Verfahren zur Herstellung flächiger beliebig geformter Körper auf der Basis defibrierter Holzbestandteile

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur besonders wirtschaftlichen Herstellung von Holzfaserwerkstoffen, durch das dem Endprodukt eine bisher nicht erzielte Eigenschaftenvielfalt verliehen wird.

[0002] Der derzeitige Marktbedarf an flächigen Formkörpern, Platten, Bahnen usw. wird aus den verschiedenen geeigneten Werkstoffen und -kombinationen, die nach vielfältigen Verfahrenstechniken hergestellt und verarbeitet sind, abgedeckt.

[0003] Wesentliche Rohstoffquellen für derartige Materialen sind einheimische, regenerierbare Hölzer, die in Abhängigkeit der an die Fertigprodukte gestellten Anforderungen und hinsichtlich ihres jeweils spezifischen Eigenschaftenbildes aufbereitet und sachgemäß verarbeitet werden. Anforderungen, die an diese Materialien zu stellen sind, ergeben sich naturgemäß primär aus wirtschaftlicher Herstellbarkeit und ggf. langfristiger Belastung bei sinnvollem Gebrauch der Teile.

[0004] Der Katalog der Kriterien für die Bestimmung der Gebrauchstauglichkeit ist vielschichtig und enthält u.a. Forderungen wie universelle Formgebung, Feuerwiderstand, Wärme- und Wasserbständigkeit bei zweckgerechter Wasseraufnahme, Frost-Tauwechselbeständigkeit, Wurzelfestigkeit, Schall- und Wärmedämmvermögen, geringe Dichte, hohe Biegezugfestigkeit und -steifigkeit, hohe Druck-und Querzugfestigkeit, Kaschier- und/oder Lackierbarkeit, Gasdurchlässigkeit, einheitliches Oberflächenbild, angenehmer Griff und Klang, physiologische Unbedenklichkeit, Möglichkeit zur Krafteinleitung und Schraubenhaltevermögen, sicher reproduzierbare Herstellbarkeit, langfristige Verfügbarkeit der Rohstoffe und vieles mehr.

[0005] Es hat sich gezeigt, daß die bekannten Verfahren zur Herstellung flächiger Formkörper auf z.B. Holzwerkstoffbasis bei Erfüllung der einen Anforderung in ihrem Verhalten bezüglich anderer Anforderungen einer Überprüfung nicht standhalten können. Der Fachmann hat sich daher lange mit Kompromissen, die sich aus scheinbar diametralen Forderungen ergaben, abfinden müssen, bzw. mußte das Gesamtniveau der Eigenschaften durch wirtschaftlich nicht immer angemessen hohe Veredlung der Produkte angehoben werden, um einigen wenigen Forderungen dann voll entsprechen zu können.

[0006] Die bekannten Naßanformverfahren bieten mit geringsten Bindemittelgehalten einerseits hervorragend verfilzte Faserverbände mit daraus resultierend hohen Festigkeiten bei großen Freiheitsgraden in der Formgestaltung, andererseits erfordern sie energieintensive Auspreß-, Trocken-und Preßverfahren, welche kostenaufwendig sind. Zudem sind die Fertigprodukte einseitig durchweg durch Trockensiebstrukturen gezeichnet.

[0007] Die bekannten Trockenverfahren bieten bei vergleichbaren Bindemittelgehalten und ohne Inkorporation relativ kostspieliger Hilfsstoffe und -träger keine ausreichenden Faserverbände, so daß zur Erzielung guter Arbeitsergebnisse stets harzreiche Ansätze erforderlich sind. Außerdem sind modifizierende Zusätze, Vor- und/oder Zwischen- und/oder Nachbehandlingen wie Mattenzuschnitte, Feuchte- bzw. Dampfaufschlüsse, Imprägnierungen, Verweilzeiten für Kühlung und/oder Entspannung usw. notwendig.

[0008] Aus diesem Mangel ergibt sich die Aufgabe zur möglichst wirtschaftlichen Herstellung flächiger Faserstofformkörper, die eine möglichst große Bandbreite von verschiedenen technischen Anforderungen erfüllen.

[0009] Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß die im Anspruch 1 gekennzeichneten Maßnahmen vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüche gekennzeichnet.

[0010] Es wurde gefunden, daß naßdefibrierte Holzhackschnitzel hiesiger Provenienz beim Transport im Luftstrom von Raumtemperatur und üblicher relativer Feuchte einen ausreichenden Restwassergehalt behalten, um im aufgeschlossenen Zustand zur optimalen Verfilzung in einem Anformprozeß aus dem Luftstrom ausreichend geschmeidig zu bleiben. Dieser Feuchtegehalt ist für einen aus dem Luftstrom durch Absieben erhaltenen Vorformling beim Formpressen nicht wie üblich störend, wenn in gleicher Phase Stoffe anwesend sind, die zumindest teilweise bei den Preßbedingungen mit dem Wasser reagieren und Überschüsse davon binden.

[0011] Auch wurde gefunden, daß diese Stoffe als Bindemittel wirken können und deren Zugabe auf dem Weg vom Defibrieren zum Voranformen erfolgen kann, des weiteren, daß die Zusatzstoffe die Textur von Voranformlingen positiv zu beeinflussen vermögen und stärker konturierte Vorformlinge herzustellen sind, wenn die Anformungsrichtung nicht der Gravitation gehorcht.,

[0012] Derart aufbereitete Faserstoffe mit den aus der Holzfaserwerkstoff- und Papierindustrie im weitesten Sinne bekannten Hilfsstoffen bleiben bis zum Verpressen verträglich und können mit verstärkenden und/oder verdünnenden und/oder anderen Füllstoffen,wie Flammschutzmittel, Pigmenten, Abfallstoffen usw._.versetzt werden. Die Formpressung kann ohne Trockensiebe o.ä. bei niedrigen Temperaturen und ohne Kühlzyklus erfolgen.

[0013] Das Wesen der Erfindung besteht in der Darstellung wirtschaftlich herstellbarer, flächiger Faserstoffkörper nach Verfahren, die die Vorteile bekannter Naßverfahren mit denen bekannter Trockenverfahren derart in Einklang bringen, daß dem Produkt nicht die jeweiligen bekannten Nachteile zu eigen werden können, wobei die Rohstoffbasis leicht zugänglich, regenerierbar und langfristig verfügbar ist.

[0014] Geeignete Verfahrens- und Materialwahl führen zu wirtschaftlich herstellbaren Faserstoffformkörpern, die formmäßig beliebig gestaltet werden können, dabei mechanisch hochfest, lackier- und kaschierbar, naßfest und mit angenehmem Griff und Klang ausgestattet sind und gute mechanische Festigkeiten bei einem Höchstmaß an Wirtschaftlichkeit hinsichtlich der Rohstoffe, der Verfahren und dem Anspruch an die Werkzeuge aufweisen.

[0015] Allgemeine gültige Anforderungen wie die nach sicherheitstechnischen- und Umweltbedürfnissen werden mit diesen flächigen Formkörpern sowohl im Fahrzeug-, Flugzeug-und Schiffbau als auch und nur beispielsweise im Möbel-und Innenausbau überall dort erfüllt, wo die erfindungsgemäß vereinigten Eigenschaften von Vorteil sind.

[0016] Es können defibrierte Laub- und/oder Nadelhölzer Anwendung finden, die mechanisch zerfasert und/oder solche, die chemisch aufgeschlossen und/oder solche, die zusätzlich gemahlen und/oder solche, deren Gewebe durch Druck und/oder Hitze erweicht ist, in Abmischung, allein und/oder mit Fremdfasern, die zellulosehaltig und/oder zellulosefrei, synthetisch und/oder natürlich sein können.

[0017] Der atro-("absolut trocken")Gehalt sollte vor Übergabe an einen Luftstrom im Bereich von 98 bis 40 %, bevorzugt 85 bis 55 % und nach Entnahme aus dem Luftstrom 98 'bis 70 %, bevorzugt 90 bis 75 % liegen.

[0018] Erfindungsgemäß wird das Fasermaterial im Luftstrom und/ oder geeigneten Mischorganen mit Bindemitteln wie aliphatischen, cycloaliphatischen, aromatischen, araliphatischen und/oder heterocyclischen Isocyanaten mit mindestens zwei Isocyan-Gruppen, wie sie z.B. aus "Annalen der Chemie", Band 562, Seiten 75 bis 136 bekannt sind, versetzt. Modifikationen mittels Emulgatoren, Beschleunigern, Inhibitoren oder anderen werden erfindungsgemäß neben Zusätzen von weiteren Hilfsmitteln durchgeführt.

[0019] Als weitere Zuschlagstoffe kommen erfindungsgemäß solche Stoffe in Betracht, die Wasser ebenfalls irreversibel binden wie beispielsweise reaktionsfähige Tonsäure (Hydraulefaktoren), Puzzolane (hydrauliche Zuschläge) in Kalk, Puzzolan, mörtelhydratische Puzzolane wie z.B. Diatomenerde, Molererde, Si-Stoff und Si-Traß, anhydrische Puzzolane zusammen mit Kalziumhydroxid sowie handelsübliche Puzzolankalke, hydraulische Kalke, Romankalke, lufttrockene Tone, Trikalziumsilikat, Dikalziumaluminatferrit sowie latent hydraulische Stoffe, ferner Puzzolanzement, Tonerdeschmelzzement, des weiteren andere wasserhärtbare Stoffe wie Gipse und Anhydrit usw., die ggf. durch bekannte modifizierende Zusätze abgerundet sind.

[0020] Die Faseraufbereitung wird nach oder vor der Vereinigung mit allen Zusatzstoffen aus einem Luftstrom auf eine konturierte Sieboberfläche geschleudert, wobei die Oberfläche zur Vermeidung von unerwünscht hoher Stoffaufgabe in formkonkaven und zu geringer Stoffabdeckung in formkonvexen Bereichen durch Riesel- und/oder Streueffekte nicht von oben beladen wird.

[0021] Erfindungsgemäß befindet sich dauernd oder zwischenzeitlich hinter dem Formsieb ein Unterdruck, der allein oder verstärkt durch mechanische Maßnahmen und begünstigt durch die Faserstoff-Transportluft für einen temporären Zusammenhalt des Vorformlings und eine wünschenswerte Vorverdichtung und -verfilzung sorgt.

[0022] Eine Gewichts- und/oder Volumendosierung der Faserstoffaufbereitung findet in Abhängigkeit von Formgröße und/ oder gewünschter Wandstärke und/oder angestrebter Dichte und/oder formalem Schwierigkeitsgrad u.ä. je Arbeitszyklus des Vorfomsiebes statt, wobei nach jeweils erfolgter quantitativer Verteilung des Faserstoffs am Sieb dieser ggf. durch geeignete Maßnahmen weiter vorverdichtet werden kann und dann der Preßform übergeben wird.

[0023] Die Formpressung findet unter wirtschaftlich günstigen Bedingungen bei niedrigen Temperaturen und/oder kurzen Preßzeiten ohne Kühlzyklus in geschlossenen bzw. weitgehend geschlossenen Werkzeugen ohne Trockensieb o.ä. statt, wodurch die Prägbarkeit beider Teiloberflächen mit gewünschten Strukturen möglich ist.

[0024] Flächige Formkörper auf der Basis regenerierbarer Rohstoffe in Trockenformen können wie folgt hergestellt werden:

Der in einem Defibrator nach Asplund hergestellte Nadel- und/oder Laubholzfaserstoff wird für Transport und/ oder Reifung und/oder Abkühlung zwischengelagert und nach bekannten Verfahren von um 5 - 80 %, vorzugsweise um 40 - 65 % seiner Feuchte befreit, so daß Rieselfähigkeit gegeben und eine Verhärtung der Einzelfaser, wie sie bekanntlich bei steigendem atro-Gehalt feststellbar ist, nicht eintreten kann.

[0025] Das derart vorbereitete Haufwerk wird beispielsweise von einem Beleimungsmischer oder einem anderen zur Auflockerung und/oder zum Weitertransport und/oder zur Beleimung geeigneten Gerät übernommen und mit Hilfs- und Zusatzstoffen wie z.B.

0,01 - 10 Gew.-% vorzugsweise 0,1 - 5 Gew.-% Hydrophobierungsmittel

0,01 - 10 Gew.-% vorzugsweise 0,05 - 5 Gew.-% Farbstoffe und/oder -pigmente

0,001 - 2,0 Gew.-% vorzugsweise 0,005 - 1,0 Gew.-% Reaktionsbeschleuniger

0,01 - 40 Gew.-% vorzugsweise 1,0 - 30 Gew.-% Flammschutzmittel

0,001 - 10 Gew.-% vorzugsweise 0,01 - 2,0 Gew.-% Trenn- und/oder Gleitmittel

grundsätzlich beliebigen Mengen, vorzugsweise jedoch bis zur Menge der eingesetzten Holzfaserstoffe (atro) anorganische und/oder organische Füll- und/oder Abfall-und/oder Verstärkungsstoffe sowie

[0026] 0,3 - 18 Gew.-% vorzugsweise 0,5 - 11,5 Gew.-% eines handelsüblichen Polyurethanhärters wie modifiziertem 4,4 Diphenylmethandiisocyanat (MDI) und/oder einem seiner Prepolymeren versetzt.

[0027] Nach dem Durchsatz der aufgelockerten, modifizierten Holzfasermasse durch ein Gerät mit oben beschriebener Wirkungsweise, gelangt die Masse in einen Gasstrom und wird von unten quantitativ dosiert an ein Formsieb geblasen, das den Konturen des aus der Arbeitsweise erwarteten flächigen Formkörpers in Näherung gehorcht, wobei der Luftstrom zumindest zeitweise durch eine Unterdruckzone auf der der Anformfläche abgewandten Seite unterstützt wird.

[0028] Es entsteht so ein Vorformling, der je nach Dosierung Dicken von ca. 1,0 mm bis ca. 350 mm bei Dichten von ca. 1₀ kg/m³ bis ca. 150 kg/m³ aufweist, der nach Abtrennung der Blasluft im Formsieb haften bleibt und von dort auf eine Preßformunterseite, die auf 40° C - 290° C, vorzugsweise auf 110° C - 190° C aufgeheizt ist, abgelegt werden kann. In 3 bis 900 s, insbesondere in 20 bis 375 s, bei spezifischen Drücken von 1 bis 130 bar, insbesondere 4 bis 40 bar kann der flächige Formkörper verpreßt und ohne Abkühlung der Form entnommen werden.

[0029] Das erfindungsgemäße Verfahren hat folgende Vorteile:

- wirtschaftliche Herstellung durch geringen Bindemittelgehalt und Energiebedarf und Vermeidung von Vor-und Nacharbeit

- Freiheit in der Formgestaltung

- geringe Dichte bei hohen mechanischen Werten

- beidseitig beliebige Prägbarkeit und einheitliche Oberflächen

- angenehmen Griff und Klang.

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung trocken gepreßter beliebig geformter Körper mit im Verhältnis zu ihrer Fläche geringer Wandstärke auf der Basis defibrierter, mit faser- und/oder feuchtereaktiven Bindemitteln und gegebenenfalls Hilfsstoffen versetzter Holzfaser mit einem Feuchtegehalt von 1 bis 30 Gew.-% bezogen auf alle Bestandteile des Körpers, dadurch gekennzeichnet , daß eine dosierte Menge des Formstoffs in einem die Gravitation kompensierenden Luftstrom an ein Vorformsieb herangebracht wird, das eine der gewünschten 3-dimensionalen Form des Preßlings entsprechende Oberflächenkontur besitzt, daß der Formstoff an dem Vorformsieb durch Erzeugung eines Unterdrucks von der der Formfläche des Siebes abgewandten Siebseite her zur Haftung gebracht wird und daß der Vorformling anschließend in siebfreien Werkzeugen ohne Kühlzyklus mit beidseitig glatten oder beliebig geprägten Oberflächen unter Beibehaltung der bei der Vorformung erzeugten Form verpreßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge- kennzeichnet daß als Bindemittel ein reaktiver, mehrfunktioneller Isocyanat enthaltender Stoff zugemischt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß als Hilfsstoffe Flammschutzmittel, Hydrophobierungsmittel, Gleitmittel, Antistatika, Farbmittel, Trennmittel, Treibmittel, Korrosionsschutzmittel, Mittel zur Erhaltung der Rieselfähigkeit, Verstärkungsmittel, aktive und/ oder inerte Füllstoffe einzeln oder zu mehreren zugemischt werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da- durch gekennzeichnet , daß die Feuchte der Holzfasern so eingestellt wird, daß die nach Entnahme aus dem Luftstrom 10 bis 24 %, bezogen auf alle Bestandteile des Körpers, beträgt.