DE10054162A1 - Verfahren zur Herstellung von Holzpressplatten - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Holzpressplatten

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DE10054162A1
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Konrad Wierer
Abdulmajid Hashemzadeh
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Wacker Polymer Systems GmbH and Co KG
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    • B27N—MANUFACTURE BY DRY PROCESSES OF ARTICLES, WITH OR WITHOUT ORGANIC BINDING AGENTS, MADE FROM PARTICLES OR FIBRES CONSISTING OF WOOD OR OTHER LIGNOCELLULOSIC OR LIKE ORGANIC MATERIAL
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Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Holzpressplatten, wobei Holzpartikel, gegebenenfalls nach einem vorgeschalteten Zerkleinerungsschritt, mit einem vernetzbaren Bindemittel beleimt werden und anschließend unter Druck und gegebenenfalls erhöhter Temperatur zu Platten verpresst werden, dadurch gekennzeichnet, dass das thermoplastische Bindemittel zwei Bestandteile A) und B) enthält, wobei A) ein Copolymer ist, aus einer oder mehreren Comonomereinheiten aus der Gruppe, umfassend Vinylester von unverzweigten oder verzweigten Alkylcarbonsäuren mit 1 bis 18 C-Atomen, Acrylsäureester oder Methacrylsäureester von verzweigten oder unverzweigten Alkoholen mit 1 bis 15 C-Atomen, Diene, Olefine, Vinylaromaten und Vinylhalogenide, und aus 0,1 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Copolymers, einer oder mehrerer Einheiten, welche Carboxyl-, Hydroxy- oder NH-Gruppen enthalten, und B) mindestens eine Verbindung ist, welche mindestens zwei reaktive Gruppen aufweist, welche mit den unter A) genannten Carboxyl-, Hydroxy- oder NH-Gruppen reagieren können, aus der Gruppe, umfassend Epoxy-, N-Methylol-, Isocyanat-, Ethylencarbonat-Gruppen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Holz­ pressplatten mittels Verklebung der Holzpartikel mit einem ver­ netzbaren Bindemittel.
Zur Herstellung von Holzpressplatten werden die Holzpartikel, bei­ spielsweise Holzfasern oder Holzspäne, mit einem organischen Kle­ bemittel unter Druck und bei erhöhter Temperatur verleimt. Das wichtigste Bindemittel für die Spanplattenherstellung sind Harn­ stoff-Formaldehyd-Harze (UF-Harze). Zur Herstellung von feuchte­ beständigen Holzpressplatten haben die Phenol-Formaldehyd-Harze (PF-Harze) grosse Bedeutung. Zur Verbesserung der Feuchtebestän­ digkeit von Holzpressplatten werden auch Melamin-Formaldehyd-Harze (MF-Harze) oder Gemische aller drei genannten Harztypen einge­ setzt. Nachteilig ist bei diesen Klebemitteln, dass sowohl bei der Herstellung der Spanplatten als auch bei Gebrauch der fertig ver­ pressten Spanplatten Formaldehyd emittiert wird. Als formaldehyd­ freie Bindemittel für Holzpressplatten haben sich organische Iso­ cyanate etabliert. Im allgemeinen verwendet man Diphenylmethan- 4,4'-Diisocyanat (MDI). Aber auch der Umgang mit MDI erfordert we­ gen der sehr reaktiven Isocyanat-Gruppen und der damit verbundenen Reizung von Haut und Atemwegen besondere Vorsichtsmassnahmen bei der Herstellung der Holzpressplatten. Ein weiterer Nachteil dieser Reaktivharze zeigt sich bei der Herstellung von MDF- und HDF- Faserplatten: Hier reagieren diese Harze aufgrund der thermischen Belastung bei der direkten Leimflottenzugabe im Refiner (in der blow-line), was zu einem Verlust von bis zu 25% des Bindepotenti­ als führt.
Thermoplastische Klebstoffe, beispielsweise auf der Basis von Po­ lyvinylacetat, werden ebenfalls zur Herstellung von Holzpressplat­ ten eingesetzt (US-A 4940741). Problematisch ist hier die Dimensi­ onsstabilität im höheren Temperaturbereich, beispielsweise bei der Entformung, weswegen diese häufig in Kombination mit den genannten Formaldehyd-Kondensationsharzen eingesetzt werden, mit den obenge­ nannten Nachteilen. Ein VOC-armes Klebemittel zur Verleimung von Holzpressplatten ist in der DE-A 199 41 904 beschrieben. Es handelt sich dabei um ein wässriges Gemisch aus hochviskosem Polyvinylal­ kohol, carboxylfunktionellem Polyvinylacetat und einem wasserlös­ lichen Metallsalz einer einbasigen Säure.
Formaldehydfreie, thermisch härtbare, wässrige Bindemittel zur Herstellung von Holzpressplatten sind beispielsweise aus der WO-A 97/31059 bekannt. Darin wird ein Gemisch aus carboxylfunktionellem Copolymer und einem Alkanolamin mit mindestens zwei Hydroxygruppen eingesetzt. Wässrige Klebemittel-Zusammensetzungen aus Polycarbon­ säure und Hydroxyalkylgruppen-substituierten Aminoaliphaten sind in der WO-A 97/45461 beschrieben. Die WO-A 99/02591 betrifft Zu­ sammensetzungen aus carboxylfunktionellem Copolymer und langketti­ gen Aminen. Nachteilig ist bei diesen Systemen, welche über eine Veresterungsreaktion vernetzen, dass die Vernetzung nur im wasser­ freien Zustand, bei der Trocknung erfolgt.
Der Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Herstellung von Holzpressplatten zur Verfügung zu stellen, bei dem die Emission von Schadstoffen wie Formaldehyd vermieden wird, aber trotzdem eine hochwertige Verleimung erhalten wird, und ein vor­ zeitiges Abreagieren von funktionellen Gruppen weitgehend unter­ bunden wird.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Holzpressplatten wobei Holzpartikel, gegebenenfalls nach einem vorgeschaltetem Zerkleinerungsschritt, mit einem vernetzbaren Bin­ demittel beleimt werden, und anschliessend unter Druck und gegebe­ nenfalls erhöhter Temperatur zu Platten verpresst werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel zwei Bestandteile A) und B) enthält, wobei
  • A) ein Copolymer ist, aus einer oder mehreren Comonomereinheiten aus der Gruppe umfassend Vinylester von unverzweigten oder ver­ zweigten Alkylcarbonsäuren mit 1 bis 18 C-Atomen, Acrylsäureester oder Methacrylsäureester von verzweigten oder unverzweigten Alko­ holen mit 1 bis 15 C-Atomen, Diene, Olefine, Vinylaromaten und Vi­ nylhalogenide, und aus 0.1 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Copolymers, einer oder mehrerer Einheiten, welche Car­ boxyl-, Hydroxy- oder NH-Gruppen enthalten, und
  • B) mindestens eine Verbindung ist, welche mindestens zwei reaktive Gruppen aufweist, welche mit den unter A) genannten Carboxyl-, Hydroxy- oder NH-Gruppen reagieren können, aus der Gruppe umfas­ send Epoxy-, N-Methylol-, Isocyanat-, Ethylencarbonat-Gruppen.
Geeignete Vinylester sind Vinylester von unverzweigten oder ver­ zweigten Carbonsäuren mit 1 bis 18 C-Atomen. Bevorzugte Vinylester sind Vinylacetat, Vinylpropionat, Vinylbutyrat, Vinyl-2-ethylhexa­ noat, Vinyllaurat, 1-Methylvinylacetat, Vinylpivalat und Vinyles­ ter von α-verzweigten Monocarbonsäuren mit 5 bis 11 C-Atomen, bei­ spielsweise VeoVa9R oder VeoVa10R (Handelsnamen der Firma Shell). Besonders bevorzugt ist Vinylacetat.
Geeignete Monomere aus der Gruppe der Ester der Acrylsäure oder Methacrylsäure sind Ester von unverzweigten oder verzweigten Alko­ holen mit 1 bis 15 C-Atomen. Bevorzugte Methacrylsäureester oder Acrylsäureester sind Methylacrylat, Methylmethacrylat, Ethylacry­ lat, Ethylmethacrylat, Propylacrylat, Propylmethacrylat, n-Butyl­ acrylat, n-Butylmethacrylat, t-Butylacrylat, t-Butylmethacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Norbornylacrylat. Besonders bevorzugt sind Methylacrylat, Methylmethacrylat, n-Butylacrylat, 2-Ethylhexyl­ acrylat und Norbornylacrylat.
Geeignete Diene sind 1,3-Butadien und Isopren. Beispiele für copo­ lymerisierbare Olefine sind Ethen und Propen. Als Vinylaromaten können Styrol und Vinyltoluol copolymerisiert werden. Aus der Gruppe der Vinylhalogenide wird üblicherweise Vinylchlorid einge­ setzt.
Geeignete carboxylfunktionelle Comonomere für Copolymer A) sind ethylenisch ungesättigte Mono- und Dicarbonsäuren, vorzugsweise Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure, Itaconsäure, Fumarsäure und Maleinsäure. Die Carboxylfunktion kann auch durch Copolymeri­ sation von Maleinsäureanhydrid in das Copolymer A) eingeführt wer­ den. Geeignete hydroxyfunktionelle Comonomere sind Hydroxyalkylac­ rylate und Hydroxyalkylmethacrylate mit C1- bis C8-Alkylrest, vorzugsweise Hydroxyethylacrylat und -methacrylat, Hydroxypropylacry­ lat und -methacrylat, Hydroxybutylacrylat und -methacrylat. Geeig­ nete NH-funktionelle Comonomere sind (Meth)Acrylamid, Diacetonac­ rylamid, Maleinimid, Malein- und Fumarsäuremonoalkylesteramid, Malein- und Fumarsäurediamid, Glutar- und Bernsteinsäuremonoviny­ lesteramid, Glutar- und Bernsteinsäuremonoallylesteramid. Die NH- funktionellen Einheiten können auch als aminofunktionelle Oligome­ re mit primären oder sekundären NH-Gruppen, bevorzugt mit primären NH-Gruppen wie Jeffamine, dem Copolymer A) zugegeben werden. Der Anteil an funktionellen Einheiten in Copolymer A) beträgt vorzugs­ weise 1 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 20 Gew.-%, je­ weils bezogen auf das Gesamtgewicht des Copolymers.
Bevorzugt sind die nachfolgend genannten Polymerzusammensetzungen für das Copolymere A), welches noch die eben genannten, funktio­ nelle Gruppen enthaltenden Einheiten, in den eben beschriebenen Mengen aufweisen:
Vinylacetat-Polymerisate;
Vinylester-Ethylen-Copolymete, wie Vinylacetat-Ethylen-Copolymere;
Vinylester-Ethylen-Vinylchlorid-Copolymere, wobei als Vinylester bevorzugt Vinylacetat und/oder Vinylpropionat und/oder ein oder mehrere copolymerisierbare Vinylester wie Vinyllaurat, Vinylpiva­ lat, Vinyl-2-ethylhexansäureester, Vinylester einer alpha-verzwei­ gten Carbonsäure mit 5 bis 11 C-Atomen, insbesondere Versaticsäu­ revinylester (VeoVa9R, VeoVa10R), enthalten sind;
Vinylacetat-Copolymere mit einem oder mehreren copolymerisierbaren Vinylester wie Vinyllaurat, Vinylpivalat, Vinyl-2-ethylhexansäure­ ester, Vinylester einer alpha-verzweigten Carbonsäure mit 5 bis 11 C-Atomen, insbesonders Versaticsäure-Vinylester (VeoVa9R, Veo­ Va10R), welche gegebenenfalls noch Ethylen enthalten;
Vinylester-Acrylsäureester-Copolymerisate insbesondere mit Vinyl­ acetat, und Butylacrylat und/oder 2-Ethylhexylacrylat, welche ge­ gebenenfalls noch Ethylen enthalten;
Vinylester-Acrylsäureester-Copolymerisate mit Vinylacetat und/oder Vinyllaurat und/oder Versaticsäure-Vinylester und Acrylsäureester, insbesondere Butylacrylat oder 2-Ethylhexylacrylat, welche gegebe­ nenfalls noch Ethylen enthalten.
Besonders bevorzugt sind dabei (Meth)acrylsäureester- und Styrol- Polymerisate:
Copolymerisate mit n-Butylacrylat und/oder 2-Ethylhexylacrylat;
Copolymerisate von Methylmethacrylat mit Butylacrylat und/oder 2- Ethylhexylacrylat, und/oder 1,3-Butadien;
Styrol-1,3-Butadien-Copolymere und Styrol-(Meth)Acrylsäureester- Copolymere wie Styrol-Butylacrylat, Styrol-Methylmethacrylat- Butylacrylat oder Styrol-2-Ethylhexylacrylat, wobei als Butylacry­ lat n-, iso- und t-Butylacrylat eingesetzt werden kann.
Am meisten bevorzugt werden Zusammensetzungen mit einem carboxyl­ funktionellen Styrol-n-Butylacrylat- und/oder einem carboxylfunk­ tionellen Styrol-Methylmethacrylat-n-Butylacrylat-Copolymer als Copolymer A).
Geeignete Vernetzer B) sind nicht-thermoplastische Verbindungen wie Epoxidvernetzer vom Bisphenol-A-Typ, das heisst Kondensations­ produkte von Bisphenol-A und Epichlorhydrin oder Methylepichlor­ hydrin. Derartige Epoxidvernetzer sind im Handel, beispielsweise unter den Handelsnamen Epicote oder Eurepox, erhältlich. Geeignet sind auch, gegebenenfalls blockierte, Diisocyanate, ebenfalls gän­ gige Handelsprodukte, beispielsweise m-Tetramethylxylen-Diisocya­ nat (TMXDI), Methylendiphenyl-Diisocyanat (MDI).
Als Vernetzer B) geeignet sind auch Copolymere, welche mindestens eine Epoxy-, N-Methylol-, Ethylencarbonat- oder Isocyanat-Gruppe oder Kombinationen dieser Gruppen enthalten. Die Polymerzusammen­ setzungen für den Vernetzer B) sind aus den für das Copolymer A) als geeignet beschriebenen Comonomeren aufgebaut. Bevorzugt sind auch hier die für das Copolymere A) genannten bevorzugten Polymer­ zusammensetzungen, welche statt der Carboxyl-, Hydroxy- oder NH- Gruppen zusätzlich noch Epoxy-, N-Methylol-, Ethylencarbonat- und/oder Isocyanat-Gruppen enthaltende Comonomereinheiten aufwei­ sen. Besonders bevorzugt sind auch hier (Meth)acrylsäureester- und Styrol-Polymerisate, beispielsweise Copolymerisate mit n-Butyl­ acrylat und/oder 2-Ethylhexylacrylat; Copolymerisate von Methyl­ methacrylat mit Butylacrylat und/oder 2-Ethylhexylacrylat, und/oder 1,3-Butadien; Styrol-1,3-Butadien-Copolymere und Styrol- (Meth)Acrylsäureester-Copolymere wie Styrol-Butylacrylat, Styrol- Methylmethacrylat-Butylacrylat oder Styrol-2-Ethylhexylacrylat, wobei als Butylacrylat n-, iso-, t-Butylacrylat eingesetzt werden kann.
Der Gehalt an Epoxy-, N-Methylol-, Ethylencarbonat- und Isocyanat­ funktionellen Comonomeren beträgt 0.1 bis 50 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 30 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 20 Gew.-%, jeweils be­ zogen auf das Gesamtgewicht des Copolymers B). Geeignete epoxid­ funktionelle Comonomere sind Glycidylacrylat, Glycidylmethacrylat, Allylglycidether, Vinylglycidether, Vinylcyclohexenoxid, Limonen­ oxid, Myrcenoxid, Caryophyllenoxid, mit einem Glycidylrest im Aro­ maten substituierte Styrole und Vinyltoluole sowie mit einem Gly­ cidresten im Aromaten substituierte Vinylbenzoate. Geeignete Iso­ cyanat-funktionelle Comonomere sind 2-Methyl-2-isocyanatopropyl­ methacrylat und Isopropenyl-dimethylbenzylisocyanat (TMI). Geeig­ nete N-Methylol-funktionelle Comonomere sind N-Methylolacrylamid (NMA), N-Methylolmethacrylamid, N -Methylolallylcarbamat, Alky­ lether wie der Isobutoxyether oder Ester des N-Methylolacrylamids, des N-Methylolmethacrylamids und des N-Methylolallylcarbamats.
Am meisten bevorzugte Vernetzer B) sind die Epoxidvernetzer vom Bisphenol-A-Typ und epoxidfunktionelle Copolymere, wie Glycidyl­ methacrylat-Einheiten enthaltende Styrol-(Meth)acrylsäureester- Copolymere.
Die Herstellung von Copolymer A) und gegebenenfalls dem polymeren Vernetzer B) kann mittels bekannter radikalisch initiierter Poly­ merisationsverfahren erfolgen, beispielsweise mittels Lösungs- oder wässriger Emulsionspolymerisation. Zur Trocknung können alle gängigen Trocknungsverfahren angewendet werden: Sprühtrocknung, Walzentrocknung, Gefriertrocknung, Bandtrocknung, Koagulation mit anschließender Wirbelschichttrocknung. Bevorzugt werden Sprühtroc­ knungs- und Walzentrocknungsverfahren angewendet. Vorzugsweise werden die Comonomere in den oben angegebenen Copolymerisaten in einem solchen Verhältnis copolymerisiert, dass sowohl Copolymer A) als auch Copolymer B) einen Schmelzpunkt oder eine Glasübergangs­ temperatur Tg von < 30°C, vorzugsweise ≧ 45°C, aufweisen. Die Glasübergangstemperatur Tg und der Schmelzpunkt der Polymerisate kann in bekannter Weise mittels Differential Scanning Calorimetry (DSC) ermittelt werden. Die Tg kann auch mittels der Fox-Gleichung näherungsweise vorausberechnet werden. Nach Fox T. G., Bull. Am. Physics Soc. 1, 3, page 123 (1956) gilt: 1/Tg = x1/Tg1 + x2/Tg2 + . . . + xn/Tgn, wobei xn für den Massebruch (Gew.-%/100) des Monomers n steht, und Tgn die Glasübergangstemperatur in Grad Kelvin des Ho­ mopolymers des Monomer n ist. Tg-Werte für Homopolymerisate sind in Polymer Handbook 2nd Edition, J. Wiley & Sons, New York (1975) aufgeführt.
Die beiden Bestandteile A) und B) liegen in einem solchen Verhält­ nis vor, dass das molare Verhältnis an funktionellen Comonomerein­ heiten von Bestandteil A) zu Bestandteil B) von 5 : 1 bis 1 : 5 variiert. Besonders bevorzugt werden äquimolare Verhältnisse der funktionellen Comonomereinheiten. Werden für die Bestandteile A) und B) jeweils entsprechend funktionalisierte Copolymere einge­ setzt, so werden diese so ausgewählt, dass sie miteinander ver­ träglich sind, das heisst auf molekularer Ebene miteinander misch­ bar sind. Üblicherweise geht man daher so vor, dass die in der Kombination vorliegenden Copolymere A) und B), abgesehen von den funktionellen Comonomereinheiten, grösstenteils aus denselben Co­ monomereinheiten aufgebaut sind. Am meisten bevorzugt werden daher Zusammensetzungen mit carboxylfunktionellem Styrol-n-Butylacry­ lat- und/oder Styrol-Methylmethacrylat-n-Butylacrylat-Copolymer als Bestandteil A) und mit glycidylmethacrylathaltigem Styrol-n- Butylacrylat- und/oder Styrol-Methylmethacrylat-n-Butylacrylat- Copolymer als Bestandteil B).
Die Anwendung der Bestandteile A) und B) kann in trockener, pul­ verförmiger Form (Trockenbeleimung), in Form einer wässrigen Dis­ persion oder einer wässrigen Lösung (Nassbeleimung) erfolgen. Die Bestandteile A) und B) können dabei beide als Pulver oder beide als wässrige Lösung oder wässrige Dispersion eingesetzt werden. Es können auch Pulver, wässrige Lösungen oder wässrige Dispersionen eingesetzt werden, welche jeweils beide Bestandteile A) und B) im Gemisch enthalten. Schliesslich können auch Pulver, Lösungen und Dispersionen, welche jeweils einen Bestandteil enthalten, in beliebiger Kombination eingesetzt werden. Je nach Verfahrensvariante können die Bindemittelbestandteile A) und B) getrennt oder im Ge­ misch eingesetzt werden. Beim Einsatz von pulverförmigem Bindemit­ tel können gegebenenfalls die Fasern mit Wasser oder einer Olefin­ wachsemulsion befeuchtet werden. Dazu werden 2 bis 10 Gew.-% Was­ ser (Olefinwachsemulsion), bezogen auf Bindemittel, auf die Fasern oder Späne aufgesprüht.
Die Herstellung von Holzpressplatten ist in Deppe, Ernst, Taschen­ buch der Spanplattentechnik, 3. Auflage 1991 detailliert beschrie­ ben. Zur Herstellung der Holzpressplatten werden die Holzpartikel als Späne oder Fasern eingesetzt. Die, wahlweise vorgetrockneten, Fasern oder Späne werden in den üblichen Mischbehältern, wie Pflugscharmischer, mit Bindemittel vermischt. Im allgemeinen wird die Bindemittelzusammensetzung in einer Menge von 5 bis 30 Gew.-%, bevorzugt in einer Menge von 7 bis 15 Gew.-%, jeweils bezogen auf Holz (fest/fest), eingesetzt. Die beleimten Fasern oder Späne wer­ den gleichmässig auf ein Formband aufgestreut und gegebenenfalls kalt vorgepresst. Anschliessend wird die Faserschicht mittels Heizplatten bei Temperaturen von 150°C bis 250°C und unter einem Druck von 10 bis 100 bar zu Platten verpresst.
Zur Herstellung von OSB-Platten (Oriented Strand Board) werden Langspäne (Strands) mit einem Längen-Breiten-Verhältnis von im allgemeinen 5 : 1 bis 10 : 1 eingesetzt, welche wie oben beschrie­ ben nass oder trocken beleimt werden, und dann orientiert und schichtweise abgelegt, und unter den genannten Bedingungen heiss verpresst werden.
Bei der Herstellung von MDF-Platten (Medium Density Fibreboard) und HDF-Platten (High Density Fibreboard) werden die Fasern in ei­ ner Refineranlage hydrothermisch vorbehandelt, das heisst unter Hitze und Dampfdruck gekocht und gemahlen, anschliessend in einem Entspannungsrohr im Dampfstrom aufgewirbelt, danach in einem Tro­ ckenrohr getrocknet, gegebenenfalls in einer Kaltpresse vorver­ dichtet, und schliesslich unter Druck, vorzugsweise 10 bis 100 bar, und gegebenenfalls erhöhter Temperatur, vorzugsweise 150°C bis 250°C, zu Platten verpresst. Zur Beleimung werden die Fasern oder Späne nach der Mahlung, noch unter Dampfdruck und bei Tempe­ raturen von 120°C bis 150°C, mittels Zugabe einer wässrigen Dis­ persion oder wässrigen Lösung der Bindemittelzusammensetzung in das Entspannungsrohr (blow-line) oder in das Trockenrohr besprüht, oder beim Einsatz von pulverförmigen Bindemittelzusammensetzungen mit dem Bindemittel vermischt. Anschliessend werden die beleimten Fasern getrocknet. Alternativ können die Holzfasern auch ohne Be­ leimung getrocknet und im trockenen Zustand in einem geeigneten Mischer mit dem Bindemittel gemischt werden.
Besonders bevorzugt ist ein Verfahren bei dem die Bindemittelbe­ standteile A) und B) als zwei Komponenten (2K-System) getrennt zur Herstellung von MDF- und HDF-Platten eingesetzt werden. Dazu kann eine Komponente des Bindemittels während des Mahlschrittes in die Mühle der Refineranlage gegeben werden. Am meisten bevorzugt ist eine Vorgehensweise bei der ein Bestandteil des Bindemittels, ins­ besondere Bestandteil A), in die Refineranlage, vor der Mühle, oder in der Mühle, oder kurz nach der Mühle in dem Entspannungs­ rohr (blow-line), vorzugsweise in dessen erstem Drittel, zugegeben wird. Der zweite Bestandteil, die Vernetzerkomponente B), wird in einer späteren Stufe des Verfahrens eingebracht. Dies kann am Ende der Entspannungsstrecke der Refineranlage, vorzugsweise in dessen letztem Drittel, während dem Trocknen der Fasern im Trocknungs­ rohr, oder nach dem Trocknen der Fasern erfolgen. Der Vorteil die­ ser Verfahrensvariante besteht darin, dass die Vernetzerkomponente B) in einem Verfahrensschritt zugegeben wird, bei dem die thermi­ sche Belastung niedriger ist, und somit eine weit geringere Vor­ vernetzung auftritt.
Beispiele Vergleichsbeispiel 1
Fichtenholzspäne wurden in einem Refiner bei 5 bar und 147°C für 5 Minuten gekocht und mit einem Mahlscheibenabstand von 0.1 mm, und bei einer Leistungsaufnahme von 20 kW aufgemahlen. Die Fasern wur­ den ohne Beleimung auf 2% Restfeuchte getrocknet und ohne Ver­ dichtung zwischengelagert.
In einem Lödige-Pflugscharmischer mit Mehrstufenmesserkopf wurden 755 g der gemahlenen Fasern gleichmässig mit 112 g ( = 15 Gew.-%) pulverigem Phenol-Formaldehyd-Harz (PF) vermischt. Zur besseren Haftung der Pulver setzte man 5 Gew.-% Wasser im Lödigemischer zu. Die beleimten Fasern wurden in einen 50 × 50 cm2 grossen, 40 cm hohen Rahmen gleichmässig per Hand ausgestreut und bei Raumtempe­ ratur verdichtet. Diese Matte wurde aus dem Rahmen genommen und in eine Flachpresse gelegt und für 180 sec bei 200°C mit bis zu 50 bar Druck auf 3 mm Solldichte verpreßt. Die heisse Platte wurde zur Vervollständigung der Vernetzungsreaktion in eine Isolierbox gelegt und 12 Stunden warmgehalten, anschliessend zu­ rechtgeschnitten und den Eigenschaftsprüfungen unterworfen.
Beispiel 2
Es wurde analog Vergleichsbeispiel 1 vorgegangen, mit dem Unter­ schied, dass als Bindemittel 15 Gew.-% (fest/fest) einer Pulvermi­ schung aus einem Styrol-Butylacrylat-Acrylsäure-Copolymer mit ei­ ner Tg < 50°C und einem Styrol-Butylacrylat-Glycidylmethacrylat- Copolymer mit einer Tg < 50°C eingesetzt wurde, und keine 12- stündige Lagerung der Platten vor der Testung erfolgte.
Beispiel 3
Die Fichtenholzspäne wurden analog Vergleichsbeispiel 1 in einem Refiner bei 5 bar und 147°C für 5 Minuten gekocht und mit einem Mahlscheibenabstand von 0,1 mm bei einer Leistungsaufnahme von 20 kW aufgemahlen. Kurz nach der Mühle wurde ein Gemisch von wässri­ gen Dispersionen eines Styrol-Butylacrylat-Acrylsäure-Copolymers mit einer Tg < 50°C und eines Styrol-Butylacrylat-Glycidylmeth­ acrylat-Copolymers mit einer Tg < 50°C, mit jeweils 50% Festge­ halt, in einer Menge von 15 Gew.-% (fest/fest) im ersten Drittel des Entspannungsrohres, zugegeben. Die beleimten Fasern wurden an­ schliessend auf 2% Restfeuchte getrocknet und ohne Verdichtung zwischengelagert.
Die beleimten Fasern wurden in einen 50 × 50 cm2 grossen, 40 cm hohen Rahmen gleichmässig per Hand ausgestreut und bei Raumtempe­ ratur verdichtet. Diese Matte wurde aus dem Rahmen genommen und in eine Flachpresse gelegt und für 180 sec bei 200°C mit bis zu 50 bar Druck auf 3 mm Solldichte verpresst. Die Platte wurden anschliessend zurechtgeschnitten und den Eigenschaftsprüfungen un­ terworfen.
Beispiel 4
Die Fichtenholzspäne wurden analog Vergleichsbeispiel 1 in einem Refiner bei 5 bar und 147°C für 5 Minuten gekocht und mit einem Mahlscheibenabstand von 0.1 mm bei einer Leistungsaufnahme von 20 kW aufgemahlen. Kurz nach der Mühle, im ersten Drittel des Ent­ spannungsrohres, wurde eine wässrige Dispersion eines Styrol- Butylacrylat-Acrylsäure-Copolymers mit einer Tg < 50°C in einer Menge von 9 Gew.-% (fest/fest) zugegeben. Die beleimten Fasern wurden anschliessend auf 2% Restfeuchte getrocknet, und die ge­ trockneten Fasern mit 6 Gew.-% pulverförmigem Styrol-Butylacrylat- Glycidylmethacrylat-Copolymer mit einer Tg < 50°C in einem Lödige- Pflugscharmischer mit Mehrstufenmesserkopf vermischt. Die beleim­ ten Fasern wurden in einen 50 × 50 cm2 grossen, 40 cm hohen Rahmen gleichmässig per Hand ausgestreut und bei Raumtemperatur verdich­ tet. Diese Matte wurde aus dem Rahmen genommen und in eine Flach­ presse gelegt und für 180 sec bei 200°C mit bis zu 50 bar Druck auf 3 mm Solldichte verpresst. Die Platte wurden anschliessend zu­ rechtgeschnitten und den Eigenschaftsprüfungen unterworfen.
Beispiel 5
1500 g Industrie-OSB-Späne aus Fichtenholz mit 2 Gew.-% Restfeuch­ te wurden mit 2 Gew.-% Wachsemulsion und mit 150 g Wasser, sowie mit 294 g (= 20 Gew.-%) einer Pulvermischung aus einem Styrol- Butylacrylat-Acrylsäure-Copolymer mit einer Tg < 50°C und einem Styrol-Butylacrylat-Glycidylmethacrylat-Copolymer mit einer Tg < 50°C in einer Trommel gemischt. Die Späne wurden auf eine Platten­ grösse von 50 × 50 cm2 orientiert gelegt, und bei 200°C für 8 Mi­ nuten auf 10 mm Dicke gepresst. Die Platte wurden anschliessend zurechtgeschnitten und den Eigenschaftsprüfungen unterworfen.
Anwendungstechnische Prüfungen
Von den hergestellten Pressplatten wurden die Querzugfestigkeit nach EN 319, die Biegefestigkeit nach DTN 52 362 und die Dicken­ quellung nach 2 h und 24 h nach DIN 52 364 geprüft.
Die Messergebnisse sind in der Tabelle zusammengefasst.
Vergleichsbeispiel 1 zeigt hohe Querzug- und Biegefestigkeit, so­ wie geringe Wasserquellung. Da das Phenolharz nicht im Refiner, sondern bei Raumtemperatur auf trockenen Fasern zugegeben wurde, stand bei der Pressung die volle Vernetzungskapazität zur Verfü­ gung.
Nachteilig ist die nachträgliche lange Thermobehandlung um die Vernetzungsreaktion vollständig ablaufen zu lassen. Nachteilig ist auch die hohe Splittergefahr der Pressplatten, bedingt durch den hohen Vernetzungsgrad und die niedrige Flexibilität des Harzes. Dies ist gerade in Anwendungen für den Automobilbereich wegen der Verletzungsgefahr bei Unfällen unerwünscht.
Die Platte war gelb-braun gefärbt und wies einen deutlichen unan­ genehmen Geruch auf.
Beispiel 2 führt zu ähnlichen Festigkeiten und Quellwerten wie das Vergleichsbeispiel 1. Besonders auffällig ist bei den Biegetests die Durchbiegung von über 29 mm ohne einen Plattenbruch zu bekom­ men. Da das Bindemittel nach der Fasertrocknung zugegeben wurde steht die volle Vernetzungskapazität zur Verfügung.
Beispiel 3 wurde über die Nassbeleimung mit demselben Harz gebun­ den wie Beispiel 2 über Trockenbeleimung. In der Nassbeleimung wurde das Harz durch die stärkeren Turbulenzen und die lange Mi­ schungsstrecke generell gleichmässiger an der Faseroberfläche ver­ teilt. Man erwartete dadurch eine stärkere Bindung der Fasern in der Pressplatte. Der Vergleich der Werte zeigt aber, dass die Nassbeleimung leicht schwächer als die Trockenbeleimung ist. Ursache des Bindeverlustes ist, dass schon im Refiner die Vernet­ zung teilweise abläuft. Beim Verpressen floss das Harz schlechter und konnte nicht mehr so gut abbinden.
Beispiel 4 (2-Komponenten-Verfahren) zeigte die besten Festigkei­ ten. Hier wurde in der Nassbeleimung nur eine Bestandteil mit thermisch stabilen, funktionellen Gruppen eingebracht und eine op­ timale Bindemittelverteilung erreicht. Der zweite Bestandteil mit vernetzbaren, thermisch instabilen Gruppen wurde bei kurzzeitiger und geringer thermischer Belastung mittels Trockenbeleimung zugegeben. Damit stand bei der Pressung die volle Vernetzungskapazität zur Verfügung.
Beispiel 5 führte zu einer Platte mit für eine OSB-Platte guten Festigkeiten und geringer Wasserquellung.
Die Beispiele 2 bis 5 wiesen im Gegensatz zu den mit Phenol- Formaldehyd-Harz gebundenen Platten (Vergleichsbeispiel 1) keine Verfärbung durch das Harz auf.
Die Beispiele 2 bis 5 wiesen keine Emissionen von Formaldehyd auf, da die verwendeten Vernetzungssysteme frei von Formaldehyd und dessen Derivaten waren.
Tabelle

Claims (15)

1. Verfahren zur Herstellung von Holzpressplatten wobei Holzpar­ tikel, gegebenenfalls nach einem vorgeschalteter Zerkleine­ rungsschritt, mit einem vernetzbaren Bindemittel beleimt wer­ den, und anschliessend unter Druck und gegebenenfalls erhöhter Temperatur zu Platten verpresst werden, dadurch gekennzeich­ net, dass das thermoplastische Bindemittel zwei Bestandteile A) und B) enthält, wobei
  • A) ein Copolymer ist, aus einer oder mehreren Comonomereinhei­ ten aus der Gruppe umfassend Vinylester von unverzweigten oder verzweigten Alkylcarbonsäuren mit 1 bis 18 C-Atomen, Acrylsäu­ reester oder Methacrylsäureester von verzweigten oder unver­ zweigten Alkoholen mit 1 bis 15 C-Atomen, Diene, Olefine, Vi­ nylaromaten und Vinylhalogenide, und aus 0.1 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Copolymers, einer oder meh­ rerer Einheiten, welche Carboxyl-, Hydroxy- oder NH-Gruppen enthalten, und
  • B) mindestens eine Verbindung ist, welche mindestens zwei re­ aktive Gruppen aufweist, welche mit den unter A) genannten Carboxyl-, Hydroxy- oder NH-Gruppen reagieren können, aus der Gruppe umfassend Epoxy-, N-Methylol-, Isocyanat-, Ethylencar­ bonat-Gruppen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Be­ standteil A) als carboxylfunktionelle Comonomereinheiten sol­ che enthalten sind, welche durch Copolymerisation mit ethyle­ nisch ungesättigten Mono- oder Dicarbonsäuren oder durch Copo­ lymerisation von Maleinsäureanhydrid erhalten werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Bestandteil A) carboxylfunktionelle Styrol-n-Butylacrylat- und/oder Styrol-Methylmethacrylat-n-Butylacrylat-Copolymere enthalten sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Bestandteil B) Epoxidvernetzer vom Bisphenol-A-Typ oder Diisocyanate enthalten sind.
5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Bestandteil B) Copolymere von einer oder mehreren Comono­ mereinheiten aus der Gruppe umfassend Vinylester von unver­ zweigten oder verzweigten Alkylcarbonsäuren mit 1 bis 18 C- Atomen, Acrylsäureester oder Methacrylsäureester von verzweig­ ten oder unverzweigten Alkoholen mit 1 bis 15 C-Atomen, Diene, Olefine, Vinylaromaten und Vinylhalogenide, welche zusätzlich noch Epoxy-, N-Methylol-, Ethylencarbonat- oder Isocyanat- Gruppen enthaltende Comonomereinheiten aufweisen, enthalten sind.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Bestandteil B) (Meth)acrylsäureester- und Styrol-Polymerisate, Copolymerisate von Methylmethacrylat mit Butylacrylat und/- oder 2-Ethylhexylacrylat, und/oder 1,3-Butadien; Styrol-1,3- Butadien-Copolymere und Styrol-(Meth)Acrylsäureester-Copo­ lymere, welche jeweils zusätzlich noch Epoxy-, N-Methylol-, Ethylencarbonat- oder Isocyanat-Gruppen enthaltende Comonome­ reinheiten aufweisen, enthalten sind.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Zusam­ mensetzungen mit carboxylfunktionellen Styrol-n-Butylacrylat- und/oder Styrol-Methylmethacrylat-n-Butylacrylat-Copolymer als Bestandteil A) und mit glycidylmethacrylathaltigem Styrol-n- Butylacrylat- und/oder Styrol-Methylmethacrylat-n-Butylacry­ lat-Copolymer als Bestandteil B) eingesetzt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Bestandteile A) und B) in einem solchen Verhältnis vorliegen, dass das molare Verhältnis an funktionellen Comono­ mereinheiten von Bestandteil A) zu Bestandteil B) von 5 : 1 bis 1 : 5 variiert.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestandteile A) und B) beide als Pulver oder beide als wässrige Lösung oder wässrige Dispersion eingesetzt werden, oder als Pulver, wässrige Lösungen oder wässrige Dispersionen eingesetzt werden, welche jeweils beide Bestandteile A) und B) im Gemisch enthalten, oder als beliebige Kombination von Pul­ ver, Lösung und Dispersion eingesetzt werden, welche jeweils einen Bestandteil enthalten.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Holzpartikel als Späne oder Fasern eingesetzt werden, mit Bindemittel in einer Menge von 5 bis 30 Gew.-%, bezogen auf Holz (fest/fest), vermischt werden, auf ein Formband aufge­ streut, und anschliessend bei Temperaturen von 150°C bis 250°C und unter einem Druck von 10 bis 100 bar zu Platten verpresst werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Holzpartikel als Langspäne mit einem Längen-Breiten- Verhältnis von 5 : 1 bis 10 : 1 eingesetzt werden, welche ori­ entiert und schichtweise abgelegt, und verpresst werden.
12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Holzpartikel als Fasern eingesetzt werden, wobei die Fa­ sern in einer Refineranlage hydrothermisch vorbehandelt wer­ den, noch unter Dampfdruck und bei Temperaturen von 120°C bis 150°C zur Beleimung mit einer wässrigen Dispersion oder wäss­ rigen Lösung der Bindemittelzusammensetzung im Entspannungs­ rohr oder im Trockenrohr der Refineranlage besprüht, oder beim Einsatz von pulverförmigen Bindemittelzusammensetzungen mit dem Bindemittel vermischt werden, und nach Trocknung die Faserschicht bei Temperaturen von 150°C bis 250°C und unter einem Druck von 10 bis 100 bar zu Platten verpresst wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Holzpartikel ohne Beleimung getrocknet werden und im tro­ ckenen Zustand in einem geeigneten Mischer mit dem Bindemittel gemischt werden.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bestandteil des Bindemittels in der Refineranlage zugegeben wird und der zweite Bestandteil in einer späteren Stufe des Verfahrens zugegeben wird.
15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Be­ standteil A) in die Refineranlage, vor der Mühle, oder in der Mühle, oder kurz nach der Mühle im ersten Drittel des Entspan­ nungsrohres, zugegeben wird und der Vernetzerbestandteil B) im letzten Drittel des Entspannungsrohres der Refineranlage, wäh­ rend dem Trocknen der Fasern im Trocknungsrohr, oder nach dem Trocknen der Fasern zugegeben wird.
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