SHAPED PARTS MADE BY EXTRUSION-MOULDING FROM WOOD PARTICLES AND/OR FIBRES UNDER ADDITION OF A BINDER, AND PROCESS FOR THEIR MANUFACTURE

Abstract: 1. A molded article, in particular chipboard in the form of solid board or tubular board, composed of wood chips and/or wood fibers with the addition of an isocyanate as a binder, wherein the molded article contains 8 to 15% by weight of methylenedi-(phenyldiisocyanate) (MDI) as the binder and 5 to 50% by weight of an ammonium polyphosphate, enveloped by a water-insoluble synthetic resin, as a flame retardant, each relative to the dry wood chips and/or wood fibers.

Description: Nach dem Strangpressverfahren aus Holzspänen und/oder Holzfasern unter Zusatz von Bindemitteln hergestellte Formkörper und Verfahren zu ihrer Herstellung Die vorliegende Erfindung betrifft nach dem Strangpressverfahren aus Holzspänen und/oder Holzfasern unter Zusatz von Bindemitteln hergestellte Formkörper, insbesondere Spanplatten in Form von Vollplatten oder Röhrenplatten,sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Die Verwendung von Isocyanaten als Bindemittel bei der Herstellung von Holzspanplatten ist an sich bekannt und wird von DEPPE und ERNST, Holz als Roh- und Werkstoff, 29, 45-50 (1971) sowie in der DE-OS 16 53 177 und in der DE-AS 26 15 288 beschrieben. Wegen der Probleme, die durch das Kleben der Isocyanat-Reaktionsprodukte an metallischen Werkstoffen, z.B. an den Pressplatten oder Pressformen, entstehen, wird in den vorgenannten Arbeiten jedoch eine Verfahrensweise angegeben, die lediglich für die Mittelschicht der Dreischichtenplatte als Bindemittel Isocyanate, für die Deckschichten Jedoch die Verwendung nerkömmlicher Leime auf Basis Harnstoff/Formaldehyd, Melamin/Formaldehyd oder Phenol/Formaldehyd vorsieht. Auch die Verwendung von Trennmitteln auf Basis von Siliconoder Paraffinverbindungen hat nach H.J. Deppe und K. Ernst (s.o.) keine befriedigende Lösung des vorgenannten Problems gebracht. Nach derselben Literaturstelle wurden ebenfalls nur negative Resultate beim Einsatz von Heizplatten mit Polytetrafluorethylen-Auflage und bei der Verwendung von Trsnnfolien erhalten. Versucbe zu einer Problemlösung auf chemischer Basis durch Besprühen der Oberflächen der Formlinge mit hydroxylgruppenhaltigen organischen Verbindungen führten ebenfalls nicht zu einer einfachen und generell praktikablen Arbeitsweise (siehe obige Literaturstelle sowie H.J. Deppe, Holz als Roh- und Werkstoff, 35, 295-299 (1977)). Abgesehen davon, dass schon die oben aufgeftihrten Versuche zur Unterbindung des Klebens der Isocyanat-Reaktionsprodukte an den metallischen Oberflächen der Pressenwerkzeuge nicht erfolgreich waren, wäre auch bei positivem Ausgang eine Ubertragung auf den anders gearteten Produktionsablauf des Strangpressverfahrens nicht möglich gewesen. Die Verfahrensunterschiede bei der Herstellung von Flachpressplatten einerseits und von Strangpressplatten wie Vollplatten oder Röhrenplatten andererseits sind insbesondere bei der Produktstromführung vor und beim Pressvorgang so gravierend, dass keiner der zur Problemlösung untersuchten Wege ohne erfinderisches Zutun übertragbar gewesen wäre. Obwohl zu befürchten war, dass die oben geschilderten Probleme in verstärktem Masse beim Strangpressverfahren auftreten, wurde nunmehr in Überraschender und nicht vorhersehbarer Weise gefunden, dass sich Isocyanate als wesentliche Komponente im Bindemittelsystem beim Strangpressverfahren einsetzen lassen, ohne dass dadurch die Verstopfungsgefahr der Strangpresse erhöht wird. Erst dadurch wird es möglich, Formkörper nach dem Strangpressverfahren herzustellen, ohne dass man auf die formaldehydhalti gen Bindemittel angewiesen ist. Gleichzeitig wird durch die Verwendung der Isocyanate die normalerweise schlechte Quellfestigkeit in Wasser wesentlich erhöht. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind somit nach dem Strangpressverfahren aus Holz spänen und/oder Holzfasern unter Zusatz von Bindemitteln hergestellte Formkörper, insbesondere Spanplatten in Form von Vollplatten oder Röhrenplatten, die dadurch gekennzeichnet sind, dass als formaldehydfreies Bindemit tel ein Reaktionsprodukt eines Isocyanats dient. Das Isocyanat ist vorzugsweise ein aromatisches Polyisocyanat (MDI). Der erfindungsgemässe Formkörper enthält 2 bis 15 Gewichts56, insbesondere 4 bis 8 Gewichts%, bezogen auf trockene Holzspäne und/oder Holzfasern, an Bindemittel auf Basis eines Reaktionsproduktes eines aromatischen Polyisocyanats. Vorteilhafterweise enthält er ausschliesslich formaldehydfreie Bindemittel und Zusätze. Gemäss einem weiteren Gedanken der vorliegenden Erfindung kann der Formkörper als Flammschutzmittel ein mit einem wasserunlöslichen Kunstharz umhüllter Ammoniumpolyphosphat enthalten, wobei die Flammschutzmittelkonzentration in dem Formkörper, insbesondere in der Spanplatte, etwa 5 - 50 Gewichts%, bezogen auf trockene Holzspäne und/oder holzartige Faserstoffe, beträgt. Die erfindungsgemässen Formkörper, die insbesondere in Form von Vollplatten oder Röhrenspanplatten vorliegen, aber auch beii spielsweise als Profile ausgebildet sein können, können somit die auch sonst Üblichen Zusätze, wie Hydrophobierungsmittel und dergleichen enthalten. Hierbei werden vorzugsweise solche Zusätze eingesetzt, die selbst frei von Formaldehyd oder form aldehydabgebenden Stoffen sind. Dies ist besonders dann von Vorteil, wenn die Oberfläche der Spanplatten beim späteren Gebrauch unbeschichtet ist oder die Röhrenspanplatten zum Zwecke des Schallschutzes geschlitzt sind. Das Isocyanatreaktionsprodukt ist im Formkörper vorzugsweise gleichmässig verteilt. Dadurch wird eine über den Querschnitt gleichmässige Festigkeit erzielt. Ausserdem erübrigen sich kom plizierte Massnahmen bei der Herstellung. Auch ist die Oberfläche der Formkörper mit Vorteil frei von Trennmitteln, so dass sich eine nachträgliche Entfernung erÜbrigt und wiederum die Herstellung vereinfacht ist. Die erfindungsgemässen Formkörper können in der üblichen Weise weiterverarbeitet, beispielsweise furniert oder lackiert werden. Die daraus hergestellten Produkte haben neben der Freiheit von Formaldehyd zudem noch den Vorteil der höheren mechanischen Festigkeit und Quellfestigkeit. Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung der Formkörper ist dadurch gekennzeichnet, dass die Holzspäne und/oder Holzfasern mit einem Isocyanat als Bindemittelkomponente und gegebenenfalls anderen Zusatz stoffen wie Hydrophobierungsmitteln vermischt und unter Einwirkung von Feuchtigkeit, Wärme und Druck stranggepresst werden. Die Verpressung kann mit den bestehenden Anlagen durchgeführt werden, ohne dass ein Umbau erforderlich ist. Dies ist überraschend im Vergleich zu den Massnahmen, die bei den Etagenpressen zur Herstellung der normalen Pressspanplatten erforderlich waren. Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass trotz der hohen Klebekraft von Isocyanatbindemitteln an Metalloberflächen die Stromaufnahme der Strangpresse und damit die Reibung beim Strangpressvorgang nicht erhöht ist. Das Bindemittelsystem aus einem aromatischen Polyisocyanat (MDI), vorzugsweise in wasseremulgierbarer Form, und Wasser wird insbesondere in Form einer wässerigen Emulsion verwendet, da eine solche Mischung einfacher zu verarbeiten ist als das Isocyanat in wasserfreier Form und auch der physikalische Einmischvorgang erleichtert ist. Für die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens kann das aromatische Polyisocyanat (MDI) zwar in der Form eingesetzt werden, in der es Trennmitteleigenschaften besitzt (z.B. Suprasec 1249 der Firma Deutsche ICI GmbH, Frankfurt), dies ist jedoch nicht notwendig, da hervorragende Ergebnisse auch mit MDI ohne eingebautes Trennmittel erzielbar sind. Vberraschend ist weiterhin, dass die Gefahr eines Dampfstaues in der Strangpresse und damit einer Unterbrechung des Strangpressverfahrens durch die Verwendung von Isocyanat als Binde- mittel verringert ist, so dass der Wassergehalt der zu verpres senden Mischung erheblich angehoben werden kann. Es kann somit entweder stärker verdünnte MDI/Wasser-Emulsion zugegeben werden oder es braucht der Feuchtigkeitsgehalt der Holzspäne vor dem Verpressen nicht mehr in der bisherigen Weise abgesenkt werden. So können Holzspäne und/oder Holzfasern eingesetzt werden, deren Feuchtigkeitsgehalt vor dem Vermischen über 1,5 Gewichts%, insbesondere Über 5 Gewichts%, liegt. Der Feuchtigkeitsgehalt der zu verpressenden Mischung aus Holzspänen und/oder Holzfasern sowie dem Bindemittelsystem kann sogar über 6 Ge wichte%, insbesondere über 7 Gewichts, beispielsweise zwischen 8 und 15 Gewichts% liegen, ohne dass ein Druckstau zu befÜrchten ist. Der Gehalt an aromatischem Polyisocyanat als Bindemittelkomponente kann je nach der gewünschten Festigkeit in weiten Grenzen variiert werden. Normalerweise liegt er zwischen 2 und 15 Gewichts%, bezogen auf die Trockenmischung aus Holzspänen und/ oder Holzfasern, insbesondere zwischen etwa 4 und 8 Gewichtes%. Da sich das Isocyanat unter den üblichen Druck- und Temperaturbedingungen beim Strangpressverfahren vollständig umsetzt, enthält das fertige Produkt keine flüchtigen Isocyanate mehr. Die Presstemperaturen liegen gewöhnlich zwischen 100 und 2500C, insbesondere bei etwa 1 750C. Der Pressdruck liegt normalerweise zwischen 0,5 und 2,0 N/mm2. Als Hydrophobierungsmittel wird der zu verpressenden Mischung vorzugsweise ein Festwachs in Form wasserhaltiger Emulsionen zugesetzt. Hier reichen Mengen von 0,5 bis 4 Gewichtes%, insbesondere 1 bis 3 Gewichts% aus. Der erfindungsgemäBe Formkörper bzw. die Ausgangsinischung kann auch Flammschutzmittel als Zusätze enthalten, um die Produkte schwerentflammbar zu machen. Solche Flammschutzmittel können in PulverSorm vorliegen und mit einem gehärteten wasserunloslichen Kunstharz umhÜllt sein wie beispielsweise das mikroverkapselte Ammoniumpolyphosphat nach der DE-AS 29 49 537; sie können jedoch auch frei von einer solchen Umhüllung sein. Falls eine solche Umhüllung vorgesehen ist, dann besteht sie vorzugsweise aus solchen Kunstharzen, die frei von Formaldehyd oder formaldehydabgebenden Stoffen sind. Auch hier eignen sich wiederum Isocyanat-Reaktionsprodukte. Auf diese Weise können schwerentflammbare formaldehydfreie Spanplatten nach dem Strangpressverfahren hergestellt und zu entsprechend schwerentflammbaren Fertigprodukten weiterverarbeitet werden. Bei der Herstellung des Bindemittelgemisches wird Ublicher- weise so gearbeitet, dass ein Gemisch von Wasser und Festwachsemulsion vorgelegt und anschliessend das wasseremulgierbare aromatische Polyisocyanat (MDI) eingerührt wird. Beispiel 1 In einem Mischer wurden 100 kg Holzspäne mit einem Feuchtegehalt von 1,5 % mit einem unmittelbar vorher hergestellten Bindemittelgemisch aus 4,0 kg # Suprasec 1249 (aromatisches Polyisocyanat (MDI), wasseremulgierbar mit eingebautem Trennmittel der Firma Deutsche ICI GmbH, Frankfurt) 4,0 kg # Mobilcer A (wässerige Wachsemulsion mit einem Fest- stoffgehalt von 50 % der Firma Mobil Oil AG, Hamburg) 4,0 kg Wasser gedüst. Nach einer Nachmischzeit von 2 Minuten wurde das Gemisch einer Strangpresse zugeführt und bei einer Temperatur von 1700C zu Röhrenspanplatten von 23 mm Dicke verarbeitet. Die Ergebnisse der analytischen Untersuchungen und der mechanischen Prüfungen sind in der Tabelle 1 aufgeführt. Beispiel 2 Es wurde analog Beispiel 1 gearbeitet mit der Abänderung, dass das Bindemittelgemisch aus 10,0 kg 9Suprasec 1249 7,0 kg Wasser bestand. Die Ergebnisse der analytischen Untersuchungen und der mechanischen Prüfungen sind in der Tabelle 1 aufgeführt. Beispiel 3 Es wurde analog Beispiel 1 gearbeitet mit der Abänderung, dass das Bindemittelgemisch aus 4,0 kg zu Suprasec 1042 (aromatisches Polyisocyanat (MDI), wasseremulgierbar der Firma Deutsche ICI GmbH, Frank furt) 2,0 kg # Mobilcer A 6,0 kg Wasser bestand. Die Ergebnisse der analytischen Untersuchungen und der mechanischen Prüfungen sind in der Tabelle 1 aufgeführt. Beispiel 4 Es wurde analog Beispiel 1 gearbeitet mit der Abänderung, dass das Bindemittelgemisch aus 8,0 kg # Suprasec 1042 2,0 kg Mobiler A 6,0 kg Wasser bestand. Die Ergebnisse der analytischen Untersuchungen und der mechanischen Prüfungen sind in der Tabelle 1 aufgeführt. Beispiel 5 Es wurde analog Beispiel 1 gearbeitet mit der Abänderung, dass das Bindemittelgemisch aus 8,0 kg # Suprasec 1042 8,0 kg Wasser bestand. Die Ergebnisse der analytischen Untersuchungen und der mechanischen Prüfungen sind in der Tabelle 1 aufgeführt. Beispiel 6 In einem Mischer wurden 100 kg Holzspäne (Feuchtegehalt: 1,5 %) 19 kg # Exolit 456 (Firma HOECHST Aktiengesellschaft, Frankfurt) - Hierbei handelt es sich um ein Flammschutzmittel auf der Basis von Ammoniumpolyphosphat. Das Produkt wird durch Mikroverkapselung von Ammoniumpoiyphosphat mit Melamin/Formaldehyd-Harzen hergestellt (EP 0633361). Der Phosphorgehalt liegt bei 29 %, der Stickstoffge halt bei 16,5 %) vorgemischt und dann mit einem unmittelbar vorher hergestell ten Bindemittelgemisch aus 9,5 kg # Suprasec 1042 11,5 kg Wasser bedüst. Nach einer Nachmischzeit von 2 -Minuten wnr de das Gemisch einer Strangpresse zugeführt und bei einer Temperatur von 1700C zu Röhrenspanplatten von 23 mm Dicke verarbeitet. Die Ergebnisse der analytischen Untersuchungen und der mechanischen Prüfungen sind in der Tabelle 2 aufgeführt. Die Ergebnisse der Brandprüfung sind in der Tabelle 3 aufgeführt. Beispiel 7 Es wurde analog Beispiel 1 gearbeitet mit den Abänderungen, dass 1. das Bindemittelgemisch aus 4,0 kg # Suprasec 1042 8,0 kg Wasser bestand, 2. das Holzspan/Bindemittel-Gemisch in der Strangpresse bei einer Temperatur von 1700C zu Vollplatten von 10 mm Dicke verarbeitet wurde. Die Ergebnisse der analytischen Untersuchungen und der mechanischen Prüfungen sind in der Tabelle 4 aufgeführt. TABELLE 1: Analytische Untersuchungen und mechanische Prüfungen EMI11.1 Probematerial <SEP> Rohdichte <SEP> Wassergehalt <SEP> Quellung <SEP> nach <SEP> Zugfestigkeit <SEP> 1) <SEP> Biegefestigkeit <SEP> 2) <tb> (kg/m3) <SEP> (% <SEP> H20) <SEP> 1 <SEP> Stunde <SEP> (%) <SEP> (N/mm2) <SEP> (N/mm2) <tb> Beispiel <SEP> 1 <SEP> 690 <SEP> 3,2 <SEP> 1.9 <SEP> 0,62 <SEP> 6,8 <tb> Beispiel <SEP> 2 <SEP> 640 <SEP> 3,3 <SEP> 2,1 <SEP> 0,64 <SEP> 7,4 <tb> Beispiel <SEP> 3 <SEP> 710 <SEP> 4,4 <SEP> 2,2 <SEP> 1,04 <SEP> 9,5 <tb> Beispiel <SEP> 4 <SEP> 780 <SEP> 4,2 <SEP> 1,1 <SEP> 1,69 <SEP> 17,7 <tb> Beispiel <SEP> 5 <SEP> 740 <SEP> 4,3 <SEP> 1,7 <SEP> 1,26 <SEP> 15,5 <tb> DIN <SEP> 68764- <SEP> ohne <SEP> ohne <SEP> ohne <SEP> # <SEP> 0,40 <SEP> # <SEP> 4,0 <tb> Anforderungen <SEP> Angabe <SEP> Angabe <SEP> Angabe <tb> 1) parallel aur Herstellrichtung 2) rechtwinklig zur Herstellrichtung TABELLE 2: Analytische Untersuchungen und mechanische Prüfungen EMI12.1 Probematerial <SEP> Rohdichte <SEP> Phosphor- <SEP> Wassergehalt <SEP> Quellung <SEP> nach <SEP> Zugfestigkeit1) <SEP> Biegefestigkeit2) <tb> (kg/m3) <SEP> (% <SEP> P) <SEP> (% <SEP> H20) <SEP> (%) <SEP> (N/mm2) <SEP> (N/mm2) <tb> Beispiel <SEP> 6 <SEP> 870 <SEP> 4,0 <SEP> 4,0 <SEP> 1,3 <SEP> 12,7 <SEP> 18,3 <tb> DIN <SEP> 68764- <SEP> ohne <SEP> ohne <SEP> ohne <SEP> ohne <SEP> # <SEP> 0,40 <SEP> # <SEP> 4,0 <tb> Anforderungen <SEP> Angabe <SEP> Angabe <SEP> Angabe <SEP> Angabe <tb> 1) parallel zur Herstellrichtung 2) rechtwinklig zur Herstellrichtung TABELLE 3: Brandschachtprüfung nac DIN 4102 EMI13.1 Probematerial <SEP> max. <SEP> Flammen- <SEP> max. <SEP> Rauohgas- <SEP> mittlere <SEP> Rauchgas- <SEP> DIN <SEP> 4102höhe <SEP> temperatur <SEP> Restlänge <SEP> dichte <SEP> 1) <SEP> Klasse <tb> (cm) <SEP> ( C) <SEP> (cm) <tb> Beispiel <SEP> 6 <SEP> 80 <SEP> 132 <SEP> 17 <SEP> 6 <SEP> B1 <tb> DIN <SEP> 4102- <SEP> ohne <tb> < <SEP> 100 <SEP> < <SEP> 200 <SEP> > <SEP> 15 <tb> Anforderungen <SEP> Angabe <tb> 1) gemessen als minimale Transmission (%) TABELLE 4: Analytische Untersuchungen und mechanische Prüfungen EMI14.1 Probematerial <SEP> Rohdichte <SEP> Wassergehalt <SEP> Quellung <SEP> nach <SEP> Zugfestigkeit <SEP> 1) <SEP> Biegefestigkeit <SEP> 2) <tb> (kg/m3) <SEP> (% <SEP> H20) <SEP> 1 <SEP> Stunde <SEP> (%) <SEP> (N/mm2) <SEP> (N/mm2) <tb> Beispiel <SEP> 7 <SEP> 730 <SEP> 5,1 <SEP> 4,9 <SEP> 1,20 <SEP> 22,8 <tb> DIN <SEP> 68764- <SEP> ohne <SEP> ohne <SEP> ohne <tb> # <SEP> 0,40 <SEP> # <SEP> 0,40 <tb> Anforderungen <SEP> Angabe <SEP> Angabe <SEP> Angabe <tb> 1) parallel zur Herstellrichtung 2) rechtwinklig zur Herstellrichtung

Claims: Nach dem Strangpressverfahren aus Holzspänen und/oder Holzfasern unter Zusatz von Bindemitteln hergestellte Formkörper und Verfahren zu ihrer Herstellung Patentansprtiche 1. Nach dem Strangpressverfahren aus Holzspänen und/oder Holz fasern unter Zusatz von Bindemitteln hergestellter Forinkör- per, insbesondere Spanplatte in Form einer Vollplatte oder Röhrenplatte, dadurch gekennzeichnet, dass als formaldehyd freies Bindemittel ein Reaktionsprodukt eines Isocyanats dient. 2. Formkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Isocyanat ein aromatisches Polyisocyanat (MDI) eingesetzt wird. 3. Formkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass er 2 bis 15 Gewichts%, insbesondere 4 bis 8 Gewichts%, bezogen auf trockene Holzspäne und/oder Holzfasern, an Bin demittel auf Basis eines Reaktionsproduktes eines aromati schen Polyisocyanats (MDI) enthält. 4. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekenn zeichnet, dass er ausschliesslich formaldehydfreie Bindemit tel und Zusätze enthält. 5. Formkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, dass er als Flammschutzmittel ein mit einem wasserunlöslichen Kunstharz umhülltes Ammoniumpolyphos phat enthält, und dass die Flammschutzmittelkonzentration in dem Formkörper, insbesondere in der Spanplatte, etwa 5 - 50 Gewichts%, bezogen auf trockene Holzspäne und/oder holzartige Faserstoffe, beträgt. 6. Verfahren zur Herstellung des Formkörpers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Holz spanne und/oder Holzfasern mit einem Isocyanat als Bindemit telkomponente und gegebenenfalls anderen Zusatzstoffen wie Hydrophobierungsmitteln vermischt und unter Einwirkung von Feuchtigkeit, Wärme und Druck stanggepresst werden. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bindemittelsystem aus einem aromatischen Polyisocyanat (MDI) und Wasser, insbesondere in Form einer wässerigen Emulsion, verwendet wird. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 und 7, dadurch gekenn zeichnet, dass die Mischung aus Holzspänen und/oder Holzfa sern mit dem Bindemittelsystem einen Feuchtigkeitsgehalt von mindestens 6 Gewichts%, insbesondere mindestens 7 Ge wichts%, aufweist. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, dass das aromatische Polyisocyanat (MDI) in Mengen von 2 bis 15 Gewichts%, insbesondere 4 bis 8 Gewichts%, be zogen auf trockene Holzspäne und/oder Holzfasern, eingesetzt wird.

Inventors: FUCHS, FRITZ REICHARD, DR., STAENDEKE, HORST, DR.
Applicants: HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT, SAUERLANDER SPANPLATTEN GMBH & CO. KG
Application year: 1985
Main classification: B27N3
IPC codes: C09K21, B27N3, C08L75, C08K3, B32B21, C08L97, C08K9