MULTI-LAYERED, MAINLY AMINOPLAST-BOUND PARTICLE OR FIBRE BOARD

Abstract: 1. A multilayer, predominantly aminoplast-bonded chip-or fiberboard, which however contains an adhesive that does not belong to the group of aminoplasts, for example a diisocyanate, as binder in its interior, preferably in the middle layer, characterized in that only binders of the type whose hardening is not adversely affected by the presence of additional formaldehyde-reactive substances are used for this internal region, these additional substances being added to and mixed with the binder in the form of ammonia, ammonium carbonate, ureas, thioureas, melamine or dicyanodiamide which react with the formaldehye still present or being given off after pressing of the board either directly or even indirectly through cleavage products under the effect of moisture and/or heat, thereby setting the binder.

Description: Mehrschichtige, vorwiegend aminoplastgebundene Span- oder Faserplatte und Harze für deren Herstellung sowie Verfahren zur Nachbehandlung einer solchen Platte. Die Erfindung betrifft eine mehrschichtige, vorwiegend aminoplastgebundene Span- oder Faserplatte und Harze für deren Herstellung sowie ein Verfahren zur Nachbehandlung einer solchen Platte. Der überwiegende Teil der bisher gefertigten Spanplatten wurde mit Aminoplasten als Bindemittel in der Weise hergestellt, dass man das Leimharz auf die Holzspäne in Gewichtsanteilen von 5 - 12 % (Festharz, bezogen auf trockenes Spanmaterial) aufdüste, die so beleimten Späne mittels bekannter Streumaschinen zu Spanmatten formte und schliesslich diese Matten in beheizten hydraulischen Pressen fertigpresste. Aminoplaste haben neben ihrer Preisgünstigkeit den Vorteil, dass sie unter Wärmeeinwirkung schnell kondensieren (härten) und zu verhältnismässig hohen Verleimfestigkeiten führen. Diesen Vorteilen steht der Nachteil gegenüber, dass Spanplatten, die Aminoplaste als Bindemittel enthalten, nach der Herstellung Formaldehyd über relativ lange Zeiträume hinweg abgeben. Die Ursache der nachträglichen Formaldehydabgabe von aminoplastgebundenen Spanplatten liegt einerseits darin, dass nach dem Kondensieren von Aminoplasten ein Teil des freien Formaldehyds zurückbleibt, der nachträglich aus den Platten entweicht; andererseits liegt die Ursache darin, dass kondensierte Aminoplaste in der Spanplatte unter der Einwirkung von Feuchte und Temperatur hydrolysiert werden und Formaldehyd abgeben. Die Formaldehydabgabe hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie Molverhältnis von Harnstoff zu Formaldehyd, Presszeit, Bindemittelaufwand, Alter der Platten usw. Der abgegebene Formaldehyd kann Werte erreichen, die das Wohlbefinden von Menschen in Räumen, in denen harnstofformaldehydharzgebundene Spanplatten vorhanden sind, stark beeinträchten. Ferner gibt es bislang keine einheitliche Meinung über die gesundheitliche Bedenklichkeit bzw. Unbedenklichkeit des abgegebenen Formaldehyds. Andere Bindemittel, die kein oder nur ein geringes Formaldehydabgabepotential haben, wie z.B. Diisocyanate, Phenolformaldehydharze, können im Prinzip für die Herstellung von Spanplatten verwendet werden. Diese Bindemittel haben jedoch bislang nur eine geringere technische Bedeutung, da sie entweder sehr teuer sind oder andere Nachteile besitzen. Um bei der Herstellung von Spanplatten nicht auf andere Bindemittel umstellen zu müssen, ist man seit langem bemüht, die nachträgliche Formaldehydabgabe von aminoplastgebundenen Spanplatten zu vermindern. Es ist bereits vorgeschlagen worden, Harnstofformaldehydharze, die zu den Aminoplasten zählen, mit niedrigem Gehalt an einkondensiertem Formaldehyd einzusetzen. Die Verwendung dieser Harze verringert die nachträgliche Formaldehydabgabe erheblich, kann sich aber auf die physikalisch-technologischen Eigenschaften negativ auswirken (Wittmann, O.: "Formaldehyd in Harnstoff-Leimharzen für die Spanplattenherstellung", Vortrag 3. Schenck-Spanplattentagung Braunschweig am 8.11.1974 und Roffael, E.: "Einfluss des Formaldehydgehaltes in Harnstoffharzen auf ihre Reaktivität und die Formaldehydabgabe damit gebundener Spanplatten", Holz als Roh- und Werkstoff 34 (1976) S. 385 - 390). Weiterhin ist bekannt, dass durch Beimengung von Harnstoff und/oder Ammoniak zum Harnstofformaldehydharz die Formaldehydabgabe in gewissem Umfang verringert werden kann, da diese Stoffe den Formaldehyd chemisch abzubinden vermögen. Die Zugabe von derartigen Stoffen zum Harz selbst ist je doch nur begrenzt möglich, da mit zunehmendem Gehalt an derartigen Stoffen die Abbindegeschwindigkeit des Harzes verlangsamt wird und die physikalisch-technologischen Eigenschaften der Platten bei konstanter Presszeit verschlechtert werden können (Plath, L.: "Einfluss der Härter Zusammensetzung auf die Formaldehydabspaltung", Holz als Roh- und Werkstoff 25 (1967), S. 169 - 173). Auch ist bereits vorgeschlagen worden, den Holzspänen nach dem Beleimen feinteilige Stoffe beizumengen, die mit dem Formaldehyd chemisch reagieren (DT-OS 16 53 167). Darüber hinaus ist vorgeschlagen worden, Harnstofformaldehydharze mit Gerbstoffen bzw. Gerbstoffderivaten und abbauprodukten zu vermengen, die den Formaldehyd chemisch abfangen (DT-OS 23 17 884). Auch hier werden die physikalisch-technologischen Eigenschaften der Platten bei vergleichbaren Pressbedingungen verschlechtert. Weiterhin ist vorgeschlagen worden, dem Harnstofformaldehydharz Molekülverbindungen verschiedener Art beizumengen, die die Formaldehydabgabe verringern sollen (Kubitzky, C.: "Vermeiden von Geruchsbelästigung bei Spanplatten", Industrie-Anzeiger 53 (1972), Ausgabe: Kunststoffe - Verarbeitung und Anwendung, Verlag W. Girardet, Essen). Der Grund für die Festigkeitsverminderung liegt in all diesen Fällen darin, dass die formaldehydreaktiven Stoffe (Formaldehydfänger) wie Harnstoff, Melamin, Dicyandiamid bereits vor dem Aushärten des Harzes mit dem Formaldehyd reagieren und mithin die Aushärtungsgeschwindigkeit verlangsamen, womit sich die physikalisch-technologischen Eigenschaften der hergestellten Platten bei einer bestimmten Presszeit verschlechtern. Ferner ist bekannt, dass die nachträgliche Formaldehydabgabe dadurch verringert werden kann, dass man die Holzspanplatten mit einem Anstrichsystem auf Basis wässriger Kunststoffdispersionsfarbe bestimmter Zusammensetzung allseitig streicht. Dieses formaldehydbindende Anstrichmittel für Holzspanplatten enthält Ammoniak, Milchsäurekasein und Hydrazinhydrat in bestimmter Zusammensetzung (DT-PS 11 88 750). Derartig behandelte Platten sind teuerer als unbehandelte und können vor allem nicht mehr z.B. mit Furnieren oder Kunststofflaminaten beschichtet werden. Auch ist vorgeschlagen worden (P 28 28 021.3), Spanplatten, die Harnstofformaldehydharz als Bindemittel enthalten, im heissen Zustand, z.B. in kurzem Zeitabstand nach dem Pressen, mit einer 5 - 20%-igen wässrigen Harnstofflösung zu besprühen, um die Formaldehydabgabe der Platten zu verringern. An Stelle von Harnstoff können gemäss oben erwähnter Patentanmeldung andere unter Feuchte und Wärme Ammoniak bildende Verbindungen, wie z.B. Ammoniumkarbonat, verwendet werden. Dies kann zu Belästigungen bei der Herstellung derartiger Platten führen. Es ist ebenfalls bekannt, dass man Diisocyanaten Stoffe wie Harnstoff beigeben kann, um die Härtungsgeschwindigkeit zu erhöhen, jedoch nicht in Zusammenhang mit mehrschichtigen Platten, bei denen auch zugleich Aminoplaste verwendet werden, in Verbindung mit der Formaldehydabgabeverminderung (DT-OS 24 44 002). Die Aufgabe dieser Erfindung ist es, bei mehrschichtigen aminoplastgebundenen Span- oder Faserplatten einen Weg zu finden, bei dem sowohl der nach dem Pressen noch frei vorliegende Formaldehyd als auch der durch Hydrolyse freiwerdende Formaldehyd abgefangen wird. Dabei sollen die physikalisch-technologischen Eigenschaften der Platten soweit wie möglich erhalten bleiben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein Teilbereich der Platte, vorzugsweise die Mittelschicht, mindestens teilweise ein Bindemittel enthält, das nicht zu der Gruppe der Aminoplaste gehört und zugleich die Einbringung von formaldehydreaktiven Stoffen in bestimmten Mengen toleriert, die unter Feuchte- und/oder Wärmeeinwirkung mit dem Formaldehyd selbst reagieren oder Stoffe abgeben, die ihrerseits den Formaldehyd abbinden können. Die Einbringung von formaldehydreaktiven Stoffen (z. B. Harnstoff, Dicyandiamid, Melamin) wird auf diese Weise ermöglicht, ohne eine Verschlechterung der Festigkeitseigenschaften der hergestellten Spanplatten zu bewirken. Dieses Verfahren macht von der Tatsache Gebrauch, dass die verschiedenen Schichten getrennt beleimt und gestreut werden können. In den einzelnen Schichten können unterschiedliche Bindemittel verwendet werden. Das Verfahren sieht vor, z. B. dreischichtige Spanplatten herzustellen, bei denen in der Mittelschicht ein Bindemittel verwendet wird, das bei seiner Aushärtung bei der Herstellung von Platten durch die Anwesenheit von formaldehydreaktiven Stoffen nicht nachteilig beeinflusst wird, wie z. B. Diisocyanate oder Phenolformaldehydharze, während für die Verleimung der Decklagen konventionelle Aminoplaste eingesetzt werden. Die Verminderung der Formaldehydabgabe wird dadurch erzielt, dass man dem für die Verleimung der Mittellagenspäne verwendeten Harz entweder Ammoniak oder unter Feuchteund Wärmeeinwirkung Ammoniak bildende Verbindungen, wie z. B. Harnstoff, Thioharnstoff und Ammoniumcarbonat und/oder Stoffe, die in der Lage sind, mit dem Formaldehyd chemisch zu reagieren, wie Harnstoff, Melamin und Dicyandiamid, beigibt. Stoffe wie Harnstoff und Thioharnstoff können sowohl unter Wärme Ammoniak abgeben als auch mit dem Formaldehyd reagieren. Erst durch den Zusatz von solchen Stoffen lassen sich Spanplatten herstellen, die ein sehr niedriges Formaldehydabgabevermögen aufweisen, ohne dass dabei die physikalisch-technologischen Eigenschaften der hergestell ten Platten qualitativ vermindert sind. Günstigerweise wird man die Schicht(en) der Platte, die mit einem Harz gebunden ist (sind), dem formaldehydreaktive Stoffe beigemischt sind, im Innern der Platte anordnen, vorzugsweise als Mittelschicht. Während der Herstellung der Platte entsteht nämlich ein grosser Anteil des Formaldehyds, der bekanntlich leicht flüchtig ist. Dieser wandert nun zusammen mit dem während des Herstellvorganges ebenfalls von den Aussenschichten in die Mitte wandernden Dampf in Richtung Plattenmitte, wo der Dampf zunächst kondensiert und dem Formaldehyd auch die Möglichkeit bietet, sich in dem Kondensat zu lösen. Der kondensierende Dampf aktiviert die meisten der als Beispiel aufgeführten ammoniakabspaltenden Stoffe (durch Erwärmung) und bewirkt, dass der Formaldehyd gebunden wird, bevor er bei Abkühlung der Platte nach der Herstellung wieder (zusammen mit der hohen Feuchtigkeit in Plattenmitte) in die Aussenschichten und anschliessend ins Freie entweicht. Selbstverständlich können, sollte dies aus anderen Gründen vorteilhaft erscheinen, auch mehrere Schichten, z. B. die der Mittelschicht benachbarten Schichten einer 5-schichtigen Platte, mit Harzen gebunden sein, denen die formaldehydreaktiven Stoffe beigemengt sind. Es ist im allgemeinen ausreichend, dass die Schichten, in denen sich die formaldehydreaktiven Stoffe befinden, zwischen 15 und 35 Gew% der Platte ausmachen. Massgeblich hierfür ist die Menge des voraussichtlich entstehenden Formaldehyds und die Mischbarkeit des formaldehydreaktiven Stoffes mit dem Harz dieser Schicht. Für die Mindestdicke dieser Schichten sind auch z.B. die Streupräzision der Streumaschine massgeblich. Es muss gewährleistet sein, dass die Dicken dieser Schichten einigermassen gleichmässig sind. Exakte Werte lassen sich generell nicht angeben. Es ist jedoch dem Fachmann möglich, einige Versuche durchzufüh ren, um die Optimierung der Wirtschaftlichkeit für die ihm vorliegenden Maschinen und Rohstoffe zu finden. Für die Bindung der Schicht, in der das in den aminoplastgebundenen Schichten entstehende Formaldehyd aufgefangen werden soll, haben sich folgende Harzmischungen als günstig erwiesen: Zu den Diisocyanaten oder Phenolformaldehydharzen oder Melaminharzen werden entweder Ammoniak in Mengen bis zu 2 Gew% oder ammoniakabspaltende Stoffe (wie z. B. Harnstoffe, Thioharnstoffe oder Ammoniumcarbonat) in Mengen bis zu 4 Gew% zugemischt. An Stelle dieser Stoffe kann man auch Stoffe zumischen, die in der Lage sind, Formaldehyd zu binden, wie z. B. Melamin oder Dicyandiamid. Die Mengenangaben geben an, in welchem Bereich es bei Abbindevermögen und -geschwindigkeit der Harze nicht zu wesentlichen Abweichungen von den üblichen Werten kommt. Die Menge der zugemischten Stoffe richtet sich im Einzelfall nach der Menge des erfahrungsgemäss entstehenden Formaldehyds. Selbstverständlich können die aminoplastgebundenen Schichten der Platte nach wie vor einen Härtungsbeschleuniger, wie z.B. Ammoniumchlorid enthalten. Die Reaktion mit dem Formaldehyd wird dadurch nicht gestört. sich Es zeigte sich, dass/die Formaldehydabgabe der fertigen erfindungsgemässen Platten auf etwa die Hälfte des in der Tabelle angegebenen Wertes senken lässt, wenn diese sogleich nach der Herstellung möglichst langsam abgekühlt werden, was zweckmässigerweise dadurch geschieht, dass man die Platten, wie grundsätzlich bereits bekannt, im heissen Zustand stapelt. Anhand des folgenden Ausführungsbeispiels wird die Wirksamkeit der Erfindung nachgewiesen: Drei verschiedene dreischichtige Plattentypen wurden her gestellt. Bei dem ersten Plattentyp wurde Harnstofformaldehydharz als Bindemittel (Kaurit 375 der Fa. BASF) sowohl für die Späne der Mittelschicht (40 % des gesamten Plattengewichts) als auch für die Späne der Deckschichten (60% des gesamten Plattengewichts) verwendet. Bei dem zweiten Typ wurden die Späne der Deckschichten mit dem oben erwähnten Harnstofformaldehydharz verleimt, während die Späne der Mittelschicht mit Diisocyanaten (Kauranat 5043 der Firma BASF) verleimt wurden. Bei dem dritten Typ wurden neben den Diisocyanaten 2 % Harnstoff (Feststoff/atro Späne) eingesetzt. Die Feuchte vor dem Pressen betrug für die Mittelschicht 9 %, für die Deckschichten 13 % und wurde bei den drei Plattentypen konstant gehalten. Angaben über die Bindemittelmengen und die Pressbedingungen bei den drei Plattentypen sind in Tabelle 1 aufgeführt. An den hergestellten Spanplatten wurde nach Lagerung von einer Woche im Klimaraum bei 200C und 65 % rel. Feuchte die Formaldehydabgabe sowohl nach dem Perforatorverfahren (Verbestel, I.: Proceedings of the Formalin Committee, 18th meeting of engeneering committee FESYP, 1967) als auch nach der WKI-Methode (Roffael, E.: "Messung der Formaldehydabgabe - praxisnahe Methode zur Ermittlung der Formaldehydabgabe harnstoffharzgebundener Spanplatten für das Bauwesen", Holz-Zentralblatt 101 (1975) 111, 1403 und 1404) nach 24-stündiger Lagerung (Reaktionszeit) ermittel. Aus den Daten in Tabelle 1 wird deutlich, dass die Verminderung der Formaldehydabgabe durch Diisocyanate in der Mittelschicht relativ- gering ist. Erst nach der Zugabe von Harnstoff tritt eine erhebliche Verminderung der Formaldehydabgabe ein. Tabelle 1: Einfulss der Zugabe von Harnstoff (Formaldehydfänger) zu den Spänen der Mittelschicht auf die Formaldehydabgabe von dreischichtigen, 20 mm dicken Spanplatten Plattentyp Bindemittel Pressbedingungen Formaldehydabgabe Feststoff/atro Späne Mittelschicht Deckschicht Presszeit Presstemper. Perforator-wert WKI-Wert (24 h) % % min C mg/100 g Platte mg/100 g Platte 1 8 % HF+ 10 % HF 5 190 55,0 56,8 1 2 % DI++ 10 % HF 5 190 47,6 49,2 3 2 % DI + 2 % Harnstoff 10 % HF 5 190 13,5 18,1 HF+ Harnstofformaldehydharz (K 375 der BASF) Molverhältnis von Harnstoff zu Formaldehyd 1 : 1,4 DI++ Diisocyanate (Kauranat 50453 der BASF)

Claims: Patentansprüche: 1. Span- oder Faserplatte, die vorwiegend mit Aminopla sten gebunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilbereich der Platte, vorzugsweise die Mit telschicht, mindestens teilweise ein Bindemittel ent hält, das nicht zu der Gruppe der Aminoplaste gehört und zugleich die Einbringung von formaldehydreaktiven Stoffen in bestimmten Mengen toleriert, die unter Feuchte- und/oder Wärmeeinwirkung mit dem Formaldehyd selbst reagieren oder Stoffe abgeben, dielihrerseits den Formaldehyd abbinden können. 2. Platte nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mit formaldehydreaktiven Stoffen versehene(n) Schicht(en) zwischen 15 und 35 % des Gesamtgewichtes der Platte ausmacht/ausmachen. 3. Platte nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mit dem Aminoplast als Bindemittel versehen(n) Schicht(en) wie üblich einen Härtungsbeschleuniger enthalten, wie z. . Ammoniumchlorid. 4. Harz für die mit dem formaldehydreaktiven Stoff ver sehene(n) Schicht(en) einer Platte nach Patentanspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass es enthält a) als Bindemittel Diisocyanate oder Phenolformaldehyd harze und b) als formaldehydreaktive Stoffe Ammoniak oder ammoni akabspaltende Verbindungen wie z. B. Harnstoffe oder Thioharnstoffe oder Ammoniumcarbonat oder Stoffe, die in der Lage sind, mit Formaldehyd zu reagieren, wie z. B. Melamin oder Dicyandiamid. 5. Verfahren zum weiteren Vermindern der Formaldehydab gabe von Platten nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass diese nach der Herstellung sehr langsam abgekühlt werden. 6. Verfahren nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Platten sogleich nach der Herstellung heiss gestapelt werden.

Inventors: MEHLHORN, LUTZ, ROFFAEL, EDMONE, DR.-ING.
Applicants: FRAUNHOFER-GESELLSCHAFT ZUR FORDERUNG DER ANGEWANDTEN FORSCHUNG E.V.
Application year: 1979
Main classification: B29J5
IPC codes: B27N1, C08L97