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Die
vorliegende Erfindung betrifft verfestigte Holzverbundprodukte,
insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur
Herstellung eines verfestigten Holzprodukts, bei dem ein biologisches
Schutzzusatzmittel gegen Zersetzung enthalten ist.
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Holzverbundprodukte
werden im Allgemeinen aus Holzspänen
oder -fasern oder dergleichen gebildet, die mittels eines geeigneten
Harzes wie Phenolformaldehyd-(PF) oder Isocyanatharzen (MDI) verbunden
sind. Die Späne
oder Fasern können
relativ zueinander willkürlich
oder parallel orientiert sein, und in einigen Fällen wird das Verbundprodukt
aus Schichten mit unterschiedlicher Orientierung oder Spänen oder
Fasern in benachbarten Schichten hergestellt.
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Diese
Verbundprodukte werden bei einer Vielzahl von unterschiedlichen
Verwendungszwecken verwendet, von denen viele dadurch verbessert
werden, dass dem Produkt eine verbesserte biologische Haltbarkeit
verliehen wird.
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In
US-A-4,879,083 wurde gezeigt, wasserfreien Borax oder wasserfreies
Zinkborat auf die Holzspäne oder
-fasern aufzubringen und die Späne
oder Fasern unter Verwendung von Phenolformaldehyd als Bindemittel
zu einem Verbundprodukt zu verbinden, das gegen die Zersetzung durch
Insekten und/oder Organismen beständig ist. Diese Lehre hat ein
besonderes Problem von Borax mit Phenolformaldehyd überwunden,
weil nämlich
der Borax die Bindungscharakteristiken des Phenolformaldehyds beeinträchtigte.
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Es
ist auch bekannt, bei herkömmlichen
Mischvorgängen
Holzverbundstoffen Zinkborat in Verfahren zuzugeben, bei denen Harze
wie Phenolformaldehyd, wie von US-A-4,879,083 gelehrt, oder andere Harze
verwendet werden, einschließlich
Isocyanatharze zum Verbinden der Späne oder Fasern unter Bildung
eines Verbundprodukts, das gegen die biologische Zersetzung beständig ist.
Es hat sich herausgestellt, dass es schwierig ist, eine solche Zugabe
von Zinkborat in Pulverform in kommerziellem Maßstab durchzuführen, da
pulverförmiges
Zinkborat Verstäubungs-
und andere Probleme verursacht, ungeachtet des verwendeten Klebemittelharzes.
Zinkborat absorbiert beispielsweise manchmal Flüssigkeit, wenn MDI-Harze verwendet
werden, wodurch die innere Bindung des Produkts verringert wird.
Im Allgemeinen verursacht die schlechte Haftung des hergestellten
Zinkborats Abfall und erhöhte
Staubprobleme in der gesamten Anlage.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes System
zum Aufbringen von Zinkborat bei einem Holzverbundprodukt zu schaffen.
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Dementsprechend
betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung
eines Holzverbundprodukts, umfassend das Bilden einer sprühfähigen, wässerigen
Dispersion von Zinkboratteilchen mit einem Zinkboratgehalt im Bereich
von 20 bis 75 Gew.-%, wobei die Dispersion außerdem Wachs aufweist, das
Aufsprühen
der Dispersion auf Oberflächen
von Holzspänen,
-fasern oder -faserbündeln
in einer Menge von 5 bis 25 Gramm Zinkborat pro kg Holzspäne oder
-fasern, ebenfalls Aufbringen eines Bindemittels auf die Holzspäne oder
-fasern, Bilden einer gebundenen und/oder getränkten Schicht oder Auflage
der Holzspäne
oder -fasern, auf die die Dispersion aus Zinkborat und das Bindemittel
aufgebracht wurden, und sodann Verfestigen und/oder Komprimieren
der Schicht oder Auflage der Holzspäne oder -fasern unter Hitze
und Druck, um das Holzverbundprodukt herzustellen.
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Vorzugsweise
ist das Zinkborat in der Dispersion in der Menge von 30 bis 70 Gew.-%
der Dispersion vorhanden.
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Vorzugsweise
umfasst die Dispersion Wachs in einer Menge, aus der sich ein Gewichtsverhältnis von Wachs
zu Zinkborat in der Dispersion von 1/10 bis 1/2 ergibt.
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Vorzugsweise
wird die Zinkboratdispersion mit einer Wachssuspension gemischt,
um die Zinkboratdispersion, die die Wachsdispersion enthält, zu bilden.
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Vorzugsweise
ist das Wachs in einer Menge von 5 Teilen Wachs auf 5 bis 10 Teile
Zinkborat vorhanden.
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Vorzugsweise
umfasst das Wachs ein Rohparaffin bzw. Gatsch.
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Vorzugsweise
weisen die Zinkteilchen eine mittlere Teilchengröße im Bereich von 2 bis 12 μm auf.
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Vorzugsweise
enthält
die Zinkboratsuspension eine wirksame Menge an Verdickungsmittel,
Entschäumer,
Dispersionsmittel und oberflächenaktivem
Mittel.
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Vorzugsweise
ist das Verdickungsmittel in einer Menge von weniger als 2 Gew.-%
vorhanden.
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Vorzugsweise
ist das Verdickungsmittel in einer Menge von weniger als 1 Gew.-%
vorhanden.
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Vorzugsweise
ist der Entschäumer
in einer Menge von 1 bis 0,1 Gew.-% vorhanden.
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Vorzugsweise
ist das Dispersionsmittel in einer Menge von weniger als 5 Gew.-% vorhanden.
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Vorzugsweise
ist das Dispersionsmittel in einer Menge von weniger als 1 Gew.-% vorhanden.
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Vorzugsweise
ist das oberflächenaktive
Mittel in einer Menge von weniger als 2 Gew.-% vorhanden.
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Vorzugsweise
ist das oberflächenaktive
Mittel in einer Menge von weniger als 0,5 Gew.-% vorhanden.
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Weitere
Merkmale, Aufgaben und Vorteile sind aus der nachfolgenden detaillierten
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung zusammen mit den beiliegenden Zeichnungen ersichtlich,
in denen zeigt:
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1 ein
Fließdiagramm
eines Verfahrens gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Wie
in 1 gezeigt, werden die Holzspäne oder -fasern, die in der
Form von Rechteckspänen
(Wafern), Holzstreifen, Holzteilchen usw., wie sie normalerweise
bei der Herstellung von Holzverbundstoffen wie Faserbündelplatten,
Wafer-Platten (Rechteckspanplatten), orientierten Faserbündelplatten
(OSD), Faserplatten mittlerer Dichte oder Produkten wie denjenigen
vorliegen, die unter den Warenzeichen TimberStrand® und Parallam® von
Trus Joist MacMillan verwendet werden, dem System wie bei 10 angegeben
zugeführt.
Diese Holzspäne
oder -fasern werden dann im Fall herkömmlicher Faserplatten oder
einer Wafer-Herstellung einem Mischvorgang unterworfen, der bei 12 angegeben
ist, bei dem die erforderliche Menge Bindemittel auf die Holzspäne oder
-fasern aufgebracht wird, und bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung
werden die Holzspäne
oder -fasern mit der gewünschten
Menge einer Dispersion beschichtet, die Zinkborat enthält (wie denjenigen,
die unter den Handelsnamen Firebrake, Borgard ZB oder Composibor,
von US Borax vertrieben, verkauft werden). Auf die Holzspäne oder
-fasern wird ausreichend Zinkborat aufgebracht, um den gewünschten
Schutzgrad für
das sich ergebende Verbundprodukt zu erhalten. Die so beschichteten
Holzspäne
oder -fasern werden dann wie bei 14 angegeben zu einer
Matte geformt, und die Matte wird verfestigt, um das Holzverbundprodukt
wie bei 16 angegeben zu bilden.
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Bei
den meisten herkömmlichen
Arbeitsweisen wird auch eine Wachsemulsion auf die Holzspäne oder -fasern
aufgebracht. Bei der vorliegenden Erfindung bildet das Wachs einen
beträchtlichen
Teil der Zinkboratdispersion, wie nachstehend erörtert wird.
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Bei
dem Mischvorgang wird die Emulsion im Allgemeinen zuerst besonders
bei Harzen des MDI-Typs aufgebracht, um den Kontakt des Harzes mit
Wasser einzuschränken.
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Jedes
geeignete Bindemittel kann bei 12 aufgebracht werden. Im
Allgemeinen sind die Bindemittel, die zur Herstellung von Holzverbundprodukten
verwendet werden und die Holzspäne
oder -fasern verbinden, Bindemittel vom Phenolformaldehyd-(PF-)
Typ und Harzbindemittel vom Isocyanat-(MDI-) Typ und können auch für Verwender
von Melamin und Harnstoffformaldehyd brauchbar sein. Die aufgebrachten
Mengen solcher Bindemittel brauchen relativ zu den herkömmlicherweise
verwendeten Mengen nicht beträchtlich
geändert
zu werden, wenn sie in Kombination mit der vorliegenden Erfindung
verwendet werden, bei der auch eine Zinkboratemulsion auf die Holzspäne oder
-fasern aufgebracht wird. So ist das Verfahren zur Herstellung des
Holzverbundprodukts bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung
in allen Schritten im Wesentlichen das gleiche mit dem Unterschied,
dass ein pulverförmiges
Zinkborat direkt auf die Holzspäne
oder -fasern aufgebracht wird. Die Anmelderin bildet eine sprühfähige, wässerige
Emulsion des Zinkborats und bringt die Zinkboratemulsion auf die
Holzspäne
oder -fasern vor der Verfestigung und vorzugsweise zur gleichen
Zeit auf, zu der die Harzkomponente des Verbundstoffs aufgebracht
wird.
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Es
ist auch übliche
Praxis bei der Herstellung der Holzverbundprodukte, Wachs (im allgemeinen
ein Gatsch-Wachs) in das Produkt einzuarbeiten, um die Wasserbeständigkeit
zu verbessern. Wachs wird im Allgemeinen in einem separaten Schritt
oder mit einem Bindemittel zugegeben.
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Es
wurde gefunden, dass das Wachs zu einem Teil der Zinkboratemulsion
gemacht und auf die Holzspäne
oder -fasern gleichzeitig mit dem Zinkborat, d.h. in der gleichen
Emulsion, aufgebracht werden kann.
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Es
ist wichtig, dass die Zinkboratemulsion für einen angemessenen Zeitraum,
mindestens bis sie auf die Holzspäne oder -fasern aufgebracht
wird (mit einem angemessenen Sicherheitsspielraum), stabil bleibt, insbesondere
wenn das Verfahren ein Vormischen oder eine Vorabherstellung der
wässerigen
Zinkemulsion eine gewisse Zeit vor ihrer Aufbringung in Schritt 12 erfordert.
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Die
Zinkboratemulsionen der vorliegenden Erfindung umfassen Wasser und
enthalten gegebenenfalls eines oder mehrere Mittel, nämlich Verdickungsmittel,
Entschäumer
oder Schaumverhinderungsmittel, Dispersionsmittel und oberflächenaktive
Mittel.
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Die
Zinkboratdispersion wird so aufgebracht, das etwa 5 bis 25 Gramm
Zinkborat für
jedes Kilogramm Holz vorhanden sind.
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Im
Allgemeinen werden Verdickungsmittel wie geeignete Cellulosederivate,
wasserquellfähige
Acrylharzderivate, Tone und amorphes Siliciumdioxid als Verdickungsmittel
in der bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Zinkboratemulsion
verwendet. Die Verdickungsmittel vom Cellulosetyp wie Hydroxyethylcellulose,
z.B. jenige, die von Union Carbide unter dem Warenzeichen CellosizeTM oder unter dem Warenzeichen NatrosolTM von Aqualon verkauft werden, sind bevorzugt.
Im Allgemeinen sind diese Verdickungsmittel in der Emulsion in Mengen
von bis zu 2%, bezogen auf das Gewicht der Emulsion, vorhanden.
Das Verdickungsmittel kann in einer Menge von weniger als 1% und
vorzugsweise weniger als 0,5% vorhanden sein, wobei die normalerweise
verwendete Menge etwa 0,25%, bezogen auf das Gewicht der Emulsion,
beträgt.
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Entschäumer oder
Schaumverhinderungsmittel sind im Allgemeinen im Bereich von bis
zu etwa 1 Gew.-% der Suspension vorhanden, vorzugsweise nicht unter
0,1%, wobei die normale Verwendung bei etwa 0,25%, bezogen auf das
Gewicht der Dispersion, liegt. Geeignete in der vorliegenden Erfindung
verwendete Schaumverhinderungsmittel umfassen Antifoam HL-52 (Harcros
Chemicals), BYK031 (BYK Chemie), Foamaster VL (Henkel), Dehydran
1293 (Henkel) und Nopko NXZ (hemkel).
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Einige
Polycarbonsäuresalze
bilden Dispersionsmittel, die zur Verwendung bei der vorliegenden
Erfindung geeignet sind. Im Allgemeinen ist das Dispersionsmittel
in Mengen von bis zu 5% vorhanden, vorzugsweise werden normalerweise
weniger als 1% in einer typischen Formulierung mit etwa 0,5 Gew.-%
der Suspension aufgebracht.
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Geeignete
im Handel erhältliche
Dispersionsmittel, die mit anderen Materialien in der Dispersion
kompatibel sind, umfassen Tamol 681 und Tamol 850, die beide von
Rohm & Haas erhältlich sind.
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Oberflächenaktive
Mittel oder Benetzungsmittel, die zur Verwendung in der vorliegenden
Erfindung geeignet sind, umfassen geeignete wasserlösliche,
ethoxylierte Fluorolverbindungen (z.B. Zonyl FSM von Dupont Inc.),
ethoxylierte Alkylphenole und Alkylarylpolyether. Das bevorzugte
oberflächenaktive
Mittel oder Benetzungsmittel, das bis jetzt gefunden wurde, ist
ein ethoxylites Monylphenol, das unter dem Handelsnamen Igepal CO
630 von Stepan vertrieben wird.
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Diese
Benetzungsmittel sind im Allgemeinen in Mengen von bis zu 2%, vorzugsweise
weniger als 0,5% in einer typischen Suspension vorhanden, die im
Allgemeinen etwa 0,25 Gew.-% des oberflächenaktiven Mittels enthält.
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Geeignete,
im Handel erhältliche
Benetzungsmittel umfassen Igepal CO 630 (Stepan), Polytergent B-300
(Harcros Chemical) und Triton X-100 (Union Carbide).
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Die
Anmelderin hat auch gefunden, dass Wachs als wesentliches Element
in der Zinkboratdispersion verwendet werden sollte. Bei den meisten
kommerziellen Arbeitsvorgängen
wird Wachs während
der Herstellung der Holzverbundprodukte auf die Holzspäne oder
-fasern aufgebracht. Es ist ein klarer Vorteil, Wachs in die Zinkboratsuspension
oder -emulsion einzuarbeiten, da sowohl Wachs als auch Zinkborat
zu einer einzigen stabilen Dispersion kombiniert werden, weshalb
sie so in einem einzigen Schritt aufgebracht werden können. Geeignete
Wachsemulsionen schließen
Cascowax EW 101 (Borden) ein. Wenn Wachs verwendet wird, ist es im
Allgemeinen in einem Gewichtsverhältnis von Wachs zu Zink von
etwa 1/10 bis etwa 1/2 vorhanden.
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Wie
vorstehend angegeben, ist es wohlbekannt, Wachsemulsionen herzustellen
und sie auf Holzspäne
oder -fasern aufzubringen. Die Herstellung einer hochkonzentrierten,
Borat enthaltenden Dispersion hat sich als schwieriger erwiesen.
Wenn Zinkborat in reinem Wasser dispergiert wird, neigt es stark
dazu, sich abzuscheiden (Sedimentierung), falls seine Konzentration
zu niedrig ist – unter
etwa 65%. Eine Dispersion mit einer hohen Konzentration an Zinkborat
(mehr als etwa 75%) erhöht
die Viskosität
während
der Lagerung beträchtlich,
was dazu führt,
dass die Dispersion für
praktische Anwendungen unbrauchbar wird.
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Wenn
die beiden (Wachsdispersion und Zinkboratdispersion) getrennt verwendet
werden, trocknet das Wachs und bildet einen Wachsfilm, während das
Zinkborat in seine Pulverform zurückkehrt. Durch Kombinieren
der beiden zu einer Zinkborat-/Wachsdispersion fällt das Wachs aus, verkapselt
die Zinkboratteilchen und hilft dabei, die Zinkboratteilchen mit
den Holzspänen
oder -fasern zu verbinden.
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Es
wurde gefunden, dass die Kombination einer Zinkboratdispersion mit
einer Wachsemulsion in geeigneten Mengen eine überraschend stabile Form der
Zinkboratdispersion ergibt.
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Um
eine Zinkboratdispersion herzustellen, die eine Wachsemulsion enthält, wird
zuerst eine Zinkboratdispersion durch Mischen des Wassers, des Verdickungsmittels,
des Dispersionsmittels und des Entschäumers unter hoher Scherung
gebildet, und dann wird weiteres Wasser zugegeben, gefolgt von einer
langsamen Zugabe von Zinkborat wie bei 9 in 1 angegeben.
Im Allgemeinen wird etwa die Hälfte
des Wassers anfänglich
beim Vormischen verwendet, und die andere Hälfte wird zu dem Zeitpunkt
zugegeben, zu dem das Zinkborat zugegeben wird. Zinkborat wird langsam
zugegeben, um die Neigung zum Verklumpen und Verdicken zu verringern.
Vorzugsweise wird ein oberflächenaktives
Mittel zugegeben, nachdem die Zinkboratdispersion hergestellt worden
ist.
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Erfindungsgemäß wird die
Zinkboratdispersion in Kombination mit einer Wachsemulsion verwendet. So
werden das Zinkborat und die Wachsemulsion gemischt, um die endgültige Zinkborat-Wachs-Dispersion wie
bei 9 angegeben zur Aufbringung auf die Holzspäne oder
-fasern wie bei 12 angegeben herzustellen. Die Dispersion
und die Emulsion sollten langsam und sanft gemischt werden, um ein
Brechen des Wachses zu verhindern.
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Im
Allgemeinen sollte die Menge der Wachsemulsions- oder der Wachsfeststoffbasis
in der letztendlich gebildeten Zinkboratdispersion ausreichend sein,
um die Zinkboratdispersion zu stabilisieren. Dies erfordert im Allgemeinen
eine beträchtliche
Menge an Wachs, in der Größenordnung
von mindestens 50% Wachsfeststoffe, bezogen auf die Zinkboratfeststoffe
in der Dispersion. Offensichtlich variiert die Gesamtmenge der Wachssuspension,
die mit der Zinkboratdispersion gemischt ist, in Abhängigkeit
von der Zusammensetzung des tatsächlich
verwendeten Wachses. Es wurde gefunden, dass ein Verhältnis von
1 bis 2 Gewichtsteilen festen Wachses auf 7 bis 10 Gewichtsteile
Zinkborat wirksam war, um die Gebrauchsfähigkeitsdauer hinsichtlich der
sich ergebende Zinkboratdispersion beträchtlich zu erhöhen.
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Im
Allgemeinen ist der pH der Zinkborat- oder Zinkborat-Wachs-Dispersion
nicht höher
als ein pH von 8,5. Eine typische, Wachs enthaltende Dispersionsformulierung,
ist in Tabelle 1 angegeben.
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Zur
Herstellung der Emulsion soll das Zinkborat eine feine Teilchengröße haben,
d.h. eine mittlere Teilchengröße im Bereich
von 2 bis 12 μm.
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Die
maximale Größe der Teilchen
wird gewählt,
um sicherzustellen, dass eine beträchtliche Anzahl der Teilchen
nicht aus der Emulsion ausfällt,
und die Mindestgröße wird
gewählt,
um sicherzustellen, dass die Viskosität der Emulsion nicht unnötig erhöht ist.
So ist es bevorzugt, ein Borax mit einer mittleren Teilchengröße von etwa
8 μm zu
verwenden.
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Es
ist wichtig, dass die Konzentration des Zinkborats in der Dispersion
ausreichend hoch ist, sodass nicht zu viel Wasser dem Verbundprodukt
zugegeben wird, da überschüssiges Wasser
die Entwicklung der ordnungsgemäßen Bindung
während
der Verfestigung stört.
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Die
Zinkboratdispersion ist wie vorstehend angegeben vorzugsweise über die
Zeit hinweg stabil und trennt sich nicht oder verdickt sich nicht
vor der Aufbringung auf die Holzspäne oder -fasern. Sie sollte
beispielsweise unter Verwendung von Scheibendispergiervorrichtungen
aufgesprüht
werden können,
wie sie herkömmlicherweise
in der Industrie für
das Aufbringen von Harz verwendet werden und von denen gefunden wurde,
dass sie die Suspension wirksam und mit ausreichender Gleichmäßigkeit über die
Späne oder
Fasern verteilen. Die Zinkboratsuspensionsdispersion ist für das Aufbringen
mittels solcher Vorrichtungen geeignet, ist jedoch im Allgemeinen
auch für
das Aufbringen mittels anderer Vorrichtungen, insbesondere durch
Sprühvorrichtungen,
beispielsweise luftlose Sprühvorrichtungen,
geeignet oder kann dafür
geeignet gemacht werden.
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Nachfolgend
ist der Gewichtsprozentsatz für
die verschiedenen Komponenten der Dispersion aufgelistet.
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Die
Verwendung von Dispersionen gemäß der vorliegenden
Erfindung ist von besonderem Vorteil bei einem System, bei dem die
Mischstufen unter negativem Druck betrieben werden, um einen Verlust
von Material zu verhindern.
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Es
wurde gefunden, dass die Verwendung der Dispersion gemäß der vorliegenden
Erfindung mit Harzen vom MDI-Typ, bei der der Mischer unter negativem
Druck steht, bei Arbeitsvorgängen
besonders wirksam ist, bei denen Zinkborat in Pulverform aufgebracht
wird, da dies eine Verringerung sowohl des Zinkborats als auch des
Harzes gestattet. Es wurde gefunden, dass Verringerungen von sogar
etwa 20% mit der gleichen Retention in dem Endprodukt erhalten werden
können,
wie sie bei der Verwendung von pulverförmigem Zinkborat aufträte.