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Verfahren zur Herstellung wetterfester mehrschichtiger Spanplatten
Die Erfindung betrifft die Herstellung wetterfester mehrschichtiger Spanplatten
durch Heißverpressen von Holzspänen oder. verholzten pflanzlichen Fasern unter Verwendung
von Bindemitteln.
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Der weitaus überwiegende Teil der in der Welt aus Holzspänen oder
verholzten pflanzlichen Fasern verfemtigten Spanplatten wird unter Verwendung von
Harnstoff-Formaldehyd-Harzen als Bindemittel hergestellt. Diese Harze sind auf Grund
ihrer chemischen, physikalischen und anwendungstechnischen Eigenechaften sowie ihrer
PreisgUnstigkeit fUr diesen Zweck besonders geeignet.
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Mit Hilfe von Harnstoff-Formaldehyd-Harzen hergestellte Spanplatten
werden zum größten Teil in der Möbelindustrie und fUr den Innenausbau verwendet,
wobei sie die an sie gostellten AnsprUche voll erfüllen. In neuerer Zeit finden.
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Spanplatten jedoch in steigendem Maße Eingang in die Bauindustrie,
wo sie wesentlich höheren Anforderungen bezüglich ihrer Wetterfeatigkeit ausgesetzt
sind. Harnstoffharzgebundene Spanplatten besitzen jedoch keine ausreichende Widerstandsfähigkeit
bei freler Bewitterung. Ihre Festigkeitswerte werden im allgemeinen bei stark wechselnder
klimatischer Beanspruchung unter die vertretbaren Werte abfallen und die Quellwerte
die zulässigen Grenzen überschreiten.
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Es ist zwar bekannt, Spanplatten, die unter Yerwendung von Harnstoffharzen
als Bindemittel hergestellt wurden, nachträglich wetterfest zu machen, indem man.
sia mit einem daa Eindringen wor Feuchtigkeit verhindernden Anstrich versieht
oder
sie einer anderen, dem gleichen Zweck dienenden OberflächenvergUtung unterzieht.
Dies bedingt jedoch zusätzliche Arbeitsgän und damit erhöhte Kostel.
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Aus umfangreichen Versuchen ist ea bekannt, daß bei Sperrholzverleimungen
Bindemittel auf Melamin- und insbesondere Phenol-Formaldehyd-harzbasis gegen extreme
Feuchtigkeits-und Temperatureinwirkungen bedeutend widerstandsfähiger sind als Bindemittel
auf Harnstoff-Formaldehyd-Harzbasis. Auf Grund dieser Erkenntnis werden Spanplatten,
die starken klimatischen Beanspruchungen ausgesetzt werden sollen, vorwlegend unter
Verwendung von Phenol-Formaldehydr-Harzen hergestellt.
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Die Herstellung von Spanplatten mit Phenol-Formaldehyd-Harzen als
Bindemittel ist jedoch gegenüber der Fertigung unter Verwendung ton Harnstoff-Formaldshyd-Harzen
mit einer Reihe schwerwiegender Nachteile behaftet, die in den chemischen und physikalischen
Eigenschaften der Phenol-Formaldehyd-Harze begrndet sind. Phenolharz-gebundene Spanplatten
erfordern bei ihrer Herstellung eine höhere Pressentemperatur, hdheren Preßdruck
und vor allem eine bic su 100 % längere Preßzeit, wodurch Kapazität und Rentazbilität
einer Anlage gegenüber der Verwendung von Harnstoffharzen stark absinken.
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Spanplatten werden zum überwiegenden Teil mehrschichtig hergestellt.
Im allgemeinen bestehen sie aus einer mittellage und mindestens zwei Decklagen,
wobei die Decklagen jeweils etwa , : : 2/6 der Gesamtplattendicke einnehmen. Die
einzelnen Lagen unterscheiden sich in den A sungen der dat verwendeten Späne. Für
die Decklagen wird in der Regel sin feiner, fUr die Mittellage ein gröberer Span
verwendet. 13si der Herstellung der mehrschichtigen Spanplatten werden die ainzelnen
Spansorten getrennt hergeatellt und gelagert socle getrennt mit der das Bindemittel
enthaltenden Leimflotte baharzt. Die lei@flotten für die Spanarten der jeweiligen
Lage können sich bei Blnxats dea gleichen Harts. z. B. eines bestimmten Harnstoffharzes,
in ihrer Zusammsnsetzung beträchtlich unterscheiden. Featharzgehalt, Hydrophobiarungsmittelazusatz,
Harterart und-menga sowie eventuell insektizide und fundgizide Zusätze werden im
allgemainan fUr Deck- und Mittellage ktark
voneinander abweichen,
da a@@@@eiche die Qualität der Spanplatten beeinflussende Faktoren bei der herstellung
berücksichtigt werden müssen. Der lose geschuttete Spankuchen wird in einer Fresse
unter Anwendung von Druck und Temperatur formrefend verpreßt. Da die Wärmeleitfähigkeit
des Spankuchens aehr gerinß int, werden vor allem die unmittelbar mit den hfißen
rreanenplatten in Berührung kommenden Decklagen verhältnismäßig schnell auf höhere
Temperaturen erhitzt, während die Hittellage cirh langsamer aufheizt. Diesem Temperaturgefälle
sowie der Schließgechwindigkeit der Presse und der beabsichtigten Preßzeit kann
durch die Zusammensetzung der Leimflctten für die einzelnen Lagen der Spanplatte
Rechnung geirange werden, um einwandfreie Plattenqualitäten an erzielen.
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Pas verwendete Harz muß trotz des Temperaturgefälles innerhalb der
Platte moglichst in jeder schicht zum gleichen Zeit-@unkt vcllständig aushärten.
Da Harnstoffharze zur Aushärtung den Zusate eines Härters benötigen, kann diese
Steuerung der @är tungsgeschwindigkeit in den einzelnen Lagen beim Heißverpressen
durch Variieren von Harternrt und Hartermenge in der Lei@flotte in ver@ältnismäßig
einfacher Weise erfolgen. Zur Aushärtung werden im Spankuchen Temperaturen von otwa
100 °C benötigt.
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Phenolharne benotigen demgegenüber zur AushGrtung keine suaatzlichan
Härter, da aie bei enteprechend hoher Temperatur selbsthärtend sind. Zur vollständigen
Auehärtung werden im Spankuchen Temperaturen von 120 bis 13. oC benötigt, wenn man
vom Einsatz der relativ teuren Resorcinharze absient.
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Hierdurch werden die bereits erwdhnten langez Preßzeiten erforderlich.
Diane betragen für Harnstoffharze r. B. bei einer Plattendicke von 20 mm 6 bis 8
Minuten, bel Phenolharzen dagegen 12 bin 20 Minuten.
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Versuche haben gezeigt, daß bei der Heretellung harnstoffharagebundener
Spanplatten durch Arbeiten mit möglichst feuchttr Decklage und möglichst trockener
Mittellage ein achnellee Aufheizen der gesamten Platte auf die fur eine Aashärtung
erforderlichen Temperaturen von etwa 100 oC oh ; *
weiteres erreiclit
wird, da der beim Verpressen der ileißen Decklagen in die Mittellage strömende Wasserdampf
als Wärmeüberträger wirkt.
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Die zur aushärtung von Phenolharzen benotigten Temperaturen von mindestens
120 °C lassen sich jedoch nur durch langere Preßzeiten und entsprechend höhere Verdichtung,
also höheren Preßdruck, erreichen. Allerdings erhält man dann auch Spanplatten mit
entsprechend höherer Dichte, die beim Einsatz in der Bauindustrie unter Umständen
entsprechend stärgere Konstruktionen erfordern.
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Die e bei Harnstoff-Formaldehyd-Harzen mögliche Steuerung des Aushärtungsprozesses
über den gesamten Plattenquerschnitt ist somit bei Phenol-Formaldehyd-Harzen nicht
oder nur mit speziellen, hUheren Kosten verur3achenden Methoden möglich.
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Zweck der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, das es in
einfacher und wirtschaftlicher Weise gestattet, unter Verwendung der üblichenn Spanplattenherstellungsanlagen
mit geringerem Zeitaufwand unmittelbar zu wetterfesten mehrschiciltigen Spanplatten
zu gelangen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile, die bei der
Spanplattenherstellung bei der Verwendung von Harnstoff-Formaldehydr-Harzen einerseitn
und von Phenol-Formaldehyd- bzw. Resorcin-Formaldehyd-Harzen andererseits auftreten,
unter Vermeidung der geschilderten Nachteile bei der Herstellung wetterfeater mehrschichtiger
Spanplatten nutzbar zu machen.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß man Holzspäne oder verholzte
pflanzliche Fasern unter Verwendung von Bindemitteln zu mehrschichtigen Spanplatten
heiß verpreßt und dabei erfindungsgemäß als Bindemittel für die Mittellage ein Harnstoff-Formaldehyd-Harz
und als Bindemittel fUr die Decklagen Phenol-Formaldehyd-Harze oder Resorcin-Formaldhydr-Harze
oder auch Gemische dieser (Harze verwendet, Fur die Decklagen konnen erfindungsgemäß
Phenol (Carbolsäure )-Formaldhyd-, Kresol-Formaldehyd-, Xylenol-Formaldehyd-und
Resorcin-Formaldehyd-Harze cder Gemische dieser Harze
verwendet
werden, fUr die Mittellage eignen sich alle herkdmmlichen, zur Spanplattenfertigung
einsetzbaren Harnstoff-Formaldehyd-Harze.
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Als Spanmaterial können Späne aller in der Spanplattenindustrie gebräuchlichen
Formen, Abmessungen und Holzarten sowie verholzte pf. lanzliche Fasern, wie z. B.
Flachsschäben und Bagasse, eingesetzt werden. FUr die Mittellage kann auch minderwertiges
Spanmaterial, wie zl B. Sägspäne, Verwendung finden.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, witterungsbeständige
Spanplatten mit den ur harnstoffharzgebundene Spanplatten Ublichen kurzen Preßzeiten
und verhältnismäßig niedrigen Pressentemperaturen herzustellen. Bei einer Pressentemperatur
von z. B. 150 °C beträgt die Preßzeit fUr eine 20 mm dicke Spanplatte nur 6 bis
8 Minute. Man erhält eine Spanplatte mit witterungsbeständigen,-harten und glotte4
Oberflächen. Überraschend sind die hohen Biege-und Querzugfestigkeiten, selbst bei
ausschlieBlicher Verwendung von minderwertigem Spanmaterial, wie z. B. Sägespänen,
für die Mittellage.
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Da die herkiimmlichen Phenol-Formaldehyd-Harze einen hohen Gehalt
an freiem Alkali besitzen und bei erhöhten. Temperaturen im alkalischen pH-Bereich
aushärten, während Harnstoffharze zur Aushdrtung einen pH-Wert von 3 bis 5 benötigen,
war zu befürchten, daß bei der. erfindungsgemäßen Fertigung der Spanplatten an den
Grenzflächen zwischen Deck- und Mittellage infolge ungengender. Aushärtung der harze
keine ausreichend feste Verbindung entsteht. Überraschenderweise wird aber zwischen
den einzelnen Lagen eine Verbindung von hoher Festigkeit. erreicht.
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Die erzielten Querzugfestigkeiten der nach dem Verfahren hergestellten
Spanplatten, die als Kriterium für diese Verbindung herangezogen wurden, waren sehr
hoch. Die zur Prüfung verwendeten Probekörper brachen bei Anwendung von Querzug
nicht an den Grenzflächen zwischen den Lagen, sondern stets in der Mitteilage.
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Beispiel 1: 100 Gewichtsteile Flachspäne aus Kiefernholz von 0, 4
bis 0, 5 mm Dicke, 3 bis 5 mm Breite und 20 bis 35 mm Lange wurden in eine Miachtrommel
gebracht und durch BedUsen mit 15 Gew.-Teilen einer Leimflotte beharzt. Die Leimflotte
bestand aus 100 Gewichtsteilen eines Spanplattenleimes auf Basis Harnstoff-Formaldehyd
mit einem Festharzgehalt von 67 %, 25 Gewichtsteilen Wasser, 6 Gewichtsteilen einer
40% igen Paraffin-Bmulsion und 4 Gewichtsteilen einer 40% igen wässerigen Härterlösung,
bestehend aus einem Gemisch von 25 Gewichtsteilen Ammoniumchlorid, 20 Gewichtsteilen
Ilexamethylentetramin und 55 Gewichtsteilen Harnstoff. Danach wurden 100 Gewichtsteile
Flaohspäne aus Kiefernholz von 0, 2 mm Dicke, 2 sm Breste und 8 bis 15 mm Lange
in eine Mischtrommel gebracht und durch BedUsen mit 0, 7 Gewichtstellen einer 40%
igen Paraffin-Emulsion und im Anschluß daran durch Bedüsen mit 28 Gew.-Teilen einer
Leimflotte, die aus 100 Gewichtsteilen eines Phenol (Carbolsäure)-Formaldehyd-Harzes
mit einem Festharzgehalt von 45 % und 20 Gewichtsteilen Wasser bestand, beharzt.
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In einem SchUttkaaten mit den Abmessungen 750 x 300 mm wurden O,
5 kg der mit Phenolharz behandelten Späne gebracht und gleichmßig verteilt, danach
2,0 kg der mit Harnstoffharz behandelten Pane. und darauf nochmals 0, 5 kg der mit
Phenolharz. behandelten Späne, so daß, die Platte. einen dreischichtigen Aufbau
hatte.
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Dieser Spankuchen wurde in einer hydraulischen Heizplattenpresse
mit-einem Preßdruck von 15 kp/cm2 senkrecht zur Plattenebene auf eine Dicke von
20 mm zusammengedruckt. Der Preßdurch wurde 7 Minuten aufrechterhalten, die Temperatur
der Pressenplatten betrug dabei 150 °a.
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Die erhaltene Spanpl@tte hatte folgende physikalischen Kennwerte
: Dichte 615 kg/m3 Biegefestigkeit 312 kp/cm2 Querzugfestigkeit 6, 56 kp/cm2 quellung
nach 2 Stunden Unterwasserlagerung bei 20 °C 4,6 %
Beispiel 2 :
100 Gewichtsteile Flachspäne aus Kiefernholz mit 0, 4 bis 0, 5 mm Dicke, 3 bis 5
mu brette und 20 bis 35 mm Länge wurden in eine Mischtrommel gebracht und durch
Bedtisen mit 15 gew.-Teilen einer Leimflotte, die aus 100 Gewichtsteilen eines Spanplattenleimes
auf Basis Harnstoff-Formaldelloyd mit einen Festharzgehalt von 67 %, 25 Gevichtsteilen
Wasser, 6 Gewichtsteilen einer 40% isen Paraffin-Emulsion und 4 Gewichtsteilen einer
40%igen wässerigen Härterlösung bestand, beharzt. Es wurde der gleiche HärterwieimBeispiel1
verwendet.
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Danach wurden 100 Gewichtsteile Flachspäne aus Kiefernholz von 0,2
nm Dicke, Breite und 8 bis 15 mm Länge in eine ne Mischtrommel gebracht und durch
Bedüsen mit 29, 5 Gew.-Teilen einrr Leimflotte, die aus 100 Gewichtsteilen eines
Kresol-Formaldehyd-Harzes mit einem Festharzgehalt von 43 % und 20 Gewichtsteilen
Wasser bestand, beharzt. Die weitere Verarbeitung zu einer 20 mm dicken Spanplatte
erfolgte wie im Beispiel 1 beschrieben. Die Preßzeit betrug 8 Minute, die Temperatur
der Pressenplatten 160 °C. Die fertige Spanplatte hatte folgende physikalischen
Kennwerte: Dichte 620 kg/m3 Biegefestigkeit 269 kp/cm2 Querzusfestigkeit 6, 74 kp/cm"
Quellung nach 2 Stunden Unterwasserlaserung bei 20 C 5, 6 % Beispiel 3 : 100 Gewichtst
eile Sägespäne wurden in eine Mischtrommel gebracht und durch Bedüsen mit 16 Gew.-Teilen
einer Leimflotte, die aus 100 Gewichtsteilen eines Spanplattenleimes auf Basis Harnstoff-Formaldehyd
mit einem Festharzgehalt von 67 %, 25 Gewichtsteilen Wasser, 6 Gewichtstpilen einer
40% igen Häterlösung bestand, beharzt. Es wurde der gleiche Härter wie im Beys 1
verwendet. Die Decklagenspäne und deren Beharzur entsprachen Beispiel 1. Die Weiterverarbeitung
erfolgte
ebenfalls wie im Beispiel 1 beschrieben. Die Temperatur
der Pressenplatten betrug 150 °C, die Preßzeit 7 Minute.
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Die fertige Spanplatte hatte folgende physikalischen Kennwerte :
Dichte 660 kg/m3 Biegefestigkeit 268 kp/cm2 Querzugfestigkeit 7,3 kp/cm3 Quellung
nach 2 Stunden Unterwasserlagerung bei 20 °C 2,8 %.