Verfahren zur Herstellung von Werkstoffplatten und Werkstoffplatte

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Werkstoffplatten aus Span- oder Fasermaterial, insbesondere von Spanplatten, LDF-Platten ([ow density fiberboard - niederdichte Faserplatten), MDF- Platten (rnedium density fiberboard - mitteldichte Faserplatten), HDF-Platten (high density fiberboard - hochdichte Faserplatten) und OSB-Platten (oriented Strandboard - Spanplatten aus richtungsorientiert gestreuten Spänen).

Bei einem bekannten gattungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Spanplatten, werden die beispielsweise durch Zerspanen von Holz bereitgestellten Holzspäne zunächst getrocknet und anschließend nach Spangröße sortiert, beispielsweise in zwei Klassen, nämlich die größeren Mittelschichtspäne und die kleineren Deckschichtspäne, und entweder getrennt gelagert oder unmittelbar der weiteren Verarbeitung zugeführt. üblicherweise werden die Späne dann beleimt und so auf ein Förderband gestreut, dass die Deckschichtspäne außen und die Mittelschichtspäne in der Mitte des ungepressten Spanbetts angeordnet sind, welches schließlich in einem kontinuierlichen Prozess mittels einer Bandpresse zu Platten verpresst wird.

Auch bei der Herstellung von Faserplatten, beispielsweise MDF- oder HDF- Platten, wird in analoger Weise vorgegangen, wobei allerdings keine Unterteilung in Deckschicht- und Mittelschichtspäne vorgenommen wird, wenn auch die Fasern üblicherweise von einer Mischung aus vorbestimmten Anteilen vorbestimmter Fasertypen gebildet werden.

Herkömmlicherweise wird zur Erzielung der gewünschten mechanischen Festigkeitseigenschaften der Werkstoffplatte beispielsweise bei Spanplatten

pro Kubikmeter Volumen der Werkstoffplatte etwa 90 kg flüssiger Leim benötigt, was nach dem Aushärten etwa 60 kg festem Leim entspricht. Derartige Leimmengen sind ein wichtiger Kostenfaktor bei der Herstellung von Werkstoffplatten.

Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung von Werkstoffplatten aus Span- oder Fasermaterial bereitzustellen, das eine im Vergleich mit den herkömmlichen Verfahren kostengünstigere Herstellung ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren der gattungsgemäßen Art bereit, welches die Schritte umfasst: Bereitstellen von getrocknetem Span- oder Fasermaterial, Plasmabehandeln des getrockneten Span- oder Fasermaterials, Beleimen des plasmabehandelten Span- oder Fasermaterials, Verpressen des beleimten Span- oder Fasermaterials zu Werkstoffplatten.

Der entscheidende Unterschied zwischen dem erfindungsgemäßen und dem bekannten Verfahren besteht also darin, dass das getrocknete Span- oder Fasermaterial vor dem Beleimen erfindungsgemäß dem zusätzlichen Schritt einer Plasmabehandlung unterzogen wird. Bei einer solchen Plasmabehandlung wird ein Prozessgas im Zwischenraum zwischen zwei mit Hochspannung beaufschlagten Elektroden ionisiert. Die getrockneten Späne oder Fasern werden dem so gebildeten Prozessgasplasma ausgesetzt, sei es dass man sie durch das Plasma rieseln lässt oder dass man sie in loser Schüttung, bspw. auf einer Förderstrecke, durch das Plasma hindurchbewegt. In jedem Fall dringen die Ionen in Abhängigkeit von ihrer kinetischen Energie in die Oberfläche der Späne oder Fasern ein, und zwar beispielsweise bis zu 10 μm tief. Die dadurch bewirkten physikalischen und chemi- sehen Veränderungen an der Span- oder Faseroberfläche sind noch nicht geklärt. Es ist jedoch eine wissenschaftlich gesicherte Tatsache, dass eine solche Behandlung eine verbesserte Adhäsion der Oberfläche bewirkt, so dass, wie gewünscht, eine aufgetragene Leimschicht an einer derart behan-

delten Span- oder Faseroberfläche besser haftet.

Es war zwar ganz allgemein bekannt, dass sich Oberflächeneigenschaften durch eine Plasmabehandlung beeinflussen lassen. Es war jedoch nicht ohne Weiteres zu erwarten, dass sich hierdurch die Adhäsion von Leim an der plasmabehandelten Oberfläche von Spänen und Fasern beeinflussen und noch dazu verbessern lassen würde. Ferner war nicht zu erwarten, dass die sich überraschenderweise einstellende Adhäsipnsverbesserung auch über einen für die Lebensdauer der Werkstoffplatten und der aus diesen Werkstoffplatten hergestellten Produkte relevanten Zeitraum bestehen bleiben würde. Schließlich war auch nicht zu erwarten, dass die Adhäsionsverbesserung ein derartiges Ausmaß annehmen und beibehalten würde, dass die Einsparung an bei der Herstellung der Werkstoffplatten eingesetztem Leim die Investitions- und Betriebskosten für eine Plasmabehandlungs- anläge rechtfertigen würde. Es ist das Verdienst der Erfinder, sich über all diese Bedenken hinweggesetzt zu haben.

Wie bereits angedeutet, ist es das Verdienst der Erfinder, herausgefunden zu haben, dass sich durch den zunächst unnötig erscheinenden, zusätz- liehen und kostenintensiven Arbeitsschritt der Plasmabehandlung bei der weiteren Verarbeitung des Span- oder Fasermaterials überraschenderweise der Vorteil ergibt, dass man beim anschließenden Beleimen der plasmabehandelten Späne bzw. Fasern mit einer deutlich geringeren Leimmenge auskommt als beim herkömmlichen Verfahren, und die nach dem erfin- dungsgemäßen Verfahren hergestellten Werkstoffplatten trotz der geringeren verwendeten Leimmenge die mechanischen Anforderungen gemäß der für die einzelnen Werkstoffplatten gültigen Industrienormen dennoch erfüllen. Da die Einsparungen an der pro Kubikmeter Werkstoffplattenmaterial einzusetzenden Leimmenge die auf die Herstellung dieses Kubikmeters Werkstoffplattenmaterial umzulegenden Investitionskosten bei Weitem überwiegen, sind die Werkstoffplatten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kostengünstiger herstellbar.

Insbesondere haben die Erfinder festgestellt, dass pro Kubikmeter Werkstoff- platte nicht mehr als 75kg, vorzugsweise sogar nicht mehr als 67kg, flüssiger Leim verwendet zu werden braucht, was nach dem Aushärten einer Menge von nicht mehr als 50kg, vorzugsweise nicht mehr als 45kg, festem Leim entspricht. Dies kommt im Vergleich mit herkömmlichen Verfahren einer Leimeinsparung von mehr als 15%, vorzugsweise von mehr als 25%, gleich. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird sogar eine Leimeinsparung von etwa 30% erreicht, was der Verwendung von 63kg flüssigem Leim bzw. etwa 42kg festem Leim entspricht. Durch eine derartig hohe Leimeinsparung können die Herstellungskosten der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Werkstoffplatten stark verringert werden.

Der erfindungsgemäße Schritt der Plasmabehandlung des getrockneten Span- oder Fasermaterials kann beispielsweise dadurch verwirklicht werden, dass man in einem diskontinuierlichen Verfahren jeweils eine vorbestimmte Menge von Span- oder Fasermaterial in einer Niederdruckkammer einem Niederdruckplasma aussetzt. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass das Span- oder Fasermaterial gleichmäßig, d.h. möglichst an allen Ober- flächen sämtlicher einzelner Späne und Fasern, plasmabehandelt wird, so dass anschließend die Oberflächeneigenschaften über das gesamte Spanoder Fasermaterial homogen sind. Alternativ kann man es aber auch in einem kontinuierlichen Verfahren an einer Düse einer Vorrichtung für unter atmosphärischem Druck stehendes Plasma vorbeibewegen.

Bei beiden Verfahrensalternativen kann das bei der Plasmabehandlung verwendete Prozessgas als Hauptkomponente Sauerstoff oder/und Stickstoff oder/und Argon umfassen. Bei der Verwendung eines Niederdruckplasmas zur Plasmabehandlung kann so beispielsweise Luft als Prozessgas verwen- det werden, wodurch eine aufwendige Evakuierung der Niederdruckkammer vor dem Einleiten des Prozessgases verhindert werden kann, und der Druck in der Niederdruckkammer nach dem Beladen lediglich auf den für die Plasmabehandlung erforderlichen Druck (in der Größenordnung von 0,5 bis

5 mbar) verringert zu werden braucht.

In Weiterbildung der Erfindung kann das bei der Plasmabehandlung verwendete Prozessgas als Zusatzkomponente Fluor umfassen. Erfindungsgemäß wurde nämlich festgestellt, dass durch die Zugabe von Fluor zum Prozessgas das Quellverhalten der Späne oder Fasern unter Feuchteeinwirkung vorteilhaft beeinflusst werden kann, d.h. das Aufquellen der Späne oder Fasern unter Feuchteeinwirkung reduziert werden kann. Dies führt zu einer deutlich erhöhten Stabilität der so hergestellten Werkstoffplatten gegenüber Feuchteeinwirkung. Herkömmlich wird bei der Herstellung von Spanplatten zur Verringerung des unerwünschten Aufquellens eine Paraffinemulsion zugegeben. Durch die Plasmabehandlung mit einem Fluor enthaltenden Prozessgas kann auf den Einsatz von Paraffinemulsion ganz oder zumindest teilweise verzichtet werden. Dies erbringt eine weitere Kostenersparnis.

Die Dauer der Plasmabehandlung des Span- oder Fasermaterials kann vorzugsweise 1 bis 10 Minuten betragen. Dadurch können bei einem möglichst hohen Durchsatz an Span- oder Fasermaterial ausreichend gute Oberflächeneigenschaften der Späne oder Fasern erzielt werden.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass das Span- oder Fasermaterial vor der Plasmabehandlung in mehreren Gruppen vorliegt, die sich je nach Größe der einzelnen Späne und Fasern unterscheiden. Ferner können unterschiedlichen Gruppen jeweils separat plasmabehandelt und anschließend beleimt werden, bevor sie zum Verpressen zu einer Werkstoff- platte wieder zusammengeführt werden. Hierdurch kann beispielsweise bei der Herstellung einer Spanplatte sichergestellt werden, dass sowohl für die kleineren Deckschichtspäne, als auch für die größeren Mittelschichtspäne jeweils optimale Betriebsparameter bei der Plasmabehandlung verwendet werden können, so dass die erzielbare Leimeinsparung maximiert werden kann.

Vorzugsweise können zwischen dem Schritt des Plasmabehandelns und

dem Schritt des Beleimens des Span- oder Fasermaterials nicht mehr als 30 Minuten, besonders bevorzugt nicht mehr als 1 Minuten, verstreichen, um sicherzustellen, dass die durch die Plasmabehandlung verbesserten Oberflächeneigenschaften des Span- oder Fasermaterials nicht durch zu lange 5 Lagerzeiten wieder verschlechtert werden.

Das erfindungsgemäß eingesetzte Span- oder Fasermaterial kann Holzspäne oder/und Holzfasern oder/und Hanffasern oder/und Strohfasern umfassen, so dass nicht nur unterschiedliche Typen von Holz-Werkstoff- o platten, wie beispielsweise Spanplatten, LDF-Platten, MDF-Platten, HDF-

Platten und OSB-Platten, sondern auch Werkstoff platten, welche Hanffasern oder/und Strohfasern enthalten, hergestellt werden können.

Zum Beleimen kann beispielsweise Harnstoff-Formaldehyd-Harz oder Harn- 5 stoff-Melamin-Formaldehyd-Harz oder Phenol-Formaldehydharz, vorzugsweise mit einem Feststoffgehalt von 40 bis 80%, verwendet werden.

In einer Weiterbildung der vorliegenden Erfindung kann weiterhin vorgesehen sein, dass dem Prozessgas bei der Plasmabehandlung außer Fluor o auch noch andere Stoffe zugesetzt werden können, beispielsweise um

Werkstoff platten mit Brandschutzeigenschaften oder/und mit antibakteriellen Eigenschaften oder/und mit einer verringerten Anfälligkeit für eine Schimmelpilz-Bildung zu erzielen.

5 Die Erfindung betrifft ferner eine Werkstoffplatte aus Span- oder Fasermaterial, insbesondere Spanplatte, LDF-Platte, MDF-Platte, HDF-Platte und OSB-Platte, welche pro KubikmeterWerkstoffplatte nicht mehr als 50kg, vorzugsweise nicht mehr als 45kg, festen Leim umfasst. Dabei kann das Span- oder Fasermaterial Holzspäne oder/und Holzfasern oder/und Hanf- o fasern oder/und Strohfasern umfassen. Ferner kann der Leim Harnstoff- Formaldehyd-Harz oder Harnstoff-Melamin-Formaldehyd-Harz oder Phenol- Formaldehydharz, vorzugsweise mit einem Feststoffgehalt von 40 bis 80%, beinhalten.

Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung rein exemplarisch beschrieben. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockdiagramm zur schematischen Erläuterung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Spanplatte.

In der in Fig. 1 schematisch dargestellten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird zunächst in Schritt S1 Rundholz, Hackgut, Holzreste und dergleichen einer herkömmlichen Zerspanungsanlage zugeführt.

In Schritt S2 wird dann das zugeführte Holz mit Hilfe der Zerspanungsanlage zu Spänen verarbeitet, diese Späne in einer herkömmlichen Trockneranlage, beispielsweise in einem Trommeltrockner, bis zu einer Restfeuchte von etwa 2% getrocknet und anschließend gesiebt, so dass kleinere Späne, welche später als Deckschichtspäne der Spanplatte dienen werden, von größeren Spänen, welche später als Mittelschichtspäne der Spanplatte dienen werden, getrennt werden können.

In diesen beiden Schritten unterscheidet sich das erfindungsgemäße Verfahren nicht von herkömmlichen Herstellungsverfahren von Werkstoffplatten aus Span- oder Fasermaterial, und es ist für das erfindungsgemäße Verfahren auch völlig unerheblich, wie genau die Bereitstellung von getrocknetem Span- oder Fasermaterial erfolgt. So ist auch denkbar, dass die Zerspanung und Trocknung nicht unmittelbar vor Ort passiert, sondern bereits getrocknetes Span- oder Fasermaterial aus einem Lager angeliefert wird.

In Schritt S3a werden die Deckschichtspäne in eine Niederdruckkammer eingebracht, welche dann auf einen Arbeitsdruck von etwa 0,5 bis 5 mbar abgepumpt wird. Sobald der Arbeitsdruck erreicht ist, wird in der Niederdruckkammer ein Plasma gezündet, wobei in diesem Fall die in der Niederdruckkammer verbleibende Luft als Prozessgas verwendet wird. Es ist

jedoch auch möglich, andere Prozessgase, wie beispielsweise Argon, zu verwenden, oder/und dem jeweils verwendeten Prozessgas einen oder mehrere Zusatzstoffe, wie beispielsweise Fluor, zuzufügen. Die Plasmabehandlung, während der die Deckschichtspäne dem Plasma ausgesetzt sind, dauert etwa zwischen 1 und 10 Minuten.

In Schritt S3b werden die Mittelschichtspäne analog zu Schritt S3a ebenfalls plasmabehandelt. Die getrennte Plasmabehandlung der Deckschichtspäne und der Mittelschichtspäne hat hierbei den Vorteil, dass einerseits Prozess- parameter, wie beispielsweise Arbeitsdruck, Behandlungsdauer und Zusammensetzung und/oder Konzentration des Prozessgases, auf den jeweiligen Spänetyp individuell abgestimmt werden können, und dass andererseits unterschiedliche Zusatzstoffe dem jeweiligen Prozessgas individuell für jeden Spänetyp in geeigneter Zusammensetzung und Konzentration zugefügt werden können.

Anschließend an Schritt S3a bzw. Schritt S3b werden in Schritt S4a bzw. Schritt S4b die Deckschichtspäne und die Mittelschichtspäne jeweils getrennt beleimt. Als Verleimungsmittel wird hierbei, wie auch bei herkömm- liehen Herstellungsverfahren für Spanplatten üblich, Harnstoff-Formaldehyd- Harz, Hamstoff-Melamin-Formaldehyd-Harz oder Phenol-Formaldehyd-Harz verwendet.

Hierbei kann, da durch die erfindungsgemäße Plasmabehandlung der Späne die Benetzbarkeit der Span-Oberflächen verbessert wurde, etwa 30% weniger Verleimungsmittel als bei herkömmlichen Herstellungsverfahren für Spanplatten verwendet werden, ohne dass hierunter die mechanischen Festigkeitseigenschaften der fertiggestellten Spanplatte leiden würden. Während bei herkömmlichen Verfahren etwa 90kg flüssiges Verleimungs- mittel pro Kubikmeter Spanplatte benötigt wird, um Spanplatten mit den von den einschlägigen Industrienormen geforderten mechanischen Festigkeitseigenschaften herzustellen, kommt das erfindungsgemäße Verfahren idealerweise mit nur etwa 63kg flüssigem Verleimungsmittel pro Kubikmeter

Werkstoffplatte aus. Diese signifikante Kostenersparnis rechtfertigt somit bereits die Zusatzkosten und den Aufwand des zusätzlichen Arbeitsschritts der Plasmabehandlung beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Werkstoff platten.

Weiterhin können durch geeignete Zusätze im Prozessgas bei der Plasmabehandlung auch andere Eigenschaften der Späne vorteilhaft beeinflusst werden. Ein Zusatz von Fluor bewirkt beispielsweise eine vorteilhafte Beeinflussung des Quellverhaltens der Späne, so dass auf den sonst üblichen Zusatz von Paraffinemulsion bei der Herstellung der Spanplatte zur Verringerung des Quellverhaltens der fertiggestellten Platte ganz oder teilweise verzichtet werden kann, und somit eine weitere Kostenersparnis erzielt werden kann.

Nach der Verleimung werden in Schritt S5 die Deckschichtspäne und die Mittelschichtspäne derart zusammen auf ein Förderband gestreut, dass die Oberflächen der gebildeten Schicht aus ungepressten, verleimten Spänen aus Deckschichtspänen bestehen, und Mittelschichtspäne in der Mitte dieser Schicht angeordnet sind. Die Späne werden schließlich beispielsweise in einer herkömmlichen Bandpresse verpresst und erwärmt, um eine Spanplatte zu bilden.

Es ist für das erfindungsgemäße Verfahren hierbei wieder völlig unerheblich, wie die an sich bei der Herstellung von Werkstoffplatten üblichen und bekannten Schritte des Anordnens der Späne und des Verpressens im

Einzelnen durchgeführt werden. Somit ist hier jedes mögliche Schicht- und Pressverfahren der verleimten Späne denkbar, das üblicherweise bei der Herstellung von Werkstoffplatten aus Span- oder Fasermaterial eingesetzt wird.