DE4422541A1 - Vakuumbehandlung von Holzwerkstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Vakuumbehandlung von planen oder geformten Holzwerkstoffen (Spanplatten Faserplatten Preßholzformteile, Sperrholz, Furnierschichtholz usw.) zur beschleunigten Formaldehydabgabe bei formaldehydhaltigen Klebe- bzw. Bindemitteln und zum beschleunigten Feuchteausgleich innerhalb der Holzwerkstoffe nach dem Verpressen.

Die meisten Holzwerkstoffe werden nach wie vor mit formaldehydhaltigen Klebe- bzw. Bindemitteln hergestellt. Der Formaldehyd ist wegen seiner her­ vorragenden chemischen Eigenschaften ein wichtiger Bestandteil der Verkle­ bung. Dabei wird zumindest ein Teil des Formaldehyds bei der Aushärtung des Leims chemisch umgesetzt. Je nach der Formulierung des Leimharzes und den Verfahrensbedingungen bleibt ein mehr oder weniger großer Anteil des Formaldehyds potentiell ungebunden und wird im Laufe der Gebrauchsdauer als Gas an die Umgebung abgegeben.

Die Menge Formaldehyd, die ein Gebrauchsgegenstand an die Umgebung ab­ geben darf, ist durch Verordnung - z. B. Gefahrstoffverordnung in Deutsch­ land - begrenzt. Es gibt nun verschiedene Ansätze, das Formaldehydabgabe­ potential von mit Formaldehydharzleim verleimten Holzwerkstoffen zu redu­ zieren.

Die bedeutendste Methode ist die Verwendung von Leimharzformulierungen mit sehr geringem Formaldehydüberschuß. Der Nachteil dieser Leime ist der hohe Preis, gewisse Modifizierungen in der Verfahrenstechnik und die Ver­ minderung der Gebrauchseigenschaften. Hier sind in erster Linie die erhöhten Quellwerte zu nennen, die den Verarbeiter zwingen, teurere Mischharze zu verwenden oder die Leimdosierung zu erhöhen.

Es ist ferner Stand der Technik, daß den Harzen vom Verarbeiter bei der Verleimung Stoffe zugesetzt werden, die eine temporäre Formaldehydbinde­ kapazität haben. So wird der Leimflotte in geringen Mengen Harnstoff und/oder Ammoniak zugegeben, wobei auch Stoffe zur Anwendung kommen, die den Harnstoff oder das Ammoniak erst bei der Verleimung freisetzen. Diese Methode wird teilweise zusätzlich zur Verwendung von formaldehydarmen Leimen angewendet. Der Nachteil dieser Methode ist, daß das Formaldeyhd­ potential nur in geringem Umfang beeinflußt werden kann, und zudem der überschüssige Formaldehyd nicht dauerhaft gebunden werden kann.

Fertige Holzwerkstoffprodukte können durch Beschichten mit filmbildenden Stoffen wie beispielsweise kunstharzgetränkten Papieren oder Lacküberzügen in ihrem Formaldehydabgabeverhalten verbessert werden. Diese Methode besteht im Grunde nur in der Erhöhung des Diffusionswiderstands, wodurch sich die Formaldehydabgabe auf einen längeren Zeitraum erstreckt. Zur nach­ träglichen Senkung der Formaldehydabgabe sind auch formaldehydbindende Anstriche im Einsatz.

Es ist ferner bekannt, daß an fertigen Möbeln oder Möbelteilen aus Holzwerk­ stoffen, überschüssiges Formaldehyd durch eine Vakuumbehandlung nach­ haltig gesenkt werden kann. Nachteil dieser Methode ist, daß die Holzwerk­ stoffe in der Kammer zuerst erwärmt werden müssen, was wegen der indi­ rekten Wärmeübertragung und der Begrenzung der zulässigen Holzfeuchte sehr viel Zeit in Anspruch nimmt. Um Holz schonend zu trocknen, ist es Stand der Technik, dafür Vakuum einzusetzen. Es ist aber kein Verfahren bekannt, bei dem Holzwerkstoffe unmittelbar nach dem Verpressen - in warmem Zu­ stand - einer Vakuumbehandlung zur Formaldehydreduzierung und zum beschleunigten Feuchteausgleich unterzogen werden.

Die Erfindung setzt sich zum Ziel, die Nachteile der bekannten Systeme zu vermeiden. Dies wird erfindungsgemäß mit dem im Anspruch 1 gekenn­ zeichneten Verfahren erreicht. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Aus­ gestaltungen der Erfindung wiedergegeben.

Erfindungsgemäß werden also Holzwerkstoffe nach dem Verlassen der Heiß­ presse einer Vakuumbehandlung unterzogen. Die prinzipiellen physikalischen und chemischen Vorgänge bei der Herstellung bzw. der Verleimung sind bei allen Holzwerkstoffen ähnlich. Die Leimflotte, die für die Beleimung der Späne, Fasern oder Furniere eingesetzt wird, enthält neben dem Leimharz aus Gründen der Verarbeitbarkeit rd. 50% Wasser.

Zur Vereinfachung wird für die nachfolgende Beschreibung aus der Gruppe der Holzwerkstoffe die Spanplatte bzw. MDF-Platte herausgegriffen. Durch die üblicherweise zwischen 180°C und 230°C heißen Preßplatten oder Preß­ bänder verdampft in der Presse die Feuchtigkeit an der Plattenoberfläche. Da die Heizplatte dem Entweichen des Dampfes einen großen Widerstand entgegensetzt und die Kantenfläche klein ist, wird der Dampf überwiegend in die Plattenmitte gedrückt und erwärmt dabei die Mittelschicht. Dadurch trocknet die Deckschicht aus, während sich die Feuchte in der Mittelschicht sammelt. Wenn über diesen als sog. Dampfstoßeffekt bekannten Vorgang und über die Kontaktwärme rd. 100°C in der Mittelschicht der Platte erreicht werden, beginnt der Leim dort auszuhärten. Aus technologischen Gründen verbleibt die Preßplatte danach noch eine gewisse Zeit unter Wärmeeinfluß in der Presse, bis die Presse geöffnet werden kann. Wichtig in diesem Zusammenhang ist:

• (a) in der Mittelschicht befindet sich noch Dampf, der besonders in Plattenlängsmitte überhitzt ist und einen Druck von über 1 bar hat;
• (b) die Temperatur auf der Holzwerkstoffoberfläche hat beim Verlassen der Presse zwischen 175°C und 200°C, während in der Plattenmitte am Rand 100°C und in Plattenlängsmitte bis zu 130°C und darüber gemessen werden;
• (c) es herrscht ein großer Feuchtegradient über die Plattendicke. An der Plattenoberfläche ist die Holzfeuchte praktisch null, während in der Mittel­ schicht Feuchten von über 20% auftreten können. Die mittlere Feuchte, die sich nach dem Feuchteausgleich zwischen Mittel- und Deckschicht einstellt, liegt üblicherweise zwischen 6% und 8%. Dieser Vorgang, als Klimatisierung bezeichnet, dauert mehrere Tage. Dabei verringert sich die Plattdicke in Plattenlängsmitte um 0,1 mm bis 0,2 mm, da sich der oben erläuterte Über­ druck abbaut.

Die Vakuumbehandlung der Platte nach der Presse bewirkt nun, daß der Wasserdampf aus der Plattenmitte sowohl über die Kanten als auch über die Oberflächen beschleunigt entweichen kann. Dadurch findet ein Feuchteaus­ gleich innerhalb der Platte statt. Da der Formaldehyd im Wasserdampf gut löslich ist, verringert sich als Nebenerscheinung der Formaldehydgehalt. Zusätzlich erniedrigt das Vakuum den Siedepunkt des Formaldehyds sehr stark, so daß über diesen Effekt weiterer Formaldehyd der Span- bzw. Faser­ platte entzogen wird. Dies geht auch dann weiter, wenn die Temperatur in der Platte unter 100°C gesunken ist.

Der wichtigste Vorteil der Erfindung ist die Möglichkeit zur nachhaltigen Reduzierung der Formaldehydabgabe von Holzwerkstoffen. So ist es möglich, mit Leimen, die einen höheren Formaldehydüberschuß haben, Platten mit guten mechanischen Eigenschaften herzustellen, die den Anforderungen an die zulässige Formaldehydabgabe sicher einhalten und sogar unterschreiten. Ein weiterer Vorteil ist der raschere Feuchteausgleich in der fertigen Platte. Da­ durch kann die sonst verfahrenstechnisch notwendige Kühlstation wegfallen. Auch die Reifezeit (Konditionierung) kann verkürzt werden. Darüber hinaus wird die Maßhaltigkeit der Plattendicke beim Schleifen erhöht, da kein nach­ trägliches Schrumpfen in Plattendicke mehr stattfindet.

Weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vakuumbehandlung von Holzwerkstoffen betreffen die Befeuchtung, die Gestaltung der Vakuumzonen und die Wärmerückgewinnung.

Die Oberfläche der Span- bzw. Faserplatte ist durch den Kontakt zur Heiz­ platte nicht nur fast vollständig ausgetrocknet, sondern sie ist je nach den Preßbedingungen und Holzart mehr oder weniger verhornt. Es hat sich nun gezeigt, daß die oben beschriebenen Wirkungen der Vakuumbehandlung be­ schleunigt werden können, wenn die Platten kurz vor oder am Beginn der Vakuumbehandlung leicht befeuchtet werden.

Es ist selbstverständlich, daß die Vakuumbehandlung in einer Einheit oder in einander folgenden getrennten Einheiten oder auch mit parallel angeordneten Einheiten mit gleichem oder unterschiedlich hohem Unterdruck erfolgen kann. Die Einwirkzeit für das Vakuum, um ein Produkt mit einem bestimmten Restformaldehydgehalt zu erhalten, hängt von verschiedenen Parametern ab, so z. B. dem Formaldehydüberschuß des verwendeten Leimes, der Leimtype, der Rohdichte und dem Rohdichteprofil der Platte sowie der Porosität der Deckschichten, der Holzart und der Plattendicke. Ferner ist die Dichtigkeit der Vakuumeinrichtung und damit der technisch erreichbare Unterdruck von Bedeutung. Bei kontinuierlicher Vakuumbehandlung ist somit die Gesamtlänge der Vakuumzone proportional der erforderlichen Einwirkzeit und der Produktionsgeschwindigkeit, mit der die Platte aus der Presse kommt.

Da während der Vakuumbehandlung die Platte abkühlt, besteht die Möglich­ keit, einen Teil der in der Platte gespeicherten Wärmemenge zur Wärmerück­ gewinnung zu nutzen. Dabei ist es selbstverständlich, daß neben dem Wärme­ tauscher in dem Vakuumkreislauf auch davon getrennte Wärmetauscher einge­ setzt werden, die z. B. über rollenden Kontakt zusätzlich Wärme von der Plattenoberfläche abführen.

Nachstehend ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vakuumbe­ handlung anhand der Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur schema­ tisch die Anordnung der einzelnen Komponenten zeigt.

Nach Herstellung des Holzwerkstoffs 1 in einer beliebig dafür geeigneten Presse 2 werden im Fall der Preßplattenherstellung zweckmäßigerweise beide Längskanten mit einer Säge oder einem Zerspaner 3 besäumt. In der Be­ feuchtungseinheit 4 erfolgt beispielsweise über Walzenauftrag 5 ein beid­ seitiges Befeuchten der Plattenoberflächen. Eine ringsumlaufende Abdichtung 6 verhindert einen Wasserdampfaustritt. In der nachfolgend angeordneten Vakuumstation 7, die den Holzwerkstoff in Verbindung mit der vorgeschal­ teten Befeuchtungseinheit 4 hermetisch umschließt, wird der sich in der Be­ feuchtungseinheit 4 bildende Wasserdampf und der Wasserdampf aus dem Platteninnern zusammen mit dem gasförmigen Formaldehyd über die Vaku­ umpumpe 8 abgesaugt. Zur Unterstützung des Wasserdampftransports aus der Plattenmitte sind wahlweise an den Plattenlängskanten Vakuumköpfe 9 ange­ ordnet. Zweckmäßigerweise wird der Dampfstrom der Vakuumköpfe 9 über eine von der Vakuumstation 7 getrennten Vakuumpumpe 10 abgesaugt. Der Auslauf der Vakuumstation 7 wird mit Dichtung 11 gegen Druckverlust rings­ um abgedichtet.

Claims (6)

1. Verfahren zur Formaldehydabgabe und zum Feuchteausgleich von mit Formaldehydharzleimen verleimten Holzwerkstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß die Holzwerkstoffe als endloser Strang oder als Einzelstücke nach der Heißpresse in noch preßwarmen Zustand einer Vakuumbehandlung unterzogen werden.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumbehandlung der Holzwerkstoffe in kontinuierlichem Durchlauf erfolgt.

3. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumbehandlung der Holzwerkstoffe diskontinuierlich erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der preßwarme Holzwerkstoff vor oder am Eingang in die Vakuumbehandlung an der Oberfläche befeuchtet wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Wärmeinhalt der preßwarmen Holzwerkstoffe zur Wärme­ rückgewinnung genutzt wird.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Holzwerkstoff sowohl als ebene Platte als auch als Formteil vorliegen kann.