DE10035412B4

DE10035412B4 - Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von endlosen Furnierschichtplatten

Info

Publication number: DE10035412B4
Application number: DE2000135412
Authority: DE
Inventors: Dr. Haas Gernot von
Original assignee: Dieffenbacher GmbH Maschinen und Anlagenbau
Current assignee: Dieffenbacher GmbH Maschinen und Anlagenbau
Priority date: 2000-07-20
Filing date: 2000-07-20
Publication date: 2015-01-22
Anticipated expiration: 2020-07-21
Also published as: DE10035412A1

Abstract

Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von endlosen Furnierschichtplatten aus einem Furniertafelstrang von in mehreren Schichten über- und hintereinander zusammengelegten Furniertafeln unter Aushärtung der zwischen den Einzelschichten eingebrachten flüssigen Bindemittelmischung beim Verpressen in einer beheizten kontinuierlich arbeitenden Presse, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Hochtemperaturklebstoffes als flüssige Bindemittelmischung und daß der Klebstoff und der Härter getrennt auf eine Oberfläche der Furniertafeln aufgebracht wird, wobei die Temperatur des Klebstoffes und des Härters beim Aufbringen zwischen 45°C und 60°C beträgt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von endlosen Furnierschichtplatten aus einem Furniertafelstrang von in mehreren Schichten über- und hintereinander zusammengelegten Furniertafeln unter Aushärtung der zwischen den Einzelschichten eingebrachten flüssigen Bindemittelmischung beim Verpressen in einer beheizten kontinuierlich arbeitenden Presse.
Ein solches Verfahren, von dem die Erfindung ausgeht, ist mit der DE 196 27 024 bekannt geworden. Diesem Verfahren liegt die Aufgabe zugrunde, automatisch aus großflächigen Furniertafeln (oder -folien) Schichtpakete kontinuierlich zu einer ausreichenden mechanischen Verknüpfung zusammenzuführen, so daß mit dem späteren kontinuierlichen Preßvorgang diese Furnierpaketübergangsstellen in den fertigen Furnierschichtplatten quasi die gleichen physikalischen Festigkeitseigenschaften aufweisen, wie die nach dem bisherigen in Sandwich-Bauweise zusammengefügten Furnierschichtpaketen gefertigten Furnierschichtplatten. Mit diesem Verfahren können Furnierschichtplatten in guter Qualität hergestellt werden, wenn alle Fertigungs- bzw. Herstellungsparameter optimal aufeinander abgestimmt sind und die Anlage dementsprechend arbeitet.
Furnierschichtplatten, in der Industrie üblicherweise LVL (Laminated veneer Lumber) genannt, bestehen aus Schichten von über- und hintereinander zusammengelegten Furniertafeln (auch Furniere genannt) mit Dicken von 0,5 mm bis 6 mm, deren Faser parallel zur Längsrichtung des Produktes verlaufen. Die Furniertafeln werden in der Regel mit flüssigen alkalischem Phenol-Formaldehyd-Klebstoff beleimt, in der Legestation zusammengelegt, in der Heißpresse zusammengepreßt und damit der Klebstoff unter Temperatureinwirkung ausgehärtet. Phenol-Formaldehyd-Klebstoff ist ein Hochtemperaturklebstoff, der auf niederkondensierten Resolen basiert und nach Erreichung von 105°C in ca. 1,5 Minuten durch Kondensationsreaktionen ausgehärtet wird. Bei niedrigeren Temperaturen als 100°C dauert die Kondensationsreaktion wesentlich länger und findet nur im begrenzten Umfang statt. Die Festigkeit dieser Klebeverbindung ist daher geringer als bei einer Aushärtung über 105°C. Wird die Aushärtungsreaktion sachgemäß gesteuert, ergibt die Phenolharzverklebung eine koch- und wasserfeste Verbindung. Der Klebstoff ist im Vergleich zu anderen Klebstoffen, mit denen eine koch- und wetterfeste Verklebung erzielt werden kann, günstiger. Als Klebstoff wird daher für Sperrholz und Furnierschichtplatten, welche im konstruktiven Bereich eingesetzt wird, fast ausschließlich Phenol-Formaldehyd-Klebstoff verwendet. Als Härter bzw. Katalysator wird Pottasche und Paraformaldehyd eingesetzt. Im Gegensatz zur reinen Hitzehärtung von Phenol-Formaldehydharzen wird durch die Zugabe von Paraformaldehyd und Pottasche eine Härtung bei einer Temperatur von knapp über 100°C ermöglicht. Die Lagerfähigkeit bzw. die Verarbeitungsmöglichkeit einer Klebstofflotte mit flüssigem Phenol und Härter ist von der Temperatur abhängig. Wenn die Temperatur wenige Stunden über 30°C ansteigt, kann der Klebstoff teilweise aushärten, die Flotte wird höher viskoser und kann nicht mehr verarbeitet werden. Die Verarbeitungsmöglichkeit des Klebstoffes wird daher regelmäßig über Viskositätsmessungen der Flotte überwacht. Die Flotte hat einen Feststoffanteil von etwa 45%, wobei etwa die Hälfte des Feststoffes aus Phenolharz besteht.
Bei der Herstellung von Furnierschichtplatten wird die Klebstofflotte, welche aus Härter, Phenol-Klebstoff, Füllstoffen und Streckmitteln besteht, in einem Gießverfahren mittels einer flächendeckenden Auftragsvorrichtung auf eine Furniertafel einseitig aufgetragen. Dabei wird die Furniertafel mit einer definierten Geschwindigkeit horizontal durch einen Leimvorhang transportiert. Da die einzelnen Furniertafeln nur mit einem bestimmten Abstand durch den Leimvorhang transportiert werden können und der Leimvorhang nicht Taktgenau an und ausgeschaltet werden kann, muß ein kontinuierlicher Leimvorhang erzeugt und die Klebstoffflotte unter der Furniertafel-Transportbahn aufgefangen werden. Der Leimvorhang ist an beiden Seiten etwa 3 cm breiter als die Furniertafeln. Die aufgefangene Klebstofflotte wird dem Vorratstank nach einer Reinigung von Furniertafelresten wieder zugeführt. Dadurch ist die Verweilzeit des Klebstoffes und des Härters zusammen in der Flotte relativ lang. Zur Vermeidung eines Viskositätsanstieges der Flotte durch eine Voraushärtung darf die Temperatur der Flotte nicht über 32°C angehoben und der Härteranteil nicht stark erhöht werden. Dazu wird der Vorratstank auf ca. 30°C temperiert. Das Volumen des Vorratstanks beträgt in der Regel 700 Liter; er weist also ein Fassungsvermögen von etwa 800 kg Klebstoff auf. Wenn die Umgebungstemperatur größer als 30°C ist, wird der Vorratstank mit dem Klebstoff auf ca. 30°C gekühlt. Der Füllstand im Vorratstank wird mittels eines Sensors gemessen und über eine Pumpe wird bei Absinken des Füllstandes die Klebstofflotte aus einem großen Leimtank in den Vorratstank gepumpt.
Aufgrund der notwendigen Handhabung bzw. des notwendigen Transportes der Furniertafeln nach dem Beleimen in der Legestation ist bei der Furnierschichtplattenherstellung nur ein einseitiger Klebstoffauftrag auf der Furniertafeloberseite möglich. Die Furniertafeln werden nach dem Beleimen in der Legestation zusammengelegt und anschließend in die kontinuierlich arbeitenden Heißpresse transportiert. Je nach Plattendicke werden dafür zwischen 3 und 8 Minuten benötigt. Diese Zeit wird als Wartezeit bezeichnet und ist bei der kontinuierlichen Verpressung für jede Plattendicke konstant. Bei der taktweisen Verpressung schwankt die Wartezeit bei gleicher Plattendicke um bis zu 30 Minuten. Einige Furniertafeln sind also 30 Minuten beleimt bis sie in die Presse befördert werden können und andere nur wenige Minuten.

Furnierschichtplatten werden in der Regel in Dicken von 20 bis 90 mm produziert. Die Erwärmung der Furniertafeln und des Klebstoffes erfolgt in der Heißpresse ausschließlich über Konduktion. Die Wärme wird von den Preßplatten durch die äußeren Schichten in die inneren Schichten geleitet. Die Erwärmungsdauer, also die Zeitdauer bis in der Plattenmitte über 100°C erreicht worden ist, steigt mit zunehmender Plattendicke überproportional an. Beispielsweise beträgt bei einer Platten-Anfangstemperatur von 30°C und einer Preßplattentemperatur von 160°C die Erwärmungsdauer bei 20 mm dicken Platten 5 Minuten, bei 40 mm dicken Platten 20 Minuten und bei 80 mm dicken Platten 120 Minuten. In nachfolgender Tabelle 1 sind die Energiemengen der einzelnen Komponenten der Holzwerkstoffplatte aufgetragen, die für die Erwärmung auf die Aushärtetemperatur notwendig sind. In der Regel beträgt die Raumtemperatur und damit auch die Furniertafeltemperatur etwa 30°C. Tabelle 1: Notwendige Energiezufuhr [kJ] pro 1 m² beleimte Furniertafel (Erwärmung von Raumtemperatur 30°C auf 100°C durch Mikrowelle und Heißpresse, Klebstoffauftrag 200 g/m² davon 60% Wasser, 40% Feststoff, Furniertafeldichte 440 kg/m³, Furniertafeldicke 3 mm)

	Masse Furniertafel [kg/m²]	Sp. Wärme [kJ/kg·K]	Temperatur-differenz [K] Bisher	Wärmemenge [kJ/m²] Bisher
Holz	1,32	1,3	70	120
Wasser	0,12	4,2	70	35
Klebstoff	0,08	2	70	11
Summe				167

Die Preßzeit und damit die Kapazität der Anlage wird also bei Verwendung von Phenolharz durch die Erwärmungsgeschwindigkeit der Furnierschichtplattenmitte begrenzt. Zur weiteren Kapazitätssteigerung müßte die Heißpresse verlängert werden, welches zum einen sehr teuer ist und zum anderen nur bis zu einer Länge von derzeit 60 m sinnvoll und möglich ist. Die begrenzte Leimtemperatur und die begrenzte Härterkonzentration führt zur längeren Preßzeit in der kontinuierlich arbeitenden Presse und damit zu einer geringen Durchsatzleistung.
Verschiedene Vorschläge sind in der Literatur zu finden, die zu einer Leistungssteigerung der Furnierschichtplatten-Herstellungsanlagen führen sollen. In der noch nicht veröffentlichten DE 199 19 823 wird ein Verfahren aufgezeigt, mit der insbesondere bei sehr dicken Furnierschichtplatten teure Niedertemperaturklebstoffe in den inneren Schichten verwendet werden und günstigere Hochtemperaturklebstoffe in den äußeren Schichten. Zur Umsetzung dieses Verfahrens müßten allerdings mindestens zwei Gießvorhangstationen betrieben werden, mit einem entsprechenden Aufwand der Leimüberwachung.
Es wurden auch Versuche durchgeführt, Furnierschichtplatten mit einem anderen Hochtemperaturklebstoff einem Polyisocyanat (in der Regel Diphenylmethan-diisocyanat) zu verkleben, welcher in der Regel eine Aushärtetemperatur von über 120°C benötigt. Um diese Reaktionstemperatur zu senken und gleichzeitig lange Wartezeiten zu ermöglichen, wurden aufwendige Härter bzw. Katalysatoren Systeme entwickelt, welche bei Temperaturen bis 50°C die Aushärtung noch nicht beschleunigen und bei Erreichen von 100°C eine schnelle Aushärtung ermöglichen sollen ( EP 0 877 767 B1 ). Der Nachteil dieses Systems ist, daß der Preis für den Katalysator sehr hoch ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem die Preßzeit bei der kontinuierlichen Furnierschichtplatten Herstellung deutlich gesenkt werden kann ohne die Heißpresse zu verlängern und damit auch eine größere Durchsatzleistung erzielt werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe ist nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch die Verwendung eines Hochtemperaturklebstoffes als flüssige Bindemittelmischung und daß der Klebstoff und der Härter getrennt auf eine Oberfläche der Furniertafeln aufgebracht wird, wobei die Temperatur des Klebstoffes und des Härters beim Aufbringen zwischen 45°C und 60°C beträgt.

Gemäß der Erfindung wird der Härter bzw. das Härtersystem getrennt von dem Klebstoff auf die gleiche Furniertafelseite aufgetragen. Die Furniertafeln werden dabei wie bei der herkömmlichen Furnierschichtplattenherstellung nur einseitig beleimt. Von Vorteil ist insbesondere, daß durch diesen getrennten Auftrag die Temperatur des flüssigen Klebstoffes und des flüssigen Härters angehoben werden kann, da der Härter nicht mehr in der Klebstofflotte im Kreis gefahren wird und damit die Preßzeit verkürzt wird. In der Tabelle 2 sind in einer Gegenüberstellung zum Stand der Technik die notwendigen Energiemengen aufgetragen, die für die Erwärmung erforderlich sind, wenn die Klebstofftemperatur auf 60°C angehoben wird und die Umgebungstemperatur 30°C beträgt. Durch die Anhebung der Klebstofftemperatur müssen 13% weniger Energie in der Heißpresse in die Furniertafeln eingebracht werden im Vergleich zu einer Klebstofftemperatur von 30°C. Dadurch vermindert sich die Preßzeit um etwa den gleichen Betrag. Die Preßzeitverkürzung ist noch bedeutend größer, wenn Furniertafeln mit Dicken kleiner 3 mm verwendet werden, da in diesem Fall wesentlich mehr Klebstoff aufgetragen werden muß und damit der Anteil der für den Klebstoff benötigten Energie ansteigt. Tabelle 2: Notwendige Energiezufuhr [kJ] pro 1 m² beleimte Furniertafel (Erwärmung von Raumtemperatur 30°C auf 100°C durch Mikrowelle und Heißpresse, Klebstoffauftrag 200 g/m² davon 60% Wasser, 40% Feststoff, Furnierlafeldichte 440 kg/m³, Furniertafeldicke 3 mm)

Wärme [kJ/kg·K]	Masse Furniertafel [kg/m²]	Sp.	Temperaturdifferenz [K] Bisher	Wärmemenge [kJ/m²] Bisher	Temperaturdifferenz [K] neu	Wärmemenge [kJ/m²] neu
Holz	1,32	1,3	70	120	70	120
Wasser	0,12	4,2	70	35	40	20
Klebstoff	0,08	2	70	11	40	6
Summe				167		146

Die Verabeitungstemperaturen von flüssigem Phenolharz ohne das Härtersystem betragen bei 60°C einige Stunden. Bei Verwendung sehr nieder kondensierter Phenolleime, die höhere Verarbeitungstemperaturen erlauben, kann die Klebstofftemperatur weiter angehoben werden und die Preßzeit zusätzlich verkürzt werden.
Harnstoffharze oder Mischharze mit Harnstoff und Melamin sind ebenfalls Hochtemperaturklebstoffe, die aber schon bei 90°C ausgehärtet werden können, wenn entsprechende Härter verwendet werden. Harnstoffharze werden mit sauren Härtern wie Ammoniumchlorid oder Ammoiumsulfat ausgehärtet. Durch die Trennung von Härter und Klebstoff kann auch bei diesem Klebstoff die Verarbeitungstemperatur auf 50 bis 80°C angehoben werden. Um eine Aushärtung nach dem Auftrag des Härters und des Klebstoffes auf dem Weg bis zur Heißpresse zu vermeiden, wird dem Klebstoff noch ein Verzögerer wie Ammoniak, Harnstoff oder Hexamethyltetramin zugegeben.
Da nach der Erfindung der Klebstoff und der Härter getrennt aufgetragen werden, kann die Härterflotte schärfer eingestellt werden bzw. die Härtermenge erhöht werden, wodurch der Klebstoff schneller und bei etwas niedrigerer Temperatur aushärtet. Dies führt zu einer weiteren Preßzeituerkürzung. Als übliches Härtersystem wird bei Phenolharzen 3% Paraformaldehyd bezogen auf Festharz und 2% Pottasche bezogene auf die Flotte verwendet. Durch die Erhöhung der Paraformaledhyd- und Pottaschenmenge wird die Härtung beschleunigt. Eine zusätzliche Beschleunigung ist möglich durch Zugabe von 1–2% Resocrcin und/oder löslicher Salze von Bor (Borax) zum Härter oder von Carbonat.
Die Härtung findet im alkalischen Bereich statt, wobei je nach Alkalianteil eine Beschleunigung der Härtung erzielt werden kann. Durch die Trennung von Härter und Klebstoff kann ein Phenolharz mit einem sehr hohen Alkalianteil von über 8% eingesetzt werden, wodurch die Preßzeit zusätzlich verkürzt wird. Die Füllstoffe und Streckmittel können je nach Erfordernissen hinsichtlich der Absorption der aufgetragenen Menge durch die Furniertafeln in bestimmten Anteilen dem Härter und/oder dem Klebstoff zugegeben werden. Dabei muß insbesondere die Art sowie die Qualität des Streckmittels und der Streckmittelanteil (im Bereich 4–10% bezogen auf Flotte) so gewählt werden, daß ein Wegschlagen des Klebstoffes ins Holz, welches eher bei höheren Temperaturen auftritt, verhindert wird.
Es ist aber auch möglich, Phenolharze sauer mit zum Beispiel p-Taluolsulfosäure auszuhärten, wobei in diesem Fall eine Säuremenge von bis zu 5% Säure bezogen auf flüssig Harz verwendet werden muß. Bisher wurde die saure Härtung nur bei den sogenannten Montageleimen im Vollholzbereich durchgeführt, allerdings bei sehr hohen Säuremengen von bis zu 10% auf das flüssige Harz. Durch den getrennten Auftrag ist es möglich, die saure Härtung auch bei Furnierschichtplatten durchzuführen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Preßzeitverkürzung durch die Erhöhung der Härterkonzentration und der Härtermenge kann nur bei der kontinuierlichen Herstellung durchgeführt werden, da hier die Wartezeit sehr kurz und konstant ist. Während der Wartezeit kommt es daher nicht zu einer Voraushärtung des Klebstoffes, wie es bei taktweise arbeitenden Anlagen geschehen würde.
Zur Durchführung des Verfahrens sollte der Vorratstank so dimensioniert werden, daß er einen Klebstoffvorrat für eine 15 minütige Produktion aufnehmen kann. Dadurch wird die Menge an Klebstoff, die ständig zirkuliert sehr gering gehalten. Beispielsweise werden 700 kg Klebstoff pro Stunde bei einer 1,2 m breiten Furnierschichtplattenherstellungsanlage mit einer 50 m langen Presse benötigt. Der Vorratstank müßte in diesem Fall also knapp 200 kg (etwa 190 Liter) Klebstoff aufnehmen können. Um schnell größere Mengen Klebstoffes aufzuheizen, könnte die Beheizung des Vorratstanks mittels Thermoöl erfolgen.
Von Vorteil ist weiter, wenn der Härter, welcher wie der Klebstoff in Wasser gelöst ist, in einem zweiten System mit Vorratsbehälter, Auffangbehälter unter der Furniertafeln-Transportbahn und Pumpe im Kreis gefahren wird. Üblicherweise werden ca. 45 g Phenolharz auf 1 m² Furniertafeln (180 g Flotte pro m² Furniertafeln) aufgetragen. Durch die Trennung des Härters von dem Klebstoff vermindert sich der Auftrag von dem Klebstoff auf 150 g/m² (Feststoffanteil 45%) auf etwa 30 g/m² Härter (Feststoffanteil 30%).
Da die aufzubringende Menge an Härter pro m² Furniertafeln gering ist, wird der Härter bevorzugt mittels Düsen auf das Furniertafeln gesprüht. Bei einem Furniertafelnvorschub von 1500 mm/sec. muß etwa 50 g Härter pro 1 Sekunde pro 1 m Furniertafelnbreite aufgesprüht werden. Der Härter kann aber auch wie der Klebstoff auf das Furniertafeln gegossen oder mit einer schnellen Walzenauftragsmaschine aufgebracht werden. Der Härter kann so auf eine höhere Temperatur temperiert werden.
Die Preßzeitverkürzung kann weiter gesteigert werden kann, wenn die Härterlösung direkt gegen den aus der Gießstation fließenden Leimvorhang gesprüht wird, wobei bei längeren Lücken, von zum Beispiel zwei Metern, zwischen zwei Furniertafeln die Härtersprühung abgeschaltet wird. Die geringe Menge an Härter, welche in den Klebstoff gelangt, führt nicht zu einer bedeutenden Viskositätssteigerung des Klebstoffes. Eine weitere Möglichkeit, eine optimale Verteilung des Härters in dem Klebstoff zu erreichen, besteht darin den Härter vor und nach dem Klebstoffauftrag aufzusprühen. Um den giftigen Formaldehydaustritt aus den Furnierschichtplatten zu verlangsamen bzw. zu unterbinden wird zweckmäßigerweise ein Formaldehydfänger wie Harnstoff dem Klebstoff beigegeben.

Claims

Verfahren zum kontinuierlichen Herstellen von endlosen Furnierschichtplatten aus einem Furniertafelstrang von in mehreren Schichten über- und hintereinander zusammengelegten Furniertafeln unter Aushärtung der zwischen den Einzelschichten eingebrachten flüssigen Bindemittelmischung beim Verpressen in einer beheizten kontinuierlich arbeitenden Presse, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Hochtemperaturklebstoffes als flüssige Bindemittelmischung und daß der Klebstoff und der Härter getrennt auf eine Oberfläche der Furniertafeln aufgebracht wird, wobei die Temperatur des Klebstoffes und des Härters beim Aufbringen zwischen 45°C und 60°C beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Klebstoff und der Härter getrennt auf die nach oben zeigende Furniertafelseite aufgebracht wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Härterauftrag vor und/oder nach dem Klebstoffauftrag erfolgt.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst der Klebstoff und anschließend der Härter oder umgekehrt auf eine Furniertafelseite aufgebracht wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Härter gegen den aus der Gießstation fließenden Klebstoffvorhang gesprüht wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Härterzufuhr abgeschaltet wird, wenn eine größere Lücke von über zwei Metern zwischen zwei Furniertafeln vorhanden ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Klebstoff ein flüssiges Phenolformaldehydharz und als Härter Paraformaldehyd und Pottasche verwendet wird und dem Härter Resorcin und Borax zugegeben wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Klebstoff ein flüssiges Phenolformaldehydharz und als Härter eine Säure wie zum Beispiel p-Toluolsulfosäure in einer Menge bis zu 5% bezogen auf das flüssig Harz verwendet wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als Klebstoff ein flüssiges Harnstoffharz oder ein flüssiges Melamin-Harnstoffharz und als Härter eine Säure verwendet wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Klebstoff ein Polyisocyanat und als Härter eine organische Zinnverbindung verwendet wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Menge an Klebstoff, die sich in dem Klebstoffumlauf befindet, kleiner ist als die Menge, die für eine 15 minütige Produktion notwendig ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Klebstoff oder dem Härter ein Formaldehydfänger, wie zum Beispiel Harnstoff, zugegeben wird.