DE102007005001A1

DE102007005001A1 - Verfahren zur Herstellung eines Holz-Papier-Werkstoffes

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Publication number: DE102007005001A1
Application number: DE200710005001
Authority: DE
Original assignee: LUD KUNTZ GmbH
Current assignee: ELKA-HOLZWERKE GMBH, DE
Priority date: 2007-02-01
Filing date: 2007-02-01
Publication date: 2008-08-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines dreilagigen Holz-Papier-Werkstoffes, in dem die Decklagen aus Holzlamellen und der Kern aus Papierwaben bestehen, wobei die Papierwaben einen Formaldehydfänger enthalten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Holzwerkstoff bzw. Holz-Papier-Werkstoff mit niedriger Rohdichte und mit zugleich hohen mechanischen Festigkeiten und geringer Formaldehydemission. Unter dem Begriff Holzwerkstoffe wird eine Reihe von Produkten wie Holzspanplatten, Holzfaserplatten, Tischlerplatten, Sperrholz und Massivholzplatten subsumiert. Holzwerkstoffe bestehen aus Holz oder Holzzerkleinerungsprodukten und einem Bindemittel, sie werden im Wesentlichen durch ihre mechanisch-technologischen Eigenschaften wie Biegefestigkeit, Querzugfestigkeit und Dickenquellung charakterisiert. Weitere Eigenschaften wie Formaldehydabgabe und Abgabe an flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) gehen ebenfalls in die Beurteilung ein. Hierüber existiert ein umfangreiches Schrifttum (vgl. Dunky und Niemz 2002 und Roffael 2006).
Zwischen der Rohdichte von Holzwerkstoffen wie Holzspanplatten und den mechanisch-technologischen Eigenschaften der Platten bestehen Zusammenhänge: Mit abnehmender Rohdichte fällt die Biegefestigkeit ab, auch die Querzugfestigkeit verringert sich hierdurch erheblich. Während z. B. Spanplatten mit einer Rohdichte von 0,6 bis 0,7 g/cm³ eine Biegefestigkeit von 18 bis 20 N/mm² aufweisen können, fällt die Biegefestigkeit bei einer Rohdichte von 0,4 g/cm³ auf 5 bis 7 N/mm² ab. Auch die Formaldehydemission von Holzspanplatten nimmt mit Verringerung der Rohdichte zu (Sundin et al. 1992). Trotz dieser Nachteile zwingen die Holzknappheit und die Energiekosten dazu, nach Möglichkeiten zur Herstellung von leichten Platten zu suchen.
Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, um die oben erwähnten Nachteile abzustellen. So wurde z. B. vorgeschlagen, dreischichtige Platten mit Kern aus Spanplatten mit niedriger Rohdichte und eine darauf liegende dünne Deckschicht aus Holzfaserplatten oder Spanplatten hoher Rohdichte einzubringen (Michanickl 2006). Die separate Herstellung von Mittel- und Decklagen und die Aufbringung der Decklage auf die Mittellage in einem dritten Arbeitsschritt machen das Verfahren aufwändig, es fand deshalb bislang keinen Eingang in die Praxis, obwohl damit Platten mit einer Rohdichte von 0,35 g/cm³ bei einer Biegefestigkeit von 14 N/mm² herstellbar sind (Michanickl 2006).
Eine Erhöhung des Bindemittelanteils, um die Festigkeitseigenschaften der hergestellten leichten Platten anzuheben, brachte keinen messbaren Erfolg bei Spanplatten mit extrem niedriger Rohdichte von unter 400 kg/m³. Die Span- zu Span-Bindung wird durch Erhöhung des Bindemittelanteils nicht oder kaum verbessert (Thole und Weber 2004). Versuche zur Verbesserung der Festigkeit von leichten Spanplatten durch Aufschäumung des Bindemittels brachten ebenfalls keinen für die Praxis relevanten Erfolg (Buschbeck 1964, 1968 und 1969).
Ein anderes Konzept zur Herstellung von leichten Platten besteht darin, dreischichtige Platten herzustellen, bei denen der Kern aus Papierwaben und die Deckschichten aus Holzspan- oder Holzfaserplatten bestehen. Durch die Waben wird das gesamte spezifische Gewicht der Platten reduziert – solche Platten werden z. B. von der Fa. Ikea auf dem Markt angeboten. Bei den Wabenplatten hat man die Möglichkeit die Wabendicke und die Decklagendicke zu variieren und hierdurch die Rohdichte beliebig über einen großen Bereich einzustellen. Mit dieser Methode lassen sich Platten herstellen, die eine Rohdichte von etwa 120 kg/m³ aufweisen. Zur Verbesserung der Verarbeitbarkeit werden Wabenplatten mit umlaufenden Rahmen versehen oder es werden nach der Herstellung so genannte Stabilisierungsstege eingebracht (Thömen und Poppensieker 2004). Ein umlaufender Rahmen hat eine stabilisierende aussteifende Wirkung, er verteuert jedoch das Herstellungsverfahren.
Durch Verringerung der Rohdichte der Holzspanplatten wird die Emission der Platten erhöht, so dass der vorgeschriebene Formaldehydemissionswert von 0,1 ppm schwierig zu erreichen ist. Dies trifft insbesondere zu, wenn für die Verleimung der Decklagen auf den Wabenkern formaldehydreiche Harze eingesetzt werden müssen, um die Presszeit zu verkürzen und bei relativ niedriger Temperatur pressen zu können (Roffael 1982).
Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, Holzwerkstoff mit niedriger Rohdichte, hohen mechanischen Festigkeiten und verminderter Formaldehydemission herzustellen. Die Formaldehydemission sollte so niedrig sein, dass die Emission im Prüfraum nach EN 717-1 den Grenzwert von 0,1 ppm nicht überschreitet. Es wurde überraschend festgestellt, dass dieses gekoppelte Ziel erreicht werden kann, wenn man wie folgt vorgeht: Waben werden anstelle von Holzspanplatten mit Massivholzlamellen als Decklagen versehen. Die Massivholzlamellen werden durch Aminoplastharze als Bindemittel auf den Wabenkern, das zwischen Massivholz und Waben einen dünnen Film bildet, aufgebracht. Darüber hinaus werden die Hohlräume der Waben mit einem Formaldehydfänger versehen. Unter Formaldehydfänger im Sinne der Erfindung werden alle Stoffe subsumiert, die mit dem Formaldehyd zu reagieren vermögen, hierzu gehören Harnstoff, Monomethylolharnstoff, Melamin, Monomethylolmelamin, Tannin usw.. Auf diese Art und Weise können nicht nur die Festigkeitseigenschaften des Verbundproduktes wesentlich erhöht werden sondern auch dessen Formaldehydabgabewerte unterhalb der vorgeschriebenen Emissionswerte vermindert werden. Eine zusätzliche Erhöhung der Festigkeitseigenschaften der Wabenplatten lässt sich durch Ausschäumen der Hohlräume des Wabenkerns erreichen. Die Ausschäumung der Hohlräume lässt sich mit der Einbringung des Formaldehydfängers kombinieren. Dies bedeutet, dass der Formaldehydfänger in den Schaum inkludiert wird. Auf diese Weise lässt sich ein Produkt herstellen, das besonders hohe mechanische Festigkeit und zugleich niedrige Formaldehydemission aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren führt zu Verbundwerkstoffen mit einer Biegefestigkeit von ca. 18 N/mm² und einer Querzugfestigkeit von 0,64 N/mm² bei einer Rohdichte von 0,254 g/cm³.
Der Formaldehydfänger kann auf unterschiedliche Art und Weise in den Wabenkern eingebracht werden. Zum einen kann der Formaldehydfänger in Form einer Lösung wie Tannin in die Hohlräume eingebracht werden, zum anderen kann der Formaldehydfänger dem Bindemittel, das die Welle mit dem Testliner oder Kraftliner verbindet, beigemengt werden. Des Weiteren kann der Formaldehydfänger dem Schaum, der in die Hohlräume eingebracht wird, beigemischt werden.
Eine Wabe im Sinne der Erfindung ist ein Hohlraumkern bestehend aus einer endlosen Wellpappe, die aus einer Mittellage aus einer Welle (Fluting) und einem Liner (Deckschicht) besteht. Die Welle wird mit dem Liner mit Hilfe von modifizierter oder nativer Stärke verleimt, außerdem kann auch Wasserglas als Bindemittel verwendet werden. Die Verwendung von Wasserglas erschwert die Entflammbarkeit der Wellpappe. Bei der Wellpappe kann es sich um einseitige Wellpappe, einwellige Wellpappe oder mehrwellige Wellpappe handeln. Bei der Welle kann es sich um eine Grobwelle, Mittelwelle, Feinwelle oder Feinstwelle handeln (Göttsching und Katz 1999). Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, die Decklage bzw. die Massivholzplatte auf die stehende Welle aufzubringen (siehe Bild). Das Ausschäumen der Hohlräume dient der Erhöhung ihrer Steifigkeit und somit auch zur Erhöhung der Festigkeit des Verbundwerkstoffes.
Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung verdeutlichen ohne sie einzuschränken:

1. Holzlamellen (Dicke 5,3 mm, Breite 128 mm, Länge 5,80 m) wurden auf den Schmalflächen mit einem Melamin-Harnstoffformaldehydarz beleimt, der Harzaufwand betrug 200 g/m²; anschließend wurde eine auf beiden Seiten beleimte stehende Welle eines Wabenkerns auf die bereits seitlich beleimten Lamellen aufgelegt. Der Bindemittelaufwand betrug 45g/m². Anschließend wurden nochmals beidseitig beleimte Lamellen mit einer Dicke von 5,3 mm und einer Breite von 128 mm auf den Wabenkern aufgebracht. Die Lamellen der oberen und unteren Decklagen wurden auf die stehende Welle des Wabenkerns durch das Bindemittel aufgeleimt. Die so hergestellten 40 mm dicken Platten mit Wabenkern hatten eine Biegefestigkeit von 17,6 N/mm² und eine Querzugfestigkeit von 0,64 N/mm², der Perforatorwert der als Maß für die Formaldehydabgabe der Platten gilt (EN 120), betrug 8,6 mg/100 g.
2. In einem anderen Versuch wurde wie im ersten Versuch verfahren vorgegangen mit dem Unterschied, dass in den Hohlräumen der Waben ein Formaldehydfänger in Form von Harnstoff als 60%ige Lösung eingebracht wurde. Die so hergestellten Platten hatten eine Biegefestigkeit von 17,6 N/mm², eine Querzugfestigkeit von 0,64 N/mm² sowie einen Perforatorwert von 5 mg/100 g, somit ist der Formaldehydabgabewert gegenüber Beispiel 1 verringert.
3. In einem dritten Versuch wurde wie im zweiten Versuch verfahren vorgegangen mit dem Unterschied, dass die Hohlräume des Wabenkerns mit einem Polyurethanschaum versehen wurden, um die Waben auszusteifen. Die auf diese Weise hergestellten Platten wiesen höhere mechanische Eigenschaften als in Beispiel 1 auf, die Formaldehydabgabewerte der Platten sind vergleichbar mit denen von Beispiel 2.

BUSCHBECK, L (1964) Technische Probleme bei der Anwendung von Schaumleim für Die Spanplattenfertigung. Teil 1: Stand der Technik und Unter-Suchungen des nach dem Luftschaumverfahren hergestellten Schaumleims. Holztechnologie 5 (1): 54–59
BUSCHBECK, L (1968) Technische Probleme bei der Anwendung von Schaumleim für Die Spanplattenfertigung. Teil 2: Weitere Untersuchungen des nach dem Luftschaumverfahren hergestellten Schaumleims. Holztechnologie 9 (2): 124–138
BUSCHRECK, L (1969B) Technische Probleme bei der Anwendung von Schaumleim für Die Spanplattenfertigung. Teil 4: Untersuchung der Be- und Verleimqualität anhand von Sprühbildern und Laborspan-Platten. Holztechnologie 10 (2): 118–122
DUNKY, M., NIEMZ, P. (2002) Holzwerkstoffe und Leime: Technologie und Einflussfaktoren. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York
GÖTTSCHING, L. UND KATZ, C. (1999) Papier Lexikon Band 3, S. 392–393 Deutsche Betriebswirte-Verlag GmbH
MICHANCKL, A. (2006) Developement of a new light wood-based panel. Vortrag, gehalten anlässlich des 5th European wood-based Symposium in Hannover 4.–6.10.2006
ROFFAEL, E. (1982) Die Formaldehydabgabe von Spanplatten und anderen Werkstoffen. DRW-Verlag Stuttgart 1982
ROFFAEL, E. (2006) Bedeutung von Holzinhaltsstoffen für die Emission von Holz und Holzwerkstoffen. Vortrag an der Universität Göttingen, gehalten anlässlich der 3. Fachtagung Umweltschutz in der Holzwerkstoffindustrie
SUNDIN, B. ET AL. (1992) Emission of formaldehyde and other volatile organic compounds (VOC) from sawdust and lumber, different wood-based Panels and other building materials: A comparative study paper given at 26th International particleboard composite Materials Symposium in April 7–9.
THÖMEN, H. UND POPPENSIEKER (2005) Chancen und Grenzen für den Einsatz von Wabenplatten im Möbelbau. Vortrag, gehalten anlässlich des 6. IHD-Holzwerkstoff-Kolloquium 2005. Vortragsheft S. 66–78
THOLE, V. UND WEBER, O. (2005) Leichtbauplatten durch Schaumverklebung. Vortrag, gehalten anlässlich des 6. IHD-Holzwerkstoff-Kolloquiums 2005. Vortragsheft S. 23–32

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Dunky und Niemz 2002 und Roffael 2006 [0001]
- Sundin et al. 1992 [0002]
- Michanickl 2006 [0003]
- Michanickl 2006 [0003]
- Thole und Weber 2004 [0004]
- Buschbeck 1964, 1968 und 1969 [0004]
- Thömen und Poppensieker 2004 [0005]
- Roffael 1982 [0006]
- Göttsching und Katz 1999 [0009]
- BUSCHBECK, L (1964) Technische Probleme bei der Anwendung von Schaumleim für Die Spanplattenfertigung. Teil 1: Stand der Technik und Unter-Suchungen des nach dem Luftschaumverfahren hergestellten Schaumleims. Holztechnologie 5 (1): 54–59 [0010]
- BUSCHBECK, L (1968) Technische Probleme bei der Anwendung von Schaumleim für Die Spanplattenfertigung. Teil 2: Weitere Untersuchungen des nach dem Luftschaumverfahren hergestellten Schaumleims. Holztechnologie 9 (2): 124–138 [0010]
- BUSCHRECK, L (1969B) Technische Probleme bei der Anwendung von Schaumleim für Die Spanplattenfertigung. Teil 4: Untersuchung der Be- und Verleimqualität anhand von Sprühbildern und Laborspan-Platten. Holztechnologie 10 (2): 118–122 [0010]
- DUNKY, M., NIEMZ, P. (2002) Holzwerkstoffe und Leime: Technologie und Einflussfaktoren. Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York [0010]
- GÖTTSCHING, L. UND KATZ, C. (1999) Papier Lexikon Band 3, S. 392–393 Deutsche Betriebswirte-Verlag GmbH [0010]
- MICHANCKL, A. (2006) Developement of a new light wood-based panel. Vortrag, gehalten anlässlich des 5th European wood-based Symposium in Hannover 4.–6.10.2006 [0010]
- ROFFAEL, E. (1982) Die Formaldehydabgabe von Spanplatten und anderen Werkstoffen. DRW-Verlag Stuttgart 1982 [0010]
- ROFFAEL, E. (2006) Bedeutung von Holzinhaltsstoffen für die Emission von Holz und Holzwerkstoffen. Vortrag an der Universität Göttingen, gehalten anlässlich der 3. Fachtagung Umweltschutz in der Holzwerkstoffindustrie [0010]
- SUNDIN, B. ET AL. (1992) Emission of formaldehyde and other volatile organic compounds (VOC) from sawdust and lumber, different wood-based Panels and other building materials: A comparative study paper given at 26th International particleboard composite Materials Symposium in April 7–9. [0010]
- THÖMEN, H. UND POPPENSIEKER (2005) Chancen und Grenzen für den Einsatz von Wabenplatten im Möbelbau. Vortrag, gehalten anlässlich des 6. IHD-Holzwerkstoff-Kolloquium 2005. Vortragsheft S. 66–78 [0010]
- THOLE, V. UND WEBER, O. (2005) Leichtbauplatten durch Schaumverklebung. Vortrag, gehalten anlässlich des 6. IHD-Holzwerkstoff-Kolloquiums 2005. Vortragsheft S. 23–32 [0010]

Claims

Verfahren zur Herstellung von einem emissionsarmen Verbundwerkstoff mit einer Rohdichte von 100 kg/m³ bis 400 kg/m³ bestehend aus einer Mittellage mit einer Wabenstruktur oder wabenähnlicher Struktur und zwei Decklagen aus Massivholzlamellen dadurch gekennzeichnet, dass die Mittellage einen Formaldehydfänger enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Formaldehydfänger Harnstoff ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Formaldehydfänger Tannin ist.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Formaldehydfänger in Mengen von 0,02% (bezogen auf das Gewicht der Mittellage) eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Formaldehydfänger dem Bindemittel der Wellpappe während der Wellpappeherstellung zugegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittellage eine ein- oder mehrwellige Wellpappe ist.
Verfahren nach 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Massivholzplatte aus Nadelholz besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Massivholzplatte aus Balsaholz besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel für die Wellpappe enzymatisch modifizierte Stärke verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel für die Wellpappe ein Gemisch aus Stärke und Tannin verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume der Mittellage teils oder vollständig ausgeschäumt sind.
Verfahren nach Anspruch 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume mit einem Polyurethanschaum ausgeschäumt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Formaldehydfänger in den Schaum eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel zwischen der Wabenmittellage und den Decklagen ein Aminoplastharz ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenkern mit einem Flammschutzmittel versehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellen mit einem Flammschutzmittel versehen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 dadurch gekennzeichnet, dass der Wabenkern und die Lamellen mit einem Flammschutzmittel versehen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17 dadurch gekennzeichnet, dass die hergestellten Platten nach üblichen Verfahren beschichtet werden.