DE102014105879A1

DE102014105879A1 - Bindemittel für Holzwerkstoffe

Info

Publication number: DE102014105879A1
Application number: DE102014105879.8A
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: Hedicon Composite
Current assignee: Hedicon Composite
Priority date: 2014-04-25
Filing date: 2014-04-25
Publication date: 2015-10-29
Also published as: WO2015162300A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundwerkstoffs, der mindestens ein zellulosehaltiges Substrat und ein mehrkomponentiges Bindemittel aufweist. Um ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundwerkstoffs, welches eine besonders kostengünstige Herstellung von zellulosehaltigen Verbundwerkstoffen ermöglicht und heute übliche Festigkeitsnormen und Qualitätsstandards erfüllt, ist vorgesehen, ein Bindemittel auf das zellulosehaltige Substrat aufzutragen, wobei mindestens eine erste Komponente des Bindemittels Tierblut und eine zweite Komponente des Bindemittels mindestens ein Additiv enthält.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundwerkstoffs mit einem zellulosehaltigen Substrat und einem mehrkomponentigen Bindemittel. Weiter betrifft die Erfindung einen Verbundwerkstoff und ein Bindemittel zum Herstellen eines Verbundwerkstoffs.
Zu den Verbundwerkstoffen mit zellulosehaltigen Substraten gehören insbesondere Holzwerkstoffe, die als Baustoffe im Innen- und Außenbereich eingesetzt werden. Bei der Produktion von Holzwerkstoffen bereiten den Produzenten die steigenden Rohstoffpreise und der größer werdende Konkurrenzdruck im Markt und die damit einhergehenden sinkenden Verkaufspreise immer größere Probleme.
Dabei sind insbesondere die steigenden Preise für die notwendigen Bindemittel zum Verbinden der einzelnen Substratbestandteile ausgesprochen problematisch.
Zudem wird es mit den heute üblichen Bindemitteln, wie beispielsweise Harnstoffharz, Melaminharz oder Phenolharze immer schwieriger, die strenger werdenden Umweltrichtlinien bei der Produktion und bezüglich des Endproduktes zu erfüllen.
Es besteht somit ein erhöhter Bedarf an einem Bindemittel, welches zum einen besonders kostengünstig und in die vorhandenen Produktionsprozesse integrierbar ist und zum anderen die immer strenger werdenden Umweltrichtlinien auch zukünftig erfüllen kann.
Bindemittel, die voraussichtlich auch zukünftige Umweltrichtlinien erfüllen, können beispielsweise aus Naturstoffen bestehen. So sind beispielsweise ligninbasierte Bindemittel oder auch Kasein- oder Blutalbuminleime bekannt, die jedoch die für Holzwerkstoffe notwendigen Festigkeiten nicht aufweisen und teilweise nur schwer oder gar nicht in die heute üblichen industriellen Fertigungsprozesse integrierbar sind.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines Verbundwerkstoffs, ein Verbundwerkstoff und ein Bindemittel zum Herstellen eines derartigen Verbundwerkstoffs bereitzustellen, welches eine besonders kostengünstige Herstellung von zellulosehaltigen Verbundwerkstoffen ermöglicht und heute übliche Festigkeitsnormen und Qualitätsstandards erfüllt.
Die Erfindung löst die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Bindemittel mit den Merkmalen des Anspruchs 12 und einen Verbundwerkstoff mit den Merkmalen des Anspruchs 13. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Verbundwerkstoffs mit einem zellulosehaltigen Substrat und einem mehrkomponentigen Bindemittel weist mindestens die folgenden Schritte auf:

– Auftragen des Bindemittels auf das zellulosehaltige Substrat, wobei mindestens
– eine erste Komponente des Bindemittels Tierblut enthält und
– eine zweite Komponente des Bindemittels mindestens ein Additiv aus der Gruppe: Peroxid, insbesondere Wasserstoffperoxid, Harnstoff, Alaun, Natriumsulfit, Glycerin, Formaldehyd, Isocyanat, Hexamin, Natriumlaurylsulfat, Natriumsulfat, Aluminiumsalz, Ligninsulfonat, Citronsäure, Natriumhydroxid, Wasserglas, Ethanol und/oder Hydrowachs aufweist und
– ein, mehrere oder ein Gemisch der Additive der zweiten Komponente jeweils einzeln und/oder in Mischung mit der ersten Komponente aufgetragen werden;
– Verpressen der zellulosehaltigen Komponenten mit dem Bindemittel unter Hitzeeinwirkung zu einem Verbundwerkstoff-Formkörper.

Wesentlich für die Erfindung ist eine über die Additive angeregte strukturelle Veränderung des Tierblutes, insbesondere der Eiweiße im Tierblut, welche die Anbindung des Tierblutes an das zellulosehaltige Substrat fördert, so dass in einem industriellen Fertigungsverfahren Verbundwerkstoffe, insbesondere Holzwerkstoffe, hergestellt werden können. Dabei werden mit dem erfinderischen Verfahren beispielsweise Festigkeitswerte erreicht, welche den heutigen Anforderungen an z.B. Möbelbauplatten genügen. Zudem kann das Bindemittel gut in die üblichen industriellen Fertigungsprozesse integriert werden und die Verwendung von Tierblut gewährleistet, dass für Menschen gefährliche Emissionen bei der Produktion oder im späteren Gebrauch der Verbundwerkstoffe weitestgehend vermieden werden. Hierdurch können immer strenger werdende Umweltauflagen besonders einfach erfüllt werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden -abhängig von den eingesetzten Additivenunterschiedliche Wirkmechanismen zum Verkleben erreicht. So kann beispielsweise eine besonders gute mechanische Verankerung des Tierbluts an der Oberfläche der zellulosehaltigen Substrate und/oder ein besonders hoher Vernetzungsgrad zwischen dem Tierblut und dem zellulosehaltigen Substrat bewirkt werden. Hierbei ist es möglich, über die Auswahl der Additive eine hohe Anzahl von zwischenmolekularen Kräften, wie beispielsweise Wasserstoffbrückenbindung zwischen dem Tierblut und dem zellulosehaltigen Substrat und/oder molekulare Verbindungen zwischen dem Tierblut und dem zellulosehaltigen Substrat zu erzeugen. Als aktives Agens im Tierblut werden vorrangig die enthaltenen Eiweißmoleküle gesehen, mittels der alle vorbeschriebenen Verklebungsmechanismen erzeugt werden können. So kann bei einem optimalen Mischungsverhältnis der Komponenten durch die Katalase eine enzymatische Vernetzung bewirkt werden. Möglicherweise wirken auch weitere im Tierblut enthaltende Bestandteile an der Verklebung mit.
Unter einem Verbundwerkstoff wird ein Werkstoff aus mehreren Bestandteilen verstanden, dessen Bestandteile ursprünglich getrennt sind und die beim Herstellen des Verbundwerkstoffs miteinander verbunden (verklebt) werden. Dabei kann es sich um großflächige Bestandteile, wie platten- oder flächenförmige Bestandteile handeln, oder z.B. auch um partikelartige Bestandteile, wie beispielsweise Späne, Staub oder Fasern, die mit einem Bindemittel zu einem Formkörper aus Verbundwerkstoff verklebt werden.
Unter einem zellulosehaltigen Substrat werden insbesondere auf Holz basierende Substrate, wie einzelne Holzschichten, Furnierlagen, Holzpartikel, Holzspäne oder auch Holzfasern verstanden. Zudem können auch auf Einjahrespflanzen basierende Substrate verwendet werden. Auch können Sekundärprodukte, d.h. Produkte, die Zellulose enthalten und bereits einmal verarbeitet wurden und für die Weiterverarbeitung noch mal aufgearbeitet werden, wie beispielsweise Altholz oder Altpapier, unter zellulosehaltigen Substraten verstanden werden.
Unter dem Bindemittel ist der Stoff zu verstehen, der die im Verbundwerkstoff enthalten weiteren Bestandteile, insbesondere die zellulosehaltigen Substrate, miteinander verklebt. Dabei werden unter dem Bindemittel zum einen Substanzen verstanden, die eine eigene Klebekraft aufweisen, zum anderen können es beispielsweise aber auch Katalysatoren sein, die einzelne Komponenten der weiteren im Verbundwerkstoff enthaltenen Materialien/Substanzen aktivieren, so dass eine Verklebung des Substrats im Verbundwerkstoff erreicht wird.
Das erfindungsgemäße Bindemittel weist mindestens zwei Komponenten auf; es ist mehrkomponentig. Mehrkomponentig heißt in diesem Zusammenhang, dass das Bindemittel aus mehreren Einzelkomponenten zusammengesetzt wird, um seine Wirkung zu erhalten. Die erste Komponente des Bindemittels, nämlich das Tierblut, ist ausgesprochen kostengünstig zu erhalten, da es in Schlachtbetrieben in großen Mengen anfällt, die derzeitige Verwendung jedoch eingeschränkt ist oder eine kostenintensive Aufarbeitung erfordert. Dies betrifft insbesondere Blut der Kategorie 3, welches normalerweise entsorgt werden muss, jedoch als Bindemittelkomponente verwendet werden kann.
Die erste Komponente (Tierblut) kann in seiner reinen Form oder auch in Mischungen oder Lösungen, die Tierblut oder Tierblutkomponenten enthalten, verwendet werden.
Das verwendete Tierblut, insbesondere das Blut von Rindern oder Schweinen, enthält hohe Bestandteile an Proteinen, die ursächlich für den Klebeeffekt sind. Dieser kann insbesondere über eine Denaturierung der Eiweiße, die eine Vergrößerung der Oberfläche der Eiweiße bewirkt und/oder über eine besonders hohe Vernetzung der Eiweiße mit dem zellulosehaltigen Substrat verbessert werden.
Die zweite Komponente des Bindemittels enthält mindestens ein einzelnes Additiv. Unter einem Additiv wird ein Mittel verstanden, welches mit dem Tierblut gemeinsam eine besondere gute Haftung zwischen dem Tierblut, dem Additiv und dem zellulosehaltigen Substrat bewirkt. Die Gruppe der Additive weist – entsprechend den möglichen Wirkmechanismen beim Verkleben – heterogene Wirkmechanismen auf.
Zahlreiche der Additive bewirken eine besonders starke Denaturierung der Eiweiße, so dass diese ihre Tertiär- und/oder Sekundärstruktur zumindest teilweise verlieren. Beispielsweise kann das Tierblut mit Peroxid, insbesondere Wasserperoxid vermischt werden, wodurch eine besonders starke Denaturierung der Eiweiße und eine damit einhergehende besonders feste Verbindung zwischen dem zellulosehaltigen Substrat und dem Tierblut ausgebildet wird. Als denaturierende Additive wirken insbesondere das Peroxid, das Wasserstoffperoxid, der Harnstoff, das Alaun und das Natriumsulfid.
Andere Additive, wie beispielsweise Glyzerin, bewirken eine höhere Vernetzung des Tierblutes, insbesondere der Eiweißmoleküle mit dem zellulosehaltigen Substrat. Dieses wird vermutlich durch eine erhöhte Ausbildung von zwischenmolekularen Kräften, wie beispielsweise Wasserstoffbrückenbindungen zwischen dem Additiv, dem Tierblut und dem zellulosehaltigen Substrat erreicht, wodurch die Festigkeit der Verbindung zwischen Tierblut und zellulosehaltigen Substrat deutlich verbessert wird. Für diese deutliche Verbesserung der Vernetzung des Tierbluteiweißes mit dem zellulosehaltigen Substrat sind insbesondere die Additive Glyzerin, Formaldehyd, Isocyanat, Hexamin, Natriumlaurylsulfat, Natriumsulfat und Ligninsulfat, Aluminiumsalz, Wasserglas und Ethanol geeignet.
Zudem können besondere Eigenschaften des Verbundwerkstoffs durch weitere Additive herausgebildet werden. So kann beispielsweise die Zugabe von Hydrowachs als Additiv eine bessere Wasserresistenz des Verbundwerkstoffs bewirken.
Auch können mehrere Additive gemeinsam mit dem Tierblut wirken. So ist es beispielsweise möglich, das Tierblut mit einem die Denaturierung des Eiweißes fördernden Additivs, wie Wasserstoffperoxid, Harnstoff und/oder Alaun zu vermengen und beispielsweise Glyzerin mit beizugeben, um die Vernetzung zwischen dem Tierblut und dem zellulosehaltigen Substrat zu erhöhen. Bei Bedarf kann diese Mischung beispielsweise auch noch Hydrowachs enthalten, um den Verbundwerkstoff besonders resistent gegen Feuchtigkeit auszubilden.
Unter dem Auftragen des Bindemittels wird das Aufsprühen, Aufstreichen oder anderweitiges Aufbringen des Bindemittels auf das zellulosehaltige Substrat verstanden. Auch wird unter dem Auftragen das Vermischen des zellulosehaltigen Substrats mit dem Bindemittel verstanden. So können beispielsweise einzelne Komponenten oder einzelne Additive des Bindemittels mit dem zellulosehaltigen Substrat vermischt, während weitere Komponenten z.B. aufgesprüht werden. Das Auftragen kann mit üblichen Auftragsvorrichtungen und/oder Mischvorrichtungen, die beispielsweise aus der Holzwerkstoffindustrie bekannt sind, erfolgen.
Die Verwendung des Additivs kann unterschiedlich erfolgen. Abhängig von der Konsistenz des Additivs, die beispielsweise flüssig, in reiner Form oder als verdünnte Lösung oder auch fest, z.B. pulverförmig, sein kann, wird das Additiv beispielsweise einzeln auf das zellulosehaltige Substrat aufgesprüht und/oder mit diesem vermischt. Auch können beispielsweise mehrere Additive nacheinander aufgetragen werden oder es ist möglich, mehrere Additive miteinander zu mischen und dann aufzutragen. So kann ein Additiv beispielsweise einzeln und mehrere weitere Additive als Gemisch aufgetragen werden. Des Weiteren ist es beispielsweise möglich, sowohl ein einzelnes Additiv als auch mehrere Additive mit dem Tierblut zuerst zu vermischen und dann auf das zellulosehaltige Substrat aufzutragen.
Insbesondere die Reihenfolge des Auftragens der ersten und zweiten Komponenten beziehungsweise einzelner Additive ist dabei abhängig von dem jeweilig verwendeten Additiv. So kann ein einzelnes, mehrere oder ein Gemisch von Additiven vor dem Auftragen der ersten Komponente auf das zellulosehaltige Substrat aufgetragen werden. Auch ist es möglich, die erste Komponente, d.h. das Tierblut, alleine oder auch in Mischung mit einem Additiv und beispielsweise nachfolgend ergänzend weitere Additive aufzutragen. Auch ist es möglich, das Tierblut zuerst und nachfolgend entsprechende Additive aufzutragen. Das Tierblut (Protein) wird dabei insbesondere in gelöster Form, beispielsweise in Glycerin oder auch in Wasser und Glycerin, aufgebracht, wodurch eine optimale Vernetzung erzielt werden kann.
Die zellulosehaltigen Komponenten mit dem Bindemittel werden nach dem Aufbringen der ersten und zweiten Komponente verpresst. Dies kann beispielsweise in üblichen Pressen zum Herstellen von Holzwerkstoffplatten, wie z.B. Etagenpressen oder Bandpressen, erfolgen. Auch wäre es beispielsweise denkbar, ein Verbundwerkstoff mittels eines Extruders zum Herstellen eines strangförmigen Verbundwerkstoffs unter Einwirkung von Druck und Hitze herzustellen. Letztlich sind auch Spritzgussverfahren zum Verpressen unter Hitzeeinwirkung für die zellulosehaltigen Komponenten und das Bindemittel denkbar.
Neben den vorgenannten möglichen Auftragsreihenfolgen der Additive und der ersten Komponente wird weiterhin besonders bevorzugt zusätzlich ein, mehrere oder ein Gemisch mehrerer der von der zweiten Komponente umfassten Additive vor dem Auftragen der ersten Komponente des Bindemittels auf die zellulosehaltigen Komponenten und/oder vor dem Verpressen der zellulosehaltigen Komponenten mit dem Bindemittel aufgetragen. Hierdurch kann die Wirkung der einzelnen Additive deutlich verstärkt werden, wodurch wiederum die Verklebung zwischen dem Tierblut und dem zellulosehaltigen Substrat verbessert wird.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird ein Additiv aus der Gruppe der Tenside als Bestandteil der zweiten Komponente zugegeben oder als zusätzliches Additiv aufgetragen. Das Tensid bewirkt eine Stabilisation des Bindemittels und fördert zusätzlich eine gute Benetzbarkeit des zellulosehaltigen Substrats mit dem Bindemittel. Des Weiteren erhöht das Tensid die Bindungseigenschaft der Tierbluteiweiße, so dass die Verbindung zwischen dem Tierblut und dem zellulosehaltigen Substrat weiter verbessert wird. Dabei vermindert das Tensid das Bestreben der Proteine sich wieder zusammenzuziehen.
Grundsätzlich kann das reine Tierblut in flüssiger Form verwendet werden. Besonders bevorzugt wird jedoch getrocknetes beispielsweise trommelgetrocknetes Tierblut, insbesondere Tierblutpulver, z.B. Tiervollblutpulver in Pulverform oder in verflüssigter Form, verwendet. Tierblutpulver ist insbesondere im industriellen Betrieb einfach zu handhaben, aufzutragen und mit den Additiven zu vermischen. Hierbei können unterschiedliche Sorten von Tierblutpulvern verwendet werden. Grundsätzlich kann sowohl Plasmapulver als auch Hämoglobinpulver verwendet werden. Besonders bevorzugt wird jedoch Vollblutpulver verwendet, insbesondere Tierblut/Tierblutpulver der Kategorie 3, da dieses besonders kostengünstig ist.
Bei der Herstellung von Spanplatten kommt es häufig zu unerwünschten Staubemissionen, insbesondere beim Übergang des Spänekuchens vom Vorverdichten in die Presse. Hierdurch können Produktionsfehler, wie beispielsweise Platzer auftreten, oder die Staubbelastung im Produktionsprozess ist zu hoch.
Um bei der Fertigung des Verbundwerkstoffs eine zu hohe Staubentwicklung zu vermeiden, wird besonders bevorzugt mindestens ein Additiv mit einem Verdickungsmittel versetzt. Bevorzugt wird das Verdickungsmittel aus der Gruppe gewählt, die Knochenleim, Holzmehl, Aerosil 200 Evonik, Alaun, Xantangum, Zellulosederivat, insbesondere Carboxylmethylzellulose, umfasst.
Das Andicken des Additivs mit einem Verdickungsmittel trägt Feuchtigkeit in den Spänekuchen ein, so dass die entstehende Staubmenge beim Verpressen verringert wird. Zudem wird durch das Andicken (Dispergieren) ein zu schnelles Einziehen des beispielsweise Wasserstoffperoxides in das Substrat verhindert.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung beträgt der eingesetzte Massenanteil zum Herstellen des Verbundwerkstoffs an Tierblut in Pulverform vor dem Verpressen zwischen 10 % bis 20 %, bevorzugt 8 % bis 12 %, besonders bevorzugt 6 % bis 8 %, vorteilhaft 3 % bis 6 %. Der erfinderische Massenanteil an Tierblut bewirkt eine besonders gute Verklebung der zellulosehaltigen Substrate.
Bei der Verklebung von flächigen zellulosehaltigen Substraten, wie beispielsweise Furnieren bei der Herstellung von Sperrholzplatten, wird die Auftragsmenge nicht nach Massenanteil an der Gesamtmasse bestimmt, sondern sie wird nach Gramm pro/m² festgelegt. Aus diesem Grund beträgt besonders bevorzugt die Auftragsmenge an Bindemittel auf dem zellulosehaltigen Substrat zwischen 80 g/m² und 140 g/m.
Das Verpressen kann bei unterschiedlichen Temperaturen stattfinden. Die Temperatur bewirkt insbesondere eine (weitere) Denaturierung der Eiweiße oder auch beispielsweise ein Verdampfen/Zerfallen von enthaltenden Additiven. So zerfällt beispielsweise ein Peroxid beim Verpressen in der Platte unter Temperatureinfluss fast vollständig, wodurch eine nachträgliche Emission aus dem Verbundwerkstoff vermieden wird.
Um eine besonders gute Anbindung der Eiweiße an die zellulosehaltigen Substrate zu erreichen und gegebenenfalls nach Möglichkeit ein Großteil der eingesetzten Additive mit dem Pressvorgang zu entfernen beziehungsweise zerfallen zu lassen, erfolgt das Verpressen bei einer Temperatur von 80 °C bis 250 °C, bevorzugt 90 °C bis 200 °C, besonders bevorzugt 100 °C bis 200 °C, vorteilhaft 110 °C bis 190 °C.
Die dabei notwendige Presszeit ist abhängig von der Art des zellulosehaltigen Substrats, von der Presstemperatur und auch von der Stärke (Höhe bei Platten) des herzustellenden Verbundwerkstoffkörpers. Insbesondere bei der Herstellung von plattenförmigen Formkörpern sind die Presszeiten besonders bevorzugt zwischen 6 sec bis 20 sec, bevorzugt 8 sec bis 15 sec, besonders bevorzugt 10 sec bis 14 sec, vorteilhaft 9 sec bis 12 sec bezogen auf 1 mm Plattenstärke.
Wie bereits oben ausgeführt, gehören zur Gruppe der Verbundwerkstoffe zahlreiche Werkstoffe. Besonders bevorzugt wird als Verbundwerkstoff jedoch eine Holzwerkstoffplatte, insbesondere eine Spanplatte oder eine Sperrholzplatte hergestellt. Das erfinderische Verfahren ist hierfür besonders geeignet, da Holzwerkstoffplatten und insbesondere Spanplatten und Sperrholzplatten industriell in großen Mengen hergestellt werden und der Preisdruck besonders hoch ist.
Wie ebenfalls bereits oben ausgeführt, können als zellulosehaltige Komponenten grundsätzlich sämtliche Materialien, die zellulosehaltig sind, benutzt werden. Dies wäre beispielsweise auch Papier. Besonders bevorzugt werden als zellulosehaltige Komponenten jedoch Holzschichten, insbesondere Furnierholzschichten, Holzpartikel, Partikel von Einjahrespflanzen oder ein Gemisch der vorgenannten Partikel, verwendet. Die Partikel liegen insbesondere in Spanform vor, wobei die Größe der Späne vorteilhaft den heute zur Herstellung von Spanplatten üblichen Größen entspricht. Holzbasierende Substrate und auch Substrate aus Einjahrespflanzen sind dabei gattungsübergreifend einsetzbar. So können diese beispielsweise aus Laubhölzern und/oder Nadelhölzern, Gemischen verschiedener Einjahrespflanzen oder auch Gemischen von Einjahres- und Mehrjahrespflanzen bestehen.
Auch die besonders bevorzugte Form der flächigen Schichten beziehungsweise die Spanform der Partikel ist besonders dazu geeignet, mit dem Bindemittel gemeinsam zu wirken. Das Bindemittel lässt sich auf Spänen besonders gut gleichmäßig verteilen, wobei das Bindemittel nicht den gesamten Span umhüllen muss, sondern es ausreicht, einzelne Abschnitte des Spans zu benetzen. Furnierschichten, d. h. flächenförmige Oberflächen sind dagegen besonders einfach über übliche Auftragsverfahren mit dem Bindemittel benetzbar.
Weiter löst die Erfindung die Aufgabe durch ein Bindemittel, ausgebildet zum Herstellen eines Verbundwerkstoffs mit zellulosehaltigen Partikeln, wobei eine erste Komponente des Bindemittels Tierblut enthält und eine zweite Komponente des Bindemittels ein Additiv aus der Gruppe: Peroxid, insbesondere Wasserstoffperoxid, Harnstoff, Alaun, Natriumsulfit, Glycerin, Formaldehyd, Isocyanat, Hexamin, Tensid, Natriumlaurylsulfat, Natriumsulfat, Aluminiumsalz, Ligninsulfonat, Wasserglas, Ethanol, Citronensäure, Natriumhydroxid und/oder Hydrowachs aufweist.
Das erfindungsgemäße Bindemittel verklebt zellulosehaltige Substrate besonders gut, so dass die Festigkeit eines mit dem erfinderischen Bindemittel hergestellten Verbundwerkstoffs sämtlichen heute üblichen qualitativen Anforderungen, beispielsweise im Bereich des Möbelbaus, erfüllt und zudem besonders emissionsfrei und kostengünstig ist.
Weiter löst die Erfindung die Aufgabe durch einen Verbundwerkstoff mit zellulosehaltigen Komponenten und einem die Partikel verbindenden Bindemittel nach Anspruch 12.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einem Verfahren beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Bindemittels und eines entsprechenden Verbundwerkstoffs darstellen. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem Verbundwerkstoff oder einem Bindemittel beschrieben wurden, einen entsprechenden Verfahrensschritt dar.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher beschrieben, wobei sich die Erfindung nicht aus den Ausführungsbeispielen beschränkt.
Ausführungsbeispiel 1
Zum Herstellen einer Spanplatte werden Fichtenholzspäne mit einem Restfeuchteanteil von 0,7 % mit einem Bindemittel gemischt. Der Massenanteil der feuchten Fichtenholzspäne beträgt 55 %. Das Bindemittel besteht zu 36 % aus Tierblutpulver gewonnen aus Kategorie 3-Blut als Komponente 1, 43 % Wasserstoffperoxid (35%ig) und 21% Glycerin als Komponente 2.
Die Additive wurden zuerst miteinander vermischt. Anschließend wurde das Additivgemisch mit dem Tierblut vermengt und das flüssige Gesamtgemisch wurde auf die Fichtenholzspäne aufgesprüht. Um eine gleichmäßige Benetzung zu erreichen, wurden die mit dem Bindemittel versetzen Späne in einer Spänemischvorrichtung vermischt.
Anschließend werden die mit dem Bindemittel benetzten Späne gleichmäßig auf ein Pressblech gestreut, so dass ein Spänekuchen entsteht. Der Spänekuchen wird in einer Plattenpresse bei einer Temperatur von 195 °C über einen Zeitraum von 180 sec verpresst, so dass eine Spanplatte mit einer Dicke von 12 mm entsteht.
Das Wasserstoffperoxid bewirkt eine Denaturierung der Tierbluteiweiße. Diese wird durch die Hitzeeinwirkung verstärkt. Das Glycerin erhöht den Vernetzungsgrad des Bindemittels mit den Holzspänen. Eine derart hergestellte Spanplatte ist emissionsfrei.
Alternativ oder ergänzend könnte als Denaturierungsmittel beispielsweise auch Harnstoff, Alaun, Natriumsulfit oder ein Tensid eingesetzt werden. Zur besseren Vernetzung des Bindemittels mit den Spänen können stattdessen oder ergänzend hierzu Formaldehyd oder beispielsweise ein Isocyanat verwendet werden.
Ausführungsbeispiel 2
Zum Herstellen einer Spanplatte wird Tiervollblutpulver, gebildet aus Blut der Kategorie-3, mit den Holzspänen vermischt. Nachfolgend werden auf die mit dem Blutpulver vermischten Späne Wasserstoffperoxid und Glycerin jeweils getrennt aufgesprüht. Die derart vorbereiteten Späne werden zu einem Spänekuchen gestreut und zum Verpressen in einer Plattenpresse eingelegt. Anschließend wird der Spänekuchen bei einer Temperatur von 200 °C und einem Druck von 185 bar über einen Zeitraum von 180 sec zu einer Spanplatte verpresst.
Ausführungsbeispiel 3
Zum Herstellen einer Dünnspanplatte, beispielsweise nach dem Mendeverfahren, wird Wasserstoffperoxid mit Wachs und Tensid vermischt. Das so erhaltende Gemisch wird auf die Späne aufgetragen. Dabei werden beispielsweise für einen Leimansatz von 200 kg 120 kg Späne mit einem Gemisch aus 80 kg Wasserstoffperoxid, 3 kg Paraffin und 2 kg Tensid vermengt. Gegebenenfalls können die benetzten Späne nachfolgend noch eine entsprechende Mischvorrichtung durchlaufen, um eine noch gleichmäßigere Verteilung der Benetzungssubstanz zu erreichen.
Anschließend wird Blutpulver mit Glycerin auf die mit der zweiten Komponente des Bindemittels versehenden Späne aufgetragen und ebenfalls mit diesen vermischt, so dass auch eine gleichmäßige Benetzung der Späne mit Blutpulver entsteht. In Bezug zu dem oben aufgeführten Leimansatz von 200 kg werden hierzu 100 kg Glycerin mit 15 kg Blutpulver verwendet.
Aus den derart benetzten Spänen wird ein Spänekuchen geformt, der durch eine kontinuierliche Presse, beispielsweise eine ContiRoll^® geführt oder in eine Plattenpresse eingebracht und unter Einwirkung von einer Temperatur von 145 °C, einem Pressdruck von 120 bar und einer Presszeit von 30 sec zu einer Spanplatte 3 mm stark verpresst wird.
Ausführungsbeispiel 4
Um zu große Staubemissionen beim Verpressen der Mischungen aus den vorgenannten Ausführungsbeispielen 2 und 3 zu vermeiden, wird zu dem Additivgemisch der Komponente 2 0,3 % Knochenleim beigemengt. Hierdurch wird eine Andickung des Additivgemischs erreicht, die eine zu hohe Staubemission beim Verpressen der Späne verhindert.
Zur Erhöhung des Benetzungsgrades der Späne mit dem Additivgemisch kann dem Additivgemisch zusätzlich ein Tensid beigemischt werden, in einer Menge von ca. 1 % der Gesamtmenge der Additive. Hierdurch wird ein Entmischen der Additivmischung beziehungsweise ein Abbau der Peroxyde verhindert und die Benetzung der Späne mit dem Additivgemisch deutlich verbessert.
Zur Verbesserung der Vernetzung können beispielsweise zusätzlich oder stattdessen auch Natriumlaurylsulfat, Natriumsulfat, Hexamin oder auch Ligninsulfonat beigemengt werden.
Ausführungsbeispiel 5
Es wird ein Bindemittelschaum erzeugt, der – vor dem Aufschäumen – zu 60 % aus Glycerin, 30 % aus Wasserstoffperoxid, 5 % Alaun und zu 5 % aus reinem Tierbluteiweiß besteht. Der Bindemittelschaum wird mit Fichtenholzspänen (Restfeuchte 0,7 %) zum Herstellen einer Spanplatte vermischt, wobei das Massenverhältnis Späne (atro) zu Schaum ca. 70 % zu 30 % beträgt. Der derart gebildete Spänekuchen wird entsprechend in einer Pressvorrichtung bei einer Temperatur zwischen 170 °C und 190 °C und einer Pressdauer von 200 sec mit einem Pressdruck von 185 bar verpresst.
Ausführungsbeispiel 6
Zum Herstellen einer Spanplatte wird ein Spänekuchen gebildet, der einen Massenanteil von ca. 86 % Späne (atro) aufweist und einen Bindemittelanteil von 14 % besitzt. Bei den Spänen handelt es sich um Fichtenholzspäne. Das Bindemittel setzt sich zusammen aus ca. 36 % Tiervollblutpulver (Kategorie 3), ca. 42 % Wasserstoffperoxid, ca. 18 % Glycerin und ca. 4 % Hydrowachs. Die Späne weisen bei der Beleimung eine Feuchte von 0,7 % auf.
Für eine gleichmäßige Verteilung des Bindemittels werden die Späne mit dem zugesetzten Bindemittel in einem Trommelbeleimer vermischt. Nachfolgend wird der Spänekuchen ausgebildet und in einer Doppelbandpresse zu einer Spanplatte verpresst.
Ausführungsbeispiel 7
Zum Herstellen von Sperrholzplatten werden 3 mm Birkensperrholzfurniere bereitgestellt. Auf einer ersten Seite eines ersten Birkensperrholzfurniers wird mit einer Auftragsweise von 60 g/m² ein Additivgemisch aus Alaun und Wasserstoffperoxid im Verhältnis von 1:4,5 aufgetragen. Auf eine weitere Oberseite eines zweiten Birkensperrholzes wird ebenfalls mit einer Auftragsmenge von 60 g/m² ein Gemisch aus Glycerin und Tiervollblutpulver im Verhältnis 5:1 aufgesprüht.
Anschließend werden die beiden Oberseiten der Birkensperrhölzer aufeinander gelegt und bei einer Presstemperatur von 170 °C und einem Druck von 65 bar für eine Zeit von ca. 200 Sekunden miteinander verpresst.
Ausführungsbeispiel 8
Zum Herstellen einer Sperrholzplatte werden 3 mm Birkensperrholzfurniere bereitgestellt. Auf einer Oberfläche eines Birkensperrholzfurniers wird ein Glycerin-Vollblutpulvergemisch mit einem Verhältnis von 5:1 auf eine Oberfläche eines Birkensperrholzfurniers aufgetragen. Dabei beträgt die Auftragsmenge ca. 120 g/m². Auf die Oberfläche wird ein zweites Birkensperrholzfurnier aufgelegt. Die beiden aufeinander liegenden Birkensperrhölzer werden in einer Plattenpresse bei einer Presstemperatur von 170 °C und 65 bar Druck für eine Zeit von insgesamt 200 Sekunden miteinander verpresst. Die Denaturierung der Eiweißmoleküle erfolgt hier vorrangig durch die Einwirkung der Hitze und des Druckes.
Ausführungsbeispiel 9
Zum Herstellen eines Holzschaums wird ein Faserbrei mit einem Feststoffgehalt von 13 % aus beispielsweise Holzschliff und Wasser angesetzt. Nach einer Zugabe von 4 % Blutmehl (bezogen auf die Menge Faserbrei) und anschließender Zugabe von 4 % Wasserstoffperoxid (bezogen auf die Menge Blutmehl) entsteht eine Holzschaum, der durch Einwirkung von Hitze oder Strahlung, beispielsweise durch Ultraschall oder Mikrowellen getrocknet wird.

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Verbundwerkstoffs, der mindestens ein zellulosehaltiges Substrat und ein mehrkomponentiges Bindemittel aufweist, mit den Schritten: – Auftragen des Bindemittels auf das zellulosehaltige Substrat, wobei mindestens – eine erste Komponente des Bindemittels Tierblut enthält und – eine zweite Komponente des Bindemittels mindestens ein Additiv aus der Gruppe: Peroxid, insbesondere Wasserstoffperoxid, Harnstoff, Alaun, Aluminiumsulfat, Natriumsulfit, Glycerin, Formaldehyd, Isocyanat, Hexamin, Natriumlaurylsulfat, Natriumsulfat, Aluminiumsalz, Ligninsulfonat, Wasserglas, Ethanol, Citronensäure, Natriumhydroxid und/oder Hydrowachs aufweist und – ein, mehrere oder ein Gemisch der Additive der zweiten Komponente jeweils einzeln und/oder in Mischung mit der ersten Komponente aufgetragen werden; – Verpressen der zellulosehaltigen Komponenten mit dem Bindemittel unter Hitzeeinwirkung zu einem Verbundwerkstoff-Formkörper.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Additiv aus der Gruppe der Tenside als Bestandteil der zweiten Komponente oder als zusätzliches Additiv aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – zusätzlich ein, mehrere oder ein Gemisch mehrerer der von der zweiten Komponente umfassten Additive – vor dem Auftragen der ersten Komponente des Bindemittels auf die zellulosehaltige Komponente und/oder – vor dem Verpressen der zellulosehaltigen Komponenten mit dem Bindemittel aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass getrocknetes Tierblut, insbesondere Tierblutpulver oder Tiervollblutpulver in Pulverform oder in verflüssigter Form verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Additiv, insbesondere ein Peroxid, mit einem Verdickungsmittel aus der Gruppe: Knochenleim, Holzmehl, Aerosil 200 Evonik, Alaun, Aluminiumsulfat, Xantangum, Zellulosederivate, insbesondere Carboxylmethylzellulose versetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Massenanteil an Tierblut vor dem Verpressen zwischen 3 % bis 20 %, bevorzugt 3 % bis 12 %, besonders bevorzugt 3 % bis 8 %, vorteilhaft 6 % bis 12 % beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auftragsmenge an Bindemittel zwischen 120 g/m² und 70 g/m² beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verpressen bei einer Temperatur von 80 °C bis 250 °C, bevorzugt 90 °C bis 220 °C, besonders bevorzugt 100 °C bis 200 °C, vorteilhaft 110 °C bis 190 °C erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Presszeit zwischen 40 sec bis 110 sec, bevorzugt 60 sec bis 110 sec, besonders bevorzugt 60 sec bis 90 sec, vorteilhaft 60 sec bis 70 sec je 1 mm Plattenstärke beträgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Verbundwerkstoffe eine Holzwerkstoffplatte, insbesondere eine Spanplatte oder eine Sperrholzplatte hergestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als zellulosehaltige Komponente Holzschichten, insbesondere Furnierschichten, Holzpartikel, Partikel von Einjahrespflanzen oder ein Gemisch der vorgenannten Partikel verwendet werden, wobei die Partikel insbesondere in Spanform vorliegen.
Bindemittel ausgebildet zum Herstellen eines Verbundwerkstoffs mit zellulosehaltigen Partikeln, wobei – eine erste Komponente des Bindemittels Tierblut enthält und – eine zweite Komponente des Bindemittels ein Additiv aus der Gruppe: Peroxid, insbesondere Wasserstoffperoxid, Harnstoff, Alaun, Natriumsulfit, Glycerin, Formaldehyd, Isocyanat, Hexamin, Tensid, Natriumlaurylsulfat, Natriumsulfat, Aluminiumsalz, Ligninsulfonat, Wasserglas, Ethanol und/oder Hydrowachs aufweist.
Verbundwerkstoff mit zellulosehaltigen Partikeln und einem die Partikel verbindenden Bindemittel nach Anspruch 12.