-
Die
Erfindung betrifft einen Formkörper
auf Faserbasis, welcher unter Verwendung von mit Novolak behandelten
pflanzlichen Fasern hergestellt ist und sich insbesondere durch
ein verringertes Formaldehyd-Emissionsverhalten und bessere hydrophobe
Eigenschaften auszeichnet. Die Erfindung betrifft des weiteren ein
Verfahren zur Herstellung einer mit Novolak versehenen pflanzlichen
Faser.
-
Zur
Herstellung von Formkörpern,
wie bspw. Matten, Platten oder Formteilen werden pflanzliche Faserstoffe,
insbesondere Holzfasern, verwendet. Die pflanzlichen Faserstoffe,
insbesondere Holzfasern, werden hergestellt, indem pflanzliche Ausgangsmaterialien,
bspw. Holzstücke,
mechanisch, wie z.B. in Mühlen
oder in anderen mechanisch aufschließenden Aggregaten, oder thermomechanisch oder
chemo-thermomechanisch, wie z.B. in Druckzerfaserungsaggregaten,
bevorzugt in Refinern, aufgeschlossen werden. Dabei ist zu beachten,
daß je schärfer die
Aufschlußbedingungen
bei diesen Verfahren hinsichtlich Temperatur, Druck und Zeit sind, desto
mehr Formaldehyd aus den pflanzlichen Ausgangsstoffen, insbesondere
aus Holz, emittiert wird.
-
In
Refinern erfolgt die Herstellung der Fasern aus den pflanzlichen
Ausgangsmaterialien durch Zerfasern zwischen Mahlscheiben. Dabei
arbeitet man beispielsweise im Falle von Holz als Ausgangsmaterial üblicherweise
mit Drücken
in einem Bereich von 7 bis 11 bar und Temperaturen von bis zu 185°C sowie einer
Verweilzeit von drei bis sechs Minuten. Oberhalb der vorgenannten Bedingungen
kann es zu erheblichen Formaldehydemissionen kommen.
-
Der
Faserherstellungs-/Faseraufschlussprozess mittels der genannten
Verfahren kann dabei so gesteuert werden, dass Fasern einer vorgegebenen Geometrie
und Struktur erhalten werden können.
-
Während des
Faserherstellungs-/Faseraufschlussprozesses können auch Paraffine zugesetzt werden.
Die Paraffine verbessern die Gleiteigenschaften der Fasern, wodurch
der Energieaufwand bei dem Faserherstellungs –/Faseraufschlussprozess verringert
wird.
-
Ebenso
dienen die Paraffine zur Verbesserung der Hydrophobierung der hergestellten
Fasern und der aus diesen Fasern hergestellten Formkörpern
-
Nachteilig
ist jedoch, dass die Paraffine nur in einer Menge von bis zu etwa
3,0 Gew.-%, bezogen auf das absolut trockene, pflanzenfaserhaltige
Ausgangsmaterial, bspw. absolut trockenes Holz (atro), zugegeben
werden können.
-
Bei
einer weiteren Erhöhung
der Menge an Paraffin während
des Faserherstellungs-/Faseraufschlussprozesses verschlechtern sich
die Verklebungseigenschaften der so hergestellten Fasern
-
Aufgrund
der schlechteren Verklebbarkeit der unter Zugabe erhöhter Paraffinmengen
hergestellten Fasern verschlechtert sich ebenfalls das Eigenschaftsprofil
der aus diesen Fasern hergestellten Formkörper.
-
Des
weiteren enthalten pflanzliche Fasern, insbesondere Holzfasern,
je nach Holzart unterschiedliche Mengen an natürlich vorhandenem und in dem
pflanzlichen Ausgangsmaterial, insbesondere Holz, chemisch gebundenem
Formaldehyd. Das Faserherstellung/des Faseraufschlusses und/oder
Herstellung des Formkörpers
als auch bei Nutzung und Anwendung des Formkörpers freigesetzt werden. Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, pflanzliche Fasern, insbesondere
Holzfasern, bereitzustellen, bei denen die Formaldehydabgabe bei
dem Faserherstellungs-/Faseraufschlussprozess deutlich verringert
wird und die hydrophoben Eigenschaften der Faser verbessert werden.
-
Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren
bereitzustellen, bei dem während
des Faserherstellungs-/Faseraufschlussprozesses die Emission von
Formaldehyd zumindest reduziert wird und das die Herstellung von
Fasern mit geringem Formaldehydemissionspotential ermöglicht.
-
Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Formkörper auf
Faserbasis herzustellen, bei dem das Formaldehydemissionspotential
deutlich verringert ist.
-
Eine
weitere Aufgabe ist es, einen Formkörper bereitzustellen, der verbesserte
hydrophobe Eigenschaften aufweist.
-
Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch Bereitstellung
einer pflanzlichen Faser, die mit Härter-freiem Novolak versehen
ist, gelöst.
-
Bevorzugte
Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 angegeben.
-
Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird des weiteren durch
einen Formkörper
auf Pflanzenbasis gelöst,
wobei der Formkörper
pflanzliche Faser gemäß einem
der Ansprüche
1 bis 6 enthält.
-
Die
Aufgabe der Erfindung wird ferner durch Bereitstellung eines Verfahrens
zur Herstellung von einer mit Härter-freiem
Novolak versehenen Faser gemäß einem
der Ansprüche
1 bis 6 gelöst,
wobei das Verfahren den folgenden Schritt umfasst: Aufschließen von
pflanzlichen Ausgangsmaterialien in Gegenwart von Härter-freiem
Novolak in mechanisch aufschließenden
Aggregaten, thermomechanisch aufschließenden Aggregaten oder chemo-thermomechanisch
aufschließenden
Aggregaten, wobei vor oder während
des Aufschlussprozesses Härter-freier Novolak
zugegeben wird.
-
Die
Erfinder haben überraschend
festgestellt, dass es möglich
ist, dass Formaldehyd-Emissionspotential von hergestellten pflanzlichen
Fasermaterialien, insbesondere von Holzfasern, und daraus hergestellten
faserhaltigen Formkörpern
oder Faserformkörpern
signifikant abzusenken, wenn die pflanzlichen Ausgangsmaterialien
während
des Faserherstellungs-/Faseraufschlussprozesses mit Härter-freiem
Novolak beaufschlagt werden.
-
Überraschenderweise
wurde ebenso festgestellt, dass sich die hydrophoben Eigenschaften
der so hergestellten Fasermaterialien und daraus hergestellter Formkörper weiter
verbessern.
-
Es
hat sich völlig überraschend
gezeigt, dass, um die Emission von Formaldehyd zu verringern, es
ausreicht, wenn die so hergestellten pflanzlichen Fasern mit Härterfreiem
Novolak nur oberflächlich
beaufschlagt sind. Eine teilflächige
Beaufschlagung oder teilweise Umhüllung der pflanzlichen Faser,
vorzugsweise Holzfaser, mit Novolak ist dabei ausreichend. Selbstverständlich kann
auch eine vollflächige
Beaufschlagung oder vollständige
Umhüllung
der pflanzlichen Faser mit Härter-freiem
Novolak erfolgen.
-
Das
während
des Faserherstellungs-/Faseraufschlussprozesses freigesetzte Formaldehyd
wird vom Härter-freien
Novolak weitgehend chemisch gebunden, wobei eine partielle Härtung des
Novolakes eintritt oder eintreten kann.
-
Durch
die chemische Bindung des Formaldehyds wird das Formaldehyd-Emissionspotential derartiger
Fasern deutlich verringert. Aufgrund des Bindungsvermögens des
Härter-freien
Novolaks ist auch bei der Weiterverarbeitung dieser erfindungsgemäßen pflanzlichen
Fasern sowie bei der Herstellung von Formkörpern und der Nutzung und Anwendung der
Formkörper
die Formaldehydemission deutlich verringert.
-
Faserformkörper werden
traditionell unter Verwendung pflanzlicher Fasern, insbesondere
Holzfasern, und in der Regel von formaldehydhaltigen Bindemitteln,
welche ca. 90 % der weltweit zur Herstellung derartiger Formkörper, wie
Matten, Platten oder Formteilen eingesetzten Bindemittel umfassen, hergestellt.
-
Unter
Verwendung der erfindungsgemäßen pflanzlichen
Fasern hergestellte Formkörper
zeichnen sich ebenfalls durch deutlich verringerte Formaldehydemissionen
und verbesserte hydrophobe Eigenschaften aus, da das aus den formaldehydhaltigen
Bindemitteln emittierte Formaldehyd während der unter Druck und Hitze
erfolgenden Formkörperherstellung
ebenfalls zur Härtung
des Novolakes beiträgt
und somit der Formaldehyd dem System weitestgehend entzogen wird
und nicht emittiert werden kann.
-
Im
Hinblick darauf, dass Formaldehyd für den Menschen und die Umwelt
ein großes
Gefährdungspotential
aufweist, ermöglicht
die vorliegende Erfindung, die gesundheitliche Belastung der Menschen
während
des Faserherstellungsprozesses, der Formkörperherstellung und dessen
Nutzung und Anwendung signifikant abzusenken.
-
Die
pflanzliche Faser kann dabei aus jedem geeigneten pflanzlichen Ausgangsmaterial,
dass üblicherweise
zur Herstellung von Faserformkörpern verwendet
wird, hergestellt sein. Die pflanzlichen Fasern können dabei
von einjährigen
oder mehrjährigen
Pflanzen stammen.
-
Als
pflanzliche Faser können
z.B. Flachs-, Hanf-, Bast-, Kenaf-, Jutefaser oder Mischungen davon
verwendet werden.
-
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist
die pflanzliche Faser eine Holzfaser.
-
Die
Holzfaser kann aus jedem beliebigen Holzmaterial oder jeder beliebigen
Holzart, bspw. Kiefer, Fichte, Buche, Pappel, etc. hergestellt werden.
-
Die
erfindungsgemäßen pflanzlichen
Fasern weisen vorzugsweise eine Länge von 0,05 mm bis 30 mm,
vorzugsweise von 0,1 bis 20 mm, auf, Als sehr geeignet haben sich
auch Faserlängen
von 0,1 bis 10 mm, weiter bevorzugt von 0,1 bis 8 mm, erwiesen. Gemäß einer
weiter bevorzugten Ausführungsform beträgt die Faserlänge 0,1
bis 5 mm.
-
Weiterhin
bevorzugt ist, dass der Novolak auf der erfindungsgemäßen Faser ungehärtet oder nur
partiell vernetzt vorliegt und somit auch zu einem späteren Zeitpunkt,
wie z.B. bei der Formkörperherstellung
unter Verwendung formaldehydhaltiger Bindemittel unter Druck und
Hitze ggf. freigesetztes Formaldehyd zuverlässig bindet. Dieses freigesetzte Formaldehyd
trägt zur
Härtung
des Novolakes bei. Weiterhin ist bevorzugt, dass der Anteil an Novolak 0,05
bis 15 Gew. %, bevorzugt 0,1 bis 10 Gew.- %, jeweils bezogen auf
das Gewicht an absolut trockener Faser (atro), beträgt.
-
Es
hat sich überraschend
gezeigt, dass bereits geringe Mengen an Härter-freiem Novolak auf der
Faseroberfläche
ausreichen, um das während des
Faserherstellungs-/Faseraufschlussprozesses und/oder der Formkörperherstellung
abgegebene Formaldehyd weitestgehend zu binden.
-
Durch
die in den Novolaken ausgeprägt
vorhandenen, wasserabweisenden Methylenbrücken wird eine zusätzliche
Hydrophobierung der erfindungsgemäßen Pflanzenfaser und des Formkörpers erreicht.
Durch die Hydrophobierung der pflanzlichen Fasern, bevorzugt Holzfasern,
wird die Beständigkeit der
pflanzlichen Fasern bzw. der aus diesen pflanzlichen Fasern hergestellten
Formkörper
gegenüber Feuchtigkeit
und Nässe
erhöht,
da das Wasser weitgehend von der hydrophoben Oberfläche abgestoßen wird.
-
Es
hat sich ferner überraschend
gezeigt, dass der erfindungsgemäß verwendete
Härter-freie Novolak
die Gleiteigenschaften der pflanzlichen Ausgangsmaterialien während des
Faserherstellungs-/Faseraufschlussprozesses verbessert, so dass
die traditionell zur Hydrophobierung und zur gleichzeitigen Verringerung
des Energieaufwandes während
des Faseraufschlusses eingesetzten Paraffine in ihren Einsatzmengen
reduziert werden können.
-
Der
Härter-freie
Novolak weist bis zur Härtung
thermoplastische Eigenschaften auf, die zur Verbesserung der Gleiteigenschaften
bei guter Verteilung des Novolakes auf die erfindungsgemäß hergestellten
Fasern mit verbesserter Hydrophobierung während des Faserherstellungs-/Faseraufschlussprozesses
führen.
-
Der
erfindungsgemäß eingesetzte
Härter-freie
Novolak enthält
vorzugsweise kein Härtungsmittel,
wie beispielsweise Hexamethylentetramin. Im Sinne der Erfindung
wird unter einem „Härter-freien" Novolak auch ein
Novolak verstanden, der geringfügige
Mengen an Härter
enthalten kann, wobei diese Mengen jedoch so gering sind, daß der Novolak
nur unvollkommen vernetzen kann. Wesentlich ist, daß der Novolak
ein ausreichendes Bindungsvermögen
für während des
Faseraufschlusses bzw. während
der Formkörperherstellung
freigesetztes Formaldehyd aufweist. Der Anteil an Härter in
dem „Härterfreien" Novolak beträgt vorzugsweise
weniger als 1,0 Gew.-%, weiter bevorzugt weniger als 0,8 Gew.-%,
noch weiter bevorzugt weniger als 0,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf
das Gesamtgewicht an Härtungsmittel
und Novolak.
-
Die
erfindungsgemäß zu verwendeten
Novolake sind definiert als im sauren pH Wertbereich hergestellte
Polykondensate auf Basis phenolischer Komponenten, insbesondere
Phenol, und Aldehyd – Komponenten,
insbesondere Formaldehyd, im Molverhältnis von den phenolischen
Komponenten, insbesondere Phenol, zu den Aldehyd – Komponenten, insbesondere
Formaldehyd, von 1 :< 1,
bevorzugt 1 : 0,5 bis 1 : 0,9 (Molverhältnis phenolische Komponente
: Aldehyd-Komponente).
-
Der
Härter-freie
Novolak kann in Form von Pulver, Pellets, Partikeln, Stücken, Schmelze,
Emulsion und/oder Dispersion vorliegen und in dieser Form bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren
zugegeben werden.
-
Da
die Herstellung bzw. der Aufschluss der auf pflanzlichen Ausgangsmaterialien
beruhenden pflanzlichen Fasern unter Einwirkung mechanischer Kräfte oder
durch thermo-mechanischen oder chemothermomechanischen Aufschluss
erfolgt, kann der Härter-freie
Novolak in fester oder flüssiger
Form zugegeben werden. Die Zugabe des Härter-freien Novolaks kann bspw.
bei Benutzung von Refinern zum Faseraufschluß in den Kocher, die Stopfschnecke
und/oder den Mahlraum erfolgen.
-
Im
Hinblick darauf, dass die unter Verwendung von pflanzlichen Ausgangsmaterialien
hergestellten Formkörper
im Innenausbau von Häusern oder
bei der Anfertigung von Möbeln
umfangreich verwendet werden, stellt die Erfindung einen wichtigen
Beitrag zur Verbesserung der Lebensbedingungen von Menschen und
Tieren dar.
-
Weiterhin
ist bevorzugt, dass der Formkörper synthetische
und/oder natürliche
Bindemittel sowie optional weitere Additive enthält.
-
Synthetische
Bindemittel werden vorzugsweise aus der Gruppe der formaldehydbasierenden Kondensationsharze,
wie z.B. Urea-Formaldehyd (UF), Melamin-Formaldehyd (MF), Melamin-Urea-Formaldehyd
(MUF), Melamin-Urea-Phenol-Formaldehyd
(MUFF), Phenol-Formaldehyd (PF), Phenol-Melamin-Formaldehyd (PMF), Phenol-Urea-Formaldehyd
(PUF), Resorcinol-Phenol-Formaldehyd
(RPF) Resorcinol-Phenol-Urea-Formaldehyd (RPUF) und Gemischen davon,
und/oder aus der Gruppe der thermoplastischen Bindemittel, wie z.B.
auf Basis von Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polyvinylchlorid
(PVC), Polyvinylalkohol (PVA), Polyvinylacetaten (PVAc) und Gemischen
davon und/oder aus der Gruppe der Polyurethane und der Isocyanate,
wie z.B. polymeres Diphenylmethandiisocyanat (PMDI) und Gemischen davon
ausgewählt.
-
Gemäß einer
weiter bevorzugten Ausführungsform
enthält
der Formkörper
die synthetische Bindemittel bevorzugt in der Menge von 0,5 bis
50 Gew.-%, weiter bevorzugt von 1 bis 40 Gew.-%, jeweils bezogen
auf das Gesamtgewicht des Formkörpers.
Der Rest können
pflanzliche Fasern sowie gegebenenfalls vorhandene Additive sein.
-
Natürliche Bindemittel
werden bevorzugt aus der Gruppe, die aus Kohlenhydraten, Tanninen,
Ligninen, Stärken,
Proteinen und Mischungen davon besteht, ausgewählt.
-
Gemäß einer
weiter bevorzugten Ausführungsform
enthält
der Formkörper
die natürlichen Bindemittel
bevorzugt in der Menge von 1 bis 50 Gew.-%, weiter bevorzugt von
5 bis 40 Gew.-%, noch weiter bevorzugt von 10 bis 30 Gew.-%, jeweils
bezogen auf das Gesamtgewicht des Formkörpers. Der Rest können pflanzliche
Fasern sowie gegebenenfalls vorhandene Additive sein.
-
Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
werden die Additive aus der Gruppe, die aus Hydrophobierungsmitteln,
Flammschutzmitteln, Pilzschutzmitteln Bakteriziden, Farbstoffen,
Pigmenten, leitfähigkeitserhöhenden Substanzen
und Gemischen davon besteht, ausgewählt.
-
Die
Additive können
in dem erfindungsgemäßen Formkörper in
einer Menge von 0,1 bis 20 Gew.-%, bevorzugt von 0,5 bis 15 Gew.-%,
weiter bevorzugt von 1 bis 10 Gew.-%, jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht
des Formkörpers,
vorhanden sein.
-
Die
Anteile sämtlicher
Komponenten addieren sich in dem erfindungsgemäßen Formkörper auf 100 Gew.-%.
-
Der
erfindungsgemäße Formkörper ist
vorzugsweise eine Platte, Matte oder ein Formteil.
-
Aufgrund
der signifikant verringerten Formaldehydemissionen eignen sich die
erfindungsgemäßen Formkörper insbesondere
im Wohn- und Arbeitsbereich. Beispielsweise können die erfindungsgemäßen Formkörper als
Basissubstrat zur Herstellung von Möbeln oder Bodenbelägen, wie
beispielsweise Laminatböden,
oder auch im Kraftfahrzeug – Innenbereich
eingesetzt werden.
-
Die
erfindungsgemäß hergestellten
Fasern können
bei Einsatz geeigneter synthetischer Bindemittel, die aus den Gruppen
der vorstehend beschriebenen Bindemittel ausgewählt werden können, auch zur
Herstellung und Nutzung von Formkörpern für die Aussenanwendung eingesetzt
werden.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist erstaunlich einfach. Wesentlich ist lediglich, dass der Faserherstellungsprozess
bzw. die Faseraufbereitung in der beschriebenen Art und Weise in
Gegenwart von Härter-freiem
Novolak durchgeführt
wird.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
können überraschenderweise
und vorteilhafterweise auch wesentlich intensivere Bedingungen während der
Beaufschlagung mit „Härter-freiem" Novolak angelegt
werden, ohne daß es
zu einer signifikanten, vorzugsweise zu keiner, Formaldehydemission kommt.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
kann sowohl bei den üblicherweise
angewandten Bedingungen als auch deutlich oberhalb der üblicherweise
angewendeten Bedingungen, wie z.B. hinsichtlich des Druckes von
7 bis 11 bar, insbesondere oberhalb von 11 bar erfolgen. Als geeignet
haben sich Drücke
im Bereich von 12 bis 100 bar, bspw. von 12 bis 20 bar erwiesen.
-
Des
weiteren können
auch Temperaturen von bis zu 185 °C
als auch Temperaturen oberhalb von 185 °C, bspw. von 190 °C bis 270 °C oder 195 °C bis 250 °C angelegt
werden. Ferner hat sich gezeigt, daß sowohl die üblichen
Verweilzeiten von drei bis sechs Minuten als auch längere Verweilzeiten
unter den üblicherweise
verwendeten und/oder erhöhten Druck-
und/oder Temperaturbedingungen möglich sind,
wie bspw. von 7 bis 50 Minuten oder von 8 bis 30 Minuten. Ebenso
ist auch eine Verkürzung
der üblicherweise
verwendeten Verweilzeit bei erhöhten Druck-
und Temperaturbedingungen möglich
und sinnvoll, wie bspw. eine Verweilzeit von 1,5 min bei 12 bar/190 °C.
-
Die
unter Anwendung der angegebenen Druck-, und/oder Temperatur- und/oder
Zeitbedingungen sowie unter Verwendung von „Härter-freiem" Novolak erhaltenen pflanzlichen Fasern,
insbesondere Holzfasern, und die daraus hergestellten Formkörper zeichnen
sich durch verbesserte Eigenschaften, insbesondere hinsichtlich
Formaldehydemission und Quellung aus.