Kombinationswerkstoff sowie Verfahren zu seiner HerstellungCombination material and process for its production
Die Erfindung betrifft einen Kombinationswerkstoff sowie ein Verfahren zu des- sen Herstellung. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Werkstoff, der Holzfasern oder Holzspäne oder beides enthält.The invention relates to a combination material and a method for its production. In particular, the invention relates to a material containing wood fibers or wood chips or both.
Holzwerkstoffe wie Spanplatten, Platten mit orientierten Langspänen (OSB), Hochdichte Faserplatten (HDF) und Mitteldichte Faserplatten (MDF) werden gegenwärtig aus relativ hochwertigen Holzsortimenten unter Zugabe von dem späteren Verwendungszweck angepassten Bindemitteln üblicherweise im Trok- kenverfahren hergestellt. Durch spezielle Zusätze können den Werkstoffen Eigenschaften, wie reduzierte Wasseraufnahme und dadurch verminderte Dik- kenquellung, Schwerentflammbarkeit und/oder bedingte Resistenz gegenüber biologischen Schädigungen verliehen werden. Für die industrielle Holzwerkstoffherstellung werden Bindemittelrezepturen auf der Basis von Harnstoff- Formaldehydharz (UF), Melamin-Hamstoff-Formaldehydharz (MUF), Melamin- Harnstoff-Phenol-Formaldehydharz (MUPF), Phenol-Formaldehydharz (PF) oder polymeren Diisocyanaten (PMDI) eingesetzt. Zur Verbesserung der Was- serabweisung werden bis zu 1 ,5 % Hydrophobierungsmittel (z. B. Paraffin) zugesetzt. Der Feststoffanteil der Bindemittel beträgt bei den UF-, MUF-, MUPF- oder PF-Harzen 5 bis 20 %, bei den PMDI-Klebstoffen etwa 2 bis 6 %, jeweils bezogen auf atro Holzpartikelmasse /Deppe, Ernst 1996: MDF - Mitteldichte Faserplatten, DRW-Verlag Weinbrenner GmbH & Co., Leinfelden- Echterdingen; Deppe, Ernst 2000: Taschenbuch der Spanplattentechnik, 4. Auflage, DRW-Verlag Weinbrenner GmbH & Co., Leinfelden-Echterdingen/.Wood-based materials such as chipboard, boards with oriented long chips (OSB), high-density fiberboard (HDF) and medium-density fiberboard (MDF) are currently made from relatively high-quality wood with the addition of binders adapted to the intended use. Special additives can give the materials properties such as reduced water absorption and thus reduced thickness swelling, flame retardancy and / or conditional resistance to biological damage. Binder formulations based on urea-formaldehyde resin (UF), melamine-urea-formaldehyde resin (MUF), melamine-urea-phenol-formaldehyde resin (MUPF), phenol-formaldehyde resin (PF) or polymeric diisocyanates (PMDI) are used for industrial wood-based panel production , Up to 1.5% hydrophobicizing agents (eg paraffin) are added to improve water repellency. The solids content of the binders for UF, MUF, MUPF or PF resins is 5 to 20%, for PMDI adhesives about 2 to 6%, each based on dry wood particle mass / Deppe, Ernst 1996: MDF - medium density fibreboard , DRW-Verlag Weinbrenner GmbH & Co., Leinfelden-Echterdingen; Deppe, Ernst 2000: Paperback of chipboard technology, 4th edition, DRW-Verlag Weinbrenner GmbH & Co., Leinfelden-Echterdingen /.
In jüngster Zeit wurden auch Lösungen erarbeitet, um in Werkstoffen auf der Basis von Fasern oder Partikeln die üblicher weise eingesetzten Harze durch Lackkoagulate oder Pulverlackabfälle zu ersetzen, beispielsweise für
Dämmmatten oder Türverkleidungselemente im Automobil (DE 3936974 C1), Faservlies-Formteile (DE 4441765 A1) oder Holzpartikelwerkstoffe (DE 10129750 A1). Der Nachteil dieser Lösungen besteht darin, dass für die Herstellung der Werkstoffe wegen der zur Vernetzung der Substitute erforderlichen Wärmeenergie höhere Presstemperaturen und/oder unwirtschaftlich lange Presszeiten erforderlich sind.In recent times, solutions have also been developed to replace the commonly used resins in materials based on fibers or particles with paint coagulates or powder paint waste, for example for Insulating mats or door trim elements in automobiles (DE 3936974 C1), nonwoven molded parts (DE 4441765 A1) or wood particle materials (DE 10129750 A1). The disadvantage of these solutions is that higher press temperatures and / or uneconomically long press times are required for the production of the materials because of the thermal energy required to crosslink the substitutes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kombinationswerkstoff anzugeben, der verbesserte Eigenschaften gegenüber bekannten Holzwerkstoffen aufweist, wobei gleichzeitig eine Substitution herkömmlicher Bindemittel durch kostengünstigere erfolgen soll. Insbesondere soll der Einsatz von polyolefinen Kunststoffen zu einer Verbesserung der Feuchtebeständigkeit des Holzwerkstoffs führen.The invention is based on the object of specifying a combination material which has improved properties compared to known wood-based materials, wherein at the same time conventional binders are to be replaced by less expensive ones. In particular, the use of polyolefin plastics should lead to an improvement in the moisture resistance of the wood-based material.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 13 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen ergeben sich aus den Patentansprüchen 2 bis 12 sowie 14.This object is solved by the features of claims 1 and 13. Expedient configurations result from patent claims 2 to 12 and 14.
Nach Maßgabe der Erfindung ist ein Kombinationswerkstoff vorgesehen, der aus einer Mischung von nicht schmelzbaren faserförmigen und/oder spanförmi- gen Partikeln und schmelzbaren thermoplastischen Kunststoffpartikeln und/oder duroplastischen Kunststoffpartikeln in einem vorausgehärteten Zustand unter Einwirkung von Wärme und Druck hergestellt ist und zur Verstärkung thermisch vernetzende Bindemittel auf der Basis von Amino- und/oder Phenoplastharzen enthält.According to the invention, a combination material is provided which is produced from a mixture of non-meltable fibrous and / or chip-shaped particles and meltable thermoplastic plastic particles and / or thermosetting plastic particles in a pre-hardened state under the action of heat and pressure and which is thermally crosslinking for reinforcement Contains binders based on amino and / or phenolic resins.
Als nicht schmelzbare Partikel können lignocellulosehaltige Fasern eingesetzt werden. Alternativ können als nicht schmelzbare Partikel Holzfasern oder Holzspäne und/oder Kohlenstoff- oder Glasfasern eingesetzt werden. Darüber hin-
aus können als nicht schmelzbare Partikel anorganische Fasern wie Mineralfasern und/oder Metallfäden eingesetzt werden.Lignocellulose-containing fibers can be used as infusible particles. Alternatively, wood fibers or wood chips and / or carbon or glass fibers can be used as the non-meltable particles. In addition inorganic fibers such as mineral fibers and / or metal threads can be used as infusible particles.
Die schmelzbaren thermoplastischen Kunststoffpartikel können aus pulverför- migen oder körnigen Polyolefinen bestehen. Die Polyolefine sind vorzugsweise Polyethylen, Polyethylentherephthalat, Polypropylen, Polystyrol, Polyamide, Polycarbonate, Polyvinylchlorid, Acryl- und Methacrylpolymerisate, ABS oder äquivalente Copolymerisate.The meltable thermoplastic plastic particles can consist of powdery or granular polyolefins. The polyolefins are preferably polyethylene, polyethylene terephthalate, polypropylene, polystyrene, polyamides, polycarbonates, polyvinyl chloride, acrylic and methacrylic polymers, ABS or equivalent copolymers.
Die pulverförmigen oder körnigen Polyolefine sind in einer besonders bevorzugten Ausführungsform zerkleinertes Recyclingmaterial, wobei das zerkleinerte Recyclingmaterial zweckmäßigerweise einen Reinheitsgrad von mindestens 90 % aufweist.In a particularly preferred embodiment, the pulverulent or granular polyolefins are comminuted recycling material, the comminuted recycling material expediently having a degree of purity of at least 90%.
Die schmelzbaren duroplastischen Kunststoffpartikel bestehen bevorzugt aus thermisch aushärtenden pulverförmigen oder körnigen Harzen wie Acrylaten, Epoxidharzen, gesättigten Polyestern und Polyurethanen oder aus Mischungen dieser Harze.The meltable thermosetting plastic particles preferably consist of thermosetting powdery or granular resins such as acrylates, epoxy resins, saturated polyesters and polyurethanes or of mixtures of these resins.
Die zur Verstärkung eingesetzten Bindemittel sind zweckmäßigerweise Produkte auf Basis von Harnstoff-Formaldehyd-Harz, Melamin-Formaldehyd-Harz, Phenol-Formaldehyd-Harz oder Mischkondensate dieser Harze oder Mischungen dieser Bindemittel.The binders used for reinforcement are expediently products based on urea-formaldehyde resin, melamine-formaldehyde resin, phenol-formaldehyde resin or mixed condensates of these resins or mixtures of these binders.
Der Masseanteil der zur Verstärkung eingesetzten duroplastischen Bindemittel sollte 4 bis 15 % betragen. Der Masseanteil der nicht schmelzbaren Partikel sollte 40 bis 80 % betragen.
Der erfindungsgemäße Kombinationswerkstoff weist verbesserte Eigenschaften auf. Von besonderer Bedeutung ist die verringerte Hygroskopie der erfindungsgemäßen Werkstoffe, die Holzfasern oder Holzspäne enthalten.The mass fraction of the thermosetting binders used for reinforcement should be 4 to 15%. The mass fraction of the non-meltable particles should be 40 to 80%. The combination material according to the invention has improved properties. The reduced hygroscopy of the materials according to the invention which contain wood fibers or wood chips is of particular importance.
Nach Maßgabe der Erfindung ist darüber hinaus ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Kombinationswerkstoffes vorgesehen, bei dem die nicht schmelzbaren faserförmigen und/oder spanförmigen Partikel getrocknet, mit den zur Verstärkung eingesetzten thermisch vernetzenden Bindemitteln und den schmelzbaren thermoplastischen und/oder duroplastischen Kunststoffparti- kein gemischt und anschließend in einer Presse erwärmt und verdichtet werden, wobei die Presstemperatur oberhalb der Erweichungstemperatur der thermoplastischen Kunststoffpartikel und oberhalb der Schmelz- und Reaktionstemperatur der thermohärtenden Bindemittel liegt und die Pressdauer mindestens so lang wie die Vernetzungsdauer der Bindemittel ist.According to the invention, a method for producing the combination material according to the invention is also provided, in which the non-meltable fibrous and / or chip-shaped particles are dried, mixed with the thermally crosslinking binders used for reinforcement and the meltable thermoplastic and / or thermosetting plastic particles and no are then heated and compressed in a press, the pressing temperature being above the softening temperature of the thermoplastic plastic particles and above the melting and reaction temperature of the thermosetting binders, and the pressing time being at least as long as the crosslinking time of the binders.
Zweckmäßigerweise werden die Polyolefine vor dem Einmischen zu Körnungen, Pulvern, Flakes, Schnipseln oder Agglomeraten zerkleinert.The polyolefins are expediently comminuted into granules, powders, flakes, chips or agglomerates before they are mixed in.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den nachfol- genden Beispielen.Further features and advantages of the invention result from the following examples.
Ausführungsbeispieleembodiments
Die Erfindung wird nachstehend anhand von 2 Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with the aid of two exemplary embodiments.
Beispiel 1example 1
Ein unter industrieüblichen Kochereinstellungen (Temperatur 175 °C, Verweil- zeit 4 min) hergestellter Kiefernholzfaserstoff für MDF in Tieffräsqualität wird mit
Harnstoff-Formaldehyd-Harz mit einem Festharzanteil von 4 Masse-% sowie einem Zusatz von 1 Masse-% Paraffindispersion (Anteile jeweils bezogen auf atro Holzfasern) beleimt. Im Anschluss erfolgt eine homogene Vermischung der beleimten Holzfasern mit pulverförmigen Polyolefinen (Recyclingmaterial) mit einem Anteil von 150 Masse-%, bezogen auf atro Holzfasern. Nach der Trocknung in bekannter Weise folgen die Faservliesbildung, das Vorverdichten und das Verpressen mit Presszeitfaktoren von 15 s/mm sowie Presstemperaturen von 240 °C zu 4 mm dickem, einschichtigem MDF. Vergleichend wurden auch Platten ohne Recyclingmaterial hergestellt. Nach Klimatisierung im Normalklima 20 °C und 65 % relative Luftfeuchte wurden die folgenden, wesentlichen Materialkennwerte ermittelt:A pinewood fiber material for MDF made in deep milling quality and manufactured under industry standard stove settings (temperature 175 ° C, residence time 4 min) Urea-formaldehyde resin with a solid resin content of 4% by mass and an addition of 1% by mass of paraffin dispersion (proportions based on dry wood fibers). This is followed by homogeneous mixing of the glued wood fibers with powdered polyolefins (recycling material) with a share of 150% by mass, based on dry wood fibers. After drying in a known manner, the formation of nonwovens, pre-compression and pressing with pressing time factors of 15 s / mm and pressing temperatures of 240 ° C. to 4 mm thick, single-layer MDF follow. For comparison, panels without recycling material were also produced. After air conditioning in a normal climate of 20 ° C and 65% relative humidity, the following essential material parameters were determined:
mit 150 % ohne Recycling¬with 150% without recycling
Recyclingmaterial materialRecycled material
Rohdichte kg/m3 DIN EN 323 714 773Gross density kg / m 3 DIN EN 323 714 773
Querzugfestigkeit N/mm2 DIN EN 319 0,84 0,44Cross tensile strength N / mm 2 DIN EN 319 0.84 0.44
Dickenquellung nach DIN EN 317 6,3 37,1 24 h Wasserlagerung %Thickness swelling according to DIN EN 317 6.3 37.1 24 h water storage%
Feuchtegehalt % DIN EN 322 3,9 7,9Moisture content% DIN EN 322 3.9 7.9
Beispiel 2Example 2
Industrieanalog hergestellte Deckschichtspäne aus Kiefernholz werden nach Trocknung auf Feuchtegehalte von etwa 2 % mit Harnstoff-Formaldehyd-Harz mit einem Festharzanteil von 4 Masse-% sowie einem Zusatz von 1 Masse-% Paraffindispersion (Anteile jeweils bezogen auf atro Holzspäne) beleimt. Danach erfolgt eine homogene Vermischung der beleimten Späne mit pulverförmigen Polyolefinen (Recyclingmaterial) mit einem Anteil von 150 Masse-%, bezogen auf atro Holzspäne. Im Anschluss an die Vliesbildung und Vorverdichtung werden die Spanmatten, die eine sehr gute Kaltklebrigkeit aufweisen, mit Presszeitfaktoren von 15 s/mm sowie Presstemperaturen von 240 °C zu 4 mm
dicken, einschichtigen Feinspanplatten verpresst. Zum Vergleich wurden auch Platten ohne Polyolefin-Zusatz hergestellt. Nach Klimatisierung im Normalklima 20 °C und 65 % relative Luftfeuchte wurden die folgenden, wesentlichen Materialkennwerte ermittelt:After drying to a moisture content of around 2%, the top layer shavings made of pine wood are glued with an urea-formaldehyde resin with a solid resin content of 4% by mass and an addition of 1% by mass of paraffin dispersion (proportions based on dry wood shavings). This is followed by homogeneous mixing of the glued chips with powdered polyolefins (recycling material) with a share of 150% by mass, based on dry wood chips. Following the formation of the fleece and pre-compression, the chip mats, which have a very good cold tack, become 4 mm with press time factors of 15 s / mm and press temperatures of 240 ° C thick, single-layer chipboard pressed. For comparison, plates without the addition of polyolefin were also produced. After air conditioning in a normal climate of 20 ° C and 65% relative humidity, the following essential material parameters were determined:
mit 150 % ohne Recycling¬with 150% without recycling
Recyclingmaterial materialRecycled material
Rohdichte kg/m3 DIN EN 323 680 676Density kg / m 3 DIN EN 323 680 676
Querzugfestigkeit N/mm2 DIN EN 319 1 ,11 0,38Cross tensile strength N / mm 2 DIN EN 319 1, 11 0.38
Dickenquellung nach DIN EN 317 5,7 52,1 24 h Wasserlagerung %Thickness swelling according to DIN EN 317 5.7 52.1 24 h water storage%
Feuchtegehalt % DIN EN 322 3,7 9,2
Moisture content% DIN EN 322 3.7 9.2