Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft helle bis weiße Holzwerkstoffplatten, die aus gebleichten Holzfasern hergestellt und/oder mit einem Weißpigment massegefärbt sind.

Im Bereich der Holzwerkstoffe ist der Markt an sog. mitteldichten Faserplatten (medium density fibreboard, MDF-Platten) und hochverdichteten Faserplatten (high density fibreboard, HDF-Platten) stark im Anstieg begriffen. Die Produktionsmengen haben sich in den letzten zehn Jahren mehr als verdreifacht.

MDF- und HDF-Platten können wie herkömmliche Spanplatten verarbeitet werden. Durch ihren gleichmäßigen Aufbau sind sie aber auch zur Herstellung von profilierten Teilen geeignet und setzen sich deshalb verstärkt im Möbelbau durch. So werden bei¬ spielsweise Einrichtungsgegenstände für Räume und für dekorative Zwecke (z.B. im Messebau), aber auch schon höherwertige Möbel aus diesen Platten gefertigt und an¬ schließend, um die holzartige Struktur sichtbar zu erhalten, nur noch farblos lackiert oder mit Overlay beschichtet.

Naturgemäß besitzen diese Platten, je nach verwendeter Holzart, eine mehr oder we¬ niger ausgeprägte braune Färbung, die für eine Anwendung im Möbelbereich nur von geringem ästhetischen Wert ist.

Durch Massefärbung mit den aus der WO-A-04/35276 bekannten Pigment und Farb¬ stoff enthaltenden Farbmittelzubereitungen kann die Eigenfärbung der Holzfasern kompensiert werden. Auf diese Weise sind bunte, vollständig durchgefärbte, lichtechte und damit ästhetisch hochwertige MDF-Platten zu erhalten, die zur Herstellung langle- biger Artikel, z.B. von Möbeln für den Wohnbereich, geeignet sind.

Helle oder gar weiße Holzwerkstoffplatten, insbesondere MDF-Platten, standen bislang jedoch nicht zur Verfügung. Gerade für die Herstellung von Möbeln und Innendekora¬ tionsobjekten z.B. für Küche oder Bad wären diese Platten aber von besonderem Inter- esse.

Zwar ist die Herstellung von weißem Papier durch Bleichen des Papierzellstoffs und Zugabe von Weißpigmenten oder weißen Füllstoffen, blauen Farbmitteln und optischen Aufhellern schon seit langem bekannt und z.B. in Paper Trade Journal, 145, S. 26-27 (1961 ) beschrieben, es wurde jedoch von der Fachwelt nicht erwartet, daß weiße Holzwerkstoffplatten, insbesondere MDF-Platten, auf diese Weise zugänglich sind.

So enthalten die bei der Herstellung von MDF-Platten eingesetzten Holzfasern noch oxidations- und damit verfärbungsempfindliche Stoffe (z.B. Lignin), die im Papierzell¬ stoff nicht mehr enthalten sind. Außerdem werden MDF-Platten weit höheren Tempera¬ turen (etwa 2OfJ ⁰ C) als Papier hergestellt, wodurch zu der braunen Eigenfarbe der Holzfasern zusätzlich eine prozeßbedingte Verbräunung eintritt, die auf die Oxidation und thermische Zersetzung von Holzinhaltsstoffen zurückzuführen ist. Zudem ist die Lichtexposition einer in Möbeln eingearbeiteten MDF-Platte deutlich länger und intensi¬ ver als die üblicher Papiere und verursacht eine nicht unerhebliche Vergilbung.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, helle oder weiße Holzwerkstoffplatten zur Verfügung zu stellen

Demgemäß wurden helle bis weiße Holzwerkstoffplatten gefunden, die aus gebleichten Holzfasern hergestellt sind.

Außerdem wurden helle bis weiße Holzwerkstoffplatten gefunden, die mit einem Wei߬ pigment massegefärbt sind.

Weiterhin wurden helle bis weiße Holzwerkstoffplatten gefunden, die mit einer Disper- sion eines Weißpigments massegefärbt sind, die zusätzlich optische Aufheller enthält.

Schließlich wurden helle bis weiße Holzwerkstoffplatten gefunden, die aus gebleichten Holzfasern hergestellt sind und mit einem Weißpigment massegefärbt sind.

Nicht zuletzt wurden helle bis weiße Holzwerkstoffplatten gefunden, die aus gebleich¬ ten Holzfasern hergestellt sind und mit einer Dispersion eines Weißpigments massege¬ färbt sind, die optische Aufheller enthält.

Die erfindungsgemäßen Holzwerkstoffplatten zeichnen sich durch ihre Helligkeit bzw. ihren weißen Farbton aus. Je nach der Kombination der ergriffenen Maßnahmen kann der gewünschte Weißgrad mühelos eingestellt werden. Besonders weiße Platten wer¬ den z.B. durch Bleichen der Holzfasern und Massefärbung mit einer Dispersion eines Weißpigments, die zusätzlich optische Aufheller enthält, erhalten. Helle Platten mit geringerem Weißgrad sind auch schon durch alleiniges Bleichen der Holzfasern oder durch Massefärbung mit einem Weißpigment zugänglich.

Bei den erfindungsgemäßen Holzwerkstoffplatten kann es sich um MDF- oder HDF- Platten oder um Spanplatten handeln. Besonders bevorzugt sind MDF-Platten.

MDF- und HDF-Platten werden üblicherweise in einem kontinuierlichen Prozeß herge¬ stellt. Dabei werden gewaschene, wasserfeuchte, klein zerhackte Holzstücke (Hack¬ schnitzel) zunächst auf ca. 80 ⁰ C vorgewärmt und dann in einem Kocher unter einem

Druck von 2 bis 5 bar und einer Temperatur von 100 bis 150°C geweicht. In dem sich anschließenden Refiner werden die Hackschnitzel dann zerfasert. Der Refiner besteht aus zwei mit radialem Relief versehenen Metallscheiben, die sich dicht aneinander im entgegengesetztem Sinn drehen. Die Fasern verlassen den Refiner über die sog. Blowline. Hier wird meist der Leim aufgebracht. Als Bindemittel werden üblicherweise Harnstoff-Formaldehyd-Harze, zum Teil mit Melamin verstärkt, oder für feuchtebestän¬ dige Platten Hamstoff-Melamin-Formaldehyd-Harze eingesetzt. Auch Isocyanate sind als Bindemittel im Gebrauch. Die Bindemittel werden meist zusammen mit den ge¬ wünschten Zusatzstoffen (z.B. Härter, Paraffin-Dispersion, Farbmittel) auf die Fasern aufgebracht. Die beleimten Fasern laufen anschließend durch einen Trockner, in dem sie auf Feuchten von 8 bis 15 Gew.-% getrocknet werden. Vereinzelt werden die ge¬ trockneten Fasern auch erst nachträglich in speziellen kontinuierlich arbeitenden Mi¬ schern beleimt.

Bei der Spanplattenherstellung erfolgt die Beleimung der vorher getrockneten Späne in kontinuierlichen Mischern.

Die beleimten Fasern bzw. Späne werden anschließend zu Matten geschüttet, gege¬ benenfalls kalt vorverdichtet und in beheizten Pressen bei Temperaturen von 170 bis 24O ⁰ C zu Platten gepreßt.

Bei der Herstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen hellen Holzwerk¬ stoffplatten werden gebleichte Holzfasern (im folgenden wird nicht zwischen den Be¬ griffen "Holzfasern" und "Spänen" differenziert, vielmehr soll der Begriff "Holzfasern" auch "Späne" umfassen) eingesetzt.

Bei der chemischen Bleiche von Holzfasern werden die färbenden Begleitstoffe des Holzes durch oxidierende oder/und reduzierende Chemikalien zerstört oder unwirksam gemacht. Für die oxidative Bleiche eignen sich z.B. Wasserstoffperoxid, Ozon, Sauer- stoff und Salze organischer und anorganischer Persäuren, wie Peracetate, Percarbo- nate und Perborate, vor allem deren Alkalimetallsalze, insbesondere Natriumsalze, wobei die Percarbonate und Wasserstoffperoxid bevorzugt sind. Für die reduktive Blei¬ che sind z.B. reduzierende Schwefelverbindungen, wie Dithionite, Disulfite, Sulfite bzw. Schwefeldioxid, Sulfinsäuren und deren Salze, insbesondere die Alkalimetallsalze und vor allem die Natriumsalze, und Hydroxycarbonsäuren, wie Citronensäure und Äpfel¬ säure, geeignet. Bevorzugte Reduktionsmittel sind die Disulfite und Sulfite, insbeson¬ dere Natriumhydrogensulfit, sowie Äpfel- und Citronensäure.

Für die erfindungsgemäßen Holzwerkstoffplatten sind Holzfasern, die zunächst oxidativ und dann reduktiv gebleicht worden sind, besonders bevorzugt.

Ganz besonders bevorzugt wird die oxidative Bleiche dabei mit Percarbonaten oder Wasserstoffperoxid und die reduktive Bleiche mit Sulfiten, Äpfel- oder Citronensäure durchgeführt.

Verfahrenstechnisch geht man beim Bleichen zweckmäßigerweise so vor, daß man wäßrige, 5 bis 40 gew.-%ige Holzfaserdispersionen kontinuierlich in Gegenstromtür- men bei Temperaturen von 90 bis 150 ⁰ C und Drücken bis zu 3 bar mit wäßrigen Lö¬ sungen oder Dispersionen der Bleichmittel behandelt. Üblichweise wird in Gegenwart von Komplexbildnern, wie EDTA, gearbeitet, um den Abbau der Bleichmittel durch Übergangsmetallionen zu vermeiden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Holzwerkstoffplatten wird die Bleichung der Fasern insbesondere bei MDF-/HDF-Platten während der Plat¬ tenherstellung vorgenommen. Die Bleichmittel können den Hackschnitzeln dabei im Vorerwärmer oder im Kocher zugegeben werden. Vorzugsweise werden auch Kom¬ plexbildner zugesetzt.

Als Basismaterial können für die erfindungsgemäßen Holzwerkstoffplatten im Prinzip alle aus Pflanzen zu gewinnenden faserigen Materialien dienen. So sind z.B. neben den üblicherweise eingesetzten Holzfasern Fasern, die aus Palmen zu gewinnen sind, geeignet. Bevorzugte Basismaterialien stellen helle Holzarten, insbesondere Fichte oder Kiefer, dar, jedoch können auch dunklere Holzarten, wie Buche, verwendet wer¬ den.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Holzwerk¬ stoffplatten wird der Einsatz von gebleichten Holzfasern mit einer Massefärbung mit einem Weißpigment kombiniert. Dadurch läßt sich der Weißgrad entscheidend verbes¬ sern. Die Massefärbung mit dem Weißpigment kann jedoch auch allein vorgenommen werden. In diesem Fall werden ebenfalls helle Platten erhalten.

Der Begriff "Weißpigment" umfaßt dabei erfindungsgemäß sowohl anorganische Pig¬ mente, die bevorzugt sind, wie Titandioxid (Rutil, Cl. Pigment White 6), Calciumcarbo¬ nat und Calcium/Magnesium-Mischcarbonate (z.B. Dolomit), Zinkoxid, Zinksulfid, Lithopone und Natrium-Aluminium-Silikatate, als auch weiß färbende, stark lichtstreu- ende Kunststoffemulsionen und -dispersionen. Besonders bevorzugtes Weißpigment ist Titandioxid. Selbstverständlich können auch Mischungen von Weißpigmenten ver¬ wendet werden.

Die Weißpigmente werden vorzugsweise in Form wäßriger Dispersionen, in denen sie feinverteilt vorliegen, eingesetzt, da sie so über die Blowline, getrennt von oder zu¬ sammen mit dem Leim, direkt in den MDF-/HDF-Herstellprozeß eingebracht werden können.

Diese Pigmentdispersionen können weitere übliche Hilfsstoffe, insbesondere Netz- und Dispergiermittel, Entschäumer und Biozide, aber auch Antiabsetzmittel, Wasserrück¬ haltemittel und Rheologiemodifizierer enthalten und werden vorzugsweise durch Naß- mahlung aller Komponenten z.B. in einer Rührwerkskugelmühle hergestellt.

Empfehlenswerte Konzentrationen des Weißpigments in der fertigen Holzwerkstoffplat¬ te liegen in der Regel bei 0,5 bis 15% atro, bevorzugt bei 1 bis 6% atro (% atro = Gew.-% bezogen auf trockene Faser).

Eine weitere Steigerung des Weißgrads läßt sich durch Zusatz von optischen Aufhel¬ lern erreichen, die durch ihre bläuliche Fluoreszenz (komplementäre Farbe) Vergrau¬ ungen und Vergilbungen kompensieren.

Geeignet sind grundsätzlich alle blau emittierenden Fluoreszenzfarbstoffe, besonders kommerziell zugängliche Produkte, z.B. Ultraphor ^® (BASF), Leucophor ^® (Clariant) oder Tinopal ^® (Ciba), aus den chemischen Substanzklassen der Stilbene, Distyrylbiphenyle, Cumarine, Naphthalsäureimide und über Doppelbindungen verknüpften Benzoxazol- und Benzimidazolsysteme.

Die optischen Aufheller können in Form von wäßrigen Dispersionen oder Lösungen getrennt oder zusammen mit den Weißpigmenten und dem Leim in den MDF-/HDF- Herstellprozeß eingeschleust werden.

Wird ein optischer Aufheller eingesetzt, so liegt seine Konzentration in der fertigen Holzwerkstoffplatte im allgemeinen bei 0,01 bis 1% atro, vorzugsweise bei 0,08 bis 0,2% atro.

Ganz besonders bevorzugt sind solche erfindungsgemäßen Holzwerkstoffplatten, bei denen alle Merkmale (gebleichte Holzfaser, Weißpigmente und optische Aufheller) kombiniert sind, da die Einzelbeiträge durch Synergie-Effekte zu einem maximalen Gesamtweißgrad potenziert werden.

Dabei ist es verfahrenstechnisch besonders vorteilhaft, die Weißpigmente und die opti- sehen Aufheller zusammen in einer einzigen wäßrigen Dispersion zu präparieren, die der Leimflotte hinzugefügt wird, bevor diese durch die Blowline in den MDF-/HDF- Herstellprozeß injiziert wird.

Etwaige aus den erfindungsgemäßen Maßnahmen resultierende Änderungen der phy- sikalischen Eigenschaften der gepreßten Holzwerkstoffplatte können durch Wahl der Leimqualität und Leimmenge kontrolliert werden.

Beispiele

Herstellung von erfindungsgemäßen MDF-Platten

Als Maß für den Weißgrad der hergestellten Platten wurde durch koloristische Mes¬ sung nach CIELAB die Helligkeitsdifferenz ΔL im Vergleich zu einer analog aus un¬ gebleichten Holzfasern und ohne Zusatz von Weißpigmenten und optischen Aufhellern hergestellten MDF-Platte als Standard bestimmt.

Beispiel 1

a) In einem 5I-Gefäß mit Ankerrührer und thermostatgeführter Heizung wurden 70 g Holzstoff (Fichte) und 1 g Ethylendiamintetraessigsäure (Trilon ^® B ₁ BASF) in 3 I Wasser unter Rühren auf 70 ⁰ C erhitzt. Nach Zugabe von 7 g Natriumpercarbonat wurde 1 h bei 70-75 ⁰ C gerührt. Dann wurden 7 g Natriumdithionit zugegeben und abschließend weitere 30 min bei 70-75 ⁰ C gerührt.

Die Holzstoffmaische wurde nach Abkühlen auf Raumtemperatur über ein Sieb der Maschenweite 1 mm von den flüssigen Bestandteilen abgetrennt und unter laufen- dem Wasser kurz ausgewaschen und durchgewalgt. Das ausgebreitete Filtergut wurde dann bei 60 ⁰ C im Umlufttrockenschrank 3 Tage getrocknet.

b) Die gebleichten Holzfasern aus Schritt a) wurden in einem Schaufelmischer durch¬ mischt und mit dem in Tabelle 1 aufgeführten Leimansatz besprüht.

Tabelle 1

Die beleimten Fasern wurden anschließend zu einer Matte geschüttet, kalt vorverdich- tet und bei 190°C zu einer Platte gepreßt.

Vergleichsbeispiel V1

Analog der in Beispiel 1 b) beschriebenen Vorgehensweise wurde eine MDF-Platte aus den ungebleichten Holzfasern hergestellt.

Beispiel 2

Analog Beispiel 1 b) wurde eine MDF-Platte aus ungebleichten Holzfasern (Fichte) her¬ gestellt, wobei die in Holzfasern mit dem in Tabelle 2 aufgeführten, das Weißpigment Titandioxid enthaltenden Leimansatz besprüht wurden.

Tabelle 2

In Tabelle 3 sind die erzielten Weißgrade (ausgedrückt in der Helligkeitsdifferenz ΔL), bezogen auf das Vergleichsbeispiel V1 als Standard, zusammengestellt.

Tabelle 3

Beispiel 3

Hackschnitzel aus Fichtenholz wurden während des MDF-Herstellungsprozesses im Kocher einer MDF-Technikumsanlage mit einer 40 gew.-%igen wäßrigen Natriumdisul- fitlösung, entsprechend 7,5% Natriumhydrogensulfit atro Fasern, versetzt. Der MDF-

Herstellungsprozeß wurde wie üblich mit einem Durchsatz von 21 kg/h fortgesetzt, die Hackschnitzel wurden durch den Refiner zerfasert, und die erhaltenen Fasern wurden durch die Blowline kontinuierlich mit dem in Tabelle 4 aufgeführten Leimansatz beleimt.

Tabelle 4

Die beleimten Holzfasern wurden in dem sich anschließenden kontinuierlichen Trock¬ ner auf eine Restfeuchte von etwa 9 Gew.-% getrocknet und dann diskontinuierlich zu einer Matte geschüttet, kalt vorverdichtet und bei 190 ⁰ C mit einem Preßzeitfaktor von 15 s/mm zu einer 16 mm dicken Platte gepreßt.

Vergleichsbeispiel V2

Analog der in Beispiel 3 beschriebenen Vorgehensweise, jedoch ohne Zusatz von Natriumdisulfit wurde eine MDF-Platte hergestellt.

In Tabelle 5 ist der erzielte Weißgrad (ausgedrückt in der Helligkeitsdifferenz ΔL), be¬ zogen auf das Vergleichsbeispiel V2 als Standard, aufgeführt.

Tabelle 5

Beispiel 4

Hackschnitzel aus Fichtenholz wurden in einem Mischer mit einer 40 gew.-%igen wä߬ rigen Natriumdisulfitlösung, entsprechend 4,5% Natriumhydrogensulfit atro Fasern, besprüht. Diese Hackschnitzel wurden anschließend in den Kocher einer MDF-Tech- nikumsanlage eingespeist. Der MDF-Herstellungsprozeß wurde wie üblich mit einem

Durchsatz von 21 kg/h fortgesetzt, die Hackschnitzel wurden durch den Refiner zerfa¬ sert, und die erhaltenden Fasern wurden durch die Blowline kontinuierlich mit dem in Tabelle 6 aufgeführten, das Weißpigment Titandioxid enthaltenden Leimansatz be¬ leimt.

Tabelle 6

Die beleimten Holzfasern wurden in dem sich anschließenden kontinuierlichen Trock- ner auf eine Restfeuchte von etwa 9 Gew.-% getrocknet und dann diskontinuierlich zu einer Matte geschüttet, kalt vorverdichtet und bei 19O ⁰ C mit einem Preßzeitfaktor von 15 s/mm zu einer 16 mm dicken Platte gepreßt.

Vergleichsbeispiel V3

Analog der in Beispiel 4 beschriebenen Vorgehensweise, jedoch ohne Zusatz des Weißpigments (Ersatz der Titandioxid-Präparation durch die gleiche Menge Wasser) wurde eine MDF-Platte hergestellt.

In Tabelle 7 ist der erzielte Weißgrad (ausgedrückt in der Helligkeitsdifferenz ΔL), be¬ zogen auf das Vergleichsbeispiel V3 als Standard, aufgeführt.

Tabelle 7

Beispiel 5

Hackschnitzel aus Buchenholz wurden während des MDF-Herstellungsprozesses im Kocher einer MDF-Technikumsanlage mit einer 40 gew.-%igen wäßrigen Natriumdisul- fitlösung, entsprechend 6% Natriumhydrogensulfit atro Fasern, versetzt. Der MDF- Herstellungsprozeß wurde wie üblich mit einem Durchsatz von 30 kg/h fortgesetzt, die Hackschnitzel wurden durch den Refiner zerfasert, und die erhaltenen Fasern wurden durch die Blowline kontinuierlich mit dem in Tabelle 8 aufgeführten Leimansatz beleimt.

Tabelle 8

Die beleimten Holzfasern wurden in dem sich anschließenden kontinuierlichen Trock¬ ner auf eine Restfeuchte von etwa 9 Gew.-% getrocknet und dann diskontinuierlich zu einer Matte geschüttet, kalt vorverdichtet und bei 190 ⁰ C mit einem Preßzeitfaktor von 15 s/mm zu einer 16 mm dicken Platte gepreßt.

Beispiel 6

Analog der in Beispiel 5 beschriebenen Vorgehensweise, jedoch unter Einsatz des Weißpigments Titandioxid wurde eine MDF-Platte unter Verwendung des in Tabelle 6 aufgeführten Leimansatzes hergestellt.

Beispiel 7

Analog der in Beispiel 5 beschriebenen Vorgehensweise, jedoch unter Einsatz des Weißpigments Titandioxid in Kombination mit optischem Aufheller wurde eine MDF- Platte unter Verwendung des in Tabelle 9 aufgeführten Leimansatzes hergestellt.

Tabelle 9

Vergleichsbeispiel V4

Analog der in Beispiel 5 beschriebenen Vorgehensweise, jedoch ohne Zusatz von Natriumdisulfit wurde eine MDF-Platte hergestellt.

In Tabelle 10 sind die erzielten Weißgrade (ausgedrückt in der Helligkeitsdifferenz ΔL), bezogen auf das Vergleichsbeispiel V4 als Standard, aufgeführt.

Tabelle 10