WO2015000913A1 - Lignocellulosewerkstoffe mit beschichteten expandierten kunststoffteilchen - Google Patents

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Definitions

  • binder selected from the group consisting of aminoplast resin, phenol-formaldehyde resin, organic isocyanate having at least two isocyanate groups or mixtures thereof and
  • the lignocellulose-containing substances are comminuted according to the invention as a rule and used as particles or particles.
  • styrene polymers, styrene copolymers or styrene homopolymers having a molecular weight in the range from 70,000 to 400,000 g / mol, particularly preferably 190,000 to 400,000 g / mol, very particularly preferably 210,000 to 400,000 g / mol.
  • these polymers may contain from 1 to 5% by weight of comonomers, such as (meth) acrylonitrile, (meth) acrylamide, urido (meth) acrylate, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 3-hydroxypropyl (meth) acrylate, Acrylamide propane sulfonic acid, methylol acrylamide or the sodium salt of vinyl sulfonic acid.
  • comonomers such as (meth) acrylonitrile, (meth) acrylamide, urido (meth) acrylate, 2-hydroxyethyl (meth) acrylate, 3-hydroxypropyl (meth) acrylate, Acrylamide propane sulfonic acid, methylol acrylamide or the sodium salt of vinyl sulfonic acid.
  • the preparation of the polymer dispersion or suspension can be carried out in a manner known per se, for example by emulsion, suspension or dispersion polymerization, preferably in an aqueous phase. It is also possible to prepare the polymer by solution or bulk polymerization, optionally dicing and then dispersing the polymer particles in water in a customary manner.
  • Suitable salts are halides, sulfites, sulfates, hydrogen sulfates, carbonates, hydrogencarbonates, nitrites, nitrates, sulfonates, salts of carboxylic acids such as formates, acetates, propionates, preferably sulfites, carbonates, nitrates, sulfonates, salts of carboxylic acids such as formates, acetates , Propionates, particularly preferably sulfites, nitrates, sulfonates, salts of carboxylic acids such as formates, acetates, propionates, protonated, primary, secondary and tertiary aliphatic amines, alkanolamines, cyclic aromatic amines such as Cr to Cs Aminejsopropylamin, 2-ethylhexylamine, di - (2-ethylhexyl) amine, diethylamine, diprop
  • Phenol-formaldehyde resins may also be cured alkaline, preferably with carbonates or hydroxides, such as potassium carbonate and sodium hydroxide.
  • the total amount of the coating agent on the expanded plastic particles B) (based on the amount of uncoated plastic particles) is in the range from 0.01 to 20% by weight, preferably 0.05 to 15% by weight, particularly preferably 0 , 1 to 10 wt .-%.
  • the thickness of the multilayered lignocellulosic material according to the invention preferably multilayer wood material varies with the field of application and is generally in the range of 0.5 to 100 mm, preferably in the range of 10 to 40 mm, in particular 12 to 40 mm.
  • glues was urea-formaldehyde glue (glue Kaurit ® 347 of BASF SE) was used. The solids content was adjusted in each case with water to 67 wt .-%.
  • a mixer were on 180 g of chips 30.4 g of a glue liquor from 100 parts of Kaurit ® glue 347 and 1 part of a 52% aqueous ammonium nitrate solution, 0.5 parts of urea, 0.5 parts of a 60% aqueous paraffin dispersion and 40 parts of water.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Lignocellulosewerkstoffe, die A) 30 bis 98 Gew.-% ein- oder mehrere lignocellulosehaltige Stoffe, B)1 bis 25 Gew.-% expandierte Kunststoffteilchen mit der Schüttdichte im Bereich von 10 bis 150 kg/m3, C) 1 bis 50 Gew.-% eines Bindemittels, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aminoplastharz, Phenolformaldehydharz, organischem Isocyanat mit mindestens zwei Isocyanatgruppen oder deren Gemischen, gegebenenfalls mit einem Härter, und D) 0 bis 68 Gew.-% Additive enthalten, indem die Komponente B) oder die zugrundeliegenden expandierbaren Kunststoffteilchen vor, während oder nach der Expansion mit mindestens einem Beschichtungsmittel beschichtet sind.

Description

Lignocellulosewerkstoffe mit beschichteten expandierten Kunststoffteilchen
Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft Lignocellulosewerkstoffe, die einen lignocelulosehaltigen
Stoff, beschichtete expandierte bzw. expandierbare Kunststoffteilchen, Bindemittel, gegebenenfalls mit einem Härter, und gegebenenfalls Additive enthält sowie Verfahren zu deren Herstellung. Aus der WO-A-201 1/107900 sind Holzwerkstoffe mit verbesserten mechanischen Eigenschaften und niedriger Wasseraufnahme und guten Verarbeitungseigenschaften, wie konventionelle Holzwerkstoffe gleicher Dichte, welche sich mit höherer Prozessgeschwindigkeit produzieren lassen, bekannt. Dafür werden aufgeschäumte Polystyrol-Kügelchen mit einem Bindemittel und Härter versehen und getrocknet.
Bei der Herstellung von gewichtsreduzierten Holzwerkstoffen, die aufgeschäumtes Polystyrol enthalten, kann es insbesondere bei geringen Dicken der fertigen Platten (unter z.B. 25 mm), bedingt durch den Herstellungsprozess, dazu kommen, dass einige Polystyrol-Kügelchen während der Herstellung des Spankuchens aus der Mittelschicht in die Deckschicht wandern oder auf der Oberfläche des Spankuchens zu liegen kommen. Dies führt zu schlechteren mechanischen Werten und teilweise, wenn die Polystyrol-Kügelchen auf oder zu nah an der Oberfläche zu liegen kommen zur teilweisen Schädigung der Oberfläche.
Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, den zuvor genannten Nachteilen abzuhelfen und insbesondere leichte Holzwerkstoffe mit verbesserten mechanischen Eigenschaften herzustellen, ohne dabei die Oberfläche teilweise zu schädigen.
Demgemäß wurden neue und verbesserte Lignocellulosewerkstoffe, die A) 30 bis 98 Gew.-% ein- oder mehrere lignocellulosehaltige Stoffe,
B) 1 bis 25 Gew.-% expandierte Kunststoffteilchen mit der Schüttdichte im Bereich von 10 bis 150 kg/m3,
C) 1 bis 50 Gew.-% eines Bindemittels, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aminoplastharz, Phenolformaldehydharz, organischem Isocyanat mit mindestens zwei Iso- cyanatgruppen oder deren Gemischen, gegebenenfalls mit einem Härter, und
D) 0 bis 68 Gew.-% Additive enthalten, gefunden, welche dadurch gekennzeichnet sind, dass die Komponente B) oder die zugrundeliegenden expandierbaren Kunststoffteilchen vor, während oder nach der Expansion mit mindestens einem Beschichtungsmittel beschichtet sind. Des Weiteren wurde ein neues und verbessertes Verfahren zur Herstellung von Lignocellulo- sewerkstoffen gefunden, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man
A) 30 bis 98 Gew.-% ein- oder mehrere lignocellulosehaltige Stoffe,
B) 1 bis 25 Gew.-% expandierte Kunststoffteilchen mit der Schüttdichte im Bereich von 10 bis 150 kg/m3,
C) 1 bis 50 Gew.-% eines Bindemittels, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aminoplastharz, Phenolformaldehydharz, organischem Isocyanat mit mindestens zwei Iso- cyanatgruppen oder deren Gemischen und
D) 0 bis 68 Gew.-% Additive, wobei die Komponente B) oder die zugrundeliegenden expandierbaren Kunststoffteilchen vor, während oder nach der Expansion mit mindestens einem Beschichtungsmittel beschichtet sind, mischt und anschließend unter erhöhter Temperatur und unter erhöhtem Druck verpreßt.
Die Summe der Komponenten A), B), C) und gegebenenfalls D) addiert sich zu 100 %.
Der Begriff Lignocellulosewerkstoff bedeutet ein- oder mehrschichtige, also ein bis fünfschichtige, bevorzugt ein- bis dreischichtige, besonders bevorzugt ein- oder dreischichtige Lignocellu- losewerkstoffe. Als Lignocellulosewerkstoffe werden in diesem Zusammenhang gegebenenfalls furnierte Span-, OSB- oder Faserwerkstoffe, insbesondere Holzfaserwerkstoffe wie LDF-, MDF- und HDF- Werkstoffe, bevorzugt Span- oder Faserwerkstoffe, besonders bevorzugt Spanwerkstoffe verstanden. Werkstoffe sind u.a. Platten, Fliesen, Formteile, Halbzeuge oder Komposite, bevorzugt Platten, Fliesen, Formteile oder Komposite, besonders bevorzugt Platten.
Komponente A
Lignocellulosehaltige Stoffe sind Stoffe, die Lignocellulose enthalten. Der Gehalt an Lignocellu- lose kann in weiten Bereichen variiert werden und beträgt in der Regel 20 bis 100 Gew.-%, bevorzugt 50 bis 100 Gew.-%, besonders bevorzugt 85 bis 100 Gew.-%, insbesondere 100 Gew.- % Lignocellulose. Der Begriff Lignocellulose ist dem Fachmann bekannt.
Als ein- oder mehrere lignocellulosehaltige Stoffe eignen sich beispielsweise Stroh, holzfaser- haltige Pflanzen, Holz oder deren Gemische. Unter mehreren lignocellulosehaltigen Stoffen werden in der Regel 2 bis 10, bevorzugt 2 bis 5, besonders bevorzugt 2 bis 4, insbesondere 2 oder 3 unterschiedliche lignocellulosehaltige Stoffe verstanden.
Als Holz eignen sich Holzfasern oder Holzpartikel wie Holzlagen, Holzstreifen, Holzspäne, Holzstaub oder deren Gemische, bevorzugt Holzspäne, Holzfasern, Holzstaub oder deren Gemische, besonders bevorzugt Holzspäne, Holzfasern oder deren Gemische. Als holzfaserhalti- ge Pflanzen eigenen sich beispielsweise Flachs, Hanf oder deren Gemische. Ausgangsmaterialien für Holzpartikel oder Holzfasern sind in der Regel Durchforstungshölzer, Industrieresthölzer und Gebrauchthölzer sowie holzfaserhaltige Pflanzen bzw. Pflanzenteile.
Für die Herstellung der Holzpartikel oder Holzfasern kommt jede beliebige Holzart in Frage, bevorzugt Fichten-, Buchen-, Kiefern-, Lärchen-, Linden-, Pappeln-, Eschen-, Kastanien-, Tannenholz oder deren Gemische, besonders bevorzugt Fichten-, Buchenholz oder deren Gemische, insbesondere Fichtenholz.
Die lignocellulosehaltigen Stoffe werden erfindungsgemäß in der Regel zerkleinert und als Par- tikel oder Fasern eingesetzt.
Als Partikel eignen sich Sägespäne, Holzspäne, Hobelspäne, Holzpartikel, gegebenenfalls zerkleinertes Getreidestroh, Schäben, Baumwollstängel oder deren Gemische, bevorzugt Sägespäne, Hobelspäne, Holzspäne, Holzpartikel, Schäben oder deren Gemische, besonders be- vorzugt Sägespäne, Hobelspäne, Holzspäne, Holzpartikel oder deren Gemische.
Die Dimensionen der zerkleinerten lignocellulosehaltigen Stoffe sind nicht kritisch und richten sich nach dem herzustellenden Lignocellulosewerkstoff. Große Späne, die zum Beispiel für die Herstellung von OSB-Platten verwendet werden heißen auch Strands. Die mittlere Größe der Partikel zur Herstellung von OSB-Platten, Strands, beträgt in der Regel 20 bis 300 mm, bevorzugt 25 bis 200 mm, besonders bevorzugt 30 bis 150 mm.
Für die Herstellung von Spanplatten werden in der Regel kleiner Späne verwendet. Die dafür benötigten Partikel können mittels Siebanalyse der Größe nach klassifiziert werden. Die Siebanalyse wird zum Beispiel in der DIN 4188 oder der DIN ISO 3310 beschrieben. Die mittlere Größe der Partikel beträgt in der Regel 0,01 bis 30 mm, bevorzugt 0,05 bis 25 mm, besonders bevorzugt 0,1 bis 20 mm. Als Fasern eignen sich Holzfasern, Cellulosefasern, Hanffasern, Baumwollfasern, Bambusfasern, Miscanthus, Bagasse oder deren Gemische, bevorzugt Holzfasern, Hanffasern, Bambusfasern, Miscanthus, Bagasse oder deren Gemische, besonders bevorzugt Holzfasern, Bambusfasern oder deren Gemische. Die Länge der Fasern beträgt in der Regel 0,01 bis 20 mm, bevorzugt 0,05 bis 15 mm, besonders bevorzugt 0,1 bis 10 mm.
Die Partikel oder Fasern liegen in der Regel auch sortenrein, d.h. wenn nur eine der zuvor genannten Sorten (z.B. Späne, Holzspäne bzw. Holzfasern) eingesetzt werden, als Gemische vor, deren einzelne Teile, Partikel oder Fasern sich in Größe und Gestalt unterscheiden. Die Aufbereitung zu den gewünschten lignocellulosehaltigen Stoffen kann nach an sich bekannten Verfahren erfolgen (siehe zum Beispiel: M. Dunky, P. Niemz, Holzwerkstoffe und Leime, Seite 91 bis 156, Springer Verlag Heidelberg, 2002). Die lignocellulosehaltigen Stoffe können nach üblichen, dem Fachmann bekannten Methoden der Trocknung mit den danach üblichen geringen Mengen Wasser (in einer üblichen geringen Schwankungsbreite; sog.„Restfeuchte") erhalten werden; dieses Wasser ist bei den Gewichtsangaben der vorliegenden Erfindung nicht berücksichtigt.
Die mittlere Dichte der erfindungsgemäßen lignocellulosehaltige Stoffe ist beliebig und lediglich vom eingesetzten lignocellulosehaltigen Stoff abhängig und liegt in der Regel bei 0,2 bis 0,9 g/cm3, bevorzugt bei 0,4 bis 0,85 g/cm3, besonders bevorzugt bei 0,4 bis 0,75 g/cm3, insbesondere bei 0,4 bis 0,6 g/cm3.
Bei einer mittleren Dichte im Bereich von 601 bis 1200 kg/m3, bevorzugt 601 bis 850 kg/m3, besonders bevorzugt 601 bis 800 kg/m3, werden diese als höherdichte, bei einer mittleren Dichte im Bereich von 200 bis 600 kg/m3, bevorzugt 300 bis 600 kg/m3, besonders bevorzugt 350 bis 600 kg/m3 als niedrigdichte lignocellulosehaltige Stoffe bezeichnet. Bei Faserplatten unter- scheidet man zwischen hochdichten Faserplatten (HDF) mit einer Dichte ^800 kg/m3, mitteldichten Faserplatten (MDF) mit einer Dichte zwischen 650 und 800 kg/m3 und leichten Faserplatten (LDF) mit einer Dichte < 650 kg/m3.
Komponente B
Komponente B) sind expandierte Kunststoffteilchen, welche vor, während oder nach der Expansion mit mindestens einem Bindemittel beschichtet sind. Expandierte Kunststoffteilchen, vorzugsweise expandierte thermoplastische Kunststoffteilchen, werden aus expandierbaren Kunststoffteilchen, vorzugsweise expandierbaren thermoplastische Kunststoffteilchen, hergestellt. Beide basieren auf bzw. bestehen aus Polymeren, vorzugsweise thermoplastischen Polymeren, die sich verschäumen lassen. Diese sind dem Fachmann bekannt.
Gut geeignete derartige Polymere sind beispielsweise Polyketone, Polysulfone, Polyoxymethyl- en, PVC (hart und weich), Polycarbonate, Polyisocyanurate, Polycarbodiimide, Polyacrylimide und Polymethacrylimide, Polyamide, Polyurethane, Aminoplastharze und Phenolharze, Styrol- homopolymere (im Folgenden auch als„Polystyrol" oder„Styrolpolymerisat" bezeichnet), Styrol- copolymere, C2-Cio-Olefinhomopolymere, C2-Cio-Olefincopolymere, Polyester oder deren Gemische, bevorzugt PVC (hart und weich), Polyurethane, Styrolhomopolymerisat, Styrolcopoly- merisat oder deren Gemische, besonders bevorzugt Styrolhomopolymerisat, Styrolcopolymeri- sat oder deren Gemische, insbesondere Styrolhomopolymerisat, Styrolcopolymerisat oder deren Gemische.
Die oben beschriebenen bevorzugten oder besonders bevorzugten expandierbaren Styrolpoly- merisaten oder expandierbaren Styrolcopolymerisate haben einen relativ geringen Gehalt an Treibmittel. Derartige Polymerisate werden auch als„treibmittelarm" bezeichnet. Ein gut geeignetes Verfahren zu Herstellung von treibmittelarmen expandierbarem Polystyrol oder expandierbarem Styrolcopolymensat wird in US-A-5,1 12,875 beschrieben auf das hierin ausdrücklich Bezug genommen wird.
Wie beschrieben, können auch Styrolcopolymerisate eingesetzt werden. Vorteilhaft weisen diese Styrolcopolymerisate mindestens 50 Gew.-%, vorzugsweise mindestens 80 Gew.-% einpo- lymerisiertes Styrol auf. Als Comonomere kommen z. B. α-Methylstyrol, kernhalogenierte Styro- le, Acrylnitril, Ester der Acryl- oder Methacrylsäure von Alkoholen mit 1 bis 8 C-Atomen, N- Vinylcarbazol, Maleinsäure(anhydrid), (Meth)acrylamide und/oder Vinylacetat in Betracht.
Vorteilhaft kann das Polystyrol und/oder Styrolcopolymensat eine geringe Menge eines Ketten- verzweigers einpolymerisiert enthalten, d. h. einer Verbindung mit mehr als einer, vorzugsweise zwei Doppelbindungen, wie Divinylbenzol, Butadien und/oder Butandioldiacrylat. Der Verzwei- ger wird im Allgemeinen in Mengen von 0,0005 bis
0,5 Mol-%, bezogen auf Styrol, verwendet.
Auch Mischungen verschiedener Styrol(co)polymerisate können verwendet werden. Gut geeignete Styrolhomopolymerisate oder Styrolcopolymerisate sind glasklares Polystyrol (GPPS), Schlagzähpolystyrol (HIPS), anionisch polymerisiertes Polystyrol oder Schlagzähpolystyrol (A-IPS), Styrol-a-Methylstyrol-copolymere, Acrylnitril-Butadien-Styrolpolymerisate (ABS), Styrol-Acrylnitril (SAN), Acrylnitril-Styrol-Acrylester (ASA), Methylacrylat-Butadien-Styrol (MBS), Methylmethacrylat-Acrylnitril-Butadien-Styrol (MABS)-Polymerisate oder Mischungen davon oder mit Polyphenylenether (PPE) eingesetzt.
Bevorzugt werden Styrolpolymerisate, Styrolcopolymerisate oder Styrolhomopolymerisate mit einem Molekulargewicht im Bereich von 70.000 bis 400.000 g/mol, besonders bevorzugt 190.000 bis 400.000 g/mol, ganz besonders bevorzugt 210.000 bis 400.000 g/mol eingesetzt.
Derartiges Polystyrol und/oder Styrolcopolymensat kann nach allen den Fachmann bekannten Polymerisierungsverfahren hergestellt werden, siehe z. B. Ullmann's Encyclopedia, Sixth Edition, 2000 Electronic Release oder Kunststoff-Handbuch 1996, Band 4„Polystyrol", Seiten 567 bis 598.
Bestehen die expandierten Kunststoffteilchen aus unterschiedlichen Polymertypen, also Polymertypen, denen unterschiedliche Monomere zugrunde liegen, beispielsweise Polystyrol und Polyethylen oder Polystyrol und Homo-Polypropylen oder Polyethylen und Homo-Polypropylen, so können diese in unterschiedlichen Gewichtsverhältnissen vorliegen, die allerdings unkritisch sind. Die expandierten Kunststoffteilchen werden im Allgemeinen in Form von Kugeln oder Perlen mit einem mittleren Durchmesser von 0,25 bis 10 mm, bevorzugt 0,4 bis 8,5 mm, besonders bevorzugt 0,4 bis 7 mm, insbesondere im Bereich von 1 ,2 bis 7 mm eingesetzt und weisen vorteilhaft eine kleine Oberfläche pro Volumen auf, beispielsweise in Form eines sphärischen oder ellipti- sehen Partikels.
Die expandierten Kunststoffteilchen sind vorteilhaft geschlossenzellig. Die Offenzeiligkeit nach DIN-ISO 4590 beträgt in der Regel weniger als 30 %. Die expandierten Kunststoffteilchen weisen eine Schüttdichte, von 10 bis 150 kg/m3 auf, bevorzugt 30 bis 100 kg/m3, besonders bevorzugt 40 bis 80 kg/m3, insbesondere 50 bis 70 kg/m3. Die Schüttdichte wird üblicherweise durch Wiegen eines mit dem Schüttgut gefüllten definierten Volumens ermittelt. Die expandierten Kunststoffteilchen haben in der Regel, wenn überhaupt, nur noch einen geringen Gehalt an Treibmittel. Der Gehalt an Treibmittel im expandierten Kunststoffteilchen liegt im Allgemeinen im Bereich von 0 bis 5,5 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 3 Gew.-%, bevorzugt 0 bis 2,5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0 bis 2 Gew.-%, jeweils bezogen auf das expandierte Polystyrol oder expandierte Styrolcopolymerisat. 0 Gew.-% bedeutet hierin, dass kein Treibmittel mit den üblichen Nachweisverfahren nachgewiesen werden kann.
Diese expandierten Kunststoffteilchen können ohne oder mit, bevorzugt ohne weitere Maßnahmen zur Treibmittelverminderung und besonders bevorzugt ohne weitere Zwischenschritte zur Herstellung des lignocellulosehaltigen Stoffs weiterverwendet werden.
Üblicherweise weist das expandierbare Polystyrol oder expandierbare Styrolcopoly-merisat o- der das expandierte Polystyrol oder expandierte Styrolcopolymerisat eine antistatische Be- schichtung auf. Die expandierten Kunststoffteilchen können wie folgt erhalten werden:
Kompakte expandierbare Kunststoffteilchen, üblicherweise Feststoffe die in der Regel keine Zellstruktur besitzen, welche ein ausdehnungsfähiges Medium (auch„Treibmittel" genannt) enthalten, werden durch Einwirkung von Wärme oder Druckänderung expandiert (oft auch als„auf- schäumen" bezeichnet). Hierbei dehnt sich das Treibmittel aus, die Partikel nehmen an Größe zu und Zellstrukturen entstehen.
Dieses Expandieren wird im Allgemeinen in üblichen Aufschäumvorrichtungen, oft als„Vor- schäumer" bezeichnet, durchgeführt. Derartige Vorschäumer können ortsfest installiert oder aber mobil sein.
Die Expandierung kann einstufig oder mehrstufig durchgeführt werden. In der Regel werden beim einstufigen Verfahren die expandierbaren Kunststoffteilchen ohne weiteres auf die gewünschte Endgröße expandiert.
In der Regel werden beim mehrstufigen Verfahren die expandierbaren Kunststoffteilchen zu- nächst auf eine Zwischengröße expandiert und dann in einer oder mehreren weiteren Stufen über entsprechend viele Zwischengrößen zur gewünschten Endgröße expandiert.
Vorzugsweise wird die Expandierung einstufig durchgeführt. Für die Herstellung von expandiertem Polystyrol als Komponente B) und/oder expandiertem Styrolcopolymerisat als Komponente B) werden im Allgemeinen die expandierbaren Styrolho- mopolymerisate oder expandierbaren Styrolcopolymerisate in bekannter Weise durch Erhitzen auf Temperaturen oberhalb ihres Erweichungspunkts, beispielsweise mit Heißluft oder vorzugsweise Dampf und/oder mit Druckänderung expandiert (oft auch als„aufgeschäumt" be- zeichnet), wie zum Beispiel in Kunststoff Handbuch 1996, Band 4„Polystyrol", Hanser 1996, Seiten 640 bis 673 oder US-A-5,1 12,875 beschrieben. Das expandierbare Polystyrol oder expandierbare Styrolcopolymerisat ist in der Regel in an sich bekannter Weise durch Suspensionspolymerisation oder mittels Extrusionsverfahren wie oben beschrieben erhältlich. Beim Expandieren dehnt sich das Treibmittel aus, die Polymerpartikel nehmen an Größe zu und Zell- strukturen entstehen.
Die Herstellung des expandierbaren Polystyrols und/oder Styrolcopolymerisats erfolgt in der Regel in an sich bekannter Weise durch Suspensionspolymerisation oder mittels Extrusionsverfahren. Bei der Suspensionspolymerisation wird Styrol, gegebenenfalls unter Zusatz weiterer Comono- mere in wässriger Suspension in Gegenwart eines üblichen Suspensionsstabilisators mittels radikalbildender Katalysatoren polymerisiert. Das Treibmittel und gegebenenfalls weitere Zusatzstoffe können dabei bei der Polymerisation mit vorgelegt werden oder im Laufe der Polymerisation oder nach beendeter Polymerisation dem Ansatz zugefügt werden. Die erhaltenen periförmigen, mit Treibmittel imprägnierten, expandierbaren Styrolpolymerisate werden nach beendeter Polymerisation von der wässrigen Phase abgetrennt, gewaschen, getrocknet und gesiebt.
Bei dem Extrusionsverfahren wird das Treibmittel beispielsweise über einen Extruder in das Polymer eingemischt, durch eine Düsenplatte gefördert und unter Druck zu Partikeln oder Strängen granuliert.
Die so erhaltenen expandierten Kunststoffteilchen bzw. die beschichteten expandierten Kunststoffteilchen können zwischengelagert und transportiert werden.
Als Treibmittel eignen sich alle dem Fachmann bekannten Treibmittel, beispielsweise aliphatische C3- bis Cio-Kohlenwasserstoffe wie Propan, n-Butan, Isobutan, n-Pentan, Isopentan, Neo- pentan cyclo-Pentan und/oder Hexan und dessen Isomere, Alkohole, Ketone, Ester, Ether, ha- logenierte Kohlenwasserstoffe oder deren Gemische,
bevorzugt n-Pentan, Isopentan, Neopentan, Cyclopentan oder deren Gemisch, besonders bevorzugt handelsübliche Pentanisomerengemische aus n-Pentan und iso-Pentan.
Der Gehalt an Treibmittel im expandierbaren Kunststoffteilchen liegt im allgemeinen im Bereich von 0,01 bis 7 Gew.-%, vorzugsweise 0,01 bis 4 Gew.-%, bevorzugt 0,1 bis 4 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5 bis 3,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf das treibmittelhaltige expandierbare Polystyrol oder Styrolcopolymerisat.
Beschichtung der Komponente B
Als Beschichtungsmittel für die expandierbaren bzw. expandierten Kunststoffteilchen eignen sich alle Verbindungen der Komponente C sowie Verbindungen K, die eine klebrige Schicht bilden, oder deren Gemische, bevorzugt alle Verbindungen der Komponente C sowie Verbindungen K, die eine klebrige Schicht bilden, besonders bevorzugt alle Verbindungen der Komponente C. Für den Fall, dass das Beschichtungsmittel aus den Komponenten C ausgewählt wurde, können Beschichtungsmittel und Komponente C im Lignocellulosewerkstoff gleich oder verschieden, bevorzugt gleich sein.
Als Verbindungen K, die eine klebrige Schicht bilden, eignen sich Polymere auf Basis von Monomeren wie vinylaromatischen Monomeren, wie α-Methylstyrol, p-Methylstyrol, Ethylstyrol, tert- Butylstyrol, Vinylstyrol, Vinyltoluol, 1 ,2-Diphenylethylen, 1 ,1 -Diphenylethylen, Alkenen, wie Ethylen oder Propylen, Dienen, wie 1 ,3-Butadien, 1 ,3-Pentadien, 1 ,3-Hexadien, 2,3- Dimethylbutadien, Isopren, Piperylen oder Isopren, α,β-ungesättigte Carbonsäuren, wie Acryl- säure und Methacrylsäure, deren Estern, insbesondere Alkylester, wie d- bis C-10-Alkylester der Acrylsaeure, insbesondere die Butylester, vorzugsweise n-Butylacrylat, und die d- bis C10- Alkylester der Methacrylsäure, insbesondere Methylmethacrylat (MMA), oder Carbonsäureami- de, beispielsweise Acrylsäureamid und Methacrylsäureamid. Diese Polymere können gegebe- nenfalls 1 bis 5 Gew.- % Comonomere, wie (Meth)acrylnitril, (Meth)acrylamid, Ur- eido(meth)acrylat, 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat, 3-Hydroxypropyl(meth)acrylat, Acrylamidpro- pansulfonsäure, Methylolacrylamid oder das Natriumsalz der Vinylsulfonsäure enthalten. Bevorzugt sind diese Polymere aus einem oder mehreren der Monomeren Styrol, Butadien, Acryl- säure, Methacrylsäure, d- bis C4-Alkylacrylaten, d- bis C4-Alkylmethacrylaten, Acrylsäu- reamid, Methacrylsäureamid und Methylolacrylsäureamid aufgebaut. Des Weiteren eignen sich insbesondere Acrylatharze, besonders bevorzugt in Form der wässrigen Polymerdispersion, sowie Homooligomere oder Homopolymere von α-ß-ungesättigten Carbonsäuren oder deren Anhydriden sowie Co-Oligomere oder Co-Polymere von α-ß-ungesättigten Carbonsäuren und/oder deren Anhydriden mit ethylenisch ungesättigten Co-Monomeren. Geeignete Polymerdispersionen sind beispielsweise durch radikalische Emulsionspolymerisation von ethylenisch ungesättigten Monomeren, wie Styrol, Acrylate, Methacrylate oder deren Gemisch, wie in WO-A-00/50480 beschrieben, erhältlich, bevorzugt reine Acrylate oder Styrol- Acrylate, welche aus den Monomeren Styrol, n-Butylacrylat, Methylmethacrylat (MMA), Methac- rylsaeure, Acrylamid oder Methylolacrylamid, aufgebaut sind.
Die Herstellung der Polymerdispersion oder -Suspension kann in an sich bekannter Weise, etwa durch Emulsions-, Suspensions-, oder Dispersionspolymerisation, bevorzugt in wässriger Pha- se, erfolgen. Man kann das Polymer auch durch Lösungs- oder Massepolymerisation herstellen, gegebenenfalls Zerteilen und die Polymerpartikel anschließend in Wasser in üblicher weise dispergieren.
Das Beschichtungsmittel kann mit dem expandierbaren Kunststoffteilchen (also vor der Expan- sion,„Variante I") oder bei der Expandierung der expandierbaren Kunststoffteilchen (also während der Expansion,„Variante II") oder mit dem expandierten Kunststoffteilchen in Berührung gebracht (also nach der Expansion,„Variante III"); vorzugsweise wird Variante (II) verwendet.
Die erfindungsgemäß beschichteten Kunststoffteilchen können beispielsweise dadurch herge- stellt werden, dass man
a) Kunststoffteilchen, bevorzugt nicht expandierbare Kunststoffteilchen, aufschmilzt, ein oder mehreren Beschichtungsmitteln und Treibmittel in beliebiger Reihenfolge zugibt, möglichst homogen vermischt und zu Schaumstoffpartikeln aufschäumt,
b) expandierbare Kunststoffteilchen, mit ein oder mehreren Beschichtungsmitteln beschich- tet und zu Schaumstoffpartikeln aufschäumt oder
c) expandierbare Kunststoffteilchen während oder nach dem Vorschäumen mit ein oder mehreren Beschichtungsmitteln beschichtet.
Weiterhin kann das in Berührung bringen mit den üblichen Verfahren geschehen, beispielswei- se durch Besprühen, Tauchen, Benetzen oder Auftrommeln der expandierbaren bzw. expandierten Kunststoffteilchen mit dem Beschichtungsmittel bei einer Temperatur von 0 bis150°C, bevorzugt 10 bis 120°C, besonders bevorzugt 15 bis 1 10°C und einem Druck von 0,01 bis 10 bar, bevorzugt 0,1 bis 5 bar, besonders bevorzugt bei Normaldruck (Atmosphärendruck); bevorzugt wird das Beschichtungsmittel im sogenannten Vorschäumer unter den zuvor genannten Bedingungen zugesetzt.
Komponente C
Als Bindemittel eignen sich Harze wie Phenolformaldehydharze, Aminoplastharze, organische Isoyanate mit mindestens 2 Isocyanatgruppen oder deren Gemische. Die Harze können für sich alleine, als einziger Harzbestandteil oder Kombination aus zwei oder mehreren Harzbestandteilen der unterschiedlichen Harze der Gruppe Phenolformaldehydharze, Aminoplastharze und organische Isoyanate mit mindestens 2 Isocyanatgruppen eingesetzt werden. Phenolformaldehydharze
Phenolformaldehydharze (auch PF-Harze genannt) sind dem Fachmann bekannt, siehe zum Beispiel Kunststoff-Handbuch, 2. Auflage, Hanser 1988, Band 10„Duroplaste", Seiten 12 bis 40.
Aminoplastharze
Als Aminoplastharze können alle dem Fachmann, vorzugsweise die für die Herstellung von Holzwerkstoffen bekannten, Aminoplastharze verwendet werden. Derartige Harze sowie ihre Herstellung sind beispielsweise in Ullmanns Enzyklopädie der technischen Chemie, 4., neube- arbeitete und erweiterte Auflage, Verlag Chemie, 1973, Seiten 403 bis 424„Aminoplaste" und Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A2, VCH Verlagsgesellschaft, 1985, Seiten 1 15 bis 141„Amino Resins" sowie in M. Dunky, P. Niemz, Holzwerkstoffe und Leime, Springer 2002, Seiten 251 bis 259 (UF-Harze) und Seiten 303 bis 313 (MUF und UF mit geringer Menge Melamin) beschrieben und können durch Umsetzen der Carbamidgruppen-haltigen Verbindun- gen, vorzugsweise Harnstoff, Melamin oder deren Gemischen, mit den Aldehyden, vorzugsweise Formaldehyd, in den gewünschten Molverhältnissen Carbamidgruppe zum Aldehyd, vorzugsweise in Wasser als Lösungsmittel, hergestellt werden.
Das Einstellen des gewünschten molaren Verhältnisses Aldehyd, vorzugsweise Formaldehyd zum gegebenenfalls teilweise mit organischen Resten substituierten Amino-Gruppe kann auch durch Zusatz von -NH2-Gruppen-tragenden Monomeren zu formaldehydreicheren fertigen, vorzugsweise kommerziellen, Aminoplastharzen erfolgen. NH2-Gruppen-tragende Monomere sind vorzugsweise Harnstoff, Melamin oder deren Gemische, besonders bevorzugt Harnstoff. Als Aminoplastharze werden bevorzugt Polykondensationsprodukte aus Verbindungen mit mindestens einer, gegebenenfalls teilweise mit organischen Resten substituierten, Carbamidgruppe (die Carbamidgruppe wird auch als Carboxamidgruppe bezeichnet) und einem Aldehyd, vorzugsweise Formaldehyd, verstanden; besonders bevorzugt Harnstoff-Formaldehydharze (UF- Harze), Melamin-Formaldehydharze (MF-Harze) oder melaminhaltige Harnstoff- Formaldehydharze (MUF-Harze), insbesondere Harnstoff-Formaldehydharze, beispielsweise Kaurit® Leim-Typen der Firma BASF SE. Weiterhin ganz bevorzugte Aminoplastharze sind Polykondensationsprodukte aus Verbindungen mit mindestens einer, auch teilweise mit organischen Resten substituierten, Aminogruppe und Aldehyd, worin das molare Verhältnis Aldehyd zum gegebenenfalls teilweise mit organischen Resten substituierten Amino-Gruppe im Bereich von 0,3:1 bis 1 :1 , bevorzugt 0,3:1 bis 0,6:1 , besonders bevorzugt 0,3:1 bis 0,45:1 , ganz besonders bevorzugt 0,3:1 bis 0,4:1 liegt.
Die genannten Aminoplastharze werden üblicherweise in flüssiger Form, meist in einem flüssigen Medium suspendiert, vorzugsweise in wässriger Suspension oder aber auch als Feststoff eingesetzt. Der Feststoffgehalt der Aminoplastharz-Suspensionen, vorzugsweise der wässrigen Suspension, liegt üblicherweise bei 25 bis 90 Gew.-%, vorzugsweise bei 50 bis
70 Gew.-%. Der Feststoffgehalt des Aminoplast-Harzes in wässriger Suspension kann nach Günter Zeppenfeld, Dirk Grunwald, Klebstoffe in der Holz- und Möbelindustrie, 2. Auflage, DRW-Verlag, Seite 268 bestimmt werden. Zur Bestimmung des Feststoffgehalts von Aminoplast-Leimen wird 1 g Aminoplast-Leim in eine Wägeschale genau eingewogen, am Boden fein verteilt und 2 Stunden bei 120°C in einem Trockenschrank getrocknet. Nach Temperierung auf Raumtemperatur in einem Exsikkator wird der Rückstand gewogen und als prozentualer Anteil der Einwaage berechnet.
Die Gewichtsangabe des Bindemittels bezieht sich im Hinblick auf die Aminoplastkomponente im Bindemittel auf den Feststoffgehalt der entsprechenden Komponente (bestimmt durch Ver- dunsten des Wassers bei 120°C, innerhalb von 2 h nach Günter Zeppenfeld, Dirk Grunwald, Klebstoffe in der Holz- und Möbelindustrie, 2. Auflage, DRW-Verlag, Seite 268) und im Hinblick auf das Isocyanat, insbesondere das PMDI, auf die Isocyanatkomponente an sich, also zum Beispiel ohne Lösungsmittel oder Emulgiermedium. Organische Isocyanate
Als organische Isocyanate eignen sich organische Isocyanate mit mindestens zwei Isocyanat- gruppen oder deren Gemische, insbesondere alle dem Fachmann, vorzugsweise die für die Herstellung von Holzwerkstoffen oder Polyurethanen bekannten, organischen Isocyanate oder deren Gemische. Derartige organische Isocyanate sowie ihre Herstellung und Anwendung sind beispielsweise in Becker/Braun, Kunststoff Handbuch, 3. neubearbeitete Auflage, Band 7„Polyurethane", Hanser 1993, Seiten 17 bis 21 , Seiten 76 bis 88 und Seiten 665 bis 671 beschrieben.
Bevorzugte organische Isocyanate sind oligomere Isocyanate mit 2 bis 10, vorzugsweise 2 bis 8 Monomer-Einheiten und im Mittel mindestens einer Isocyanatgruppe pro Monomer-Einheit oder deren Gemische, besonders bevorzugt das oligomere organische Isocyanat PMDI („Polymeres Methylendiphenylendiisocyanat") das erhältlich ist durch Kondensation von Formaldehyd mit Anilin und Phosgenierung der bei der Kondensation entstanden Isomeren und Oligomeren (siehe zum Beispiel Becker/Braun, Kunststoff Handbuch, 3. neubearbeitete Auflage, Band 7„Po- lyurethane", Hanser 1993, Seiten 18 letzter Absatz bis Seite 19, zweiter Absatz und Seite 76, fünfter Absatz), ganz besonders bevorzugt Produkte der LUPRANAT®-Typenreihe der BASF SE, insbesondere LUPRANAT® M 20 FB der BASF SE.
Härter in der Komponente C
Das Bindemittel C) kann dem Fachmann bekannte Härter oder deren Gemische enthalten. Als Härter eignen sich alle chemischen Verbindungen jeglichen Molekulargewichts, die die Po- lykondensation von Aminoplastharz oder Phenolformaldehydharz bewirken oder beschleunigen und solche, welche die Reaktion von organischem Isocyanat mit mindestens zwei Isocyanat- gruppen mit Wasser oder anderen Verbindungen oder Substraten (zum Beispiel Holz), welche - OH oder -NH-, -IMH2- oder =NH-Gruppen enthalten, bewirken oder beschleunigen.
Als Härter für Aminoplastharze oder Phenolformaldehydharze eignen sich solche, die die Weiterkondensation katalysieren wie Säuren oder deren Salze oder wässrige Lösungen dieser Salze.
Als Säuren eignen sich anorganische Säuren wie HCl, HBr, Hl, H2SO3, H2SO4, Phosphorsäure, Polyphosphorsäure, Salpetersäure, Sulfonsäuren, beispielsweise p-Toluolsulfonsäure, Methan- sulfonsäure, Trifluormethansulfonsäure, Nonafluorbutansulfonsäure, Carbonsäuren wie Cr bis Cs-Carbonsäuren beispielsweise Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure oder deren Gemi- sehe, bevorzugt anorganische Säuren wie HCl, H2SO3, H2SO4, Phosphorsäure, Polyphosphorsäure, Salpetersäure, Sulfonsäuren wie p-Toluolsulfonsäure, Methansulfonsäure, Carbonsäuren wie C bis Cs-Carbonsäuren beispielsweise Ameisensäure, Essigsäure, besonders bevorzugt anorganische Säuren wie H2SO4, Phosphorsäure, Salpetersäure, Sulfonsäuren wie p- Toluolsulfonsäure, Methansulfonsäure, Carbonsäuren wie Ameisensäure, Essigsäure.
Als Salze eignen sich Halogenide, Sulfite, Sulfate, Hydrogensulfate, Carbonate, Hydrogencar- bonate, Nitrite, Nitrate, Sulfonate, Salze von Carbonsäuren wie Formiate, Acetate, Propionate, bevorzugt Sulfite, Carbonate, Nitrate, Sulfonate, Salze von Carbonsäuren wie Formiate, Acetate, Propionate, besonders bevorzugt Sulfite, Nitrate, Sulfonate, Salze von Carbonsäuren wie Formiate, Acetate, Propionate, von protonierten, primären, sekundären und tertiären aliphatischen Aminen, Alkanolaminen, cyclischen, aromatischen Aminen wie Cr bis Cs- Aminejsopropylamin, 2-Ethylhexylamin, Di-(2-ethylhexyl)amin, Diethylamin, Dipropylamin, Di- butylamin, Diisopropylamin, tert-Butylamin, Triethylamin, Tripropylamin, Triisopropylamin, Tri- butylamin, Monoethanolamin, Morpholin, Piperidin, Pyridin, sowie Ammoniak, bevorzugt proto- nierte primäre, sekundäre, und tertiäre aliphatische Amine, Alkanolamine, cyclische Amine, cyclische aromatische Amine sowie Ammoniak, besonders bevorzugt protonierte Alkanolamine, cyclische Amine sowie Ammoniak oder deren Gemische.
Als Salze seien insbesondere genannt: Ammoniumchlorid, Ammoniumbromid, Ammoniumiodid, Ammoniumsulfat, Ammoniumsulfit, Ammoniumhydrogensulfat, Ammoniummethansulfonat,
Ammonium-p-Toluolsulfonat, Ammoniumtrifluormethansulfonat, Ammoniumnonafluorbutansul- fonat, Ammoniumphosphat, Ammoniumnitrat, Ammoniumformiat, Ammoniumacetat, Morpholini- umchlorid, Morpholiniumbromid, Morpholiniumiodid, Morpholiniumsulfat, Morpholiniumsulfit, Morpholiniumhydrogensulfat, Morpholiniummethansulfonat, Morpholinium-p-Toluolsulfonat, Morpholiniumtrifluormethansulfonat, Morpholiniumnonafluorbutansulfonat, Morpholiniumphos- phat, Morpholiniumnitrat, Morpholiniumformiat, Morpholiniumacetat, Monoethanolammonium- chlorid, Monoethanolammoniumbromid, Monoethanolammoniumiodid, Monoethanolammoni- umsulfat, Monoethanolammoniumsulfit, Monoethanolammoniumhydrogensulfat, Monoetha- nolammoniummethansulfonat, Monoethanolammonium-p-Toluolsulfonat, Monoethanolammoni- umtrifluormethansulfonat, Monoethanolammoniumnonafluorbutansulfonat, Monoethanolammo- niumphosphat, Monoethanolammoniumnitrat, Monoethanolammoniumformiat, Monoetha- nolammoniumacetat oder deren Gemische.
Ganz besonders bevorzugt werden die Salze in Form ihrer wässrigen Lösungen eingesetzt. Als wässrige Lösungen werden in diesem Zusammenhang verdünnte, gesättigte, übersättigte und auch teilgefällte Lösungen sowie gesättigte Lösungen mit einem Feststoffgehalt an nicht mehr lösbarem Salz verstanden.
Phenolformaldehydharze können auch alkalisch, bevorzugt mit Carbonaten oder Hydroxide wie Kaliumcarbonat und Natriumhydroxid ausgehärtet werden.
Gut geeignete Härter für organisches Isocyanat mit mindestens zwei Isocyanatgruppen, beispielsweise PMDI, können in vier Gruppen unterteilt werden: Amine, weitere Basen, Metallsalze und Organometallverbindungen, bevorzugt sind Amine. Derartige Härter sind beispielsweise in Michael Szycher, Szycher's Handbook of Polyurethanes, CRC Press, 1999, Seiten 10-1 bis 10- 20 beschrieben.
Ferner geeignet sind Verbindungen, die die Reaktion von reaktiven Wasserstoffatomen, insbesondere Hydroxylgruppen, enthaltenden Verbindungen mit den organischen Isocyanaten stark beschleunigen.
Zweckmäßigerweise verwendet man als Härter basische Polyurethankatalysatoren, beispielsweise tertiäre Amine, wie Triethylamin, Tributylamin, Dimethylbenzylamin, Dicyclohexylmethyl- amin, Dimethylcyclohexylamin, Ν,Ν,Ν',Ν'-Tetramethyldiaminodiethylether, Bis- (dimethylaminopropyl)-harnstoff, N-Methyl- bzw. N-Ethylmorpholin, N-Cyclohexylmorpholin, Ν,Ν,Ν',Ν'-Tetramethylethylendiamin, Ν,Ν,Ν',Ν'-Tetramethylbutandiamin, Ν,Ν,Ν',Ν'- Tetramethylhexandiamin-1 ,6, Pentamethyldiethylentriamin, Dimethylpiperazin, N- Dimethylaminoethylpiperidin, 1 ,2-Dimethylimidazol, 1 -Azabicyclo-(2,2,0)-octan,
1 ,4.Diazabicyclo.(2,2,2).octan(Dabco) und Alkanolaminverbindungen, wie Triethanolamin, Triisopropanolamin, N-Methyl- und N-Ethyldiethanolamin, Dimethylaminoethanol, 2-(N,N- Dimethylaminoethoxy)ethanol, N,N',N"-Tris-(dialkylaminoalkyl)hexahydrotriazine, z.B. N, Ν', N"- Tris-(dimethylaminopropyl)-s-hexahydrotriazin, und Triethylendiamin.
Als Metallsalze und Organometallverbindungen eignen sich Eisen(ll)-chlorid, Zinkchlorid, Bleio- ctoat und Zinnsalze wie Zinndioctoat, Zinndiethylhexoat und Dibutylzinndilaurat, vorzugsweise Zinnsalze wie Zinndioctoat, Zinndiethylhexoat und Dibutylzinndilaurat, insbesondere Mischun- gen aus tertiären Aminen und organischen Zinnsalzen. Als weitere Basen eignen sich Amidine, wie 2,3-Dimethyl-3,4,5,6-tetrahydropyrimidin, Tetraal- kyl-ammoniumhydroxide, wie Tetramethylammoniumhydroxid, Alkalihydroxide, wie Natriumhydroxid und Alkalialkoholate, wie Natriummethylat und Kaliumisopropylat, sowie Alkalisalze von langkettigen Fettsäuren mit 10 bis 20 C-Atomen und gegebenenfalls seitenständigen OH- Gruppen.
Weitere Beispiele von Härtern für Aminoplastharze finden sich in M. Dunky, P. Niemz, Holzwerkstoffe und Leime, Springer 2002, Seiten 265 bis 269, solche Härter für Phenolformaldehydharze finden sich in M. Dunky, P. Niemz, Holzwerkstoffe und Leime, Springer 2002, Seiten 341 bis 352 und solche Härter für organische Isocyanate mit mindestens 2 Isocyanatgruppen finden sich in M. Dunky, P. Niemz, Holzwerkstoffe und Leime, Springer 2002, Seiten 385 bis 391 .
Komponente D)
Die erfindungsgemäßen Lignocellulosewerkstoffen können dem Fachmann bekannte und handelsübliche Additive als Komponente D in Mengen von 0 bis 68 Gew.-%, bevorzugt 0 bis 10 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5 bis 8 Gew.-%, insbesondere 1 bis 3 Gew.-% enthalten.
Als Additive eignen sich beispielsweise Hydrophobierungsmittel wie Paraffin-Emulsionen, Pilzschutzmittel, Formaldehydfänger, wie Harnstoff oder Polyamine, und Flammschutzmittel, Streckmittel, Füllmittel. Weitere Beispiele von Additiven finden sich in M. Dunky, P. Niemz, Holzwerkstoffe und Leime, Springer 2002, Seiten 436 bis 444.
Mengen der Komponenten im Lignocellulosewerkstoff
Die Gesamtmenge des Beschichtungsmittels auf den expandierten Kunststoffteilchen B) {bezo- gen auf die Menge der nicht beschichteten Kunststoffteilchen} liegt im Bereich von 0,01 bis 20 Gew.-%, bevorzugt 0,05 bis 15 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,1 bis 10 Gew.-%.
Die beschichteten, expandierten Kunststoffteilchen B) liegen in der Regel auch nach dem Ver- pressen zum Lignocellulosewerkstoff, vorzugsweise Holzwerkstoff, vorzugsweise mehrschichti- gen Lignocellulosewerkstoff, besonders bevorzugt mehrschichtigen Holzwerkstoff, in einem praktisch ungeschmolzenen Zustand vor. Das bedeutet, dass die Kunststoffteilchen B) in der Regel nicht in die Lignocellulose-Teilchen eingedrungen sind oder diese imprägniert haben, sondern zwischen den Lignocellulose-Teilchen verteilt sind. Üblicherweise lassen sich die Kunststoffteilchen B) mit physikalischen Verfahren, zum Beispiel nach dem Zerkleinern des Lig- nocellulosewerkstoffs, von der Lignocellulose abtrennen. Die Gesamtmenge der beschichteten, expandierten Kunststoffteilchen B), bezogen auf den I ig— nocellulosehaltigen, vorzugsweise holzhaltigen Stoff, liegt im Bereich von 1 bis 25 Gew.-%, vorzugsweise 3 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 15 Gew.-%.
Die Gesamtmenge des Bindemittels C), bezogen auf die Lignocellulose Stoffe, liegt in der Regel im Bereich von 1 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 2 bis 15 Gew.-%, besonders bevorzugt 3 bis 10 Gew.-%, wobei die Menge
a) des Phenolformaldehydharzes bezogen auf die Lignocellulose Stoffe in der Regel im Bereich von 0 bis 50 Gew.-%, bevorzugt 4 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 15 Gew.-%,
b) des Aminoplastharzes (als Feststoff gerechnet bezogen auf die Lignocellulose Stoffe in der Regel im Bereich von 0 bis 45 Gew.-%, bevorzugt 4 bis 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 15 Gew.-% und
c) des organischen Isocyanats bezogen auf die Lignocellulose Stoffe in der Regel im Bereich von 0 bis 7 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,5 bis 4 Gew.-% liegt.
Mehrschichtverfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Lignocellulosewerkstoffes der mindestens drei Schichten enthält, wobei entweder nur die mittlere Schicht oder mindestens ein Teil der mittleren Schichten einen lignocellulosehaltigen Stoff wie oben definiert enthält oder außer der mittleren Schicht oder mindestens einem Teil der mitt- leren Schichten mindestens eine weitere Schicht einen lignocellulosehaltigen Stoff wie oben definiert enthält, wobei man die Komponenten für die einzelnen Schichten übereinanderschich- tet und unter erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck verpreßt.
Die mittlere Dichte des erfindungsgemäßen mehrschichtigen, vorzugsweise des erfindungsge- mäßen dreischichtigen, Lignocellulosewerkstoffs, vorzugsweise Holzwerkstoffs ist in der Regel nicht kritisch.
Üblicherweise haben höherdichte erfindungsgemäße mehrschichtige, vorzugsweise erfindungsgemäße dreischichtige, Lignocellulosewerkstoffe, vorzugsweise Holzwerkstoffe eine mitt- lere Dichte im Bereich von mindestens 600 bis 900 kg/m3, bevorzugt 600 bis 850 kg/m3, besonders bevorzugt 600 bis 800 kg/m3.
Üblicherweise haben niedrigdichte erfindungsgemäße mehrschichtige, vorzugsweise erfindungsgemäße dreischichtige, Lignocellulosewerkstoffe, vorzugsweise Holzwerkstoffe eine mitt- lere Dichte im Bereich von 200 bis 600 kg/m3, bevorzugt 300 bis 600 kg/m3, besonders bevorzugt 350 bis 500 kg/m3. Bevorzugte Parameterbereiche sowie bevorzugte Ausführungsformen im Hinblick auf die mittlere Dichte des lignocellulosehaltigen, vorzugsweise holzhaltigen Stoffs und im Hinblick auf die Komponenten sowie deren Herstellungsverfahren A), B) ,C) und D) sowie die Kombination der Merkmale entsprechen den oben beschriebenen.
Mittlere Schichten im Sinne der Erfindung sind alle Schichten, die nicht die äußeren Schichten sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthalten die äußeren Schichten (üblicherweise„Deck- schicht(en)" genannt) keine expandierten Kunststoffteilchen B).
Bevorzugt enthält der erfindungsgemäße mehrschichtige Lignocellulosewerkstoff, vorzugsweise mehrschichtige Holzwerkstoff drei Lignocelluloseschichten, vorzugsweise Holzstoffschichten, wobei die äußeren Deckschichten in Summe in der Regel dünner sind als die innere(n) Schicht(en).
Das für die äußeren Schichten verwendete Bindemittel ist üblicherweise ein Amino-plastharz, beispielsweise Harnstoff-Formaldehydharz (UF), Melamin-Formaldehydharz (MF), Melamin- Harnstoff-Formaldehydharz (MUF) oder das erfindungsgemäße Bindemittel C). Vorzugsweise ist das für die äußeren Schichten verwendete Bindemittel ein Aminoplastharz, besonders bevorzugt ein Harnstoff-Formaldehydharz, ganz besonders bevorzugt ein Aminoplastharz worin das molare Formaldehyd zu -NH2-Gruppen-Verhältnis im Bereich von 0,3:1 bis 3:1 liegt.
Die Dicke des erfindungsgemäßen mehrschichtigen Lignocellulosewerkstoffs, vorzugsweise mehrschichtigen Holzwerkstoffs variiert mit dem Anwendungsgebiet und liegt in der Regel im Bereich von 0,5 bis 100 mm, vorzugsweise im Bereich von 10 bis 40 mm, insbesondere 12 bis 40 mm.
Die Verfahren zur Herstellung von mehrschichtigen Holzwerkstoffen sind im Prinzip bekannt und zum Beispiel in M. Dunky, P. Niemz, Holzwerkstoffe und Leime, Springer 2002, Seiten 91 bis 150 beschrieben.
Ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen mehrschichtigen Holzwerkstoffs wird im Folgenden beschrieben.
Zunächst wird Komponente B aus expandierbaren Kunststoffteilchen aufgeschäumt und mit Beschichtungsmittel beschichtet.
Das treibmittelhaltige expandierbare Kunststoffgranulat wurde in einem handelsüblichen EPS- Druckvorschäumer (Firma Erlenbach) mit einem Volumen von 180 Liter (ca. 50 cm im Durchmesser und ca. 100 cm in der Höhe) zu Schaumstoffperlen vorgeschäumt (Füllmenge Kaurit- Light-200-Granulat 2000 g). Während des Vorschäumens wurden die Beschichtungsmittel in 27 Gew.-% Lösung (gelöst in Wasser) in den Druckvorschäumer eingespritzt.
Die somit erhaltenen beschichtete Komponente B) kann nun direkt oder nach Lagerung weiter eingesetzt werden.
Nach der Zerspanung des Holzes werden die Späne getrocknet. Danach werden gegebenenfalls Grob- und Feinanteile entfernt. Die verbleibenden Späne werden durch Sieben oder Sichten im Luftstrom sortiert. Das gröbere Material wird für die Mittelschicht, das feinere für die Deckschichten eingesetzt.
Die Deckschichtspäne werden getrennt von den Mittelschichtspänen mit Komponente C), Härter, bevorzugt werden diese Härter kurz vor der Verwendung der Komponente C zugesetzt, und gegebenenfalls Komponente D beleimt, beziehungsweise vermischt. Diese Mischung wird nachfolgend als Deckschichtmaterial bezeichnet.
Die Mittelschichtspäne werden getrennt von den Deckschichtspänen mit der beschichteten Komponente B), Komponente C, Härter, bevorzugt werden diese Härter kurz vor der Verwendung der Komponente C zugesetzt, und gegebenenfalls Komponente D beleimt, beziehungs- weise vermischt. Diese Mischung wird anschließend als Mittelschichtmaterial bezeichnet.
Anschließend werden die Späne gestreut.
Zunächst wird das Deckschichtmaterial auf das Formband gestreut, anschließend das Mittel- Schichtmaterial - enthaltend die beschichtete Komponenten B), C) und gegebenenfalls D) -und schließlich noch einmal Deckschichtmaterial. Das Deckschichtmaterial wird dabei so geteilt, dass beide Deckschichten in etwa gleich viel Material enthalten. Der so erzeugte dreischichtige Spänekuchen wird kalt (in der Regel bei Raumtemperatur) vorverdichtet und anschließend heiß gepresst.
Das Verpressen kann nach allen dem Fachmann bekannten Verfahren erfolgen. Üblicherweise wird der Holzpartikelkuchen bei einer Press-Temperatur von 150 bis 230°C auf die gewünschte Dicke gepresst. Die Pressdauer beträgt normalerweise 3 bis 15 Sekunden pro mm Plattendicke. Man erhält eine dreischichtige Spanplatte.
Die mechanische Festigkeit kann durch die Messung der Querzugsfestigkeit nach EN 319 bestimmt werden.
Die Beschichtung der Komponente B) bewirkt, dass die Migration der einzelnen Kunststoffteil- chen an die Oberfläche reduziert, unterdrückt bzw. verhindert sowie die Gesamtmenge an Bindemittel im erfindungsgemäßen Lignocellulosewerkstoff reduziert wird. Lignocellulosewerkstoffe, insbesondere mehrschichtige Holzwerkstoffe, sind eine kostengünstige und Ressourcen schonende Alternative zu Massivholz und haben große Bedeutung und werden verwendet zur Herstellung von Gegenständen aller Art und im Baubereich, insbesondere zur Herstellung von Möbeln und Möbelteilen (im Möbelbau), von Verpackungsmaterialien, von Laminatfußböden und als Baumaterialien, im Hausbau oder im Innenausbau oder in Kraftfahrzeugen.
Die expandierbaren oder expandierten Kunststoffteilchen eignen sich zur Herstellung lignocellu- losehaltiger Formkörper (Verwendung).
Beispiele
Herstellung der beschichteten Komponente B)
Vorgeschäumtes Kaurit Light 200 wurde mit 5 Gew.-% einer 13 Gew.-%igen wässrigen Lösung/Suspension eines Harnstoff-Formaldehyd-Leims (Kaurit® Leim 347 der BASF SE) in einem Kunststoffgefäß durch Rühren und Schütteln bei Raumtemperatur vermischt bis eine gleichmäßige Benetzung der expandierten Kunststoffteilchen erreicht wurde (ca. 5 min. bei ca 250 g Mischung).
Herstellung der Platten
Als Leime wurde Harnstoff-Formaldehydleim (Kaurit® Leim 347 der BASF SE) verwendet. Der Feststoffgehalt wurde jeweils mit Wasser auf 67 Gew.-% eingestellt.
Herstellung des Deckschichtmaterials
In einem Mischer wurden auf 180 g Späne 30,4 g einer Leimflotte aus 100 Teilen Kaurit®-Leim 347 und 1 Teil einer 52%-igen wässrigen Ammoniumnitratlösung, 0,5 Teilen Harnstoff, 0,5 Tei- len einer 60%-igen wässrigen Paraffindispersion und 40 Teilen Wasser aufgebracht.
Herstellung des Mittelschichtmaterials
In einem Mischer wurden 330 g Späne (Komponente A) und 33 g beschichtetes expandiertes Polymer (Komponente B) gemäß Tabelle gemischt. Anschließend wurden 62,7 g einer Leimflot- te aus 100 Teilen Kaurit®-Leim 347 und 4 Teilen einer 52%-igen wässrigen Ammoniumnitratlösung, 1 ,3 Teilen Harnstoff und 0,8 Teilen einer 60%-igen wässrigen Paraffindispersion aufgebracht. Verpressen der beleimten Späne
Die beleimten Späne wurden in einer 30x30 cm-Form wie folgt ausgebracht:
Zunächst wurde die Hälfte des Deckschichtmaterials in die Form gestreut. Anschließend wurde 50 bis 100 % der Mittelschichtmaterials darüber geschichtet. Zuletzt wurde die zweite Hälfte Deckschichtmaterials darüber geschichtet und kalt vorverdichtet. Anschließend wurde in einer Heißpresse gepresst (Presstemperatur 210°C, Presszeit 120 s). Die Solldicke der Platte betrug jeweils 16mm. Untersuchung des leichten holzhaltigen Stoffs
Dichte:
Die Bestimmung der Dichte erfolgte 24 Stunden nach Herstellung. Dazu wurde das Verhältnis aus Masse und Volumen eines Prüfkörpers bei demselben Feuchtegehalt bestimmt. Die quad- ratischen Prüfkörper wiesen eine Seitenlänge von 50 mm, bei einer Genauigkeit von 0,1 mm, auf. Die Dicke des Prüfkörpers wurde in dessen Mitte mit einer Genauigkeit von 0,05 mm gemessen. Die Waage zur Bestimmung der Prüfkörpermasse hatte eine Genauigkeit von 0,01 g. Die Rohdichte p (kg/m3) eines Prüfkörpers wurde nach folgender Formel berechnet:
Figure imgf000020_0001
Dabei ist:
m die Masse des Prüfkörpers, in Gramm, und
bi, b2 und d die Breite und Dicke des Prüfkörpers, in Millimeter.
Eine genaue Beschreibung der Durchführung ist z.B. DIN EN 323 zu entnehmen.
Querzugsfestigkeit:
Die Bestimmung der Querzugsfestigkeit erfolgt senkrecht zur Plattenebene. Der Prüfkörper wurde dazu mit einer gleichmäßig verteilten Zugkraft bis zum Bruch belastet. Die quadratischen Prüfkörper wiesen eine Seitenlänge von 50 mm, bei einer Genauigkeit von 1 mm, und Winkel von genau 90° auf. Weiterhin waren die Kanten sauber und gerade sein. Die Prüfkörper wurde mittels eines geeigneten Klebstoffes, beispielsweise ein Epoxydharz, mit den Jochen verklebt und mindestens 24 h im Klimaschrank bei 20°C und 65 % Luftfeuchtigkeit getrocknet. Der so vorbereitete Prüfkörper wurde nun in die Prüfmaschine auf beiden Seiten mit einem Wellenge- lenk selbstausrichtend eingespannt und anschließend mit konstanter Geschwindigkeit bis zum Bruch belastet und die dafür benötigte Kraft gemessen. Die Querzugfestigkeit ft (N/mm2) wurde nach folgender Formel berechnet: ft = Fmax/(a * b) Dabei ist:
Fmax die Bruchkraft in Newton
a,b die Länge und Breite des Prüfkörpers in Millimeter.
Eine genaue Beschreibung der Durchführung ist z.B. DIN EN 319 zu entnehmen.
Biegefestigkeit
Die Bestimmung der Biegefestigkeit erfolgte durch Aufbringen einer Last in der Mitte eines an zwei Punkten aufliegenden Prüfkörpers. Der Prüfkörper wies eine Breite von 50 mm und eine Länge von der 20-fachen Nenndicke plus 50 mm, maximal jedoch 1050 mm und minimal 150 mm, auf. Der Prüfkörper wurde nun flach auf zwei Auflagen platziert, deren Abstand zwischen den Mitten dem Zwanzigfachen der Dicke des Prüfkörpers entsprach und anschließend in der Mitte mit einer Kraft bis zum Bruch belastet und diese Kraft gemessen. Die Biegefestigkeit fm (N/mm2) wurde nach folgender Formel berechnet: fm = (3*Fmax *l)/(2*b*t2)
Dabei ist:
Fmax die Bruchkraft in Newton
I der Abstand der der Mitten der Auflagen in Millimeter
b die Breite des Prüfkörpers in Millimeter
t die Dicke des Prüfkörpers in Millimeter.
Eine genaue Beschreibung der Durchführung ist der DIN EN 310 zu entnehmen.
Schraubenausziehwiderstand
Die Bestimmung des Schraubenausziehwiderstands erfolgte durch Messen der Kraft, die benötigt wird, um eine Schraube achsenparallel aus dem Prüfkörper herauszuziehen. Die quadratischen Prüfkörper wiesen eine Seitenlänge von 75 mm, bei einer Genauigkeit von 1 mm, auf. Zunächst wurden Führungslöcher, Durchmesser 2,7 mm (± 0,1 mm), Tiefe 19 mm (± 1 mm), senkrecht zur Oberfläche des Prüfkörpers in den Mittelpunkt der Oberfläche gebohrt. Anschließend wurde für die Prüfung eine Stahlschraube mit Nennmaß 4,2 mm χ 38 mm, mit einem ST 4,2 Gewinde nach ISO 1478 und einer Gewindesteigung von 1 ,4 mm in den Prüfkörper eingebracht, so dass 15 mm (± 0,5 mm) des vollständigen Gewindes eingebracht wurden. Der Prüfkörper wurde in einem Metallrahmen befestigt und über einen Bügel wurde auf die Unterseite des Schraubenkopfes eine Kraft angelegt und die Maximalkraft gemessen, bei der die Schraube herausgezogen wurde.
Eine genaue Beschreibung der Durchführung ist der DIN EN 320 zu entnehmen.
Die Ergebnisse der Versuche sind in der Tabelle zusammengestellt. Die Mengenangaben beziehen sich immer auf die Trockensubstanz. Bei der Angabe der Gewichtsteile wurde das trockene Holz bzw. die Summe des trockenen Holzes und des Füllstoffs auf 100 Teile gesetzt. Bei der Angabe der Gew.-% ist die Summe aller trockenen Bestandteile des leichten holzhaltigen Stoffs gleich 100 %.
Die Versuche in der Tabelle ohne Zusatz von beschichteter Komponente B dienen zum Vergleich und wurden nach WO-A-201 1/018373 durchgeführt.
Figure imgf000022_0001
m = Vergleichsversuch nach WO-A-201 1/018373
Figure imgf000022_0002
m = Vergleichsversuch nach WO-A-201 1/018373

Claims

Patentansprüche
1 . Lignocellulosewerkstoffe, die A) 30 bis 98 Gew.-% ein- oder mehrere lignocellulosehaltige Stoffe,
B) 1 bis 25 Gew.-% expandierte Kunststoffteilchen mit der Schüttdichte im Bereich von 10 bis 150 kg/m3,
C) 1 bis 50 Gew.-% eines Bindemittels, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aminoplastharz, Phenolformaldehydharz, organischem Isocyanat mit mindestens zwei Isocyanatgruppen oder deren Gemischen, gegebenenfalls mit einem Härter, und
D) 0 bis 68 Gew.-% Additive enthalten, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente B) oder die zugrundeliegenden expandierbaren Kunststoffteilchen vor, während oder nach der Expansion mit mindestens einem Beschichtungsmittel beschichtet sind.
Lignocellulosewerkstoffe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtmenge des Beschichtungsmittels auf den expandierten Kunststoffteilchen B) im Bereich von 0,01 bis 20 Gew.-% liegt.
Lignocellulosewerkstoffe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtmenge des Beschichtungsmittels auf den expandierten Kunststoffteilchen B) im Bereich von 0,05 bis 15 Gew.-% liegt.
Lignocellulosewerkstoffe nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gesamtmenge des Beschichtungsmittels auf den expandierten Kunststoffteilchen B) im Bereich von 0,1 bis 10 Gew.-% liegt.
Lignocellulosewerkstoffen nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Beschichtungsmittel ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend alle Verbindungen der Komponente C sowie Verbindungen K, die eine klebrige Schicht bilden, oder deren Gemische.
Lignocellulosewerkstoffen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die lignocellulosehaltigen Stoffe Stroh, holzfaserhaltige Pflanzen, Holz oder deren Gemische sind.
Lignocellulosewerkstoffen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente B) expandierte thermoplastische Kunststoffteilchen sind.
8. Verfahren zur Herstellung von Lignocellulosewerkstoffen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass man
A) 30 bis 98 Gew.-% ein- oder mehrere lignocellulosehaltige Stoffe,
B) 1 bis 25 Gew.-% expandierte Kunststoffteilchen mit einer Schüttdichte im Bereich von 10 bis 150 kg/m3,
C) 1 bis 50 Gew.-% eines Bindemittels, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus
Aminoplastharz, Phenolformaldehydharz, organisches Isocyanat mit mindestens zwei Isocyanatgruppen oder deren Gemischen und
D) 0 bis 68 Gew.-% Additive,
wobei die Komponente B) oder die zugrundeliegenden expandierbaren Kunststoffteilchen vor, während oder nach der Expansion mit mindestens einem Beschichtungsmittel beschichtet sind, mischt und anschließend unter erhöhter Temperatur und unter erhöhtem Druck verpresst.
9. Verfahren zur Herstellung eines mehrschichtigen Lignocellulosewerkstoffes der mindestens drei Schichten enthält, wobei entweder nur die mittlere Schicht oder mindestens ein Teil der mittleren Schichten einen lignocellulosehaltigen Stoff wie in den Ansprüchen 1 bis 7 definiert enthält oder außer der mittlere Schicht oder mindestens einem Teil der mittle- ren Schichten mindestens eine weitere Schicht einen leichten lignocellulosehaltigen Stoff wie in den Ansprüchen 1 bis 7 definiert enthält, wobei man die Komponenten für die einzelnen Schichten übereinanderschichtet und unter erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck verpresst. 10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass keine der äußeren Deckschichten expandierte Kunststoffteilchen B) enthalten.
1 1 . Lignocellulosewerkstoff, erhältlich nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10.
12. Mehrschichtiger Lignocellulosewerkstoff, erhältlich nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10.
13. Verwendung der Lignocellulosewerkstoffe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1 oder eines mehrschichtigen Lignocellulosewerkstoffes gemäß Anspruch 12 zur Herstellung von
Gegenständen aller Art und im Baubereich.
14. Verwendung eines lignocellulosehaltigen Stoffes gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1 oder eines mehrschichtigen Lignocellulosewerkstoffes gemäß Anspruch 12 zur Herstel- lung von Möbeln und Möbelteilen, von Verpackungsmaterialien, von Laminatfußböden, als
Baumaterialien.
15. Expandierte Kunststoffteilchen mit einer Schüttdichte im Bereich von 10 bis 150 kg/m3 oder expandierbare Kunststoffteilchen enthaltend ein Beschichtungsmittel ausgewählt wird aus der Gruppe bestehend alle Verbindungen der Komponente C sowie Verbindungen K, die eine klebrige Schicht bilden, oder deren Gemische.
16. Verwendung der expandierbaren oder expandierten Kunststoffteilchen gemäß Anspruch 15 zur Herstellung lignocellulosehaltiger Formkörper.
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