[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Werkstoff, insbesondere geeignet zur Herstellung von Fensterelementen, die Herstellung dieses Werkstoffs sowie auf dessen Verwendung und dabei erhaltene Elemente.

[0002] Fenster und Türen werden häufig aus Holzmaterialien hergestellt. Durch die Verfügbarkeit und Nachhaltigkeit dieses Werkstoffes und die guten Möglichkeiten zur Verarbeitung und Formgebung (Sägen, Fräsen etc.) sind Hölzer gern eingesetzte Materialien bei der Herstellung derartiger Elemente. Zwar arbeitet der Werkstoff häufig auch noch nach Verarbeitung, was ggf. Wartungsarbeiten an entsprechenden Elementen, wie Fenstern oder Türen sowie deren Rahmen und Zargen etc. erfordert, jedoch werden derartige Nachteile häufig durch die Ästhetik der entsprechenden Elemente und die vom Endverbraucher positiv konnotierten Aspekte des Einsatzes von Holz aufgewogen. Gleichzeitig gibt es allerdings Nachteile, insbesondere die Witterungsanfälligkeit von Holz, wenn es bei Fenstern und Türen der Außenwitterung ausgesetzt ist. Da hier häufig Schutzanstriche nicht vollständig diesen Nachteil überwinden können, gibt es teilweise recht komplexe Ansätze, beispielsweise die Anbringung von Metall-, häufig Aluminiumprofilen auf der Außenseite, um so einen besseren Schutz zu ermöglichen. Kunststofffenster sind eine andere Option zur Bereitstellung witterungsbeständiger Fenster und Türen.

[0003] Der Stand der Technik offenbart extrudierte, kompositbeschichtete Substrate auf Holzbasis und deren Herstellung, wie in US 2005/0106406 A1 offenbart. Dort beinhalten die geschäumten Kompositschichten Poylmere wie beispielsweise PVC und organische oder anorganische Füllmaterialien.

[0004] Aufgrund der zahlreichen potentiellen Einsatzgebiete solcher Komposit- materialien besteht nach wie vor Bedarf an Zusammensetzungen, die kostengünstige und widerstandsfähige Holzalternativen darstellen.

[0005] Die vorliegende Erfindung setzt es sich daher zum Ziel einen Werkstoff bereitzustellen, der die Vorteile des Einsatzes von Holz beibehält und gleichzeitig die Nachteile des Einsatzes von Holz, insbesondere die Witterungsunbeständigkeit überwindet.

[0006] Diese Aufgabe wird durch den Werkstoff gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben.

[0007] Weiterhin stellt die vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Werkstoffs zur Verfügung, ebenso wie seine Verwendung zur Herstellung von Elementen, wie Fensterrahmen, Türrahmen, Türen und Zargen etc., die eine Seite aufweisen, die der Witterung ausgesetzt ist.

[0008] Der erfindungsgemäße Werkstoff ist ein Komposit, mit mindestens einer Schicht aus Holz und damit formschlüssig, beispielsweise durch Verleimung, verbunden eine Schicht aus einem Holzimitat, umfassend PVC-Harz und Reis- oder Ernußschalenpulver. Aus einem derartigen Werkstoff können durch konventionelle Verfahren, wie Sägen und Fräsen, Elemente hergestellt werden, wie Fensterkanteln etc., die eine Oberfläche aus Holz und eine Oberfläche aus Holzimitat aufweisen. Diese kann später bei der Endanwendung so ausgerichtet sein, dass sie nach Außen weist, da das Holzimitat eine sehr viel höhere Witterungsbeständigkeit aufweist als Holz. Das erfindungsgemäße Holzimitat lässt sich aber genau wie Holzbearbeiten, also Schleifen, Anstreichen, Lasieren etc. so dass trotz des Einsatzes eines Holzimitats auf der Außenseite eine optisch und haptisch einem Holz entsprechende Anmutung ergibt. Gleichzeitig wird auf der Innenseite wie bisher bei Holzfenstern eine Holzoberfläche bereitgestellt.

[0009] Das im Rahmen der Erfindung einzusetzende Holz kann irgendein Holz sein, insbesondere solche, die konventionell zur Herstellung von Fenster- und Türelementen eingesetzt werden. Beispiele sind sowohl Europäische Nadel- als auch Europäische Laubhölzer und Außereuropäische Hölzer, wie Douglasie, Kiefer, Tanne, Fichte, Lärche, Eiche, Buche, Ahorn, Balau, Azobe, Birke, Erle, Esche, Espe, Linde, Kirche, Platane, Robinie, Teak, Ulme, etc. Im erfindungsgemäßen Werkstoff kann eine Holzschicht oder mehrere Holzschichten, die fest miteinander verbunden sind vorliegen. Das Vorliegen mehrerer Holzschichten, ggf. mit ausgewählter relativer Anordnung der Faserausrichtungen, kann vorteilhaft im Hinblick auf die spätere Verwendung sein.

[0010] Mit dieser mindestens einen Holzschicht ist eine Schicht aus einem Holzimitat fest und formschlüssig verbunden. Dies lässt sich durch Verleimung mit konventionellen bei der Holzverarbeitung zum Einsatz kommenden Holzleimen erreichen.

[0011] Das erfindungsgemäß einzusetzende Holzimitats basiert auf einem thermoplastischen polaren Harz in Mischung mit einer Cellulose haltigen Komponente. Im Gegensatz zu Holzersatzmaterialien, die auf unpolaren thermoplastischen Materialien, wie Polyethylen, basieren, ermöglicht der Einsatz einer polaren Komponente die Herstellung einer Schicht, die tatsächlich eine sehr holzähnliche Optik und Haptik aufweist. Ein bevorzugtes polares thermoplastisches Harz ist PVC. Geeignete Cellulose haltige Komponenten werden in der Form feinvermahlener Pulver eingesetzt, üblicher Weise mit Partikelgrößen im Bereich von etwa 20 bis 200, vorzugsweise 30 bis 100, besonders bevorzugt 40 bis 60. Geeignete Materialien sind Reis- und Ernussschalenpulver, Stroh, Holz etc., bevorzugt Reisschalenpulver. Eine besonders geeignete Zusammensetzung für das Holzimitat umfasst bevorzugt PVC- Harz in einer Mischung mit Reis- oder Erdnussschalenpulver, bevorzugt Reisschalenpulver. Derartige Holzimitatzusammensetzungen sind beispielsweise in der EP 2 536 785 A offenbart, deren Offenbarungsgehalt hier durch Verweis mit umfasst ist. Das Verhältnis von PVC-Harz zu Reis- oder Erdnussschalenpulver kann über einen weiten Bereich variieren. Die Zusammensetzung des Holzimitats kann darüber hinaus noch weitere Komponente aufweisen, wie Füllstoffe, zusätzliche Polymere etc. Das Holzimitat wird üblicher Weise als Platte, geschäumt oder nicht geschäumt hergestellt und dann mit der mindestens einen Holzschicht verbunden. Insbesondere bevorzugt enthält das Holzimitat ein Gemisch aus 20 bis 60 Gew.-%, bevorzugt 30 - 40 Gew.-% PVC-Harz (PVC = Polyvinylchlorid) und 20 bis 60 Gew,-%, bevorzugt 30 - 40 Gew.-% Pulver aus Reisschalen bzw. -hülsen und/oder Erdnuss- Schalen bzw. -hülsen. Dessen Teilchengröße beträgt vorzugsweise von 0,42- 0,25 mm (40 - 60 mesh). Die Bezeichnung "mesh" kennzeichnet die Maschenweite bei Sieben und dient damit als Maß für die Angabe von Partikel- bzw. Korngrößen. Je kleiner der mesh-Wert, desto größer ist die Teilchengröße des zu beschreibenden Schüttguts. Für die Umrechnung von mesh-Werten in Maschenweiten in mm gibt es Tabellen, beispielsweise vom US Bureau of Standards.

[0012] Das verwendete PVC-Material unterliegt keinen besonderen Beschränkungen. Insbesondere kann auch PVC-Recyclingmaterial verwendet werden. Beispielsweise eignet sich eine PVC-Harz-Suspension mit einem K-Wert von 60 - 70. Unter dem K- Wert versteht man eine Zahl, die aus Messungen der Viskosität verdünnter Lösungen eines Polymers berechnet wird und ein Maß für den Polymerisationsgrad bzw. die Molekülgröße ist. Der K-Wert wird zur Harzspezifikation verwendet.

[0013] Die verwendeten Reisschalen bzw. Erdnuss-Schalen unterliegen ebenfalls keinen besonderen Beschränkungen, insbesondere nicht in Bezug auf bestimmte Reis- oder Erdnusssorten. Reisschalen ergeben bessere Ergebnisse und sind daher bevorzugt. Sie lassen sich sehr gut pulverisieren und optimal mit dem PVC-Harz vermischen. Außerdem enthalten sie weniger Lignin (nur etwa 5 %) und bleichen daher unter Witterungseinfluss (Sonne, Regen) weniger oder gar nicht aus.

[0014] Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäß einzusetzenden Zusammensetzung zur Herstellung eines Holzimitats sind das PVC-Harz und das Reis- und/oder Erdnuss-Schalenpulver etwa im Verhältnis 50:50 gemischt. Die Mischungsreihenfolge ist dabei generell beliebig.

[0015] Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zusammensetzung zur Herstellung eines Holzimitats ist/sind dem Gemisch aus PVC- Harz und/oder Reis- und/oder Erdnuss-Schalenpulver auch noch einer oder mehrere der folgenden Zusatzstoffe bzw. Additive beigemischt: chemische(r) Binder auf Thermoplastkunststoffbasis (z.B. Poly(meth)acrylat), Farbpigment(e) (z.B. Kreide, Titandioxid, Rußschwarz, rotes Eisenoxid, Ocker), Schmier- bzw. Gleitmittel (z.B. Fettsäuresalze wie Calciumstearat, Fettsäureester, Fettsäureamide, Paraffin wachse, Polyethylenwachse, mikrokristallines Paraffin), Calciumcarbonat und PVC- Verarbeitungshilfsmittel ("Processing aids") (z.B. Wärme- und Witterungsstabilisatoren, Antioxidantien, Alterungsschutzmittel, Lichtstabilisatoren, Ultraviolettabsorber, Antistatikmittel). Die vorgenannten Zusatzstoffe sind im Fachhandel erhältlich. Die zusätzlichen Komponenten können gleichzeitig mit dem PVC-Harz und den Reis- bzw. Erdnussschalenpulver oder auch in mehreren Stufen damit vermischt werden.

[0016] Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäß einzusetzenden Zusammensetzung zur Herstellung eines Holzimitats enthält ein Gemisch aus 30 - 40 Gew.-%, beispielsweise 31 - 37 Gew.-%, PVC-Harz, 30 - 40 Gew.-%, beispielsweise 33 - 36 Gew.-%, Reis- und/oder Erdnuss-Schalenpulver mit einer Teilchengröße von 0,42- 0,25 mm (40 - 60 mesh), 8 - 12 Gew.%, und optional beispielsweise 7 - 9 Gew.- %, chemische(r) Binder auf Thermoplastkunststoffbasis, 0,5 - 1 Gew.-% Farbpigment(e), 2 - 4 Gew.-% Schmier- bzw. Gleitmittel, 12 - 18 Gew.-%, beispielsweise 1 1 - 15 Gew.-%, Calciumcarbonat und 8 - 12 Gew.-% PVC- Verarbeitungshilfsmittel.

[0017] Der chemische Binder auf Thermoplastkunststoffbasis hat beispielsweise die Funktion, Feuchtigkeit oder Lösungsmittel von Naturstofffasern zu entfernen und verbindet bzw. vernetzt sich stark mit dem "nonwoven web" bzw. Netzwerk aus Naturstofffasern. PVC-Verarbeitungshilfsmittel ("PVC Processing aids") können die Verschmelzung ("Fusion") beschleunigen, die Schmelzstärke bw. Zähigkeit der Schmelze ("melt strenght") verbessern, Oberflächendefekte eliminieren und das "place out" verringern. Außerdem können sie im Produktionsprozess die

Metallablösungseigenschaften verstärken. Geeignete Binder und

Verarbeitungshilfsmittel sind dem Fachmann auf dem Gebiet der PVC-Verarbeitung geläufig und im Handel in großer Auswahl verfügbar.

[0018] Bei einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen

Zusammensetzung zur Herstellung eines Holzimitats haben die PVC-Harzteilchen und das Reis- bzw. Erdnussschalenpulver etwa die gleiche Korngröße.

[0019] Das erfindungsgemäß einzusetzende Holzimitat ist durch Extrusion einer hier beschriebenen Zusammensetzung herstellbar. Das durch Extrusion erhaltene Produkt hat dabei üblicher Weise die Form einer Platte oder Leiste, so dass es einfach mit der mindestens einen Schicht aus Holz verbunden werden kann.

[0020] Das angewendete Extrusionsverfahren unterliegt keinen besonderen Beschränkungen. Es können beliebige handelsübliche Extruder eingesetzt werden. Die Bedienung erfolgt nach den Herstellerinstruktionen. Dem Fachmann ist klar, dass die erfindungsgemäße Zusammensetzung unter den Extrusionsbedingungen (z.B. Temperatur und Druck) ausreichend homogenisiert und verflüssigt werden muss, so dass sie durch die Extruderdüse gepresst werden kann. Geeignete Extrusionsbedingungen sind entweder die vom Hersteller spezifizierten oder werden vom Fachmann durch einfache Routineversuche ermittelt. Die Geometrie der verwendeten Extrusionsdüse bestimmt bekanntermaßen die Form bzw. das Profil des erhaltenen Extrusionsprodukts. Das durch Extrusion erhaltene Produkt kann beispielsweise die Form einer Platte haben oder ein Profil sein.

[0021] Beispielsweise wird das PVC-Harz in einem Hochgeschwindigkeitsmischer mit getrocknetem Reisschalenpulver (Teilchengröße 40 - 60 mesh, Feuchtigkeitsgehalt z.B. 0,5 bis 1 ,0 %) und optional Füllstoff (z.B. Calciumcarbonat) 5 min bei 125 - 140 °C vermischt. Die optionalen Additive wie Farbpigment, Stabilisator, Verarbeitungshilfsmittel, Gleitmittel (z.B. Epoxy-Sojaöl, Wachs) werden in einem kleinen Mischer/Blender 10 min durchmischt und dann in den Hochgeschwindigkeitsmischer zu dem Gemisch aus PVC- Harz/Reisschalenpulver/Füllstoff gegeben. Dann wird das gesamte Gemisch weitere 10 min homogen durchmischt. Schließlich wird das Gemisch in einem Kühltank ca. 30 min abkühlen gelassen und dann mit einem Doppel- bzw. Zwillingsschneckenextruder bei einer geregelten Temperatur im Bereich von beispielsweise 150 - 210 °C oder 160 - 175 °C zu dem erfindungsgemäßen Holzimitat als Endprodukt extrudiert.

[0022] Vorzugsweise wird nach der Extrusion die auf der Oberfläche des Extrusionsprodukts gebildete Kunststoffhaut entfernt. Dadurch entsteht die sehr holzähnliche Haptik und Optik des Holzimitats, was den Einsatz im Verbund mit Holz im Hinblick auf die Optik des Endprodukts verbessert. Durch die Entfernung der Kunststoffhaut hat das Holzimitat auch eine gute Rutschfestigkeit. Der Farbton des Holzimitats kann durch die in der zu seiner Herstellung verwendeten Zusammensetzung enthaltenen Farbpigmente gesteuert werden. Praktischerweise wird kein intensiver Farbton eingestellt, sondern ein vergleichsweise eher blässerer. Der endgültige gewünschte Farbton wird dann durch Lackieren oder Lasieren des aus dem Holzimitat hergestellten Produkts eingestellt. Dadurch erspart man sich die Herstellung und Lagerung einer Vielzahl von Holzimitaten mit unterschiedlichen Farbtönen.

[0023] Beispielsweise kann die Kunststoffhaut durch Abschleifen entfernt werden. Das Abschleifen kann z.B. mit einem Schleifmaterial wie Sand- oder Schleifpapier mit einer Körnung im Bereich von 24 bis 300 durchgeführt werden, beispielsweise unter Verwendung eines elektrisch betriebenen Handschleifers. Bei der Körnung steht ein kleinerer Zahlenwert für eine gröbere Körnung und ein höherer Zahlenwert für eine feinere Körnung. Eine Körnung von 24 ist eher grob und eignet sich z.B. zum Entfernen von Leim- oder Lackschichten, während eine Körnung von 60 eher mittel ist und beispielsweise zum groben Vorschleifen roher Holzflächen verwendet wird. Feinere Körnungen werden ggf. anschließend zur Fertigstellung einer glatten und optisch feinen Oberfläche verwendet. Die geeignete Körnung wählt der Fachmann nach Maßgabe der praktischen Gegebenheiten bzw. des zu erzielenden Effekts.

[0024] Alternativ kann die Kunststoffhaut auch auf andere Weise entfernt werden, beispielsweise durch Abhobeln oder Sandstrahlen.

[0025] Bei einer weiteren Ausführungsform des Holzimitats wird dessen Oberfläche, ggf. nach einer entsprechenden Vorbehandlung (z.B. Grundierung), lackiert oder lasiert bzw. geölt. Zum Lackieren eignen sich beispielsweise wasserbasierte einkomponentige Lacke. Für die Extrem benutzung eignen sich besonders zweikomponentige Lacke. Dabei können nichtdeckende Lasuren und Lacke zum Einsatz kommen aber selbstverständlich auch deckende Anstriche, wie Farblacke, die je nach Einsatzzweck ausgewählt werden. So werden Elemente für Wintergärten etc. häufig mit einer deckenden weißen Farbe ausgestaltet.

[0026] Je nach Pigmentierung und Oberflächentönung lassen sich auch verschiedene Holzoptiken und - haptiken realisieren, z.B. von Tropenholz wie Burma Teak, Siam Teak, Java Teak oder Aged teak, aber auch von Hölzern wie Lärche etc. die häufig im Bereich Fenster- und Türenbau eingesetzt werden.

[0027] Durch seine Stabilität, Formbeständigkeit und absolute Widerstandsfähigkeit gegenüber Feuchtigkeitseinflüssen wie Regen ist das erfindungsgemäß einzusetzende Holzimitat den konventionellen Holz/PE-Compositen (WPCs) und auch vielen Holzarten weit überlegen. Aus dem Holzimitat hergestellte Oberflächen von beispielsweise Fenster- oder Türelemente sind nahezu wasserdicht. Das verwendete PVC ist nicht hygroskopisch und nimmt kein Wasser auf und verhindert so das Eindringen von Wasser selbst bei einer Verletzung der Oberfläche, so dass keine Unterwanderung von aufgetragenen Lackschichten erfolgt und keine Lackabplatzungen auftreten. Das erfindungsgemäß einzusetzende Holzimitat ist daher auch dimensionsstabil, so dass eine Verformung auf natürlichem Wege (z.B. durch Aufquellen oder Schwinden) nicht möglich ist. Konventionelle Holz/PE-Composite quellen dagegen unter Feuchtigkeitseinfluß. Lacke haften nicht mehr, weil das eindringende Wasser diese unterwandert und dadurch ablöst.

[0028] Das Holzimitat bzw. der erfindungsgemäße Werkstoff hat auf der mit dem Holzimitat versehenen Oberfläche eine sehr holzähnliche Optik wie auch Haptik, und bietet gegenüber den allermeisten Holzarten alleine in vielerlei Hinsicht wesentlich verbesserte Eigenschaften.

[0029] Aufgrund der polaren Eigenschaften des verwendeten PVCs kann die Oberfläche des Holzimitats problemlos geölt, lasiert oder lackiert werden, so dass sich der neue Werkstoff besonders eignet für die Herstellung der vorstehend genannten Elemente Die polaren Eigenschaften erlauben auch eine leichte Verklebbarkeit und verleihen antistatische Eigenschaften. Konventionelle Holz/PE-Composite (WPCs) sind wegen der nichtpolaren Eigenschaften von PE nicht oder nur sehr schwer lackierbar, nicht verklebbar und nicht antistatisch.

[0030] Aufgrund der hervorragenden Festigkeit ist das Einschlagen von Nägeln oder das Eindrehen von Schrauben in das Holzimitat wie bei üblichen Holzmaterialien möglich. Auch die maschinelle Bearbeitung ist problemlos, so dass einfaches Durchschneiden mit einer Säge, Bohren, Fräsen, Schleifen oder sogar Sandstrahlen möglich ist. Das Holzimitat reißt nicht und splittert nicht, und Schnittabfälle sind zu 100 % recyclebar.

[0031] Der erfindungsgemäße Werkstoff eignet sich daher besonders zur Herstellung von Elementen zur Herstellung von Fenstern oder Türen oder anderen Bauelementen und Umrandungen, mit oder ohne Einsätzen, wie Glaseinsätzen, wie sie beispielsweise bei Wintergärten zum Einsatz kommen, bei denen eine Seite der Witterung ausgesetzt ist. Diese Elemente, wie Fensterkanteln etc. können aus dem Werkstoff in konventioneller Weise hergestellt werde, da sich der erfindungsgemäße Werkstoff wie Holz verarbeiten lässt.

[0032] Im erfindungsgemäßen Werkstoff können die jeweiligen Schichtdicken für die Schicht aus Holzimitat sowie die mindestens eine Schicht aus Holz frei gewählt werden, je nach gewünschtem Einsatzzweck. Dabei haben sich schichtdicken im Bereich von 0,5 bis 10 cm, bevorzugt 1 bis 8 cm als geeignet erwiesen. Typischer Weise ist die Schicht aus Holzimitat dünner als die Holzschicht(en). Die Dicke der Schicht aus Holzimitat wird bevorzugt dabei so eingestellt, dass bei der Endverwendung sichergestellt ist, dass lediglich die Schicht aus Holzimitat der Witterung ausgesetzt ist (während die Holzschicht geschützt darunter vorliegt).