Bahnmaterial gebildet sind; Melaminharz-freies Imprägnat

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen und Vorkondensieren von imprägnaten, welche aus mit Kunstharz getränktem, folienartigem Bahnmaterial gebildet sind. Derartige Imprägnate werden einzeln oder in Form eines aus solchen Imprägnaten gebildeten Laminats beispielsweise zur Beschichtung von aus Holzwerkstoff gebildeten Grundkörpern verwendet, so etwa bei der Herstellung von Paneelen zur Verkleidung von Oberflächen, beispielsweise Fußböden.

Als Bahnmaterial kommt nicht nur beim Stand der Technik, sondern auch im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung insbesondere ein aus Naturfasern oder/und Kunstfasern gebildeter Verbund in Betracht, beispielsweise ein Gelege, eine Matte, ein Gewebe oder dergleichen. Dabei wird durch den Begriff „folienartig" zum Ausdruck gebracht, dass das Bahnmaterial auch nach dem Trocknen und Vorkondensieren noch flexibel ist, insbesondere auf Grund seiner geringen Dicke, die beispielsweise in der Größenordnung von 0,1 mm liegen kann. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Bahnmaterial um Papier, dessen Flächengewicht im nicht imprägnierten Zustand zwischen etwa 25 g/m ² und etwa 300 g/m ² betragen kann. Bekanntermaßen kann die Papierlage eines Imprägnats, das zur Bildung einer Sichtfläche des Endprodukts bestimmt ist, mit einem gewünschten Dekor bedruckt sein. Als Imprägnierharze werden üblicherweise Aminoplast- und Phenoplastharze eingesetzt.

Es sei bereits an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass obgleich im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung immer von „dem Kunstharz" bzw. „dem Imprägnierharz" in der Einzahl gesprochen wird, dieses Harz auch eine Mischung verschiedener Kunstharze sein kann. Um das Eindringen des Kunstharzes in das Bahnmaterial ermöglichen zu können, ist das Kunstharz mit einem Lösungsmittel, beispielsweise Wasser, versetzt, dessen Funktion es ist, die Viskosität des Kunstharzes zu senken. Ist das Bahnmaterial mit Kunstharz getränkt bzw. imprägniert, so muss das Lösungsmittel vor der Weiterverarbeitung wieder aus dem so gebildeten Imprägnat entfernt werden, d.h. das Imprägnat muss getrocknet werden. Da die zum Imprägnieren des Bahnmaterials verwendeten Kunstharze üblicherweise wärmehärtend sind, geht mit dieser Trocknung des Imprägnats gleich- zeitig eine Kondensation des Kunstharzes, d.h. eine Erhöhung des Molekülgewichtes des Harzes einher. Diese Vorhärtung ist erwünscht, da sie den Energie- und Zeitbedarf für das Durchhärten des Harzes bei der Weiterverarbeitung reduziert, insbesondere beim Beschichten eines Grundkörper aus Holzwerkstoff mit einem solchen Imprägnat.

Im Stand der Technik - beispielhaft sei auf die EP 0 264 637 A1 verwiesen - werden solche Imprägnate üblicherweise mit erwärmter Luft getrocknet. Dabei gibt die Luft ihre Energie an die beiden Oberflächen des Imprägnats ab, von wo sie ins Innere des Imprägnats wandert. In Folge der Erwärmung des Imprägnats erwärmt sich auch das dem Harz zur Ermöglichung des Impräg- nierens beigemischte Lösungsmittel, beispielsweise Wasser, wandert zu den Oberflächen des Imprägnats, wo es verdunstet. Da die Wärmeleitung ins Innere des Imprägnats und der Stofftransport des Lösungsmittel zu dessen Oberflächen diffusionskontrolliert ablaufen, stellen sich im Imprägnat ein von den Oberflächen zum Inneren hin abfallender Temperaturgradient und ein vom Inneren zu den Oberflächen hin abfallender Lösungsmittelgradient ein. Da die Trocknung in der industriellen Anwendung im Hinblick auf eine möglichst hohe Produktivität möglichst schnell erfolgen muss, muss die Trocknungsluft eine sehr hohe Temperatur aufweisen. Die hieraus resul- tierende hohe Temperaturdifferenz zwischen den Oberflächen und dem Inneren des Imprägnats zieht vielfältige Nachteile nach sich. Hat man das Imprägnat auf eine vorbestimmte „Restfeuchte" getrocknet, so ist das Imprägnat tatsächlich an den Oberflächen trockener und in seinem Inneren feuchter, als es der Wert des über den gesamten Querschnitt des Imprägnats gemittelten Parameters „Restfeuchte" angibt. Wenn der Trock- nungsgrad, den das Imprägnat an seiner Oberfläche aufweist, das Stapeln solcher Imprägnate bis zu deren Weiterverarbeitung beim Beschichten von Grundkörpern grundsätzlich erlaubt, kann es daher während der Lagerung dennoch zum Verkleben der Imprägnate kommen, da die überschüssige Feuchte aus dem Inneren des Imprägnats zu den Oberflächen diffundiert und dort das Harz wieder klebrig werden lässt. Dieser Effekt begrenzt die maximale Lagerzeit von Imprägnaten.

Eine Erhöhung des Trocknungsgrades, d.h. eine Reduzierung der Restfeuchte, die diesen Effekt verhindern könnte, ist aber auf Grund der gleich- zeitigen Kondensation des Kunstharzes nicht ohne Weiteres möglich. Insbesondere steigt bei starker Trocknung durch die große Hitzeeinwirkung an der Oberfläche des Imprägnats der Kondensationsgrad unerwünscht stark an. Da sich diese hoch kondensierte Schicht durch den Anstieg der Molmasse im Verlauf der Trocknung zunehmend verfestigt, bildet sich an der Ober- fläche eine kompakte Schicht, obwohl aus dem Inneren des Imprägnats weiterhin Feuchte an die Oberfläche dringt. Der Dampfdruck im Inneren des Materials steigt also immer weiter und durchstößt schließlich die oberflächlich bereits hart gewordene Harzschicht. Es bilden sich Dampfblasen bzw. Krater. Das Aufplatzen der Krater führt zu Staubbildung. Dieser Staub, der aus überhärtetem Harz besteht, verliert den Verbund zum Bahnmaterial verteilt sich in der Trocknungsluft. Dies führt zu Verunreinigung der Anlage und zu einer verringerten Harzausbeute. Im Extremfall wird durch die oberflächliche Hitzeeinwirkung die Harzschicht so weit vorgehärtet, dass in der Weiterverarbeitung die Viskosität des Harzes derart hoch ist, dass die Aus- bildung einer dekorativen Oberfläche gestört ist und sich beispielsweise durch zu geringen Harzfluss in der Weiterverarbeitung offenporige Oberflächen ausbilden. Darüber hinaus kann die Transparenz des Harzes beeinträchtigt werden, weil sich Gelteilchen bilden, welche sich nicht mehr mit der restlichen Harzmatrix verbinden und somit als optische Fehlstellen im Harzverbund erhalten bleiben.

Die WO 2007/065222 A1 versucht die beschriebenen Nachteile durch Strah- lungstrocknung mittels Nahinfrarotstrahlung (NIR-Strahlung) zu vermeiden. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass dieses Verfahren erhebliche Nachteile gegenüber der konventionellen Heißluft-Trocknung besitzt.

Ein großer Nachteil des NIR-Trocknungsverfahrens ist die starke Abhängig- keit des Trocknungsgrades von der Farbe des Imprägnats. Dies führt insbesondere beim Trocknen vielfarbiger Dekorpapiere zu nicht akzeptablen Ergebnissen. Nachteilig ist ferner die Notwendigkeit, den Trocknungskanal mit einer Vielzahl von Reflektoren auszustatten, die die Energieausbeute der NIR-Strahlung durch Mehrfachnutzung verbessern sollen. Diese Reflektoren werden durch Kondensatabscheidung und Belagsbildung ständig verunreinigt, so dass sich ein effizienter Prozess auf Dauer nicht aufrecht erhalten lässt. Bereits auf Grund dieser beiden Nachteile lässt sich die NIR-Trock- nung - speziell im industriellen Dauerbetrieb - nicht wirtschaftlich betreiben.

Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der gattungsgemäßen Art anzugeben, mit welchem sich eine gleichmäßigere Trocknung des Imprägnats und eine gleichmäßigere Vorkondensation des Kunstharzes erzielen lässt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei welchem das mit Kunstharz getränkte, folienartige Bahnmaterial in einer Behandlungsvorrichtung mit Mikrowellen bestrahlt wird. Es hat sich gezeigt, dass Mikrowellenstrahlung im Unterschied zu NIR- Strahlung von dem mit Kunstharz getränkten Bahnmaterial unabhängig von der jeweiligen Färbung der Oberfläche absorbiert wird, und zwar über die gesamte Dicke des Bahnmaterials hinweg mit im Wesentlichen dem gleichen Absorptionsgrad. Somit ist zur Erwärmung des Inneren des Imprägnats kein von den Oberflächen des Bahnmaterials ausgehender Energietransport erforderlich, sondern es bildet sich ein über die gesamte Dicke des Materials im Wesentlichen konstanter Temperaturverlauf aus. Allenfalls an den Oberflächen des Imprägnats kann es durch die dort stattfindende Verdunstung des Lösungsmittels zu einer lokalen Abkühlung kommen. Allerdings wird diese Abkühlung durch aus dem Inneren des Imprägnats nachgeführtes erwärmtes Lösungsmittel kontinuierlich ausgeglichen. Infolgedessen trocknet das Imprägnat über seine gesamte Dicke im Wesentlichen gleichmäßig, so dass dann, wenn an den Oberflächen ein für die Lagerung geeigneter Trocknungsgrad erreicht ist, sichergestellt ist, dass zumindest dieser Trocknungs- grad auch im Inneren des Imprägnats vorliegt, und verhindert ist, dass das Harz durch aus dem Inneren nachdiffundierendes Lösungsmittel wieder klebrig wird. Gleichzeitig ist sichergestellt, dass auch die Vorkondensation über die gesamte Dicke des Imprägnats im Wesentlichen gleichmäßig abläuft. Dabei ist durch die an den Oberflächen eher niedrigere Temperatur zudem sichergestellt, dass derjenige Teil des Harzes, der bei der Weiterverarbeitung für die Qualität der Oberfläche entscheidend ist, noch eine ausreichend niedrige Viskosität aufweist, um ohne Porenbildung, Einschluss von Gelteilchen oder dergleichen die Qualität der Oberfläche beeinträchtigenden Effekten als geschlossene Oberfläche voll ausgehärtet zu werden.

An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass der Einsatz von Mikrowellenstrahlung aus der WO 2006/056175 A1 zum Zwecke der Trocknung von Faserplatten grundsätzlich bekannt ist. Allerdings weisen diese Faserplatten eine erheblich größere Dicke auf als die erfindungsgemäß eingesetzten folienartigen Bahnmaterialien. Zudem müssen sie ausschließlich getrocknet werden, während erfindungsgemäß auch die gleichzeitig stattfindende Vorkondensation des Kunstharzes zu berücksichtigen ist.

Wie vorstehend bereits erwähnt wurde, haben die erfindungsgemäß einge- setzten Imprägnate die Eigenschaft klebrig zu sein, und dies insbesondere dann, wenn das Kunstharz, mit dem das Bahnmaterial getränkt worden ist, noch feucht ist. An Führungselementen anhaftende Rückstände, insbesondere Kunstharz und gegebenenfalls mit diesem verbundenes Fasermaterial, - Q - können aber auf Dauer zu Störungen an der Produktoberfläche oder gar zum Reißen des Bahnmaterials führen. Um derartigen Verunreinigungen der Behandlungsvorrichtung vorbeugen zu können, wird daher vorgeschlagen, das Bahnmaterial kontaktfrei durch die Behandlungsvorrichtung zu führen, vorzugsweise mittels wenigstens eines Luftpolsters, welches beispielsweise mittels Düsenkästen erzeugt werden kann.

Die von diesen Düsenkästen ausgestoßene Luft kann ferner dazu genutzt werden, die aus dem Bahnmaterial austretende Feuchtigkeit abzuführen. Zu diesem Zweck braucht also kein zusätzliches Gebläse vorgesehen zu werden, sondern kann ausschließlich durch die von den Düsenkästen ausgestoßene Luft abgeführt werden. Dies vereinfacht und verbilligt den Gesamtaufbau der Behandlungsvorrichtung.

Ist die von den Düsenkästen ausgestoßene Luft erwärmt, so kann sie pro Volumeneinheit mehr Feuchtigkeit aufnehmen und abtransportieren. Vor den Hintergrund der vorstehenden Ausführungen versteht es sich aber, dass die Temperatur des Luftpolsters nicht so hoch sein darf, dass es zu einer Übertrocknung und Überkondensierung der Oberflächen des Bahnmaterials kommt.

Da die von den Düsenkästen ausgestoßene Luft erfindungsgemäß ausschließlich zum Abtransport der vom Bahnmaterial abgegebenen Feuchtigkeit bestimmt ist und nicht zum Erwärmen des Imprägnats genutzt wird, kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren mit erheblich geringeren Luftmengen gearbeitet werden. Dies hat entsprechend niedrigere Strömungsgeschwindigkeiten an den Oberflächen des Bahnmaterials zur Folge. Daher besteht bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht die Gefahr, dass an den Oberflächen des Bahnmaterials Aerosole gebildet und von der Oberfläche weg- getragen werden. Auch dies trägt zur Reduzierung der Verunreinigung der Behandlungsvorrichtung bei. Durch die hohe Sättigung der abgeführten Luft mit Feuchte und gleichzeitig durch die Abwesenheit von belagsbildenden Aerosolen ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zudem möglich, die von der Oberfläche des Bahnmaterials abgeführte Feuchte in einem nachgelagerten Schritt zu kon- densieren und somit wiederzugewinnen. Das Kondensat enthält flüchtige niedrigmolekulare Anteile des Imprägnierharzes, die wieder in den Produk- tionsprozess eingeschleust werden können. Dadurch wird die stoffliche und energetische Effizienz des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter erhöht. Außerdem sinkt die Belastung des Abgases mit organischen Substanzen, wodurch die Abgasreinigung entlastet wird bzw. kleiner dimensioniert werden kann.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass die Behandlungsvorrichtung eine Mehrzahl von Mikrowellenabstrahleinheiten umfasst. Die Frequenz der von diesen Abstrahleinheiten abgestrahlten Mikrowellenstrahlung beträgt beispielsweise .zwischen 900 MHz und 18 GHz, vorzugsweise 2,45 GHz. Diese Mehrzahl von Abstrahleinheiten kann zur Erzielung diverser vorteilhafter Effekte genutzt werden. Beispielsweise kann eine noch gleichmäßigere Trocknung und Vorkondensation des Imprägnats erzielt werden, wenn die Mikrowellenabstrahleinheiten beidseits des Bahnmaterials angeordnet sind. Zusätzlich oder alternativ kann dem in Förderrichtung des Imprägnats durch die Behandlungsvorrichtung zunehmenden Trocknungsund Vorkondensationsgrad des Imprägnats dadurch Rechnung getragen werden, dass die Intensität der von den Mikrowellenabstrahleinheiten abgestrahlten Mikrowellenstrahlung in Förderrichtung des Bahnmaterials durch die Behandlungsvorrichtung abnimmt oder in anderer geeigneter Art und Weise variiert.

Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass durch das erfindungsgemäße Verfahren die Trocknung nicht nur gleichmäßiger, sondern auch schneller vonstatten geht. Dies hat zur Folge, dass der Vorkondensationsgrad des Kunstharzes nach Abschluss der Trocknung niedriger ist als bei den herkömmlichen Trocknungsverfahren. Die gleichmäßige Trocknung ermöglicht es aber, Imprägnate mit besonders niedrigem Kondensationsgrad herzustellen, ohne dass diese Imprägnate eine Klebeneigung aufweisen. Daher braucht dem Kunstharz vor dem Trän- ken des Bahnmaterials weniger Lösungsmittel zugesetzt zu werden, um bei Abschluss der Trocknung einen ausreichend hohen Kondensationsgrad sicherstellen zu können. Es kann also erfindungsgemäß mit viskoseren Harzen gearbeitet werden, als dies nach dem Stand der Technik möglich war. Dies ist insbesondere auf Grund der Einsparung derjenigen Energie von Vorteil, die herkömmlich dafür aufgewendet werden musste, um dem Imprägnat die zusätzlich zugeführte Feuchtigkeit wieder zu entziehen. Die Viskosität des Harzes kann beispielsweise zwischen etwa 20 mPas und etwa 700 mPas, vorzugsweise zwischen etwa 50 mPas und etwa 300 mPas, betragen (jeweils gemessen mit einem Brookfield-Viskosimeter bei einer Messtemperatur von 25 ⁰ C).

Dieser Effekt kann aber auch dazu genutzt werden, ein Imprägnat unter Verwendung eines Kunstharzes herzustellen, das kein Melaminharz enthält, sondern beispielsweise ausschließlich Harnstoffharze. Dies ist auf Grund der mit der Verwendung von Melaminharzen verbundenen hohen Kosten von Vorteil. Bei Einsatz herkömmlicher Trocknungsverfahren konnte auf Basis ausschließlich von Harnstoffharzen wegen des unvermeidbaren hohen Kondensationsgrades kein Imprägnat hergestellt werden, welches über genügend Fließfähigkeit verfügte, um bei der späteren Weiterverarbeitung in einer Beschichtungspresse mit einem Grundkörper eine ausreichende

Haftung eingehen zu können. Überraschenderweise hat sich aber gezeigt, dass die gleichen Imprägnate nach der Trocknung mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens einen so niedrigen Vorkondensationsgrad aufwiesen, dass die Harnstoffharze über eine so hohe Fließfähigkeit verfügten, dass zwischen dem Imprägnat und dem Grundkörper eine ausreichende Haftung erzielt werden konnte. Nach einem weiteren Gesichtspunkt betrifft die Erfindung daher ein Melaminharz-freies Imprägnat. Nachzutragen ist noch, dass als Imprägnierharze insbesondere folgende Harze in Betracht kommen: Harnstoff-Formaldehyd-Harz, Melamin- Formaldehyd-Harz, Melamin-Harnstoff-Formaldehyd-Harz (MUF), Melamin- Harnstoff-Phenol-Formaldehyd-Harz (MUPF), Phenol-Formaldehyd-Harz (PF), Tanninharze, Resorcinol-Formaldehyd-Harze, Silikonharze.

Die Erfindung wird im Folgenden an einem Ausführungbeispiel mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert werden. Es stellt dar:

Figur 1 eine schematische Darstellung einr erfindungsgemäßen Behandlungsvorrichtung, mit deren Hilfe das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.

In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Behandlungsvorrichtung ganz allge- mein mit 10 bezeichnet. Sie umfasst ein Gehäuse 12 mit einem Eingang 12a, durch welchen ein Imprägnat 14 in das Gehäuse 12 eintritt, und einem Ausgang 12b, durch welchen das Imprägnat 14 wieder aus dem Gehäuse 12 austritt. Sowohl der Eingang 12a als auch der Ausgang 12b sind von einem Nip 12a1 bzw. 12b1 gebildet, d.h. einem Spalt, den die Rollen eines Rollen- paars 16 bzw. eines Rollenpaars 18 zwischen sich bilden. Die Höhe dieses Spaltes 12a1 bzw. 12b1 ist geringfügig größer bemessen als die Dicke des Imprägnats 14 und beträgt beispielsweise etwa 0,1 mm.

Im Innenraum 12c des Gehäuses 12 ist das Imprägnat 14 zwischen dem Eingang 12a und dem Ausgang 12b von einem Luftpolster 20 berührungslos geführt. Dieses Luftpolster 20 wird von Düsenkästen 22 erzeugt, denen über eine Zufuhrleitung 24 (in Figur 1 ist nur die Zufuhrleitung 24 des ganz links angeordneten Düsenkastens 22 dargestellt) Luft von einem (nicht dargestellten) Gebläse zugeführt wird. Über Abluftkästen 26 wird die Luft über Abluft- leitungen 28 (in Figur 1 ist nur die Abluftleitung 28 des ganz links angeordneten Abluftkastens 26 dargestellt) wieder aus dem Innenraum 12c des Gehäuses 12 abgeführt. Ferner ist im Innenraum 12c des Gehäuses 12 eine Mehrzahl von Mikrowellenantennen 30 angeordnet, welche das Imprägnat 14 mit Mikrowellen bestrahlen. Die Mikrowellenstrahlung wird von der im Imprägnat 14 enthaltenen Feuchtigkeit im gesamten Volumen des Imprägnats 14 im We- sentlichen gleichmäßig absorbiert. In Folge dessen erwärmt sich die Feuchtigkeit und damit einhergehend auch das Imprägnat 14 einschließlich des Kunstharzes, mit dem das Imprägnat 14 getränkt ist. An den Oberflächen 14a des Imprägnats 14 verdunstet die Feuchtigkeit und es entsteht ein Feuchtigkeitsgradient. Auf Grund dieses Feuchtigkeitsgradienten diffundiert Feuchtigkeit auch aus dem Inneren des Imprägnats 14 an die Oberflächen 14a und verdunstet dort. Wesentlich ist aber, dass die Temperatur über die gesamte Dicke des Imprägnats 14 im Wesentlichen konstant ist, da dies eine gleichmäßige Vorkondensation des Harzes in dem Imprägnat 14 bewirkt.

Um die Gleichmäßigkeit der Absorption der Mikrowellenstrahlung zu verbessern, sind die Mikrowellenantennen 30 beidseits des Imprägnats 14 angeordnet, d.h. in der Darstellung von Figur 1 sowohl oberhalb als auch unterhalb des Imprägnats 14. Ferner kann die den Mikrowellenantennen 30 zugeführte Energie von einer Steuereinheit 32 für jede einzelne Mikrowellenantenne 30 gesondert festgelegt und über eine Zufuhrleitung 34 (in Figur 1 ist nur die Zufuhrleitung 34 für die ganz links angeordnete Antenne 30 dargestellt) zugeführt werden. Dies ermöglicht es, im Innenraum 12c des Gehäuses 12 ein gewünschtes Strahlungsintensitätsprofil mit in Förderrich- tung F des Imprägnats 14 variierender Strahlungsintensität festzulegen, beispielsweise ein Profil mit vom Eingang 12a zum Ausgang 12b hin abnehmender Strahlungsintensität.

Wie in Figur 1 dargestellt ist, sind auch die Düsenkästen 22 nicht nur unter- halb des Imprägnats 14 angeordnet, sondern alternierend oberhalb und unterhalb. Das Gleiche gilt auch für die Abluftkästen 26. Die von den Düsenkästen 22 ausgestoßene Luft dient nämlich nicht nur zum kontaktfreien Tragen und Führen des Imprägnats 14, sondern auch zum Abführen der Feuchtigkeit, welche von beiden Oberflächen 14a des Imprägnats 14 verdunstet. Die mit Feuchtigkeit beladene Luft wird von den Abluftkästen 26 gesammelt und über die Abluftleitungen 28 einer Kondensationsvorrichtung 36 zugeführt, welche die Feuchtigkeit kondensiert und einem Sammelbehälter 38 zuführt, während sie die entfeuchtete Abluft an eine Abgasnachbehandlungsanlage 40 weiterleitet. Das im Sammelbehälter 38 gesammelte Kondensat kann wieder in den Produktionsprozess rückgeführt werden.