elektronenstrahls kann dabei durch eine in Abbildung 5 dargestellte Vorrichtung 40 erfolgen.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel unter dem Preßdruck stehend elektronenstrahlgehärtet wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Material bis unter die Solldicke verdichtet wird, so daß es nach dem Aufheben des Preßdrucks bis in die Solldicke auffedert, und daß dann das Bindemittel ohne äußeren Druck elektronenstrahlgehärtet wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel bei einem unter dem Preßdruck liegenden Haltedruck, der ein Auffedern des ungehärteten Formköφers verhindert, mittels Elektronenstrahlenergie ausgehärtet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Material außer durch die Einwirkung von Elektronenstrahlenergie härtendem Bindemittel auch thermisch härtbares Bindemittel zugemischt wird, und daß zunächst eine formstabilisierende thermische Teilhärtung des unter äußerem Druck stehenden Formköφers erfolgt, bevor die Aushärtung mittels Elektronenstrahlenergie durchgeführt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Teilhärtung auf die außenliegenden Decklagen des Formköφers beschränkt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß bezogen auf die Trokkenmasse des Materials der Anteil des thermisch härtbaren Bindemittels zwischen 0,5 und 20 Gew. %, bevorzugt zwischen 1 und 10 Gew. % , beträgt und der Anteil des strahlenhärtbaren Bindemittels zwischen 0,5 und 20 Gew. % , bevorzugt zwischen 1 und 10 Gew. %, beträgt.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der thermisch härtende Anteil ein Bindemittel wie Phenol-Formaldehydharz, Tanninharz, Harnstoff-Formaldehydharz, Melamin-Formaldehydharz oder Mischungen oder Mischharze dieser sind.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der thermisch härtende Anteil ein Bindemittel wie Isocyanatharz ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Isocyanatharz ein PMDI ist.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e

1. Verfahren zum Herstellen von Formköφern aus zerkleinertem, insbesondere zellulosischem Material, insbesondere zum Herstellen von Spanplatten, Faseφlatten oder OSB, bei dem das aufbereitete Material mit einem härtbaren Bindemittel vermischt wird, das Gemisch auf eine Formunterlage aufgebracht und durch Preßdruck zu einem Formkörper verdichtet wird und das Bindemittel ausgehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Material mit einem durch Elektronenstrahlenergie aushärtendem Bindemittel vermischt wird und daß nach dem Verdichten das Bindemittel durch Elektronenbestrahlung ausgehärtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß als durch Elektronenstrahlenergie aushärtendes Bindemittel ein Kunstharz eingesetzt wird, das ein ungesättigtes Oligomer enthält.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Oligomer ein Monomer als härtungsbeschleunigender Vernetzer zugesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil an Bindemittel bezogen auf die Trockenmasse des Materials für das ungesättigte Oligomer zwischen 0 und 30 Gew. % , bevorzugt zwischen 1 und 10 Gew. % , und für den Vernetzer zwischen 0 und 20 Gew. % , bevorzugt zwischen 0 und 5 Gew. % , beträgt.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Vernetzer Monomere mit mono-, bi-, tri- oder poly funktionellen Gruppen oder eine Mischung aus diesen Monomeren verwendet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die funktionellen Gruppen der Monomere aus vinylisch ungesättigten Monomeren bestehen.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als ungesättigte Oligomere Kunstharze mit polymerisierbaren C-C-Doppelbindungen aus der Gruppe der ungesättigten Polyesterharze, Etheracrylate, Epoxidacrylate, Urethan- acrylate oder der ungesättigten Acrylatharze verwendet werden.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Material außer dem durch Elektronenstrahlenergie härtenden Bindemittel Peroxid zugemischt wird, und daß bei unter äußerem Druck stehenden Formköφer zunächst eine formstabilisierende Teilhärtung des Bindemittels in Form einer radikalischen Härtung mittels Peroxid durch Zuführung von Wärme erfolgt, bevor die Aushärtung mittels Elektronenstrahlenergie durchgeführt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß als Peroxid organisches Peroxid verwendet wird.

19. Vorrichtung zur Durchfühung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 18 zur insbesondere kontinuierlichen Herstellung von plattenförmigen Köφern (25, 58), insbesondere Span- und Faseφlatten, mit einer Streuvorrichtung (1), einem Transportband (3, 45) und einer Preßvorrichtung (16, 27, 46), dadurch gekennzeichnet, daß der Preßvorrichtung (16, 27, 46) in Transportrichtung eine Elektronenstrahleinrichtung (22, 39, 54, 61) nachfolgt.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahleinrichtung (22, 61) zwei Elektronenstrahlbeschleuniger (23, 24; 62, 63) aufweist, die auf gegenüberliegenden Seiten der Transportbahn angeordnet sind.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der Elektronenstrahleinrichtung (22, 54) eine Haitedruckvorrichtung (40; 47, 48) zum Aufbringen eines den verdichtetem plattenförmigen Köφer (20) während des Bestrah- lens auf die Solldicke haltenden Haltedrucks vorgesehen ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltedruckvorrich- tung (40; 47, 48) wenigstens ein Haltetransportband (3, 41 ; 48) umfaßt, das an den plattenförmigen Köφer (20) andrückbar ist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Halte- druckvorrichtung (47, 48) eine Umlenktrommel (47) und ein um diese geführtes Haltetransportband (48) umfaßt, die auf gegenüberliegenden Seiten am plattenförmigen Köφer (20) anliegen.

24. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Halte- druckvorrichtung (40) eine Vakuumeinrichtung (43) umfaßt, die an den vom plattenförmigen Köφer (20) durchlaufenden Zwischenraum (Vakuumzone 44) angeschlossen ist, so daß der Atmosphärendruck das Haltetransportband (3, 41 ; 48) andrückt.

25. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Preßvorrichtung (27') eine Heizeinrichtung zum Einbringen von Wärme in den plattenförmigen Köφer (12) zugeordnet ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronenstrahleinrichtung (61) als getrennte Einheit (60) der Preßvorrichtung (27') nachgeschaltet ist.