WO2009080748A1 - Glyoxalderivate als bindemittel und vernetzer - Google Patents
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- C08L97/02—Lignocellulosic material, e.g. wood, straw or bagasse
Definitions
- the invention relates to a process for the production of wood-based materials containing a binder based on glyoxal, glyoxal derivatives or acetals thereof, wood materials obtainable by this process and special glyoxal-containing binders.
- Wood materials in the context of the present invention are materials which are produced by mixing wood particles, for example fibers, chips, strips and wood layers of different thicknesses with a binder and subsequent hot pressing.
- Typical examples of such materials are wood fiber materials such as medium density fibreboard (MDF), chipboard materials such as chipboard and Oriented Strand Board (OSB), plywood such as veneer plywood and laminated wood.
- MDF medium density fibreboard
- OSB Oriented Strand Board
- the OSB boards are wood fiber boards made of so-called strands, which are glued several layers. Strands represent long shavings that are produced in a peeling process from roundwood.
- the MDF boards are fiberboards whose basic matrix is basic fiber material.
- chip fractions are used as raw materials in the processing of raw wood.
- sawtooth wood such as rinds and splinters are processed into cutting chips using shredding systems (especially knife ring chippers).
- shredding systems especially knife ring chippers.
- the chip drying takes place, whereby depending on the moisture content of the chip fraction a high expenditure of energy is required.
- the dried chips are subsequently glued with the aid of mixer systems, conventional condensation resins in liquid form (urea-formaldehyde resins or melamine-urea-formaldehyde resins) being used.
- the so treated chips are pressed in a hot press to plate materials.
- OSB boards takes place in a complex manufacturing process, whereby the production of the beach from round wood represents a high-tech process step.
- the binders used are predominantly polyurethane compounds or condensation resins based on formaldehyde.
- the beaches will be scattered layers, wherein the strands in the cover layers are oriented along the direction of production.
- the OSB boards are pressed in a hot press to the desired board material.
- MDF panels are similar to the production of particleboard, especially when using binders in liquid form.
- MDF panels are also sometimes used as non-load-bearing panel materials in the construction sector.
- the fiber structure of the MDF boards is characterized by short, fine fibers, which are pressed with relatively high binder contents into board materials. The high binder contents are necessary because otherwise the required for use in auserstifenden area of building strength of the plates are not achieved.
- the binders used are mainly amino resins, in particular melamine-reinforced urea-formaldehyde condensates (mUF resin), phenolic resins and binders based on isocyanates, in particular of polymeric methylene diisocyanate.
- Binder for the production of particle board containing a crosslinker from the group of dicarboxylic acids, aldehydes and epoxides are described for example in DE-A 43 08 089 and US 3,642,671.
- the invention therefore provides a process for the production of wood-based materials, wherein
- R 1 and R 2 are the same or different independently and represent H or straight or branched alkyl radicals having 1 to 4 carbon atoms, and
- step (B) the glued wood particles obtained according to step (A) pressed at elevated temperature to a wood material.
- the invention furthermore relates to wood-based materials obtainable, preferably obtained, by the process according to the invention.
- objects of the invention are the inventive binder itself and its use as a binder for wood-based materials.
- the wood-based materials according to the invention are characterized by better mechanical properties, lower swelling by contact with water, low formaldehyde emission and shorter pressing times.
- wood particles in the sense of the invention comprises the comminuted and prepared wood parts usually used for the production of the desired wood materials (such as MDF boards, OSB boards and chipboard), for example wood layers, wood strips, wood chips or wood fibers, the latter optionally also containing wood fibers Plants such as flax, hemp, sunflower, Jerusalem artichoke or rapeseed can come from.
- Starting materials for wood particles are usually thinning, industrial, hardwood and utility wood as well as wood fiber-containing plants.
- a size solution is an aqueous solution containing one or more binders of the general formula and also their semi- and / or full acetals
- R 1 and R 2 are independently the same or different and represent H or straight or branched alkyl radicals having 1 to 4 carbon atoms.
- the alkyl radical having 1 to 4 C atoms is to be understood as meaning methyl, ethyl, n-propyl, i-propyl, n-butyl and i-butyl groups.
- the at least one binder is selected from the group glyoxal, methylglyoxal, dimethylglyoxal, and compounds which are represented by the following structural formulas:
- the binder is particularly preferably glyoxal and / or methylglyoxal.
- acetone Ie means half and full acetals of the binder according to the general structural formula.
- dialkyl acetals and tetraalkyl acetals may be mentioned in general at this point.
- Preferred acetals are methylglyoxal and dimethylglyoxalacetals, as well as the acetals which are represented by the following structural formulas:
- the glue solution generally contains from 1 to 40% by weight, preferably from 5 to 20% by weight, preferably from 9 to 18% by weight of the binder, based on the total composition.
- the size solution according to the invention consists predominantly of water and one or more binders according to the general formula or acetals and hemiacetals thereof in the above-indicated mixing ratios.
- the size solution according to the invention contains water as the main component and the binder (s) preferably in an amount of equal to or greater than 50% by weight, more preferably in an amount equal to or greater than 70% by weight, in particular in an amount of equal to or> 90 wt .-%, especially in an amount equal to or> 95 wt .-% based on the total mass of the glue solution.
- the size solution according to the invention consists essentially of a mixture of water, one or more alcohols such as propanol, i-propanol, n-butanol, i-butanol, n-pentanol, i.pentanol, hexanol, polyethylene glycol and glycerol and one or more binders according to the general formula and acetals and hemiacetals thereof.
- one or more other binders may be present, but they are present in an amount in which there is no contribution of the particular binder to the overall effect of the resulting mixture.
- the binder composition according to the invention can consist of the components water and one or more binders according to the general formula or their acetals or hemiacetals. In one In such a case, it is only possible that one or more other ingredients are present without binder effect.
- the sizing solution further contains, based on the total composition of the sizing solution, generally 0 to 25% by weight, preferably 10 to 25% by weight, particularly preferably 15 to 25% by weight of one or more compounds selected from a group consisting of Lewis acids, metal oxides, alkali metal salts, alkaline earth metal salts, nitrates, sulfates and phosphates.
- Preferred compounds in this context are NaCl, MgCl 2 , AlCl 3 , NaNO 3 , Mg (NO 2 ) 2 , Na 2 SO 4 , ZnO and Al 2 O 3 .
- the glue solution may also contain other compounds such as alcohols, polysaccharides, glycerol and polyethylene glycols and acids.
- the content of these compounds is generally, based on the total composition, in the range of 0 to 10 wt .-%, preferably in the range of 0 to 5 wt .-%.
- Preferred alcohols are ethanol, n-propanol, i-propanol, n-butanol, i-butanol, ethanediol, polyethylene glycol, polyhydric alcohols, polyols and mixtures thereof;
- preferred acids are sulfuric acid, nitric acid, acetic acid and also methanesulfonic acid and mixtures thereof.
- the size solutions according to the invention may furthermore contain customary auxiliaries, such as water repellents, for example paraffins, wood preservatives and biocides.
- auxiliaries such as water repellents, for example paraffins, wood preservatives and biocides.
- the content of these further aids is generally 0 to 5 wt .-%.
- the amount of water in% by weight, [based on absolutely dry, (dry) wood particles], is preferably from 1 to 150, preferably from 2 to 120.
- the moisture of the wood particles or the water content of the glue solution is preferably adjusted in step (A) such that the moisture content of the glued wood particles is not more than 150%, preferably 2 to 120%.
- the gluing of the wood particles in step (A) is carried out according to the methods and conditions which are suitable for the respective type of wood particles and which are known to the person skilled in the art.
- the gluing can be done by mixer gluing, blow glue gluing or dry gluing. Further gluing methods are described, for example, in "Taschenbuch der Spanplattentechnik", Hans-Joachim Deppe, Kurt Ernst, 2002, DRW-Verlag Weinbrenner GmbH & Co., 70771 Leinfelden-Echterdingen, chapter 3.3, pages 206 to 219.
- the gluing is carried out at the lowest possible temperatures, preferably from 10 to 60 ° C.
- step (B) takes place according to the conditions appropriate for the respective wood material, as known to the person skilled in the art and described, for example, under the keyword “wood” in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry and the literature cited therein.
- the temperature during pressing (based on the pressure plate) is generally from 150 to 250 ° C., preferably from 170 to 240 ° C., more preferably from 200 to 240 ° C., the temperature in the middle of the plate being greater than> 5 mm does not rise above 150 0 C and with conventional chipboard (16 mm) is about 1 10 0 C in the middle of the plate.
- the pressure is generally 1 to 5 N / mm 2 .
- the pressing times are generally 2 to 120 sec / mm thickness of the resulting wood material and can be varied depending on the wood material. Thus, in the case of chipboard, they are generally 2 to 40 sec / mm, preferably 6 to 24 sec / mm, particularly preferably 9 to 18 sec / mm.
- press times of from 2 to 120 sec / mm, preferably from 6 to 40 sec / mm, more preferably from 9 to 30 sec / mm are usually selected.
- the glue solutions for producing the MDF boards are applied to the cellulosic fibers by conventional methods (cf., "MDF Medium Density Fiberboard", Hans-Joachim Deppe, Kurt Ernst, 1996, DRW-Verlag Weinbrenner GmbH & Co., 70771 Leinfelden, Germany). Echterdingen, chapter 4.3, pages 81 ff.).
- Moisture is defined as the ratio of the difference between the actual weight of the wood and the corresponding weight of atro (absolutely dry) fibers to the mixture of atro-fibers.
- the weight of the absolutely dry fibers is determined by drying a certain amount of fibers in a drying oven at 105 ° C. for a period of 16 hours.
- a drying step to adjust a fiber moisture content of 5 to 15%.
- the glued cellulosic fibers are pressed by a conventional method to fiberboard.
- a conventional method to fiberboard for example, by sprinkling the glued cellulosic fibers on a support a fiber mat and squeezed them at temperatures of 80 to 250 0 C and pressures of 5 to 50 bar to fiberboard (see. "MDF" medium density fiberboard, Hans-Joachim Deppe, Kurt Ernst, 1996, DRW-Verlag Weinbrenner GmbH & Co, 70771 Leinfelden-Echterdingen, chapter 4.5, pages 93 ff).
- the glued cellulosic fibers are scattered to fiber mats of such a layer thickness that after hot pressing fiberboard with a density of 500 to 900 kg / m 2 and a layer thickness of 3 to 40 mm, preferably 3 to 25 mm, particularly preferably 3 to 10 mm result.
- the pressing times required for this purpose usually vary in the range of 2 to 120 sec / mm thickness of the resulting fiber board.
- the wood-based materials obtainable according to the invention are characterized by a surface that is rough in comparison with wood-based materials of the prior art.
- a better adhesion of coating layers, such as paints and decorative layers, can thereby be achieved.
- two polished steel strips one of which serves as a support for the fibrous mat, or a combination of a polished steel strip as a support and an overflowing polishing steel roll or a combination of several polished steel rolls are suitable as smooth-faced pressing tools.
- MDF boards can be produced, as required in particular by the furniture industry, the
- the resulting wood materials especially MDF boards, chipboard and OSB boards can be processed as usual and are particularly suitable for the production of furniture parts.
- the following examples illustrate the invention:
- spruce fibers (conditioned at 20 0 C, 65% air humidity) are glued with 33.75 g of a 40% solution of glyoxal or methyl glyoxal in water in a 10 L Eirich mixer (gluing 9% and 15% based on atro wood).
- the fibers over a period of 1 min. stirred, over a period of 1 min. is injected with the glue solution, followed by 1 min. mixed. From the fibers thus glued, according to the process parameters given in Table 1, under a force of 4 N / mm 2, 3.2 mm thick MDF compacts of 18 g glued fibers are produced.
- spruce chips (at 20 0 C, 65% humidity air conditioned) are mixed with 56g of a 40% solution of glyoxal or methylglyoxal in water in a 10 L mixer Eirich glued (gluing 9% and 15%, based on absolutely dry wood ). For this purpose, the chips over a period of 1 min. stirred, over a period of 1 min. is injected with the glue solution, followed by 1 min. mixed. In accordance with the process parameters specified in Table 2, 20 lm of particle board compacts of 18 g of glued chips are produced from the thus glued chips under a force of 4 N / mm 2 .
- spruce fibers (at 20 0 C, 65% humidity air conditioned) are mixed with 33,75g of a 40% solution of glyoxal or methylglyoxal in water in a 10 L mixer Eirich glued (gluing 9% in relation to dry wood).
- the fibers over a period of 1 min. stirred, over a period of 1 min. is injected with the glue solution, followed by 1 min. mixed.
- 2 3.2 mm thick MDF compacts ä 13.3 g of the glued fibers are thus glued fibers at 190 0 C under a force of 4 N / mm.
- the commercial glue Kaurit KL 347 based on urea / formaldehyde (gluing 9% based on atro wood) is used as a binder in two other approaches instead of the glyoxal or methylglyoxal.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Holzwerkstoffen, wobei man (A) Holzpartikel mit einer wässrigen Leimlösung beleimt, wobei die Leimlösung ein oder mehrere Bindemittel gemäß der allgemeinen Formel sowie deren Halb- und/oder Vollacetale enthält formula (I) wobei R1 und R2 unabhängig voneinander gleich oder verschieden sind und H oder unverzweigte oder verzweigte Alkylreste mit 1 bis 4 C-Atomen darstellen, und (B) die gemäß Schritt (A) erhaltenen beleimten Holzpartikel bei höherer Temperatur zu einem Holzwerkstoff verpresst, Holzwerkstoffe, die nach diesem Verfahren erhältlich sind sowie spezielle glyoxalhaltige Bindemittel.
Description
Glyoxalderivate als Bindemittel und Vernetzer
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Holzwerkstoffen, die ein Bindemittel auf Basis von Glyoxal, Glyoxalderivaten oder Acetalen davon enthalten, Holzwerkstoffe, die nach diesem Verfahren erhältlich sind sowie spezielle glyoxalhaltige Bindemittel.
Holzwerkstoffe im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Werkstoffe, die durch Mischen von Holzpartikeln, beispielsweise Fasern, Spänen, Streifen und Holzlagen unterschiedlicher Dicke mit einem Bindemittel und anschließender Heißverpressung hergestellt werden.
Typische Beispiele für solche Werkstoffe sind Holzfaserwerkstoffe, wie mitteldichte Holzfaserplatten (MDF), Holzspanwerkstoffe, wie Spanplatten und Grobspanplatten (OSB, Oriented Strand Board), Sperrholz wie Furniersperrholz und Leimholz. Bei den OSB-Platten handelt es sich um Holzfaserplatten aus sogenannten Strands, welche mehrschichtig verleimt werden. Strands stellen lange Späne, welche in einem Schäl- prozess aus Rundholz erzeugt werden, dar. Bei den MDF-Platten handelt es sich um Faserplatten, deren Grundmatrix Grundfaserstoffe darstellen.
Bei der Herstellung von Spanplatten werden als Rohstoffe bei der Bearbeitung von Rohholz anfallende Spanfraktionen genutzt. Zudem werden Sägeresthölzer wie Schwarten und Spreißel über Zerspanersysteme (vor allem Messerringzerspaner) zu Schneidspänen verarbeitet. Im Anschluss an die Spanherstellung erfolgt die Spänetrocknung, wobei abhängig vom Feuchtegehalt der Spanfraktion ein hoher Energieaufwand benötigt wird. Die getrockneten Späne werden in der Folge mit Hilfe von Mi- schersystemen beleimt, wobei herkömmlicherweise Kondensationsharze in flüssiger Form (Harnstoff-Formaldehydharze oder Melaminharnstoff-Formaldehydharze) zum Einsatz kommen. Die so behandelten Späne werden in einer Heißpresse zu Plattenwerkstoffen verpresst.
Die Herstellung von OSB-Platten erfolgt in einem aufwändigen Herstellungsverfahren, wobei die Herstellung des Strands aus Rundholz einen hochtechnisierten Prozessschritt darstellt. Durch Schälen von entrindetem Rundholz in radialer Richtung werden längliche Späne erzeugt, welche über Mischersysteme beleimt werden. Als Bindemittel werden vorwiegend Polyurethan-Verbindungen oder Kondensationsharze auf Formal- dehydbasis verwendet. Im Anschluss an die Beleimung werden die Strands in mehre-
ren Schichten gestreut, wobei die Strands in den Deckschichten längs zur Produktionsrichtung ausgerichtet (oriented) werden. Nach der Ausrichtung der Späne werden die OSB-Platten in einer Heißpresse zu dem gewünschten Plattenwerkstoff verpresst.
Die Herstellung der MDF-Platten ist ähnlich der Herstellung von Spanplatten, vor allen Dingen bei der Verwendung von Bindemitteln in flüssiger Form. MDF-Platten werden neben ihrem hauptsächlichen Einsatz im Möbel bereich auch zum Teil als nichttragende Plattenwerkstoffe im Baubereich eingesetzt. Die Faserstruktur der MDF- Platten zeichnet sich durch kurze, feine Fasern aus, welche mit relativ hohen Bindemit- telgehalten zu Plattenwerkstoffen verpresst werden. Die hohen Bindemittelgehalte sind notwendig, da ansonsten die für den Einsatz im aussteifenden Bereich des Bauens geforderten Festigkeiten der Platten nicht erreicht werden. Als Bindemittel werden hauptsächlich Aminoharze, insbesondere Melamin-verstärkte Harnstoff-Formaldehyd- Kondensate (mUF-Harz), Phenolharze und Bindemittel auf Basis von Isocyanaten, insbesondere von polymerem Methylendiisocyanat, eingesetzt.
Da jedoch die Anforderungen an moderne Holzwerkstoffe - und damit auch die darin verwendeten Bindemittel - im Hinblick auf die Anwendungseigenschaften unter ökonomischen und ökologischen Gesichtspunkten ständig steigen, beispielsweise was die Feuchteresistenz, die Verarbeitungsgeschwindigkeit, der das Bindemittel standhalten muss, oder die Freisetzung von schädlichen Stoffen, insbesondere von Formaldehyd, aus dem fertigen Werkstoff angeht, besteht ein ständiger Bedarf an neuen Bindemitteln, die zumindest in Teilbereichen, vorzugsweise bei der Freisetzung von Formaldehyd, Vorteile gegenüber den bekannten Bindemitteln aufweisen.
Bindemittel zur Herstellung von Spanplatten, die einen Vernetzer aus der Gruppe der Dicarbonsäuren, Aldehyde und Epoxide enthalten, sind beispielsweise in der DE-A 43 08 089 und der US 3,642,671 beschrieben.
Es wurde nun gefunden, dass sich die Eigenschaften von Holzwerkstoffen, welche Bindemittel auf Basis von Glyoxal, Glyoxalderivaten oder Acetalen davon enthalten, gegenüber dem Stand der Technik vorteilhaft verändern.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Herstellung von Holzwerkstof- fen, wobei man
(A) Holzpartikel mit einer wässrigen Leimlösung beleimt, wobei die Leimlösung ein oder mehrere Bindemittel gemäß der allgemeinen Formel sowie deren HaIb- und/oder Vollacetale enthält,
wobei R1 und R2 unabhängig voneinander gleich oder verschieden sind und H oder unverzweigte oder verzweigte Alkylreste mit 1 bis 4 C-Atomen darstellen, und
(B) die gemäß Schritt (A) erhaltenen beleimten Holzpartikel bei erhöhter Temperatur zu einem Holzwerkstoff verpresst.
Gegenstand der Erfindung sind weiterhin Holzwerkstoffe, erhältlich, vorzugsweise er- halten, nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Ebenso Gegenstände der Erfindung sind das erfindungsgemäße Bindemittel selbst sowie dessen Verwendung als Bindemittel für Holzwerkstoffe.
Die erfindungsgemäßen Holzwerkstoffe zeichnen sich durch bessere mechanische Eigenschaften, geringere Quellung durch Kontakt mit Wasser, geringe Formaldehydemission und kürzere Presszeiten aus.
Der Begriff Holzpartikel im Sinne der Erfindung umfasst die üblicherweise zur Herstellung der gewünschten Holzwerkstoffe (wie MDF-Platten, OSB-Platten und Spanplatten) eingesetzten zerkleinerten und aufbereiteten Holzteile, beispielsweise Holzlagen, Holzstreifen, Holzspäne oder Holzfasern, wobei letztere gegebenenfalls auch von holzfa- serhaltigen Pflanzen wie Flachs, Hanf, Sonnenblumen, Topinambur oder Raps stammen können. Ausgangsmaterialien für Holzpartikel sind üblicherweise Durchforstungs-, Industrie-, Fest- und Gebrauchshölzer sowie holzfaserhaltige Pflanzen.
Die Herstellung bzw. Aufarbeitung zu den jeweils gewünschten Holzpartikeln erfolgt nach bekannten, dem Fachmann geläufigen Methoden, wie sie beispielsweise in M. Dunky, P. Niemt, Holzwerkstoffe und Leime, Seiten 91 bis 156, Springer Verlag Heidelberg, 2002 beschrieben sind.
So kommen beispielsweise zur Herstellung von MDF-Platten solche cellulosehaltigen Fasern in Betracht, die auch bei der Spanplattenherstellung verwendet werden. Solche Rohstoffe sind beispielsweise in "MDF-mitteldichte Faserplatten", Hans-Joachim Dep- pe, Kurt Ernst, 1996, DRW-Verlag Weinbrenner GmbH & Co., 70771 Leinfelden- Echterdingen, Kapitel 2, Seiten 25 ff. beschrieben. Geeignet sind also Fasern von Ein- jahrespflanzen, Altpapierfasermaterial und bevorzugt Holzfasern.
Als Leimlösung bevorzugt ist eine wässrige Lösung, die ein oder mehrere Bindemittel der allgemeinen Formel sowie deren Halb- und/oder Vollacetale
enthält, wobei
R1 und R2 unabhängig voneinander gleich oder verschieden sind und H oder unverzweigte oder verzweigte Alkylreste mit 1 bis 4 C-Atomen darstellen. Unter dem Alkyl- rest mit 1 bis 4 C-Atomen sind hierbei Methyl-, Ethyl-, n-Propyl, i-Propyl, n-Butyl und i-Butylgruppen zu verstehen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist das zumindest eine Bindemittel ausgewählt aus der Gruppe Glyoxal, Methylglyoxal, Dimethylglyoxal, sowie Verbindungen welche durch nachfolgende Strukturformeln wiedergegeben werden:
Besonders bevorzugt ist das Bindemittel Glyoxal und/oder Methylglyoxal.
Unter dem Begriff Aceta Ie sind gemäß der Erfindung Halb- und Vollacetale des Bindemittels gemäß der allgemeinen Strukturformel zu verstehen. Beispielhaft seien an die- ser Stelle allgemein Dialkylacetale sowie Tetraalkylacetale genannt. Bevorzugte Aceta- Ie sind Methylglyoxal sowie Dimethylglyoxalacetale, sowie die Acetale welche durch nachfolgende Strukturformeln wiedergegeben werden:
Die Leimlösung enthält im Allgemeinen 1 bis 40 Gew.-%, vorzugsweise 5 bis 20 Gew.- %, bevorzugt 9 bis 18 Gew.-% des Bindemittels bezogen auf die Gesamtzusammensetzung.
In einer weiteren Ausführungsform besteht die erfindungsgemäße Leimlösung überwiegend aus Wasser und einem oder mehreren Bindemitteln gemäß der allgemeinen Formel bzw. Acetalen und Halbacetalen davon in den vorstehend angegebenen Mischungsverhältnissen. Dies bedeutet, dass die erfindungsgemäße Leimlösung als Hauptbestandteil Wasser und das bzw. die Bindemittel vorzugsweise in einer Menge von gleich oder > 50 Gew.-%, mehr bevorzugt in einer Menge von gleich oder > 70 Gew.-%, insbesondere in einer Menge von gleich oder > 90 Gew.-%, ganz besonders in einer Menge von gleich oder > 95 Gew.-% bezogen auf die Gesamtmasse der Leimlösung enthält.
In einer weiteren Ausführungsform besteht die erfindungsgemäße Leimlösung im Wesentlichen aus einem Gemisch aus Wasser, einem oder mehreren Alkoholen wie Pro- panol, i-Propanol, n-Butanol, i-Butanol, n-Pentanol, i.Pentanol, Hexanol, Polyethy- lenglycol sowie Glycerin und einem oder mehreren Bindemitteln gemäß der allgemeinen Formel und Acetalen und Halbacetalen davon. D.h., dass außerdem noch ein oder mehrere andere Bindemittel vorliegen können, diese aber in einer solchen Menge vorliegen, in der kein Beitrag des jeweiligen Bindemittels zum Gesamteffekt der entste- henden Mischung vorliegt. Wenn also die bindende Wirkung der erfindungsgemäßen Leimlösung, die - neben den Komponenten der erfindungsgemäßen Leimlösung als wesentlichen Bestandteil - noch ein oder mehrere weitere Bindemittel untergeordneter bzw. geringfügiger Konzentration aufweist, nicht gegenüber dem Einsatz der erfindungsgemäßen Leimlösung verändert ist, wird diese im Zusammenhang mit der fol- genden Erfindung als "im Wesentlichen bestehend" bezeichnet. Es können somit ein oder mehrere weitere Komponenten ohne bindende Wirkung vorhanden sein.
In einer weiteren Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Bindemittelzusammensetzung aus den Komponenten Wasser und einem oder mehreren Bindemitteln gemäß der allgemeinen Formel bzw. deren Acetalen oder Halbacetalen bestehen. In einem
solchen Fall ist es lediglich möglich, dass ein oder mehrere weitere Bestandteile ohne Bindemittelwirkung vorhanden sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung enthält die Leimlösung ferner, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung der Leimlösung, allgemein 0 bis 25 Gew.- %, bevorzugt 10 bis 25 Gew.-%, besonders bevorzugt 15 bis 25 Gew.-% einer oder mehrerer Verbindungen ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Lewissäuren, Metalloxiden, Alkalimetallsalzen, Erdalkalimetallsalzen, Nitraten, Sulfaten und Phosphaten. Bevorzugte Verbindungen in diesem Zusammenhang sind NaCI, MgCI2, AICI3, NaNO3, Mg(NOs)2, Na2SO4, ZnO und AI2O3.
Die Leimlösung kann ferner weitere Verbindungen wie Alkohole, Polysaccharide, GIy- cerin und Polyethylenglykole sowie Säuren enthalten. Der Gehalt an diesen Verbindungen liegt allgemein, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung, im Bereich von 0 bis 10 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 0 bis 5 Gew.-%. Bevorzugte Alkohole sind Ethanol, n-Propanol, i-Propanol, n-Butanol, i-Butanol, Ethandiol, Polyethylenglykol, mehrwertige Alkohole, Polyole sowie Gemische davon; als bevorzugte Säuren kommen Schwefelsäure, Salpetersäure, Essigsäure sowie Methansulfonsäure und Gemische davon in Frage.
Die erfindungsgemäßen Leimlösungen können weiterhin übliche Hilfsmittel wie Hydrophobiermittel, zum Beispiel Paraffine, Holzschutzmittel sowie Biozide enthalten. Der Gehalt an diesen weiteren Hilfsmitteln beträgt im Allgemeinen 0 bis 5 Gew.-%.
Die Menge an Wasser in Gew.-%, [bezogen auf absolut trockene, (atro) Holzpartikel], beträgt vorzugsweise 1 bis 150, bevorzugt 2 bis 120.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt (A) bevorzugt die Feuchte der Holzpartikel bzw. der Wassergehalt der Leimlösung so eingestellt, dass die Feuchte der beleimten Holzpartikel nicht mehr als 150%, bevorzugt 2 bis 120 % beträgt.
Das Beleimen der Holzpartikel in Schritt (A) erfolgt nach den für den jeweiligen Typ von Holzpartikeln angemessenen, dem Fachmann bekannten Verfahren und Bedingungen. So kann zum Beispiel bei der Herstellung von MDF-Platten die Beleimung durch Mischerbeleimung, Blow-Leim-Beleimung oder Trockenbeleimung erfolgen. Weitere Beleimungsverfahren sind beispielsweise im "Taschenbuch der Spanplattentechnik", Hans-Joachim Deppe, Kurt Ernst, 2002, DRW-Verlag Weinbrenner GmbH & Co., 70771 Leinfelden-Echterdingen, Kapitel 3.3, Seiten 206 bis 219, beschrieben.
Um eine vorzeitige Reaktion von Bindemitteln mit den Fasern zu vermeiden, wird die Beleimung bei möglichst geringen Temperaturen, vorzugsweise von 10 bis 60 0C durchgeführt.
Das Verpressen der beleimten Holzpartikel in Schritt (B) erfolgt nach den für den jeweiligen Holzwerkstoff angemessenen Bedingungen, wie sie dem Fachmann bekannt und beispielsweise unter dem Stichwort "wood" in Ullmanns Encyclopedia of Industrial Che- mistry und der darin zitierten Literatur beschrieben sind.
Die Temperatur beim Verpressen (bezogen auf die Pressplatte) liegt im Allgemeinen bei 150 bis 250 0C, vorzugsweise bei 170 bis 240 0C, besonders bevorzugt bei 200 bis 240 0C, wobei die Temperatur in der Plattenmitte bei Platten mit einer Dicke von > 5 mm nicht über 150 0C steigt und bei üblichen Spanplatten (16 mm) ungefähr 1 10 0C in der Plattenmitte beträgt. Der Druck beträgt im Allgemeinen 1 bis 5 N/mm2. Die Press- zeiten liegen im Allgemeinen bei 2 bis 120 sec/mm Dicke des resultierenden Holzwerkstoffes und können je nach Holzwerkstoff variiert werden. So betragen sie bei Spanplatten allgemein 2 bis 40 sec/mm, bevorzugt 6 bis 24 sec/mm, besonders bevorzugt 9 bis 18 sec/mm. Bei MDF- und OSB-Platten werden üblicherweise Presszeiten von 2 bis 120 sec/mm, bevorzugt von 6 bis 40 sec/mm, besonders bevorzugt von 9 bis 30 sec/mm gewählt.
Neben der Herstellung von MDF-Platten und Spanplatten ist die Herstellung von OSB- Platten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren bevorzugt.
Erfindungsgemäß werden die Leimlösungen zur Herstellung der MDF-Platten nach üblichen Verfahren auf die cellulosehaltigen Fasern aufgebracht (vgl. "MDF- mitteldichte Faserplatten", Hans-Joachim Deppe, Kurt Ernst, 1996, DRW-Verlag Weinbrenner GmbH & Co., 70771 Leinfelden-Echterdingen, Kapitel 4.3, Seiten 81 ff.).
Üblicherweise geht man dabei so vor, dass man cellulosehaltige Fasern mit einer Feuchte von 0 bis 120 % in einer sogenannten Blowline beleimt, d.h. indem man die Fasern in einem Luft- oder Wasserdampfstrom verwirbelt und die Leimlösung einsprüht oder die Beleimung durch Vermischung von Fasern und Leimlösung in einem Trogmischer vornimmt. Die Feuchte ist definiert als das Verhältnis aus der Differenz aus dem tatsächlichen Gewicht des Holzes und dem entsprechenden Gewicht an atro (absolut trockenen) Fasern zu dem Gemisch an atro-Fasern. Das Gewicht der absolut trockenen Fasern wird bestimmt, indem man eine bestimmte Menge an Fasern in einem Trockenschrank bei 1050C über einen Zeitraum von 16 Stunden trocknet.
Es folgt gegebenenfalls, insbesondere für MDF-Platten, ein Trocknungsschritt, um eine Faserfeuchte von 5 bis 15 % einzustellen.
Anschließend werden die beleimten cellulosehaltigen Fasern nach einem üblichen Verfahren zu Faserplatten verpresst. Hierzu erzeugt man beispielsweise durch Aufstreuen der beleimten cellulosehaltigen Fasern auf einen Träger eine Fasermatte und verpresst diese bei Temperaturen von 80 bis 250 0C und Drücken von 5 bis 50 bar zu Faserplatten (vgl. "MDF"-mitteldichte Faserplatten, Hans-Joachim Deppe, Kurt Ernst, 1996, DRW-Verlag Weinbrenner GmbH & Co, 70771 Leinfelden-Echterdingen, Kapitel 4.5, Seiten 93 ff).
Bevorzugt werden die beleimten cellulosehaltigen Fasern zu Fasermatten einer solchen Schichtdicke aufgestreut, dass nach dem Heißverpressen Faserplatten mit einer Dichte von 500 bis 900 kg/m2 und einer Schichtdicke von 3 bis 40 mm, bevorzugt 3 bis 25 mm, besonders bevorzugt 3 bis 10 mm resultieren. Die hierzu erforderlichen Presszeiten variieren üblicherweise im Bereich von 2 bis 120 sec/mm Dicke der resultieren- den Faserplatte.
Die erfindungsgemäß erhältlichen Holzwerkstoffe zeichnen sich gemäß einer Ausführungsform der Erfindung durch eine im Vergleich zu Holzwerkstoffen aus dem Stand der Technik raue Oberfläche aus. Vorteilhafterweise lässt sich hierdurch eine bessere Anhaftung von Beschichtungsschichten, wie Lacken und Dekorschichten, erreichen.
Um Faserplatten mit glatten Oberflächen zu erzeugen, eignen sich als Presswerkzeuge mit glatten Oberflächen zwei polierte Stahlbänder, von denen eines als Träger für die Fasermatte dient, oder eine Kombination aus einem polierten Stahlband als Träger und einer überlaufenden polierenden Stahlwalze oder einer Kombination mehrerer polierter Stahlwalzen.
Erfindungsgemäß können somit MDF-Platten hergestellt werden, wie sie insbesondere von der Möbelindustrie benötigt werden, die
hochverdichtet sind, damit sie gute mechanische Eigenschaften aufweisen, ca. 6 bis 40 mm dick sind, damit sie zur Herstellung von Möbelseitenteilen oder
Türen einsetzbar sind.
Die erhaltenen Holzwerkstoffe, insbesondere MDF-Platten, Spanplatten und OSB- Platten können wie üblich weiter verarbeitet werden und eignen sich insbesondere für die Herstellung von Möbelteilen.
Die folgenden Beispiele verdeutlichen die Erfindung:
Beispiel 1 : Herstellung von MDF-Platten-Presslingen
174g Fichten-Fasern (bei 200C, 65% Luftfeuchte klimatisiert) werden mit 33,75g einer 40%igen Lösung von Glyoxal bzw. Methylglyoxal in Wasser in einem 10 L Eirich- Mischer beleimt (Beleimung 9% bzw. 15% bezogen auf atro Holz). Hierzu werden die Fasern über einen Zeitraum von 1 min. gerührt, über einen Zeitraum von 1 min. wird die Leimlösung eingedüst, anschließend wird 1 min. gemischt. Aus den so beleimten Fasern werden gemäß den in Tabelle 1 angegebenen Prozessparametern unter einer Kraftein Wirkung von 4 N/mm2 3,2 mm dicke MDF-Presslinge ä 18g beleimten Fasern hergestellt.
Zur Untersuchung des Quellverhaltens der MDF-Presslinge wurden Quellversuche in 200C thermostatisiertem Trinkwasser durchgeführt. Nach 24 h wurde die Dickenquel- lung und Massenquellung bestimmt. Die Ergebnisse der Quellversuche sind in Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1
PressenPressze
Bindemittel Beleimung temperatur [s/mm] 7Oj
Glyoxal 9,0% 1700C 110,0 78 147
Glyoxal 9,0% 1900C 110,0 58 135
Glyoxal 9,0% 190°C 110,0 53 134
Glyoxal 9,0% 1900C 110,0 43 131
Glyoxal 15,0% 190°C 110,0 27 97
Methylgly- 9,0% 111 oxal 170°C 110,0 238
Methylgly- 9,0% 69 oxal 1900C 110,0 188
Methylgly- 15,0% 53 oxal 170°C 110,0 188
Methylgly- 15,0% 43 oxal 190°C 110,0 161
Methylgly- 9,0% 64 oxal 1900C 110,0 156
Methylgly- 9,0% 57 oxal 190°C 110,0 158
Methylgly- 15,0% 30 oxal 190°C 110,0 138
Anhand der in Tabelle 1 dargestellten Ergebnisse lässt sich die hohe Stabilität der erfindungsgemäßen Presslinge belegen. Wie aus den Ergebnissen ersichtlich ist, führt sowohl ein erhöhter Energieeintrag (höhere Pressentemperaturen) als auch eine er- höhte Bindemittelkonzentration zu stabileren Pressungen.
Beispiel 2: Herstellung von Spanplatten-Pressungen
174g Fichten-Späne (bei 200C, 65% Luftfeuchte klimatisiert) werden mit 56g einer 40%igen Lösung von Glyoxal bzw. Methylglyoxal in Wasser in einem 10 L Eirich- Mischer beleimt (Beleimung 9% bzw. 15% bezogen auf atro Holz). Hierzu werden die Späne über einen Zeitraum von 1 min. gerührt, über einen Zeitraum von 1 min. wird die Leimlösung eingedüst, anschließend wird 1 min. gemischt. Aus den so beleimten Spä- nen werden gemäß den in Tabelle 2 angegebenen Prozessparametern unter einer Krafteinwirkung von 4 N/mm2 20 mm dicke Spanplatten-Presslinge ä 18g beleimte Späne hergestellt.
Zur Untersuchung des Quellverhaltens der Spanplatten-Presslinge wurden Quellversu- che in 200C thermostatisiertem Trinkwasser durchgeführt. Nach 24 h wurde die Di- ckenquellung und Massenquellung bestimmt. Die Ergebnisse der Quellversuche sind in Tabelle 2 dargestellt.
Tabelle 2
Pressentem 24h- 24h-
Beleimun peratur Presszeit Dickenquellung Massenquellung g [s/mm] [%] [%]
Glyoxal 15,0% 170°C 30,0 6 163
Glyoxal 15,0% 1900C 30,0 4 158
Anhand der in Tabelle 2 dargestellten Ergebnisse lässt sich die Stabilität, insbesondere Die Dickenstabilität, der Presslinge belegen. Wie aus den Ergebnissen ersichtlich ist, führt ein erhöhter Energieeintrag (höhere Presstemperaturen) zu stabileren Presslin- gen.
Beispiel 3: Nachweis der verringerten Formaldehydfreisetzung
174g Fichten-Fasern (bei 200C, 65% Luftfeuchte klimatisiert) werden mit 33,75g einer 40%igen Lösung von Glyoxal bzw. Methylglyoxal in Wasser in einem 10 L Eirich- Mischer beleimt (Beleimung 9% bezogen auf atro Holz). Hierzu werden die Fasern über einen Zeitraum von 1 min. gerührt, über einen Zeitraum von 1 min. wird die Leimlösung eingedüst, anschließend wird 1 min. gemischt. Aus den so beleimten Fasern werden bei 190 0C unter einer Krafteinwirkung von 4 N/mm2 3,2 mm dicke MDF- Presslinge ä 13,3g beleimten Fasern hergestellt. Zur Kontrolle wird in zwei weiteren Ansätzen Anstelle des Glyoxal bzw. Methylglyoxal der handelsübliche Leim Kaurit KL 347 auf Basis von Harnstoff/Formaldehyd (Beleimung 9% bezogen auf atro Holz) als Bindemittel verwendet.
Die Bestimmung der Formaldehydfreisetzung erfolgte nach der Acetyl-Aceton-Methode gemäß Norm EN 717-3. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 3 dargestellt.
Tabelle 3
Die in Tabelle 3 dargestellten Werte zeigen eine deutlich verringerte Freisetzung von Formaldehyd aus den erfindungsgemäßen Pressungen.
Claims
1. Verfahren zur Herstellung von Holzwerkstoffen, wobei man
(A) Holzpartikel mit einer wässrigen Leimlösung beleimt, wobei die Leimlösung ein oder mehrere Bindemittel gemäß der allgemeinen Formel sowie deren Halb- und/oder Vollacetale enthält
wobei R1 und R2 unabhängig voneinander gleich oder verschieden sind und H oder unverzweigte oder verzweigte Alkylreste mit 1 bis 4 C-Atomen darstellen, und
(B) die gemäß Schritt (A) erhaltenen beleimten Holzpartikel bei höherer Temperatur zu einem Holzwerkstoff verpresst.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , wobei in der Leimlösung das Bindemittel in einer Menge von 1 bis 40 Gew.-% eingesetzt wird.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei in der Leimlösung 0 bis 25 Gew.-% einer oder mehrerer Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe Lewissäuren, Metalloxiden, Alkalimetallsalzen, Erdalkalimetallsalzen, Nitraten, Sulfaten und Phosphaten enthalten sind.
4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die wässrige Leimlösung weiterhin ein Hydrophobierungsmittel enthält.
5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Presszeit in Schritt (B) 9 bis 120 sec/mm beträgt.
6. Holzwerkstoff erhältlich nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5.
7. Holzwerkstoff gemäß Anspruch 6 mit einer Dichte von 500 bis 900 kg/m2.
8. Bindemittel gemäß der allgemeinen Formel nach Anspruch 1.
9. Verwendung des Bindemittels gemäß Anspruch 8 bei der Herstellung von Holzwerkstoffen.
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