EP2081743A2 - Verwendung von popcorn für holz- und verbundwerkstoffe - Google Patents

Verwendung von popcorn für holz- und verbundwerkstoffe

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EP2081743A2
EP2081743A2 EP07820865A EP07820865A EP2081743A2 EP 2081743 A2 EP2081743 A2 EP 2081743A2 EP 07820865 A EP07820865 A EP 07820865A EP 07820865 A EP07820865 A EP 07820865A EP 2081743 A2 EP2081743 A2 EP 2081743A2
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EP
European Patent Office
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popcorn
wood
particle size
chipboard
resin
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Alireza Kharazipour
Christian Bohn
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Georg-August-Universitat Gottingen Stiftung Des Offentlichen Rechts (bereich Humanmedizin)
Georg August Universitaet Goettingen
Universitaetsmedizin Goettingen Georg August Universitaet
Original Assignee
Georg-August-Universitat Gottingen Stiftung Des Offentlichen Rechts (bereich Humanmedizin)
Georg August Universitaet Goettingen
Universitaetsmedizin Goettingen Georg August Universitaet
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    • B27N3/00—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres
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    • Y10T428/31989—Of wood

Definitions

  • the present invention relates to the field of wood and / or composites, particularly chipboard and fiberboard, and composites containing lignocellulose and popcorn.
  • Wood and / or composite materials, in particular chipboard or fiberboard have been known for more than a hundred years as a substitute for solid wood in the furniture industry, construction, etc.
  • For the quality of wood and / or composite materials play several factors, including in particular the bulk density, the transverse tensile strength and thickness swelling a role.
  • the density has for wood and / or composites of great importance, since the advantageous properties of a chipboard or fiberboard, such as the strength properties, usually increase with increasing density.
  • wood and / or composites of lower density would be advantageous, since less lignocellulose and binder is needed for the production of such wood and / or composites and these can be transported more cheaply.
  • such low density composites have a wide range of uses that require less dense (and therefore heavy) material.
  • the advantageous properties associated with increasing bulk density should deteriorate as little as possible, if not even obtain. It is therefore an object to provide a wood and composite material, in which a low density while good other properties such as tensile strength and / or thickness swelling can be achieved.
  • a wood and composite material according to claim 1 Accordingly, a lignocellulose-containing molded body, in particular a wood and composite material, such as a chipboard and / or fiberboard proposed, wherein the lignocellulose-containing molded body contains popcorn as a structuring and / or dimensionally stabilizing material is provided.
  • lignocellulose-containing shaped body in particular covers all flat and non-planar materials containing comminuted lignocellulose-containing materials, such as wood, cereal straw, hemp or flax, which are formed after gluing with a synthetic or natural binder and under temperature and pressure are pressed.
  • wood and / or composite material is understood in particular to mean materials which consist primarily of mechanically or thermomechanically comminuted lignocellulose-containing material, which are formed after gluing with a synthetic or natural binder and pressed under pressure and temperature into wood and / or composite materials. However, according to a preferred embodiment of the wood or composite of this 100% consist of popcorn.
  • wood and / or composite material in the context of the present invention should be understood in the broadest sense and expressly include such materials that are (only) made of popcorn and contain no wood components (more).
  • popcorn in the sense of the present invention comprises in particular all materials which, like the puffed corn (Zea mays, convar microspermum), if appropriate after adequate greasing, explode at high temperatures due to fast heating of the water present in the seed Such behavior is known inter alia by quinoa grain, amaranth, rice or even wheat, materials based on these raw materials are explicitly referred to in the context of the present invention as “a foamy consistency.” Popcorn “and includes, the term” popcorn “should not be limited to corn and was chosen especially for reasons of simplicity, clarity and readability.
  • structural and dimensionally stabilizing material means in particular any material which, due to its structure, gives the material a certain strength and dimensional stability.
  • the proportion of popcorn in the lignocellulose-containing molded body can be between> 0 and ⁇ 100% of the structuring and / or dimensionally stabilizing material.
  • a lignocellulose-containing molding according to the invention may also consist of 100% popcorn; the term "lignocellulosic shaped body" is to be understood in the widest possible sense and should - A -
  • the popcorn has a particle size distribution in which> 50% and ⁇ 90% of the popcorn have a particle size of> 2 mm and ⁇ 10 mm.
  • Popcorn of larger grain size is often less suitable for processing into lignocellulose-containing moldings such as wood and / or composites, and for many applications within the present invention, popcorn of smaller grain size tends to absorb the binder or glue added during the manufacture of the wood and / or composite the quality of the wood and / or composite material may deteriorate.
  • the popcorn has a particle size distribution in which> 70% and ⁇ 90% of the popcorn have a particle size of> 2 mm and ⁇ 10 mm.
  • the popcorn has a particle size distribution in which> 50% and ⁇ 90%, particularly preferably> 70% and ⁇ 90% of the popcorn have a particle size of> 4 mm and ⁇ 10 mm.
  • the popcorn has a particle size distribution in which> 50% and ⁇ 80% of the popcorn have a particle size of> 3 mm and ⁇ 8 mm.
  • the popcorn has an average particle size distribution of> 3 mm and ⁇ 6 mm. This has been found to be beneficial for many applications within the present invention.
  • the popcorn has an average particle size distribution of> 3.5 mm and ⁇ 5 mm.
  • the fat content of the popcorn before processing is ⁇ 10 (wt)%.
  • fat content of popcorn does not mean the total amount of fat in popcorn, but rather the proportion of fat which has been used for hydrophobicizing the seed epidermis, which leads to better inclusion of the water contained in the seed.
  • the present invention also relates to the use of popcorn as a formaldehyde scavenger, particularly but not limited to wood and / or composites made with urea-formaldehyde resin, melamine-formaldehyde resin, melamine-reinforced urea-formaldehyde resin, tannin-formaldehyde resin and phenol-formaldehyde resin a mixture of said resins have been bonded.
  • formaldehyde scavenger particularly but not limited to wood and / or composites made with urea-formaldehyde resin, melamine-formaldehyde resin, melamine-reinforced urea-formaldehyde resin, tannin-formaldehyde resin and phenol-formaldehyde resin a mixture of said resins have been bonded.
  • popcorn can be used not only as a structuring and dimensionally stabilizing material in lignocellulose-containing moldings such as wood and / or composites, but also has the advantageous property in the manufacture and use of wood and / or composites as a formaldehyde scavenger in the To act plate.
  • the proportion of popcorn in the wood and / or composite material can be between> 0 and ⁇ 100% of the structuring and dimensionally stable material.
  • the popcorn has a particle size distribution in which> 50% and ⁇ 90% of the popcorn have a particle size of> 2 mm and ⁇ 10 mm.
  • Popcorn larger grain size is often worse process wood and / or composites
  • popcorn smaller grain size tends in many applications within the present inventions to absorb the added in the manufacture of the wood and / or composite binder or the glue, which is the quality of Wood and / or composite material may deteriorate.
  • the popcorn has a particle size distribution in which> 70% and ⁇ 90% of the popcorn have a particle size of> 2 mm and ⁇ 10 mm.
  • the popcorn has a
  • the popcorn has a particle size distribution in which> 50% and ⁇ 80% of the popcorn have a particle size of> 3 mm and ⁇ 8 mm.
  • the popcorn has an average particle size distribution of> 3 mm and ⁇ 6 mm. This has been found to be beneficial for many applications within the present invention.
  • the popcorn has an average particle size distribution of> 3.5 mm and ⁇ 5 mm.
  • the fat content of the popcorn before processing is ⁇ 10 (wt)%.
  • the present invention also relates to a particleboard and / or fiberboard having a bulk density of ⁇ 550 kg / m 3 , more preferably ⁇ 500 kg / m 3 , and most preferably ⁇ 450 kg / m 3 , and a transverse tensile strength per density * 1000 of> 0.75 m 3 N / mm 2 kg, preferably> 0.8 m 3 N / mm 2 kg and most preferably> 0.85 m 3 N / mm 2 kg.
  • the present invention also relates to a method for producing a wood and / or composite material according to the invention and / or a particle board and / or fiberboard according to the invention, comprising the steps
  • step a) is carried out by microwave treatment, preferably at> 1500 W and ⁇ 3000 W, wherein the treatment is preferably between> 1 min and ⁇ 5 min.
  • a binder and optionally a curing accelerator is added at step c).
  • Curing accelerators which may be used are all substances known in the field, in particular ammonium sulfate and / or potash.
  • Fig. 1 is a diagram of a particle size distribution of a popcorn granules, which was used in the inventive examples; such as
  • FIG. 2 shows a diagram of a chip fraction distribution of middle and outer layer chips which were used in the examples according to the invention.
  • Fig. 2 shows the size distribution of the wood chips used.
  • Example 1 Production of UF resin bonded, three-layer chipboard with low density and with 50% popcorn granules in the middle layer
  • an emulsion maintained Paraffin-based brand "HYDRO WAX 138 ® " from SASOL GmbH with a solids content of about 50% is used.
  • the glue liquor of the middle layer consisted of 8.5% UF solid resin based on dry chip, 1% ammonium sulfate solution (hardener) based on dry solid resin and 1% hydrophobing agent based on dry chip.
  • the glue liquor of the topcoat consisted of 10% UF solid resin based on atro chip, 0.5% ammonium sulfate solution based on solid and solid resin 1% hydrophobing agent based on atro chip.
  • the chip cake was pressed at 195 ° C for 12 s / mm and a pressure of 220 bar.
  • the transverse tensile strengths of the chipboard with popcorn granules in the middle layer and a bulk density of 550 kg / m 3 are 0.45 N / mm 2 both above the references and above the standard prescribed by EN 312-4.
  • the swelling values of the popcorn chipboard are also below the respective values of the reference plates and below the standard of 15% after 24 h of water storage with 8.3% (see Table 1).
  • Example 2 Production of UF resin-bound, three-layer chipboard with low density and with 50% popcorn granules in the middle and top layer
  • the glue liquor of the middle layer consisted of 8.5% of solid resin, based on dry chip, 1% of ammonium sulfate solution, based on dry solid resin and 1% of water repellent based on dry chip.
  • the size liquor of the cover layer consisted of 10% of solid resin, based on dry chip, 0.5% of ammonium sulfate solution based on solid, solid resin and 1% of water repellent based on dry chip.
  • the chip cake was pressed at 195 ° C. for 12 s / mm and a pressure of 220 bar (see Table 1).
  • Example 3 Production of UF resin bonded, three-layer chipboards with low density of pure industrial chips as a reference From pure industrial manufactured Spangut 20 mm thick three-layer chipboard with a density of 450 kg / m 3 and 550 kg / m 3 and an industrially standardized binder composition were prepared. The size liquor corresponded in composition and amount to those described in Examples 1 and 2. All other production parameters are completely identical to Examples 1 and 2. The values of the mechanical and technological properties of Examples 1, 2 and 3 are shown in Table 1.
  • Table 1 Mechanical-technological properties of the three-layer UF resin-bonded chipboard with popcorn admixture in the middle layer (Example 1), in middle and top layer (Example 2) and pure industrial chips as reference (Example 3)
  • Example 4 Production of PF resin-bonded, three-layer chipboard with low bulk density and with 50% popcorn granules in the middle layer 20 mm thick three-layer chipboard with a density of 450 kg / m 3 and 550 kg / m 3 were prepared with phenolic resin as a binder from the same Spangut and popcorn granules. The middle layer chips were again mixed with 50% popcorn granules.
  • an aqueous solution of a phenol-formaldehyde was resin of the brand "Bakelite ® PF 2506 HW" from Bakelite AG having a solids content of about 45%.
  • a 50% aqueous potash solution was used.
  • water repellents an emulsion based on paraffin brand "HYDRO WAX 138 ®” from SASOL GmbH with a solids content of about 50% is used.
  • the glue liquor of the middle class was composed of 8.5% PF resin solids based on anhydrous chip, 2 % Potash solution (hardener) based on atro solid resin and 1% water repellent based on atro chip
  • the glue liquor of the top layer consisted of 10% PF solid resin based on atro chip, 1% potash solution (hardener) based on solid solid resin and 1 % water repellents based on anhydrous chip.
  • the chip was at 210 0 C for 12 s / mm and a pressure of 220 bar pressed (s. tab. 2).
  • Example 5 Production of PF resin-bonded, three-layer chipboards with low bulk density and with 50% popcorn granules in the middle and top layer
  • Particleboard with a density of 450 kg / m 3 and 550 kg / m 3 prepared with phenolic resin as a binder.
  • the middle layer and top layer shavings were again mixed with 50% popcorn granules.
  • an aqueous solution of a phenol-formaldehyde resin of the brand "Bakelite ® PF 2506 HW" of the Bakelite AG was used having a solids content of about 45%.
  • a 50% aqueous potash solution was used as a curing accelerator.
  • Hydrophobizing agent used was a Paraff ⁇ nbasis emulsion of the brand "HYDRO WAX 138 R " from SASOL GmbH with a solids content of about 50%
  • the glue liquor of the middle layer consisted of 8.5% solid resin based on atro chip, 2% potash Solide liquor of the topcoat consisted of 10% solid resin based on dry chip, 1% potash solution based on solid, solid resin and 1% of water repellent based on dry chip 210 0 C for 12 s / mm and a pressure of 220 bar compressed (Table 2).
  • Example 6 Production of PF resin-bonded, three-layer chipboard of low bulk density from pure industrial chips as a reference
  • Table 2 Mechanical-technological properties of the three-layer PF resin-bonded chipboard with popcorn admixture in the middle layer (Example 4), in middle and top layer (Ex 5) and pure industrial chips as reference (Ex. 6)
  • Example 7 Production of PMDI-bound, three-layer chipboard with low bulk density and with 50% popcorn granules in the middle layer
  • Example 8 Production of PMDI-bound, three-layer chipboard with low density and with 50% popcorn granules in the middle and top layer
  • Example 9 Production of PMDI bonded, three-layer chipboard with low bulk density from pure industrial chips as a reference
  • Example 5 As a reference to Example 5, 20 mm thick three-layer chipboards having a bulk density of 450 kg / m 3 and 550 kg / m 3 and the PMDI "Desmodurl 520 A20" as a binder were produced from pure industrial manufactured chipboard and 8. The values of the mechanical-technological properties of Examples 7, 8 and 9 are shown in Table 3.
  • Example 10 Production of UF resin-bound, three-layer composites with low bulk density from 100% popcorn granules in the middle and top layer
  • the glue liquor of the middle layer consisted of 8.5% UF solid resin based on dry popcorn granules, 1% ammonium sulfate solution (hardener) based on solid solid resin and 1% hydrophobing agent based on dry popcorn granules.
  • the glue liquor of the cover layer consisted of 10% UF solid resin based on dry popcorn granules, 0.5% ammonium sulfate solution based on solid solid resin and 1% hydrophobing agent based on dry popcorn granules.
  • the popcorn granules cake was pressed at 195 ° C for 12 s / mm and a pressure of 220 bar.
  • Example 10 the perforator value, ie the release of formaldehyde, was additionally measured (methodology see below). As can be clearly seen, is in the According to the invention composites this Perforatorwert significantly lower, ie it is released less formaldehyde, since it is bound by the popcorn.
  • Example 11 Production of phenol-resin (PF) bonded three-layer composites with low bulk density from 100% popcorn granules in the middle and top layer
  • the glue liquor of the middle class was composed of 8.5% PF-hard resin, based on anhydrous popcorn grains, 2 % Potash solution (hardener) based on atro solid resin and 1% water repellent based on atro popcorn granules
  • the glue liquor of the top layer consisted of 10% PF solid resin based on atro popcorn granules, 1% potash solution (hardener) based on solid solid resin and 1 % water repellents based on anhydrous popcorn granulate.
  • the popcorn grains cake was pressed at 210 0 C for 12 s / mm and a pressure of 220 bar.
  • Table 5 Mechanical-technological properties of the three-layered composites of popcorn granules bound with PF resin (Example 11) and the corresponding reference example (Example 6) from wood shavings
  • the transverse tensile strengths of the composite materials of pure popcorn granules and a bulk density of 550 kg / m 3 are 0.47 N / mm 2 to 0.64 N / mm 2, both above the references and above the standard prescribed by EN 312-4.
  • the swelling values of the popcorn composite materials after 24 h of water storage at approx. 6% are also below the respective values of the reference plates and well below the standard of 15%.
  • Remarkable are also the extremely low perforator values of 1, 6 to 2 mg formaldehyde per 100 g composite material for PF resin and UF resin bonded plates. Values of 6 to 7 mg / 100g are the norm for composites made of wood bonded to UF resin. According to EN 120, an upper limit of 7 mg / 100g is specified for the perforator value.
  • Example 12 Production of PMDI bonded, three-layer composites with low bulk density from 100% popcorn granules in the middle and top layer
  • the perforator method (DIN EN 120) is a test standard for the determination of unbound formaldehyde in uncoated and / or unpainted wood-based materials.
  • DIN EN 120 is a test standard for the determination of unbound formaldehyde in uncoated and / or unpainted wood-based materials.
  • the perforator method (DIN EN 120) is a test standard for the determination of unbound formaldehyde in uncoated and / or unpainted wood-based materials.
  • DIN EN 120 is a test standard for the determination of unbound formaldehyde in uncoated and / or unpainted wood-based materials.
  • the round bottom flask is connected to the perforator and then 1000 ml of distilled water are introduced into the perforator insert.
  • the radiator and gas absorption device and the original piston of the gas absorption device are connected.
  • the original flask is filled with approx.
  • the determination of the release of formaldehyde was carried out in accordance with the specifications of EN 717-3. 10 ml of the absorption solution was pipetted into a bottle and mixed with 10 ml of a 0.04 M acetylacetone solution and 10 ml of a 20% ammonium acetate solution. Subsequently, the samples were incubated at 40 ° C. for 15 minutes in a shaking water bath. After one hour of cooling to room temperature with dark storage of the samples were photometrically measured at 412 nm against deionized water and the formaldehyde release of the samples as a levy in mg of formaldehyde based on kg dry matter of the sample for the WKI bottle value calculated. The perforator value is given in mg of formaldehyde, based on 100 g dry matter of the sample.
  • Table 7 contains the results of the formaldehyde release of popcorn composites as determined by the bottle and perforator methods.
  • the bottle value in mg HCHO / 1000 g and the perforator value in mg HCHO / 100 g are roughly comparable with conventional wood-based materials. As can be seen from Table 1, the trend between the two values is the same for all the examples listed. The perforator value for all samples is slightly below the WKI bottle value. Thus, these results confirm the formaldehyde-binding properties of popcorn.
  • Table 7 Formaldehyde release by the bottle and perforator method of popcorn-containing composites (Examples 1 and 2), a reference plate (Example 3) and pure popcorn composites (Example 10)

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Einsatz von Popcorn als strukturgebendes und dimensionsstabilisierendes Material für lignocellulosehaltiger Formkörper, wie Holz und/oder Verbundwerkstoffe, sowie die Verwendung von Popcorn als Bindemittel für Formaldehyd bei Holz und/oder Verbundwerkstoffen.

Description

Georg-August-Universität Göttingen Stiftung Öffentlichen Rechts Wilhelmsplatz 1, 37073 Göttingen, Deutschland
Verwendung von Popcorn für Holz- und Verbundwerkstoffe
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Holz und/oder Verbundwerkstoffe, insbesondere der Spanplatten und Faserplatten, sowie Verbundwerkstoffe, welche Lignocellulose und Popcorn enthalten.
Holz und/oder Verbundwerkstoffe, insbesondere Span- oder Faserplatten sind seit nunmehr mehr als hundert Jahren als Ersatz für Massivholz in der Möbelindustrie, Baugewerbe etc. bekannt. Für die Güte von Holz und/oder Verbundwerkstoffen spielen dabei mehrere Faktoren, darunter insbesondere die Rohdichte, die Querzugsfestigkeit und die Dickenquellung eine Rolle.
Insbesondere die Rohdichte hat für Holz und/oder Verbundwerkstoffe eine ausgesprochen große Bedeutung, da die vorteilhaften Eigenschaften einer Span- oder Faserplatte, wie die Festigkeitseigenschaften, meist mit zunehmender Rohdichte ansteigen. Auf der anderen Seite wären Holz und/oder Verbundwerkstoffe geringerer Rohdichte von Vorteil, da für die Herstellung solcher Holz und/oder Verbundwerkstoffe weniger Lignocellulose und Bindemittel benötigt wird und diese kostengünstiger transportiert werden können. Außerdem gibt es für solche Verbundwerkstoffe mit geringer Rohdichte ein breites Spektrum von Einsatzmöglichkeiten, die ein weniger dichtes (und somit schweres) Material erfordern. Jedoch sollen die vorteilhaften Eigenschaften, die mit steigender Rohdichte einhergehen, möglichst wenig verschlechtert, wenn nicht sogar erhalten werden. Es stellt sich daher die Aufgabe, einen Holz- und Verbundwerkstoff zu schaffen, bei dem eine geringe Rohdichte bei gleichzeitig guten sonstigen Eigenschaften wie Zugfestigkeit und/oder Dickenquellung erreicht werden kann.
Diese Aufgabe wird durch einen Holz- und Verbundwerkstoff nach Anspruch 1 gelöst. Demgemäß wird ein lignocellulosehaltiger Formkörper, insbesondere ein Holz- und Verbundwerkstoff, wie eine Span- und/oder Faserplatte vorgeschlagen, wobei der lignocellulosehaltiger Formkörper Popcorn als strukturgebendes und/oder dimensionsstabilisierendes Material enthält, bereitgestellt.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass durch die Beimengung von Popcorn bei Holz- und Verbundwerkstoffen bei vielen Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung die Rohdichte gesenkt werden kann, während die vorteilhaften Eigenschaften des Holz- und Verbundwerkstoffes sich nicht verschlechtern, ja sogar bei einigen Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung noch verbessert werden können.
Unter der Bezeichnung „lignocellulosehaltiger Formkörper" werden insbesondere alle flächigen und nicht flächigen Werkstoffe zusammengefasst, die als Hauptbestandteil zerkleinerte lignocellulosehaltige Materialien, wie zum Beispiel Holz, Getreidestroh, Hanf oder Flachs enthalten, welche nach der Beleimung mit einem synthetischen oder naturnahen Bindemittel geformt und unter Temperatur und Druck verpresst werden.
Unter der Bezeichnung „Holz und/oder Verbundwerkstoff werden insbesondere Materialien verstanden, die hauptsächlich aus mechanisch oder thermomechanisch zerkleinertem lignocellulosehaltigen Material bestehen, die nach der Beleimung mit einem synthetischen oder naturnahen Bindemittel geformt und unter Temperatur und Druck zu Holz und/oder Verbundwerkstoffen verpresst werden. Jedoch kann gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform beim Holz- oder Verbundwerkstoff dieser zu 100 % aus Popcorn bestehen. Der Term „Holz und/oder Verbundwerkstoff im Sinne der vorliegenden Erfindung soll im weitesten Sinne verstanden werden und ausdrücklich auch solche Materialien beinhalten, die (nur noch) aus Popcorn aufgebaut sind und keine Holzbestandteile (mehr) enthalten.
Der Term „Popcorn" im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst insbesondere alle Materialien, welche wie der Puffmais (Zea mays, convar. Microsperma) - gegebenenfalls nach entsprechender Einfettung bei einer schnellen Erwärmung zu hohen Temperaturen explodieren, indem das in dem Samen vorhandene Wasser schlagartig verdampft und so die im Samen enthaltene Stärke in eine schaumartige Konsistenz überführt. Ein solches Verhalten ist unter anderem von Quinoa-Korn, Amarant, Reis oder auch Weizen bekannt, Materialien, die auf diesen Grundstoffen basieren, werden im Sinne der vorliegenden Erfindung explizit auch als „Popcorn" bezeichnet und umfasst, die Bezeichnung „Popcorn" soll nicht nur auf Mais beschränkt sein und wurde insbesondere aus Gründen der Einfachheit, Übersichtlichkeit und Lesbarkeit gewählt.
Der Term „strukturgebendes und dimensionsstabilisierendes Material" bedeutet dabei insbesondere jedes Material, welches aufgrund seiner Struktur dem Werkstoff eine gewisse Festigkeit und Formstabilität verleihen.
Der Anteil des Popcorns im lignocellulosehaltiger Formkörper kann dabei zwischen >0 und <100 % des strukturgebenden und/oder dimensionsstabilisierenden Materials betragen.
Somit kann im Sinne der vorliegenden Erfindung ein erfindungsgemäßer lignocellulosehaltiger Formkörper auch zu 100% aus Popcorn bestehen; der Term „lignocellulosehaltiger Formkörper" ist im weitest möglichen Sinne zu verstehen und soll - A -
explizit auch solche Formkörper umfassen welche im wesentlichen oder vollständig aus Popcorn bestehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Popcorn eine Korngrößenverteilung auf, bei der > 50 % und <90 % des Popcorns eine Korngröße von >2 mm und <10 mm besitzen.
Dies hat sich für viele Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft herausgestellt. Popcorn größerer Korngröße lässt sich häufig schlechter zu lignocellulosehaltigen Formkörpern wie Holz und/oder Verbundwerkstoffen verarbeiten, Popcorn kleinerer Korngröße neigt bei vielen Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindungen dazu, das bei der Herstellung des Holz und/oder Verbundwerkstoffes zugegebene Bindemittel bzw. den Leim aufzusaugen, was die Qualität des Holz und/oder Verbundwerkstoffes verschlechtern kann.
Besonders bevorzugt weist das Popcorn eine Korngrößenverteilung auf, bei der > 70 % und <90 % des Popcorns eine Korngröße von >2 mm und <10 mm besitzen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Popcorn eine Korngrößenverteilung auf, bei der > 50 % und <90 %, besonders bevorzugt > 70 % und <90 % des Popcorns eine Korngröße von >4 mm und <10 mm besitzen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Popcorn eine Korngrößenverteilung auf, bei der > 50 % und <80 % des Popcorns eine Korngröße von >3 mm und <8 mm besitzen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Popcorn eine durchschnittliche Korngrößenverteilung von >3 mm und <6 mm auf. Dies hat sich für viele Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung als günstig herausgestellt.
Besonders bevorzugt weist das Popcorn eine durchschnittliche Korngrößenverteilung von >3,5 mm und <5 mm auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der Fettanteil des Popcorns vor der Verarbeitung <10 (Gew-)%.
Unter „Fettanteü" des Popcorns wird dabei nicht der Gesamtanteil an Fett im Popcorn verstanden, sondern der Anteil an Fett, welcher zur Hydrophobierung der Samenepidermis eingesetzt wurde, die zum besseren Einschluß des im Samen enthaltenen Wassers führt.
Es hat sich bei vielen Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung als günstig herausgestellt, diesen Fettanteil so gering wie möglich zu halten, da dies die weitere Verarbeitung des Popcorns erleichtert. Vorzugsweise beträgt der Fettanteil <5 (Gew-) %, nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird zur Konsistenzänderung (Umwandlung) (="Puffung") kein Fett zugesetzt. In diesem Fall ist es besonders bevorzugt, dass die Konsistenzänderung (="Puffung") mittels Mikrowellen erfolgt, wie im folgenden noch ausgeführt werden wird.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf die Verwendung von Popcorn als Formaldehydfänger, insbesondere bei aber nicht eingeschränkt auf Holz- und/oder Verbundwerkstoffen, die mit Harnstoffformaldehyd-Harz, Melaminformaldehyd-Harz, Melaminverstärktes Harnstoffformaldehyd -Harz, Taninformaldehyd-Harz und Phenolformaldehyd-Harz oder einer Mischung aus den genannten Harzen gebunden worden sind. Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass Popcorn nicht nur als strukturgebendes und dimensionsstabilisierendes Material bei lignocellulosehaltigen Formkörpern wie Holz und/oder Verbundwerkstoffen eingesetzt werden kann, sondern zudem die vorteilhafte Eigenschaft hat, bei der Herstellung und beim Gebrauch von Holz und/oder Verbundwerkstoffen als Formaldehydfänger in der Platte zu fungieren.
Der Anteil des Popcorns im Holz und/oder Verbundwerkstoff kann dabei zwischen >0 und <100 % des strukturgebenden und dimsionsstabilisierenden Materials betragen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Popcorn eine Korngrößenverteilung auf, bei der > 50 % und <90 % des Popcorns eine Korngröße von >2 mm und <10 mm besitzen.
Dies hat sich für viele Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft herausgestellt. Popcorn größerer Korngröße lässt sich häufig schlechter zu Holz und/oder Verbundwerkstoffen verarbeiten, Popcorn kleinerer Korngröße neigt bei vielen Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindungen dazu, das bei der Herstellung des Holz und/oder Verbundwerkstoffes zugegebene Bindemittel bzw. den Leim aufzusaugen, was die Qualität des Holz und/oder Verbundwerkstoffes verschlechtern kann.
Besonders bevorzugt weist das Popcorn eine Korngrößenverteilung auf, bei der > 70 % und <90 % des Popcorns eine Korngröße von >2 mm und <10 mm besitzen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Popcorn eine
Korngrößenverteilung auf, bei der > 50 % und <90 %, besonders bevorzugt > 70 % und <90 % des Popcorns eine Korngröße von >4 mm und <10 mm besitzen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Popcorn eine Korngrößenverteilung auf, bei der > 50 % und <80 % des Popcorns eine Korngröße von >3 mm und <8 mm besitzen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Popcorn eine durchschnittliche Korngrößenverteilung von >3 mm und <6 mm auf. Dies hat sich für viele Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung als günstig herausgestellt.
Besonders bevorzugt weist das Popcorn eine durchschnittliche Korngrößenverteilung von >3,5 mm und <5 mm auf.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beträgt der Fettanteil des Popcorns vor der Verarbeitung <10 (Gew-) %.
Unter „Fettanteü" des Popcorns wird dabei nicht der Gesamtanteil an Fett im Popcorn verstanden, sondern der Anteil an Fett, welcher zur Umwandlung der Maiskörner zu Popcorn (="Puffung") zugesetzt wurde.
Es hat sich bei vielen Anwendungen innerhalb der vorliegenden Erfindung als günstig herausgestellt, diesen Fettanteil so gering wie möglich zu halten, da dies die weitere
Verarbeitung des Popcorns erleichtert. Vorzugsweise beträgt der Fettanteil <5 (Gew-) %, nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird zur Konsistenzänderung (Umwandlung) (="Puffung") kein Fett zugesetzt. In diesem Fall ist es besonders bevorzugt, dass die Konsistenzänderung (="Puffung") mittels Mikrowellen erfolgt, wie im folgenden noch ausgeführt werden wird.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf eine Span- und/oder Faserplatte mit einer Rohdichte von <550 kg/m3, mehr bevorzugt <500 kg/m3, sowie am meisten bevorzugt <450 kg/m3, sowie einer Querzugfestigkeit pro Rohdichte *1000 von >0,75 m3N/mm2kg, bevorzugt >0,8 m3N/mm2kg sowie am meisten bevorzugt >0,85 m3N/mm2kg.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Holz und/oder Verbundwerkstoffes und/oder einer erfindungsgemäßen Span- und/oder Faserplatte, umfassend die Schritte
a) Behandeln von Puffmais, so dass Popcorn entsteht b) Zerkleinern des Popcorns c) Herstellen des Holz und/oder Verbundwerkstoffes bzw. der Span- und/oder
Faserplatte
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird Schritt a) durch Mikrowellenbehandlung, bevorzugt bei > 1500 W und <3000 W durchgeführt, wobei die Behandlung vorzugsweise zwischen >1 min und <5 min beträgt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei Schritt c) ein Bindemittel und gegebenfalls ein Härtungsbeschleuniger zugegeben.
Dabei können grundsätzlich alle im Gebiet bekannten Bindemittel, wie
Harnstoffformaldehyd-Harz, Melaminformaldehyd-Harz, Melaminverstärktes Harnstoffformaldehyd -Harz, Taninformaldehyd-Harz, Phenolformaldehyd-Harz und polymere Diphenylmethandiisocyanate verwendet werden. Als Härtungsbeschleuniger können alle auf dem Gebiet bekannten Stoffe, insbesondere Ammoniumsulfat und/oder Pottasche verwendet werden.
Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile und Komponenten unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Beispiele und Zeichnungen, in denen - beispielhaft - mehrere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer lignocellulosehaltiger Formkörper dargestellt sind. In den Zeichnungen, welche sich auf die Beispiele beziehen, zeigt:
Fig. 1 ein Diagramm einer Korngrößenverteilung eines Popcorngranulates, welches in den erfindungsgemäßen Beispielen eingesetzt wurde; sowie
Fig. 2 ein Diagramm einer Spanfraktionsverteilung von Mittel- und Deckschichtspänen, welche in den erfindungsgemäßen Beispielen eingesetzt wurden.
Popcorngranulatherstellung
Alle folgenden Beispiele gemäß der Erfindung wurden mit Popcorn ausgeführt, welches folgendermassen hergestellt wurde:
Zur Herstellung des Popcorns wurde Puffmais in eine Papiertüte gegeben und in einer Industriemikrowelle bei 2000 W für 2 Min. erhitzt. Das so gewonnene Popcorn wurde mit Hilfe einer Rätsch-Mühle in etwa 5 mm große Stücke zerkleinert und anschließend zur Herstellung von Holzwerkstoffen genutzt. Je nach Verwendung in der Deck- oder Mittelschicht des Popcorngranulates wurde das Material in verschiedene Fraktionen separiert. Das gesiebte Granulat wurde in Mittel- und Deckschicht zu 60 % zu 40 % getrennt. Die Korngrößenverteilung des Granulates ist in Fig. 1 dargestellt. Herstellung von Holzspänen
Alle Beispiele, welche Holzspäne enthalten (seien es erfindungsgemäße oder Vergleichsbeispiele) wurden mit Holzspänen durchgeführt, welches folgendermassen hergestellt wurde:
Für die Herstellung aller Spanplatten wurde industriell aufbereitetes Spanmaterial verwendet. Die Späne wurden nach der Trocknung und unmittelbar vor der Beleimung von der Bandwaage entnommen. Das Material setzt sich aus verschiedenen Rohstoffsortimenten zusammen und ist prozessbedingt in Deck- und Mittelschichtfraktion unterteilt. Fig. 2 zeigt die Größenverteilung der verwendeten Holzspäne.
Beispiel 1 : Herstellung von UF-Harz gebundenen, dreischichtigen Spanplatten mit geringer Rohdichte und mit 50 % Popcorngranulat in der Mittelschicht
Aus industriell hergestelltem Spangut und Popcorngranulat wurden 20 mm dicke dreischichtige Spanplatten mit einer Rohdichte von 450 kg/m3 und 550 kg/m3 mit einer industriell standardisieren Bindemittelzusammensetzung hergestellt. Den Mittelschichtspänen wurde 50 % Popcorngranulat beigemischt. Als Bindemittel wurde eine wässrige Lösung eines Harnstoff-Formaldehyd-Kondensationsproduktes der Marke „KAURIT® 350 flüssig" der BASF AG mit einem Feststoffgehalt von ca. 68 % verwendet. Als Härtungsbeschleuniger wurde eine 33prozentige wässrige Ammoniumsulfat-Lösung verwendet. Als Hydrophobierungsmittel kam eine Emulsion auf Paraffinbasis der Marke „HYDRO WAX 138®" der Firma SASOL GmbH mit einem Feststoffgehalt von ca. 50 % zum Einsatz. Die Leimflotte der Mittelschicht bestand dabei aus 8,5 % UF-Festharz bezogen auf atro Span, 1 % Ammoniumsulfat-Lösung (Härter) bezogen auf atro Festharz und 1 % Hydrophobierungsmittel bezogen auf atro Span. Die Leimflotte der Deckschicht bestand aus 10 % UF -Festharz bezogen auf atro Span, 0,5 % Ammoniumsulfat-Lösung bezogen auf atro Festharz und 1 % Hydrophobierungsmittel bezogen auf atro Span. Der Spankuchen wurde bei 195°C für 12 s/mm und einem Druck von 220 bar verpresst.
Die Querzugfestigkeiten der Spanplatten mit Popcorngranulat in der Mittelschicht und einer Rohdichte von 550 kg/m3 liegen mit 0,45 N/mm2 sowohl über den Referenzen als auch über der durch die EN 312-4 vorgegebenen Norm. Die Quellwerte der Popcorn-Spanplatten liegen nach 24 h Wasserlagerung mit 8,3 % auch unter den jeweiligen Werten der Referenzplatten und unter der Norm von 15 % (s. Tab. 1).
Beispiel 2: Herstellung von UF-Harz gebundenen, dreischichtigen Spanplatten mit geringer Rohdichte und mit 50 % Popcorngranulat in der Mittel- und Deckschicht
Aus industriell hergestelltem Spangut und Popcorngranulat wurden 20 mm dicke dreischichtige Spanplatten mit einer Rohdichte von 450 kg/m3 und 550 kg/m3 mit einer industriell standardisieren Bindemittelzusammensetzung hergestellt. In diesem Beispiel wurde sowohl dem Mittelschicht- als auch dem Deckschichtspangut 50 % Popcorngranulat beigemischt. Als Bindemittel wurde wiederum das UF-Harz „KAURIT® 350 flüssig" der BASF AG verwendet. Als Härtungsbeschleuniger wurde eine Ammoniumsulfat-Lösung eingesetzt. Als Hydrophobierungsmittel kam das Paraffin „HYDRO WAX 138®" der Firma SASOL GmbH zum Einsatz. Die Leimflotte der Mittelschicht bestand dabei aus 8,5 % Festharz bezogen auf atro Span, 1 % Ammoniumsulfat-Lösung bezogen auf atro Festharz und 1 % Hydrophobierungsmittel bezogen auf atro Span. Die Leimflotte der Deckschicht bestand aus 10 % Festharz bezogen auf atro Span, 0,5 % Ammoniumsulfat-Lösung bezogen auf atro Festharz und 1 % Hydrophobierungsmittel bezogen auf atro Span. Der Spankuchen wurde bei 195°C für 12 s/mm und einem Druck von 220 bar verpresst (s. Tab. 1).
Beispiel 3: Herstellung von UF-Harz gebundenen, dreischichtigen Spanplatten mit geringer Rohdichte aus reiner Industriespäne als Referenz Aus reinem industriell hergestelltem Spangut wurden 20 mm dicke dreischichtige Spanplatten mit einer Rohdichte von 450 kg/m3 und 550 kg/m3 und einer industriell standardisieren Bindemittelzusammensetzung hergestellt. Die Leimflotte entsprach in ihrer Zusammensetzung und Menge der in Beispiel 1 und 2 beschriebenen. Alle weiteren Herstellungsparameter sind mit dem Beispiel 1 und 2 völlig identisch. Die Werte der mechanisch - technologischen Eigenschaften der Beispiele 1, 2 und 3 sind in Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1 : Mechanisch-technologische Eigenschaften der dreischichtigen, UF -Harz gebundenen Spanplatten mit Popcornbeimischung in der Mittelschicht (Bsp. 1), in Mittel- und Deckschicht (Bsp. 2) und reinen Industriespänen als Referenz (Bsp. 3)
Beispiel 4: Herstellung von PF-Harz gebundenen, dreischichtigen Spanplatten mit geringer Rohdichte und mit 50 % Popcorngranulat in der Mittelschicht Aus dem gleichen Spangut und Popcorngranulat wurden 20 mm dicke dreischichtige Spanplatten mit einer Rohdichte von 450 kg/m3 und 550 kg/m3 mit Phenolharz als Bindemittel hergestellt. Den Mittelschichtspänen wurde wiederum 50 % Popcorngranulat beigemischt. Als Bindemittel für die Deckschicht wurde eine wässrige Lösung eines Phenol-Formaldehyd- Harzes der Marke „Bakelite® PF 2506 HW" der Bakelite AG mit einem Feststoffgehalt von ca. 45 % verwendet. Für die Mittelschicht wurde das PF-Harz „Bakelite® PF 1842 HW" mit einem Feststoffgehalt von ca. 48 % genutzt. Als Härtungsbeschleuniger wurde eine 50prozentige wässrige Pottasche-Lösung verwendet. Als Hydrophobierungsmittel kam eine Emulsion auf Paraffinbasis der Marke „HYDRO WAX 138®" der Firma SASOL GmbH mit einem Feststoffgehalt von ca. 50 % zum Einsatz. Die Leimflotte der Mittelschicht bestand dabei aus 8,5 % PF-Festharz bezogen auf atro Span, 2 % Pottasche -Lösung (Härter) bezogen auf atro Festharz und 1 % Hydrophobierungsmittel bezogen auf atro Span. Die Leimflotte der Deckschicht bestand aus 10 % PF-Festharz bezogen auf atro Span, 1 % Pottasche-Lösung (Härter) bezogen auf atro Festharz und 1 % Hydrophobierungsmittel bezogen auf atro Span. Der Spankuchen wurde bei 2100C für 12 s/mm und einem Druck von 220 bar verpresst (s. Tab. 2).
Beispiel 5 : Herstellung von PF-Harz gebundenen, dreischichtigen Spanplatten mit geringer Rohdichte und mit 50 % Popcorngranulat in der Mittel- und Deckschicht
Aus dem gleichen Spangut und Popcorngranulat wurden 20 mm dicke dreischichtige
Spanplatten mit einer Rohdichte von 450 kg/m3 und 550 kg/m3 mit Phenolharz als Bindemittel hergestellt. Den Mittelschicht- und Deckschichtspänen wurde wiederum 50 % Popcorngranulat beigemischt. Als Bindemittel für die Deckschicht wurde eine wässrige Lösung eines Phenol-Formaldehyd-Harzes der Marke „Bakelite® PF 2506 HW" der Bakelite AG mit einem Feststoffgehalt von ca. 45 % verwendet. Für die Mittelschicht wurde das PF- Harz „Bakelite® PF 1842 HW" mit einem Feststoffgehalt von ca. 48 % genutzt. Als Härtungsbeschleuniger wurde eine 50prozentige wässrige Pottasche -Lösung verwendet. Als Hydrophobierungsmittel kam eine Emulsion auf Paraffϊnbasis der Marke „HYDRO WAX 138R" der Firma SASOL GmbH mit einem Feststoffgehalt von ca. 50 % zum Einsatz. Die Leimflotte der Mittelschicht bestand dabei aus 8,5 % Festharz bezogen auf atro Span, 2 % Pottasche- Lösung bezogen auf atro Festharz und 1 % Hydrophobierungsmittel bezogen auf atro Span. Die Leimflotte der Deckschicht bestand aus 10 % Festharz bezogen auf atro Span, 1 % Pottasche-Lösung bezogen auf atro Festharz und 1 % Hydrophobierungsmittel bezogen auf atro Span. Der Spankuchen wurde bei 2100C für 12 s/mm und einem Druck von 220 bar verpresst (Tab. 2).
Beispiel 6: Herstellung von PF-Harz gebundenen, dreischichtigen Spanplatten mit geringer Rohdichte aus reiner Industriespäne als Referenz
Aus reinem industriell hergestelltem Spangut wurden 20 mm dicke dreischichtige Spanplatten mit einer Rohdichte von 450 kg/m3 und 550 kg/m3 und einer industriell standardisieren Bindemittelzusammensetzung hergestellt. Die Leimflotte entsprach in ihrer Zusammensetzung und Menge der in Beispiel 4 und 5 beschriebenen. Alle weiteren Herstellungsparameter sind mit dem Beispiel 4 und 5 völlig identisch. Die Werte der mechanisch - technologischen Eigenschaften der Beispiele 4, 5 und 6 sind in Tabelle 2 dargestellt.
Tabelle 2: Mechanisch-technologische Eigenschaften der dreischichtigen, PF-Harz gebundenen Spanplatten mit Popcornbeimischung in der Mittelschicht (Bsp. 4), in Mittel- und Deckschicht (Bsp. 5) und reinen Industriespänen als Referenz (Bsp. 6)
Beispiel 7: Herstellung von PMDI gebundenen, dreischichtigen Spanplatten mit geringer Rohdichte und mit 50 % Popcorngranulat in der Mittelschicht
Aus industriell hergestelltem Spangut und Popcorngranulat und Polymeres Diphenylmethandiisocyanat (PMDI) als Bindemittel wurden 20 mm dicke dreischichtige Spanplatten mit einer Rohdichte von 450 kg/m3 und 550 kg/m3 hergestellt. Den Mittelschichtspänen wurde 50 % Popcorngranulat beigemischt. Als Bindemittel wurde das Polymere Diphenylmethandiisocyanat „Desmodurl520 A20" der BAYER AG genutzt. Auf Zuschlagsstoffe und Hydrophobierungsmittel wurde gänzlich verzichtet. Deck- und Mittelschichtspanmaterial wurden mit 3 % bezogen auf atro Span PMDI beleimt. Der Spankuchen wurde anschließend bei 2100C für 12 s/mm und einem Druck von 220 bar verpresst (s. Tab. 3).
Beispiel 8: Herstellung von PMDI gebundenen, dreischichtigen Spanplatten mit geringer Rohdichte und mit 50 % Popcorngranulat in der Mittel- und Deckschicht
Aus industriell hergestelltem Spangut und Popcorngranulat und Polymeres Diphenylmethandiisocyanat als Bindemittel wurden 20 mm dicke dreischichtige Spanplatten mit einer Rohdichte von 450 kg/m3 und 550 kg/m3 hergestellt. Den Mittelschicht- und Deckschichtspänen wurde 50 % Popcorngranulat beigemischt. Als Bindemittel wurde das Polymere Diphenylmethandiisocyanat „Desmodurl520 A20" der BAYER AG genutzt. Auf Zuschlagsstoffe und Hydrophobierungsmittel wurde gänzlich verzichtet. Deck- und Mittelschichtspanmaterial wurden mit 3 % bezogen auf atro Span PMDI beleimt. Der Spankuchen wurde anschließend bei 2100C für 12 s/mm und einem Druck von 220 bar verpresst.
Beispiel 9: Herstellung von PMDI gebundenen, dreischichtigen Spanplatten mit geringer Rohdichte aus reiner Industriespäne als Referenz
Als Referenz zum Beispiel 5 wurden aus reinem industriell hergestelltem Spangut 20 mm dicke dreischichtige Spanplatten mit einer Rohdichte von 450 kg/m3 und 550 kg/m3 und dem PMDI „Desmodurl520 A20" als Bindemittel hergestellt. Alle weiteren Herstellungsparameter sind mit dem Beispiel 7 und 8 völlig identisch. Die Werte der mechanisch - technologischen Eigenschaften der Beispiele 7, 8 und 9 sind in Tabelle 3 dargestellt.
Tabelle 3 : Mechanisch-technologische Eigenschaften der dreischichtigen, PMDI gebundenen
Spanplatten mit Popcornbeimischung in der Mittelschicht (Bsp. 7) in der Mittel- und Deckschicht (Bsp. 8) und reinen Industriespänen als Referenz (Bsp. 9)
Beispiel 10: Herstellung von UF-Harz gebundenen, dreischichtigen Verbundwerkstoffen mit geringer Rohdichte aus 100 % Popcorngranulat in der Mittel- und Deckschicht
Aus Popcorngranulat wurden 20 mm dicke dreischichtige Verbundwerkstoffe mit einer Rohdichte von 450 kg/m3 und 550 kg/m3 mit einer industriell standardisieren Bindemittelzusammensetzung hergestellt. Als Bindemittel wurde eine wässrige Lösung eines Harnstoff-Formaldehyd-Kondensationsproduktes der Marke „KAURIT® 350 flüssig" der BASF AG mit einem Feststoffgehalt von ca. 68 % verwendet. Als Härtungsbeschleuniger wurde eine 33prozentige wässrige Ammoniumsulfat-Lösung verwendet. Als Hydrophobierungsmittel kam eine Emulsion auf Paraffinbasis der Marke „HYDRO WAX 138®" der Firma SASOL GmbH mit einem Feststoffgehalt von ca. 50 % zum Einsatz. Die Leimflotte der Mittelschicht bestand dabei aus 8,5 % UF-Festharz bezogen auf atro Popcorngranulat, 1 % Ammoniumsulfat-Lösung (Härter) bezogen auf atro Festharz und 1 % Hydrophobierungsmittel bezogen auf atro Popcorngranulat. Die Leimflotte der Deckschicht bestand aus 10 % UF-Festharz bezogen auf atro Popcorngranulat, 0,5 % Ammoniumsulfat- Lösung bezogen auf atro Festharz und 1 % Hydrophobierungsmittel bezogen auf atro Popcorngranulat. Der Popcorngranulatkuchen wurde bei 195°C für 12 s/mm und einem Druck von 220 bar verpresst.
Im Beispiel 10 wurde zusätzlich der Perforatorwert, d.h. die Freisetzung von Formaldehyd gemessen (Methodik s. nachfolgend). Wie deutlich zu sehen ist, ist bei den erfϊndungsgemäßen Verbundwerkstoffen dieser Perforatorwert deutlich niedriger, d.h. es wird weniger Formaldehyd freigesetzt, da es durch das Popcorn gebunden wird.
Tabelle 4: Mechanisch-technologische Eigenschaften der dreischichtigen,
Verbundwerkstoffen aus Popcorngranulat gebunden mit UF-Harz (Bsp. 10) und dem entsprechenden Referenzbeispiel (Bsp. 3) aus Holzspänen
Beispiel 11 : Herstellung von Phenol-Harz (PF) gebundenen, dreischichtigen Verbundwerkstoffen mit geringer Rohdichte aus 100 % Popcorngranulat in der Mittel- und Deckschicht
Aus dem gleichen Popcorngranulat wurden 20 mm dicke dreischichtige Verbundwerkstoffen mit einer Rohdichte von 450 kg/m3 und 550 kg/m3 mit Phenolharz als Bindemittel hergestellt. Als Bindemittel für die Deckschicht wurde eine wässrige Lösung eines Phenol-Formaldehyd- Harzes der Marke „Bakelite® PF 2506 HW" der Bakelite AG mit einem Feststoffgehalt von ca. 45 % verwendet. Für die Mittelschicht wurde das PF-Harz „Bakelite® PF 1842 HW" mit einem Feststoffgehalt von ca. 48 % genutzt. Als Härtungsbeschleuniger wurde eine 50prozentige wässrige Pottasche-Lösung verwendet. Als Hydrophobierungsmittel kam eine Emulsion auf Paraffinbasis der Marke „HYDRO WAX 138®" der Firma SASOL GmbH mit einem Feststoffgehalt von ca. 50 % zum Einsatz. Die Leimflotte der Mittelschicht bestand dabei aus 8,5 % PF-Festharz bezogen auf atro Popcorngranulat, 2 % Pottasche-Lösung (Härter) bezogen auf atro Festharz und 1 % Hydrophobierungsmittel bezogen auf atro Popcorngranulat. Die Leimflotte der Deckschicht bestand aus 10 % PF-Festharz bezogen auf atro Popcorngranulat, 1 % Pottasche-Lösung (Härter) bezogen auf atro Festharz und 1 % Hydrophobierungsmittel bezogen auf atro Popcorngranulat. Der Popcorngranulatkuchen wurde bei 2100C für 12 s/mm und einem Druck von 220 bar verpresst.
Ebenfalls wurde ein Perforatorwert gemessen; auch hier liegen die Werte deutlich niedriger als bei den Vergleichsverbundwerkstoffen.
Tabelle 5 : Mechanisch-technologische Eigenschaften der dreischichtigen, Verbundwerkstoffen aus Popcorngranulat gebunden mit PF-H arz (Bsp. 11) und dem entsprechenden Referenzbeispiel (Bsp. 6) aus Holzspänen
Die Querzugfestigkeiten der Verbundwerkstoffe aus reinem Popcorngranulat und einer Rohdichte von 550 kg/m3 liegen mit 0,47 N/mm2 bis 0,64 N/mm2 sowohl über den Referenzen als auch über der durch die EN 312-4 vorgegebenen Norm. Die Quellwerte der Popcorn- Verbundwerkstoffe liegen nach 24 h Wasserlagerung mit ca. 6 % auch unter den jeweiligen Werten der Referenzplatten und deutlich unter der Norm von 15 %.
Auffällig sind weiterhin die extrem niedrigen Perforatorwerte von 1 ,6 bis 2 mg Formaldehyd pro 100 g Verbundwerkstoff für PF-Harz und UF-Harz gebundene Platten. Hier sind für UF- Harz gebundene Verbundwerkstoffen aus Holz Werte von 6 bis 7 mg/100g die Regel. Nach EN 120 ist eine Obergrenze von 7 mg/ 100g für den Perforatorwert vorgegeben.
Beispiel 12: Herstellung von PMDI gebundenen, dreischichtigen Verbundwerkstoffen mit geringer Rohdichte aus 100 % Popcorngranulat in der Mittel- und Deckschicht
Aus Popcorngranulat und Polymerem Diphenylmethandiisocyanat (PMDI) als Bindemittel wurden 20 mm dicke dreischichtige Verbundwerkstoffen mit einer Rohdichte von 450 kg/m3 und 550 kg/m3 hergestellt. Als Bindemittel wurde das Polymere Diphenylmethandiisocyanat „Desmodurl520 A20" der BAYER AG genutzt. Auf Zuschlagsstoffe und Hydrophobierungsmittel wurde gänzlich verzichtet. Deck- und Mittelschichtmaterial wurden mit 3 % bezogen auf atro Popcorngranulat PMDI beleimt. Der Popcorngranulatkuchen wurde anschließend bei 2100C für 12 s/mm und einem Druck von 220 bar verpresst.
Ebenfalls wurde ein Perforatorwert gemessen; auch hier liegen die Werte deutlich niedriger als bei den Vergleichsverbundwerkstoffen.
Tabelle 6: Mechanisch-technologische Eigenschaften der dreischichtigen,
Verbundwerkstoffen aus Popcorngranulat gebunden mit PMDI (Bsp. 12) und dem entsprechenden Referenzbeispiel (Bsp. 9) aus Holzspänen
Bestimmung der Formaldehydabgabe
Methodik:
Bestimmung der Formaldehydabgabe aus Holzwerkstoffen nach der Flaschenmethode
Die Bestimmung der Formaldehydabgabe aus Holzwerkstoffen erfolgte zum einen gemäß der im Stand der Technik bekannten Flaschenmethode. Hierzu wurden aus den zu untersuchenden Platten Probekörper mit einer Kantenlänge von 25 mm entnommen und eine ~ 20 g entsprechende Anzahl (zumeist drei Probekörper) mittels zweier Gummibänder in eine Polyethylenflasche (WKI -Flasche) mit einem Fassungsvermögen von 500 ml eingehängt, die zuvor mit 50 ml entionisiertem Wasser befüllt wurde. Für die Ermittlung des Blindwertes wurde zu jeder Versuchsreihe eine WKI-Flasche, die keine Probekörper enthielt, beigestellt. Die fest verschlossenen WKI-Flaschen wurden dann für drei Stunden in einem auf 40 0C eingestellten Wärmeschrank belassen. Nach Ablauf der Prüfdauer wurden die WKI-Flaschen geöffnet und die Probekörper entnommen. Danach wurden die Flaschen wieder verschlossen. Um die vollständige Absorption des Formaldehyds im Wasser zu erreichen, kühlten die WKI-Flaschen für eine Stunde ab. Anschließend erfolgte an der Absorptionslösung die photometrische Bestimmung der abgegebenen Formaldehydmenge.
Bestimmung der Formaldehydabgabe aus Holzwerkstoffen nach der Perforatormethode
Weiterhin wurde die Formaldehydabgabe gemäß der Perforator-Methode bestimmt. Die Perforator-Methode (DIN EN 120) ist eine Prüfnorm für die Bestimmung des ungebundenen Formaldehyds in unbeschichteten und/oder unlackierten Holzwerkstoffen. Für die Extraktion werden ca. 100 g Probenkörper mit einer Kantenlänge von 25 mm in den Rundkolben der Perforatorapparatur gegeben. Nach der Zugabe von 600 ml Toluol wird der Rundkolben an den Perforator angeschlossen und anschließend werden 1000 ml destilliertes Wasser in den Perforatoreinsatz eingefüllt. Anschließend werden die Kühler- und Gasabsorptionsvorrichtung sowie der Vorlagekolben der Gasabsorptionsvorrichtung angeschlossen. Der Vorlagekolben wird mit ca. 100 ml destilliertem Wasser gefüllt, um eventuell entweichenden Formaldehyd einzufangen. Zum Abschluss werden die Kühlung und die Heizung eingeschaltet. Der Perforationsvorgang beginnt, wenn erstmals Toluol durch das Siphonrohr zurückläuft. Die Extraktion des Formaldehyds aus dem Werkstoff dauert ab diesem Zeitpunkt exakt zwei Stunden, wobei ein ständiger Toluolrücklauf gewährleistet sein muss. Nach Ablauf der zwei Stunden wird die Heizung ausgeschaltet und die Gasabsorptionsvorrichtung entfernt. Nachdem das Wasser in der Perforatorapparatur auf Zimmertemperatur abgekühlt ist, wird es über einen Ablasshahn in einen 2000 ml fassenden Messkolben gefüllt. Der Perforator wird zweimal mit je 200 ml destilliertem Wasser gespült. Das Spülwasser wird mit dem im Vorlagekolben befindlichen Wasser in den Messkolben gefüllt. Der Messkolben wird anschließend mit destilliertem Wasser auf 2000 ml aufgefüllt. Anschließend erfolgte an der Absorptionslösung die photometrische Bestimmung der abgegebenen Formaldehydmenge.
Photometrische Bestimmung der Formaldehydabgabe
Die Bestimmung der Formaldehydabgabe erfolgte gemäß den Vorgaben der EN 717-3. Von der Absorptionslösung wurden 10 ml in eine Schliffflasche pipettiert und mit 10 ml einer 0,04 M Acetylacetonlösung und 10 ml einer 20 %igen Ammoniumacetatlösung versetzt. Anschließend wurden die Proben bei 40 0C für 15 Minuten in einem Schüttelwasserbad inkubiert. Nach einer Stunde Abkühlung auf Raumtemperatur bei abgedunkelter Lagerung der Proben wurden diese bei 412 nm gegen entionisiertes Wasser photometrisch vermessen und die Formaldehydabgabe der Proben als Abgabe in mg Formaldehyd bezogen auf kg Trockenmasse der Probe für den WKI-Flaschenwert errechnet. Der Perforatorwert wird in mg Formaldehyd bezogen auf 100 g Trockenmasse der Probe angegeben.
Messung der Formaldehydabgabe für drei erfindungsgemäße Beispiele sowie ein Vergleichsbeispiel
Die Tabelle 7 enthält die Ergebnisse der Formaldehydabgabe von popcornhaltigen Verbundwerkstoffen, ermittelt nach der Flaschen- und der Perforatormethode. Der Flaschenwert in mg HCHO/1000 g und der Perforatorwert in mg HCHO/100 g sind bei herkömmlichen Holzwerkstoffen etwa vergleichbar. Wie aus Tabelle 1 ersichtlich, ist der Trend zwischen beiden Werten bei allen aufgeführten Beispielen gleich. Der Perforatorwert liegt bei allen Proben geringfügig unter dem WKI-Flaschenwert. Somit bestätigen diese Ergebnisse die formaldehydbindenen Eigenschaften des Popcorns. Tabelle 7: Formaldehydabgabe nach Flaschen- und Perforatormethode von popcornhaltigen Verbundwerkstoffen (Bsp. 1 und 2), einer Referenzplatte (Bsp. 3) und Verbundwerkstoffen aus reinem Popcorn (Bsp. 10)

Claims

ANSPRÜCHE
1. Lignocellulosehaltiger Formkörper, insbesondere ein Holz- und Verbundwerkstoff, wie eine Span- und/oder Faserplatte, wobei der lignocellulosehaltiger Formkörper Popcorn als strukturgebendes und dimensionsstabilisierendes Material enthält.
2. Lignocellulosehaltiger Formkörper nach Anspruch 1, wobei das Popcorn eine Korngrößenverteilung aufweist, bei der > 50 % und <90 % des Popcorns eine Korngröße von >2 mm und <10 mm besitzen.
3. Lignocellulosehaltiger Formkörper nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Popcorn eine durchschnittliche Korngrößenverteilung von >3 mm und <6 mm aufweist.
4. Lignocellulosehaltiger Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Fettanteil des Popcorns vor der Verarbeitung < 10 (Gew-) % beträgt.
5. Verwendung von Popcorn als Formaldehydfänger, insbesondere bei Holz- und Verbundwerkstoffen, die mit Amino-, Phenoplasten, sowie mit Tannin-Harzen gebunden sind.
6. Verwendung nach Anspruch 5, wobei das Popcorn eine Korngrößenverteilung aufweist, bei der > 50 % und <90 % des Popcorns eine Korngröße von >2 mm und <10 mm besitzen.
7. Verwendung nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Popcorn eine durchschnittliche
Korngrößenverteilung von >3 mm und <6 mm aufweist.
8. Verwendung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei der Fettanteil des Popcorns vor der Verarbeitung <10 % beträgt.
9. Span- und/oder Faserplatte mit einer Rohdichte von <550 kg/m3, sowie einer Querzugfestigkeit pro Rohdichte * 1000 von >0,75 m3N/mm2kg.
10. Verfahren zur Herstellung eines lignocellulosehaltigen Formkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und/oder einer Span- und/oder Faserplatte nach Anspruch 9, umfassend die Schritte
d) Behandeln von Puffmais, so dass Popcorn entsteht e) Zerkleinern des Popcorns f) Herstellen des Holz und/oder Verbundwerkstoffes bzw. der Span- und/oder Faserplatte
11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei Schritt a) durch Mikrowellenbehandlung durchgeführt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei bei Schritt c) ein Bindemittel und gegebenenfalls ein Härtungsbeschleuniger zugegeben wird.
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