DE10112609A1

DE10112609A1 - Verfahren zur Herstellung von Holzspan- und Holzfaserplatten mit Diisocyanatbindung

Info

Publication number: DE10112609A1
Application number: DE2001112609
Authority: DE
Inventors: Edmone Roffael; Kurt Ernst
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-03-14
Filing date: 2001-03-14
Publication date: 2002-09-19

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Holzspan- oder Holzfaserplatten mit Diisocyanatbindung aus Holzspänen oder Holzfasern beschrieben, die aus gebrauchten mit Aminoplastharzen gebundenen Holzspan- und Holzfaserplatten stammen. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Holzfasern oder die Holzspäne durch mechanische Zerkleinerung von gebrauchten Holzspan- oder Holzfaserplatten erzeugt und mit Diisocyanat verleimt werden. Vor, während oder nach der Verleimung mit Diisocyanat können die Späne oder Fasern mit formaldehydaktiven Stoffen behandelt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Holzspan- und Holzfaserplatten mit Diisocyanatbindung aus gebrauchten mit Aminoplastharzen, insbesondere mit Harnstoffformaldehydharzen (UF-Harzen), gebundenen Platten. Die Erfindung bezieht sich auch auf Rest- und Abfallholzwerkstoffe, die bei der Produktion von aminoplastgebundenen Holzspan- und Faserplatten anfallen oder in der Möbelindustrie entstehen.

Für die Herstellung von Holzspan- und Holzfaserplatten werden synthetische Bindemittel eingesetzt. Etwa 95% der weltweit produzierten Holzspanplatten werden mit Aminoplastharzen, insbesondere mit Harnstoffformaldehydharzen (UF-Harzen), als Bindemittel hergestellt. Andere Bindemittel wie alkalisch härtende Phenolformaldehydharze (PF-Harze) und Diisocyanate, insbesondere Phenylmethan-Diisocyanate (PMDI), haben vergleichsweise nur eine geringe Bedeutung. Auch Mischungen aus verschiedenen Bindemitteln wie aus UF-Harzen und PMDI sind bekannt und werden gelegentlich industriell eingesetzt (EP-0025245 und FR-A-2.371.292). Die Beleimungsfeuchte der beleimten Span- und Fasermatten vor dem Pressen zu Span- und Faserplatten kann innerhalb Grenzen schwanken, sie liegt jedoch in der Regel zwischen 5 und 20%. Die Herstellung von Holzspan- und Holzfaserplatten kann auch auf einer Dampf-Injection Presse erfolgen.

Die Aminoplastharze in Holzspan- und Holzfaserplatten geben in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren, die teilweise ineinander greifen, unterschiedliche Mengen an Formaldehyd ab.

Der überwiegende Teil der mit Aminoplastharzen gebundenen Spanplatten und der mitteldichten Faserplatten (MDF-Platten) werden in der Möbelindustrie eingesetzt. Der Rest wird größtenteils im Bauwesen verarbeitet. Hölzerne Möbel, insbesondere aus Holzwerkstoffen bestehende, haben im Allgemeinen eine Lebensdauer von ca. 40 Jahren. Da Möbel heutzutage nicht nur Gebrauchsgegenstände sind, sondern auch immer mehr Objekte, die einem modischen Trend unterliegen, welcher ständig wechselt, ist davon auszugehen, dass in naher Zukunft der Wiederverwertung ausgedienter Faser- und Spanplatten eine wachsende Bedeutung zukommt. Hinzu kommt, dass die zzt. herrschenden Umweltauflagen künftig eine Lagerung von organischen Abfallstoffen auf Deponien erschweren (vgl. TA-Siedlungsabfall vom 01. 06. 1993).

Zu den Möglichkeiten der Verwertung von Gebrauchtspan- und Faserplatten gehört ihr Recycling in den Herstellungsprozess. Es sind verschiedene Verfahren zum Recycling von Holzspan- und Holzfaserplatten vorgeschlagen worden. Hierzu gehören der Aufschluss von Holzspanplatten bzw. ihren Zerkleinerungsprodukten mit Dampf (DE-AS 12 01 045; DE-OS 42 24 629; DE-OS 195 09 152) oder chemisch (DE- PS 43 34 422). Neben der Auflösung der Gebrauchtspan- und -faserplatten durch Dampf und chemische Behandlung gibt es noch die mechanische Zerkleinerung durch Vorbrechen und nachgeschalteten Aufschluss mittels Mühlen oder Zerspaner. Die mechanische Zerkleinerung von UF-Spanplatten ohne Dampfbehandlung führt zu Spänen, die ihrerseits bei einer Verleimung mit UF-Harzen zu Holzspanplatten mit geringen mechanisch-technologischen Eigenschaften führen, die zugleich auch Formaldehyd, in je nach Herstellungsbedingungen variierenden Mengen, abgeben. Holzspanplatten, die zu 100% aus Spänen, die aus UF-gebundenen Gebrauchtspanplatten hergestellt werden, weisen bei einer Verleimung der rein mechanisch gewonnenen Recyclingspäne mit Aminoplastharzen, wie UF-Harzen, unter üblichen Beleimungs- und Pressbedingungen nur etwa 20-40% der ursprünglichen Querzugfestigkeiten auf. Auch die Dickenquellung der zu 100% aus UF-gebundenen Gebrauchtspanplatten mit UF-Harzen als Bindemittel hergestellten Spanplatten liegt bei lang anhaltender Wasserlagerung wesentlich höher (schlechter) als die der ursprünglichen Spanplatten, die aus direkt aus dem Holz gewonnenen Spänen hergestellt sind. Die Verschlechterung der Eigenschaften durch Wiederverwendung von Recyclingspänen bei der Verleimung mit UF-Harzen geht beispielhaft auch aus Tab. 1 in WO 95/24998 bzw. der DE-OS 195 09 152 hervor. Um die Verschlechterung der Eigenschaften von Spanplatten durch den Ersatz von frischen Spänen durch Recyclingspäne, die aus aminoplastharzgebundenen Gebrauchtspanplatten gewonnen werden, zu vermeiden, wird in der DE-OS 197 51 326 A1 vorgeschlagen, die Recyclingspäne vor dem Beleimen mit UF-Harzen mit Harnstoff zu besprühen. Die Besprühung der Recyclingspäne mit Mengen von 1 bis 20% mit Stoffen wie Harnstoff erhöht die Feuchte der zu beleimenden Späne und bedeutet zugleich einen zusätzlichen Arbeitsgang. Andererseits wird in DE-PS 42 44 918 C2 von derselben Anmelderin die Lehre vermittelt, dass die nach dem Aufschluss von UF-gebundenen Holzspanplatten gewonnenen Späne ungünstige Verleimungseigenschaften besitzen, da den Spänen Harnstoffharzreste anhaften. Erst nach einem Auswaschvorgang mit Wasser lassen sich die Eigenschaften von den Spänen erheblich verbessern, da durch den Auswaschvorgang die wasserlöslichen Harnstoffharzreste entfernt werden. Mithin verbessert sich die Verleimbarkeit der Späne mit UF-Harzen und PF-Harzen. Auf die Verleimung mit Diisocyanat wird in DE-PS 42 44 918 jedoch kein Bezug genommen.

Es war deshalb das Ziel dieser Erfindung, ein neues Verfahren zu entwickeln, um aus Spänen von mit Aminoplastharzen gebundenen, insbesondere UF-gebundenen Gebrauchtspanplatten neue Holzspanplatten mit hohem Festigkeitsniveau und geringem Formaldehyabgabevermögen herzustellen. Es wurde nun überraschend gefunden, dass Klebstoffe auf Diisocyanatbasis für die Verleimung von mechanisch gewonnenen Holzspänen und Holzfasern aus gebrauchten mit Aminoplastharzen, insbesondere mit Harnstoffformaldehydharzen, gebundenen Span- und Faserplatten besonders geeignet sind. Ferner wurde überraschend gefunden, dass die Behandlung der aus gebrauchten mit Aminoplastharz gebundenen Span- und Faserplatten gewonnenen Späne und Fasern mit formaldehydreaktiven Stoffen wie Natriumhydroxid, Ammoniak, Harnstoff, Tanninen oder Mischungen hiervon vor, während oder nach der Beleimung mit Diisocyanat-Klebstoffen oder durch die Nachbehandlung der bereits hergestellten Platten gemäß DE-PS 28 29 021 oder DE- PS 28 04 514 ihre Formaldehydabgabe erheblich verringert. Die vermindernde Wirkung der Behandlung auf die Formaldehydabgabe ist größer als bei UF- Spanplatten, die ohne Gebrauchtspanplatten hergestellt sind. Die Zugabe von Säureamiden zu Holzspänen wie Harnstoff ist zwar aus der Patentliteratur (DE- OS 24 44 002) bekannt, um bessere Festigkeiten zu erreichen, jedoch nicht im Zusammenhang mit der Verleimung von Spänen, die aus Gebrauchtspanplatten gewonnen worden sind. Ebenfalls ist es bekannt, dreischichtige Holzspanplatten herzustellen, bei denen ein Teilbereich der Platten, vorzugsweise die Mittelschicht, ein nicht zu der Gruppe der Aminoplastharze gehörendes Bindemittel, z. B. Diisocyanat, enthält, das zugleich die Einbringung von formaldehydreaktiven Stoffen toleriert, die unter Feuchte- und Wärmeeinwirkung mit dem Formaldehyd reagieren oder Stoffe abgeben, die ihrerseits mit Formaldehyd reagieren (DE-PS 28 51 589). Die Herstellung von Spanplatten mit besonders guten Festigkeitseigenschaften und niedriger Dickenquellung aus Spänen der gebrauchten UF-gebundenen Spanplatten unter Verwendung von Diisocyanat-Klebstoffen ist aus folgendem Grund überraschend: Nach der herrschenden Lehrmeinung beruht die Verklebung von Holzspänen mit Diisocyanaten darauf, dass Diisocyanate mit der Cellulose und dem Lignin reagieren (vgl. z. B. Rowell und Ellis, Wood Science 12 (1), 52-58, 1979). Hiermit wird auch die hohe Klebewirkung von Diisocycanaten im Vergleich mit anderen Bindemitteln wie UF-Harzen erklärt, deren zufolge man bei der Herstellung von Diisocyanatplatten einen niedrigeren Bindemittelaufwand benötigt als bei den anderen Bindemitteln. Da Späne, die bereits an der Oberfläche ein ausgehärtetes Bindemittel enthalten, eine weitaus geringere zugängliche Oberfläche für die Reaktion der Cellulose und des Lignins mit Diisocyanaten aufweisen als solche, die kein ausgehärtetes Bindemittel enthalten, hätte man erwartet, dass es durch die Belegung der Oberfläche mit dem bereits auskondensierten Harz zu einer erheblichen Verschlechterung der Bindung kommt, wie dies bei der Verleimung mit UF-Harzen der Fall ist. Bei der Anwendung der Erfindung erhält man entgegen dieser Lehrmeinung Spanplatten mit guten physikalisch-technologischen Eigenschaften.

Beispiele

Industriell hergestellte Kiefernholzspäne wurden auf eine Feuchte von 2% getrocknet und anschließend mit einem UF-Harz in Mengen von 9% (Feststoff/atro Späne) in den Deckschichten und 7% (Feststoff/atro Späne) in den Mittelschichten beleimt und zu Spanplatten gepresst. In einem anderen Versuch wurden die Späne mit einem Diisocyanat-Klebstoff in Mengen von 3,5% in der Mittelschicht und 5% in der Deckschicht (jeweils Feststoff/atro Späne) beleimt. Die beleimten Späne wurden anschließend zu Spanmatten gestreut und anschließend bei 190°C gepresst. Die Beleimungs- und die Pressbedingungen der Platten sind in Übersicht 1 zusammengestellt. Mit aufgeführt sind die Querzugfestigkeit und die Dickenquellung der hergestellten Spanplatten.

Übersicht 1

Nach der Herstellung wurden die mit UF-Harz hergestellten Holzspanplatten zu Spänen mechanisch zerkleinert. Aus den zerkleinerten Holzspänen wurde die Spanfraktion < 1 mm bis < 4 mm für die Mittelschicht verwendet, während die Spanfraktion < 1 mm bis < 1 mm für die Deckschicht eingesetzt wurde. Die entstehenden Späne wurden zum einen noch einmal mit dem UF-Harz und zum anderen mit dem Diisocyanat-Bindemittel beleimt und anschließend ebenfalls zu Matten gestreut und zu Spanplatten gepresst. Auch die Mengen an verwendetem UF-Harz und Diisocyanat als Bindemittel blieben gleich. Der Übersichtlichkeit halber sind die Beleimung und die Pressbedingungen bei der Herstellung der Platten aus Spänen der UF-Spanplatten zusammengestellt, mit aufgeführt sind ebenfalls die ermittelten physikalisch-technologischen Eigenschaften der aus den UF-Spanplatten mit den beiden Bindemitteln UF-Harz und PMDI hergestellten neuen Holzspanplatten.

Aus den tabellierten Angaben in Übersicht 1 und 2 wird ersichtlich, dass die Verleimung von Holzspänen aus Gebrauchtholzspanplatten mit UF-Harzen zu Holzspanplatten führt, die sehr niedrige Querzugsfestigkeitswerte und ebenfalls hohe Dickenquellung im Vergleich zu den Werten der ursprünglichen Holzspanplatten in Übersicht 1 aufweisen. Ferner wurde überraschend festgestellt, dass Späne aus gebrauchten UF-Spanplatten zu Diisocyanat-Spanplatten führen, die sogar eine niedrigere Dickenquellung als die ursprünglichen Platten aufweisen (vgl. Übersicht 1).

Übersicht 2

Die Dickenquellung der Diisocyanat-Spanplatten, die aus Spänen hergestellt wurden, die ursprünglich aus UF-gebundenen Holzspanplatten stammen, liegt nach 24 h Wasserlagerung wesentlich niedriger als die der Diisocyanat-Platten, deren Späne direkt aus dem Holz gewonnen wurden. Zusammenfassend ist festzustellen: Späne aus UF-verleimten Gebrauchtspanplatten sind mit UF-Harz weitaus schwieriger zu verleimen als mit PMDI als Bindemittel.

Obwohl die aus Spänen von UF-gebundenen Gebrauchtholzspanplatten mit PMDI als Bindemittel neu hergestellten Holzspanplatten im Vergleich zu UF-gebundenen Holzspanplatten, die direkt aus frischen Holzspänen hergestellt sind, sehr niedrige Dickenquellungen nach 24 h Lagerung im Wasser aufweisen, lagen die Formaldehydabgabewerte der aus Spänen der Gebauchtspanplatten hergestellten Diisocyanat-Spanplatten mindestens gleich so hoch wie die der ursprünglichen UF- Spanplatten. Es konnte jedoch ebenfalls überraschend festgestellt werden, dass die Formaldehydabgabe solcher Platten durch eine Behandlung der Späne vor dem Beleimen mit formaldehydreaktiven Stoffen wie Natriumhydroxid oder durch eine nachträgliche Behandlung der Platten mit formaldehydaktiven Mitteln gemäß DE-PS 28 04 514, DE-PS 77 01 189.8 oder durch Besprühung mit Ammoniak abspaltenden Stoffen gemäß DE-PS 28 29 021 weitaus stärker reduziert werden kann als im Falle von Holzspanplatten, die direkt mit UF-Harz als Bindemittel hergestellt sind (vgl. Übersicht 3). Die Bestimmung der Formaldehydabgabe erfolgt nach der Flaschenmethode gemäß EN 7173 nach einer Prüfdauer von 24 h.

Übersicht 3

Einfluss der nachträglichen Behandlung von Holzspanplatten mit formaldehydaktiven Stoffen auf die Formaldehydabgabe der UF-Harz- gebundenen Spanplatten aus frischen Holzspänen und PMDI-gebundenen Holzspanplatten aus Spänen UF-gebundener Gebrauchtholzspanplatten

Aus den tabellierten Angaben wird ersichtlich, dass die nachträgliche Behandlung von Holzspanplatten, die unter Verwendung von Spänen aus gebrauchten UF- gebundenen Holzspanplatten hergestellt und mit Diisocyanat-Bindemittel verleimt wurden, zu einem stärkeren Maße ihre Formaldehydabgabe durch eine nachträgliche Behandlung der Holzspanplatten mit Ammoniak und Ammoniak abspaltenden Stoffen verringern als solche, die direkt aus Holzspänen mit UF-Harz als Bindemittel hergestellt wurden. Dies ist insofern überraschend, als sowohl die UF-gebundenen Holzspanplatten als auch die Diisocyanatgebundenen Spanplatten vor der Behandlung annähernd die gleichen Formaldehydabgabewerte aufweisen.

Die Behandlung der Späne aus UF-Spanplatten mit Natriumhydroxid in Mengen von 1% (Feststoff/atro Späne) führt zu einer Verringerung ihrer Formaldehydabgabe um ca. 30%. Überraschend wurde ebenfalls festgestellt, dass die Formaldehydabgabe der mit Diisocyanat als Bindemittel unter Einsatz von Spänen aus UF-gebundenen Gebrauchtspanplatten hergestellten Spanplatten durch thermische Behandlung verringert werden kann. So lag die Formaldehydabgabe nach einer thermischen Behandlung der Platten für 3 Tage bei 100°C um ca. 20% niedriger als vorher. Selbstverständlich kann die thermische Behandlung der Spanplatten vor oder nach einer Behandlung mit formaldehydreduzierenden Stoffen erfolgen, um die formaldehydreduzierende Wirkung zu forcieren. Die thermische Behandlung kann durch die Stapelwärme, wie in der Industrie üblich, erfolgen Es ist ebenfalls möglich, die mit Diisocyanat als Bindemittel verleimten Späne oder Fasern in die Mittelschicht einer mehrschichtigen Holzspanplatte einzusetzen, bei denen die Späne in den Deckschichten direkt aus dem Holz gewonnen werden und mit anderen Bindemitteln wie UF-Harzen oder PF-Harzen oder Tanninformaldehydharzen (TF-Harzen) gebunden werden.

Zu ähnlichen Ergebnissen führt die Verwendung von Fasern aus UF-gebundenen Gebrauchtfaserplatten. Die Verleimung dieser Fasern mit UF-Harzen führt zu Faserplatten mit geringeren Festigkeitseigenschaften als die ursprünglichen, während Diisocyanate zu Faserplatten mit gleichwertigen oder sogar teilweise besseren mechanischen Eigenschaften als die ursprünglichen Platten führt. Falls bei der industriellen Fertigung von Span- oder Faserplatten aus mechanisch zerkleinerten Gebrauchtplatten kein Recyclingmaterial in ausreichender Menge zur Verfügung steht, kann man das Recyclingmaterial durch Fasern bzw. Spänen aus frischem Holz ergänzen. Eine ausreichende Verbesserung stellt sich erst bei einem Anteil von mindestens 5% Recyclingmaterial ein.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Span- bzw. Faserplatten mit Diisocyanatbindung durch Verpressen aminoplasthaltiger Späne bzw. Fasern, dadurch gekennzeichnet, dass die Späne bzw. Fasern durch mechanische Zerkleinerung aus Gebraucht-Spanplatten bzw. Faserplatten erzeugt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass neben den Spänen bzw. Fasern aus der Zerkleinerung auch solche Späne bzw. Fasern verwendet werden, die direkt aus dem Holz gewonnen worden sind.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Span- bzw. Faseranteil aus Gebrauchtspan- bzw. Gebrauchtspanplatten mindestens 5% beträgt.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Späne aus Gebrauchtspan- bzw. Gebrauchtfaserplatten vor, während oder nach ihrer Verleimung mit Isocyanat mit formaldehydaktiven Chemikalien behandelt werden

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aminoplatharz ein Harnstoffformaldehydharz ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Aminoplastharz ein Harnstoff-Melamin-Formaldehydharz ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Diisocyanat verleimten Späne bzw. Fasern in der Mittelschicht mehrschichtiger Holzspan- bzw. Holzfaserplatten eingesetzt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Diisocyanat gebundenen Späne in den Deckschichten von mehrschichtigen Span- bzw. Faserplatten eingesetzt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus gebrauchten Spanplatten gewonnenen Späne mit Tanninen als Formaldehydfänger besprüht werden.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus gebrauchten Holzspan- bzw. Holzfaserplatten gewonnenen Späne bzw. Fasern mit Natriumhydroxid als formaldehydaktive Chemikalie besprüht werden.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus gebrauchten Holzfaser- bzw. Spanplatten hergestellten Späne bzw. Fasern vor der Beleimung mit Diisocyanaten und vor oder nach der Zugabe eines formaldehydaktiven Stoffes thermisch behandelt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die nach den Ansprüchen 1 bis 11 hergestellten Spanplatten bzw. Faserplatten thermisch nachbehandelt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die aus gebrauchten mit Aminoplastharz hergestellten Span- bzw. Faserplatten gewonnenen Späne bzw. Fasern mit einem Gemisch aus Diisocyanat und anderen Bindemitteln wie Aminoplast- und Phenoplastharzen zu Span- bzw. Faserplatten gebunden werden.

14. Verfahren nach den Ansprüchen 1-13, dadurch gekennzeichnet, dass die Feuchte der beleimten Späne zwischen 5% und 20% variiert.

15. Verfahren nach den Ansprüchen 1-14, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressvorgang in einer Dampf-Injektionspresse stattfindet.