Göttingen, Mai 2004
Untersuchungen zur Verminderung der Längenänderung von
Holzspanplatten durch gezielte Nutzung von materialimmanenten
Eigenschaften und Verwendung von feuchtebeständigen
Zusatzstoffen
Schlussbericht
gefördert durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Förderkennzeichen 0339851 /8
Forschungsstelle Institut für Holzbiologie und Holztechnologie, Lehrbereich Holzchemie und Holztechnologie Georg-August-Universität Göttingen
Laufzeit 01.07.1999 bis 31.08.2003
Vorwort
Das Forschungsvorhaben wurde mit dem Ziel begonnen, die feuchtebedingte
Ausdehnung von Holzwerkstoffen im Allgemeinen und Holzspanplatten im Besonderen
erheblich zu reduzieren. Ferner schließt die Zielsetzung ein, die Dimensionsstabilität
der Holzwerkstoffe zu verbessern bzw. zu erhöhen. Hierfür wurden hauptsächlich zwei
Ansätze verfolgt. Zum einen wurden unter Verwendung von Recyclingspänen, deren
Sorptionsverhalten erheblich eingeschränkt ist, mit verschiedenen Bindemitteln
Laborspanplatten hergestellt und auf Ihre Dimensionsstabilität hin geprüft. Zum anderen
wurden Span-Faserplatten hergestellt, die eine Mittelschicht aus Spänen und
Deckschichten aus Fasern aufweisen. Der letztere Untersuchungsansatz wurde erst
verfolgt, nachdem festgestellt wurde, dass Holzfaserplatten eine erheblich niedrigere
Längenänderung aufgrund von Änderungen der relativen Luftfeuchte aufweisen als
Spanplatten. Es lag daher nahe diese materialimmanenten Eigenschaften in die
Untersuchungen stärker als vorgesehen einzubeziehen. Die im Rahmen des
Forschungsvorhabens geplante Zusammenarbeit mit der Fa. Glunz (Werk Göttingen)
konnte nach der Stilllegung der Anlage in Göttingen nicht fortgesetzt werden. Anstelle
der Fa. Glunz wurde die Fa. Kuntz in das Projekt einbezogen, der an dieser Stelle für
die Zusammenarbeit gedankt sei. Diese unvorhersehbaren Ereignisse verzögerten die
Projektarbeiten wie auch die Berichterstattung, wofür die Berichterstatter um
Nachsehen bitten.
Die Arbeiten wurden mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung
über das Forschungszentrum Jülich GmbH, Projektträger BEO (Frau V. Schütze, Herr
Dr. Fitting) gefördert. Für die gute Zusammenarbeit sind die Berichterstatter zu Dank
verpflichtet.
An der Bearbeitung des Projektes waren beteiligt:
Georg-August-Universität Göttingen Institut für Holzbiologie und Holztechnologie Lehrbereich Holzchemie und Holztechnologie
Prof. Dr.-Ing. E. Roffael, Dipl.-Forstw. C. Behn
Glunz AG, Werk Göttingen
Elka-Holzwerke Lud. Kuntz GmbH, Morbach
Gliederung I
Gliederung
1 Einleitung ...................................................................................................................... 1
1.1 Einflussfaktoren auf die Gleichgewichtsfeuchte des Holzes............................. 2
1.2 Formstabilität von Holz und Holzwerkstoffen.................................................... 5
1.3 Einflussfaktoren auf die lineare Ausdehnung von Holzspanplatten .................. 7
1.4 Zum möglichen Einfluss von Recycling auf die lineare Ausdehnung................ 8
1.5 Veränderung der Holzimmanenten Eigenschaften durch Thermohydrolyse.............................................................................................. 9
2 Zielsetzung.................................................................................................................. 12
3 Material und Methoden................................................................................................ 13
3.1 Untersuchungsmaterialien .............................................................................. 14
3.1.1 Herstellung der Recyclingspäne .......................................................... 14
3.1.1.1 Thermische Vorbehandlung ...................................................... 15
3.1.1.2 Mechanische Zerkleinerung ...................................................... 15
3.1.1.3 Thermohydrolytischer Aufschluss.............................................. 16
3.1.1.4 Herstellung der Recyclingfasern................................................ 17
3.1.2 Vergleichsmaterial, „frische“ Späne und Fasern .................................. 17
3.1.3 Herstellung von Spanplatten im Labormaßstab ................................... 18
3.1.4 Herstellung von Span-Faserplatten im Labormaßstab......................... 20
3.2 Untersuchungsmethoden................................................................................ 21
3.2.1 Siebanalysen des Spanmaterials......................................................... 21
3.2.2 Bestimmung des Feuchtegehalts von Holzspänen .............................. 22
3.2.3 Bestimmung der Formaldehydabgabe aus Spänen nach der Flaschenmethode ................................................................................ 22
3.2.3.1 Photometrische Bestimmung der Formaldehydabgabe............. 23
3.2.4 Kaltwasserextrakte............................................................................... 23
3.2.4.1 Bestimmung des pH-Wertes...................................................... 24
3.2.4.2 Bestimmung der alkalischen Pufferkapazität ............................. 24
3.2.5 Bestimmung des Stickstoffgehalts ....................................................... 24
3.2.6 Bestimmung des Wasserrückhaltevermögens (WRV-Wert)................. 25
3.2.7 Klimatisierung bei unterschiedlicher relativer Luftfeuchte .................... 25
3.2.8 Eigenschaften der Versuchsspanplatten.............................................. 27
Gliederung II
4 Ergebnisse und Diskussion ......................................................................................... 28
4.1 Charakterisierung der verwendeten Holzspäne.............................................. 28
4.1.1 Siebanalysen ....................................................................................... 28
4.1.1.1 Siebanalysen der Recyclingspäne aus mechanischer Zerkleinerung............................................................................. 28
4.1.1.2 Siebanalysen der Recyclingspäne aus thermohydrolytischem Aufschluss ............................................. 30
4.1.1.3 Siebanalysen der industriell hergestellten „frischen“ Holzspäne ................................................................................. 32
4.1.2 Chemische und physikalische Charakterisierung des verwendeten Span- und Fasermaterials .............................................. 34
4.1.2.1 pH-Wert und Pufferkapazität des Spanmaterials....................... 34
4.1.2.2 Stickstoffgehalt des Spanmaterials............................................ 36
4.1.2.3 Formaldehydabgabe des Spanmaterials ................................... 38
4.1.2.4 Wasserrückhaltevermögen des Spanmaterials ......................... 39
4.1.2.5 Charakterisierung der verwendeten Faserstoffe........................ 41
4.2 Eigenschaften der aus UF-Recyclingspänen hergestellten Laborpanplatten.............................................................................................. 42
4.2.1 Rohdichte............................................................................................. 42
4.2.2 Querzugfestigkeit ................................................................................. 43
4.2.3 Biegefestigkeit...................................................................................... 44
4.2.4 Dickenquellung .................................................................................... 45
4.2.5 Wasseraufnahme................................................................................. 47
4.2.6 Längenänderung durch Änderung der relativen Luftfeuchte ................ 48
4.2.7 Dickenänderung durch Änderung der relativen Luftfeuchte ................. 50
4.2.8 Gleichgewichtsfeuchte ......................................................................... 51
4.2.9 Formaldehydabgabe ............................................................................ 52
4.3 Eigenschaften der aus PMDI-Recyclingspänen mit PMDI als Bindemittel hergestellten Laborpanplatten...................................................... 54
4.3.1 Rohdichte und Plattendicke ................................................................. 54
4.3.2 Querzug- und Biegefestigkeit ............................................................... 55
4.3.3 Dickenquellung und Wasseraufnahme nach 24 h Wasserlagerung................................................................................... 57
4.3.4 Dimensionsstabilität nach Lagerung bei unterschiedlicher relativer Luftfeuchte.............................................................................. 58
4.3.5 Gleichgewichtsfeuchte ......................................................................... 59
4.3.6 Formaldehydabgabe ............................................................................ 61
Gliederung III
4.4 Eigenschaften der im Labor hergestellten Span-Faserplatten ........................ 62
4.4.1 Rohdichte............................................................................................. 63
4.4.2 Querzugfestigkeit ................................................................................. 65
4.4.3 Biegefestigkeit...................................................................................... 66
4.4.4 Dickenquellung und Wasseraufnahme................................................. 67
4.4.5 Dimensionsstabilität nach Lagerung bei unterschiedlicher relativer Luftfeuchte.............................................................................. 69
4.4.6 Gleichgewichtsfeuchte ......................................................................... 71
4.4.7 Formaldehydabgabe ............................................................................ 72
4.4.8 Untersuchungen zur Sperrwirkung der Faserdeckschichten................ 73
5 Betriebsversuche ........................................................................................................ 75
5.1 Planung und Durchführung der Betriebsversuche .......................................... 75
5.2 Ergebnisse der Betriebsversuche................................................................... 78
5.2.1 Rohdichte............................................................................................. 78
5.2.2 Querzug- und Biegefestigkeit ............................................................... 79
5.2.3 Dickenquellung .................................................................................... 81
5.2.4 Wasseraufnahme................................................................................. 82
5.2.5 Dimensionsstabilität nach Lagerung bei unterschiedlicher relativer Luftfeuchte.............................................................................. 84
5.2.6 Gleichgewichtsfeuchte ......................................................................... 86
5.2.7 Formaldehydabgabe ............................................................................ 87
5.3 Zusammenfassung und Bewertung der Betriebsversuche ............................. 88
6 Zusammenfassung...................................................................................................... 90
7 Literatur ....................................................................................................................... 92
8 Anhang........................................................................................................................ 98
Einleitung 1
1 Einleitung
Holz besteht aus den drei Hauptkomponenten Zellulose, Hemizellulose und Lignin.
Neben diesen Hauptbestandteilen, die die Zellwand bilden, enthält Holz weitere meist
lösliche Stoffe, die als Inhaltsstoffe, Extraktstoffe oder akzessorische Bestandteile
bezeichnet werden. Der Gehalt des Holzes an Extraktstoffen ist u. a. Holzartenabhängig
und beträgt bei Nadelhölzer der gemäßigten Zone wie Fichte und Kiefer etwa 3% - 5%
und bei Laubhölzer wie Buche etwa 2% - 3%.
Abb. 1.1: Adsorptions- und Desorptionskurve sowie Sorptionsisotherme für Sitkafichte.
Holz ist ein hygroskopisches Material, das je nach klimatischen Bedingungen Feuchte
abgeben oder aufnehmen kann. Feuchteaufnahme wird als Adsorption bezeichnet,
Feuchteabgabe wird Desorption genannt (Abb. 1.1). Die Veränderung der
Gleichgewichtsfeuchte in Abhängigkeit von der relativen Luftfeuchte wird bei der
Adsorption durch die Adsorptionsisotherme und bei der Desorption durch die
Desorptionsisotherme beschrieben, welche eine Hystereseschleife bilden. Die mittlere
Kurve zwischen Adsorptions- und Desorptionsisotherme wird als Sorptionsisotherme
Einleitung 2
bezeichnet. Im Gleichgewichtszustand mit der Umgebung erreicht das Holz die
Gleichgewichtsfeuchte (Equilibrium Moisture Content). Die Gleichgewichtsfeuchte der
verschiedenen Komponenten im Holz (Hemizellulose, Holozellulose und Lignin) ist, wie
Abb. 1.2 zu entnehmen ist, unterschiedlich (CHRISTENSEN UND KELSEY 1959). Die
Hemizellulose weist hiernach entlang der Sorptionsisotherme eine weitaus höhere
Ausgleichsfeuchte als das Lignin auf, während die Ausgleichsfeuchte der Holozellulose
dazwischen liegt. Entsprechend dem jeweiligen Umgebungsklima stellt sich im Holz
eine materialspezifische Gleichgewichtsfeuchte ein, deren Höhe von einer Reihe von
Einflussfaktoren abhängig ist, die teilweise ineinander greifen.
Abb. 1.2: Gleichgewichtsfeuchten der verschiedenen Holzbestandteile (CHRISTENSEN UND KELSEY 1959).
1.1 Einflussfaktoren auf die Gleichgewichtsfeuchte des Holzes
Durch thermische und Hydrothermische Vorbehandlung lässt sich die
Gleichgewichtsfeuchte des Holzes reduzieren (SCHNEIDER 1973, BURMESTER 1975).
Nach BURMESTER (1975) führt eine Wärme-Druckbehandlung zu einer Verminderung
des Hemizellulosengehalts und einer Verbesserung der Dimensionsstabilität. Durch
thermische Behandlung des Holzes im Temperaturbereich zwischen 180°C und 200°C
lässt sich die Dimensionsstabilität des Holzes um bis zu etwa 50% verbessern. Auch
durch Veresterung des Holzes (Acetylierung, Phthalierung) erfährt das Holz durch die
Einleitung 3
Reduzierung der hygroskopisch aktiven Zentren eine erhebliche Verminderung der
Sorptionsgleichgewichtsfeuchte (POPPER UND BARISKA 1972, 1973, 1975). Eine thermo-
mechanische Verdichtung des Holzes führt ebenfalls zu einer Verringerung der
Gleichgewichtsfeuchte (NAVI UND GIRARDET 2000). Der Einfluss der hydro-thermalen
Behandlung vor der Verdichtung wird deutlich, wenn man berücksichtigt, dass die
Quellung in Wasser des ohne thermische Vorbehandlung verdichteten Holzes auf ca.
50% steigt, während die Quellung des unverdichteten Holzes nur 8% beträgt. Eine
hydro-thermische Vorbehandlung des Holzes verringert die Dickenquellung des
verdichteten Holzes auf etwa 11% (NAVI UND GIRARDET 2000).
Abb. 1.3: Sorptionsisotherme von Vollholz und PF- und UF-gebundenen Spanplatten (SCHNEIDER 1973).
Bei der Herstellung von Holzwerkstoffen wie Span- und mitteldichten Faserplatten wird
das Holz thermisch behandelt. Die bei der Herstellung von Spanplatten verwendeten
Späne, in denen die morphologische Struktur des Holzes intakt bleibt, erreichen
während der Trocknung kaum Temperaturen oberhalb von 100°C. Wohingegen die bei
der MDF-Herstellung verwendeten Holzfasern im Zuge der thermohydrolytischen
Einleitung 4
Behandlung des Holzes im Kocher und der darauf folgenden Zerfaserung im Refiner
Temperaturen von 170-180°C durchlaufen. Die Gleichgewichtsfeuchte von Holzspan-
und Holzfaserplatten hängt u. a., wie Abb. 1.3 zu entnehmen ist, von dem verwendeten
Bindemitteltyp ab (SCHNEIDER 1973). UF-gebundene Holzspan- und Holzfaserplatten
zeigen eine deutlich niedrigere Ausgleichsfeuchte als das Holz selbst bei gleicher
relativer Luftfeuchte, wobei mit UF-Harz gebundene Holzfaserplatten eine geringere
Gleichgewichtsfeuchte aufweisen als die UF-gebundenen Spanplatten (NIEMZ UND
KUCERA 1999).
Weitere Methoden zur Herabsetzung der Gleichgewichtsfeuchte des Holzes und
Erhöhung der Dimensionsstabilität sind in der Literatur beschrieben worden. Hierzu
gehört die Behandlung des Holzes mit Formaldehyd als Vernetzungsmittel (BURMESTER
1971A, 1971B, 1971C), auch die Behandlung von Holz mit hygroskopischen Stoffen wie
Polyethylenglykol wurde als Methode für die Reduzierung des Quellens und
Schwindens des Holzes vorgeschlagen (SCHNEIDER 1969, NOACK 1969). Den in
manchen Holzarten vorkommenden hydrophoben Extraktstoffen wird eine
herabmindernde Wirkung auf die Gleichgewichtsfeuchte zugeschrieben (WANGAARD
UND GRANDOS 1967).
Abb. 1.4: Einfluss der Temperatur auf die Gleichgewichtsfeuchte des Holzes (SKAAR 1972).
Interessanterweise übt auch die Umgebungstemperatur auf die sich im Holz
einstellende Gleichgewichtsfeuchte einen Einfluss aus (SKAAR 1972). Die
Gleichgewichtsfeuchte nimmt mit sinkender Temperatur zu. Bei hoher relativer
Luftfeuchte ist der Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Gleichgewichtsfeuchte
Einleitung 5
besonders ausgeprägt (Abb. 1.4). Da die Hemizellulosen und die Zellulose die
hauptaktiven Sorptionszentren im Holz sind, dürfte der Einfluss der Temperatur auf die
Sorptionsbeträge der verschiedenen chemischen Holzkomponenten unterschiedlich
sein.
1.2 Formstabilität von Holz und Holzwerkstoffen
Die natürliche Hygroskopizität des Holzes und die mit ihr verbundenen Quellung lassen
sich bei der Herstellung von Holzspanplatten mit verschieden Mitteln mehr oder weniger
vermindern. Darüber hinaus lässt sich die Feuchtigkeitsaufnahme so verzögern, dass
kurzfristiges Auftreten höherer Luftfeuchtigkeiten überbrückt werden kann. Jedoch lässt
sich auch bei Spanplatten nicht ganz verhindern, dass die Holzteilchen bei längerer
Einwirkung von hoher relativer Luftfeuchte je nach der Temperatur der Luft mehr oder
weniger Feuchtigkeit aufnehmen und dass sich dementsprechend ihre Abmessungen
und damit die Abmessungen der Platten vergrößern. Die Vergrößerung der
Abmessungen, d. h. die Quellung, geht mehr oder weniger zurück, wenn sich die
Platten wieder an geringere Luftfeuchte angeglichen haben. Die Abmessungen der
Platten sind also im bestimmten Maße veränderlich bzw. instabil. Wenn man nun unter
diesen Umständen von Dimensionsstabilität spricht, dann ist darunter das Maß dafür zu
verstehen, mit welchen Dimensionsänderungen eine Platte den vorkommenden
Schwankungen der relativen Luftfeuchte begegnet, d. h. also eigentlich das Maß der
Instabilität. Mit anderen Worten kann man die Dimensionsstabilität als
Dimensionsänderung infolge von Klimaschwankungen bezeichnen. Daher spricht man
von größerer oder geringerer bzw. von guter oder schlechter Dimensionsstabilität.
Bei der bisher weitestverbreiteten Art von Holzspanplatten, den s. g. Flachpressplatten,
in denen die Späne und somit die Holzfasern vorwiegend parallel zur Plattenebene
liegen, spielt sich bei Feuchtigkeitsaufnahme – im Gegensatz zu den später
entwickelten Strangpressplatten – die Veränderung der Abmessungen, entsprechend
der Quellung des Holzes, vorwiegend senkrecht zur Plattenebene ab, also in diesem
Fall als Dickenzunahme oder Dickenquellung. Die lineare Quellung (Ausdehnung), d. h.
die Quellung in Länge und Breite der Platte, die man wohl zusammenfassend als
Flächenquellung bezeichnen könnte, ist gegenüber der Dickenquellung sehr gering:
auch in nahezu gesättigter Luft liegt die lineare Ausdehnung normalerweise weit unter
Einleitung 6
1%, bezogen auf die Abessungen der an das Normalklima angeglichenen Proben. Auch
diese geringe Quellung kann aber bei entsprechender Größe der Plattenabschnitte von
Bedeutung sein. Sie macht sich namentlich dann stärker bemerkbar, wenn ein
Luftfeuchtewechsel in dem Plattenquerschnitt asymmetrische Spannungen hervorruft.
Das geschieht, wenn die Platte selbst in irgendeiner Hinsicht eine Querschnitts-
Asymmetrie aufweist, oder wenn die relative Luftfeuchte oder die Temperatur an beiden
Seiten der Platte verschieden sind (Trennwand). In solchen Fällen kommt in den
einzelnen Schichten, insbesondere in den beiden Außenschichten des
Plattenabschnittes eine unterschiedliche Flächenquellung mit unterschiedlichen
Spannungen zustande, die nicht einfach nur zur Vergrößerung, sondern grundsätzlich
zu einer mehr oder weniger starken Verformung des Abschnitts führen muss. Je nach
dem Grad der Verformung (Formänderung), die eine Platte unter ungünstigen
Verhältnissen erfährt, wird dann von einer guten oder schlechten Formstabilität
(Stehvermögen) gesprochen. Die Formstabilität ist also eine besondere Art der
Dimensionsstabilität und kann analog zu jener als ein Maß dafür bezeichnet werden, mit
welchen Formänderungen eine Platte den praktisch vorkommenden Schwankungen der
relativen Luftfeuchte begegnen kann, gleichviel ob diese Schwankungen an einer oder
an beiden ihrer Seiten zustande kommen. Mathematisch ausgedrückt, ist also die
Formstabilität der reziproke Wert der Formänderung, die unter bestimmten
Bedingungen zustande kommt. Sie kann aber auch, ähnlich wie die
Dimensionsstabilität, als Widerstandsfähigkeit gegen Formänderungen infolge von
Klimaschwankungen definiert werden.
Die Quellung und Schwindung von Holzspanplatten werden, wie bereits erwähnt, durch
Feuchteaufnahme und Feuchteabgabe hervorgerufen. Auf die Gleichgewichtsfeuchte
von Holz- und Holzspanplatten nehmen verschiedene Faktoren Einfluss. Hierzu
gehören das eingesetzte Bindemittel, die Holzart und die Rohdichte der hergestellten
Holzspanplatten. Hierüber existiert ein umfangreiches Schrifttum (vgl. SCHNEIDER 1973,
ROFFAEL UND SCHNEIDER 1978, 1979).
Während die Sorptionsisotherme von mit säurehärtenden Harnstoff-Formaldehydharzen
(UF-Harzen) gebundenen Spanplatten flacher als die von Vollholz verläuft, zeigt die
Sorptionsisotherme von mit alkalisch härtenden Phenolformaldehydharzen gebundenen
(PF-Harzen) Spanplatten im Bereich der rel. Luftfeuchte oberhalb von 70% einen steilen
Anstieg. Auch die thermische Behandlung von Holzspanplatten beeinflusst ihre
Einleitung 7
hygroskopischen Eigenschaften (ERNST 1967). Schon bei Temperaturen um 100°C wird
nach BÖHNER UND ROFFAEL (1987) die Gleichgewichtsfeuchte von UF-gebundenen
Holzspanplatten, insbesondere im Bereich rel. Luftfeuchte unterhalb von 50%,
erniedrigt.
Die Sorptionsisotherme liefert jedoch keine Aussagen über den zeitlichen Verlauf der
Feuchteabgabe bzw. Feuchteaufnahme (Sorptionsgeschwindigkeit) durch
Holzspanplatten. Spanplatten nehmen infolge Schwankungen im Klima zum einen und
ihrer Sorptionsträgheit zum anderen kaum die dem herrschenden Klima zugeordnete
Feuchte an (KOSSATZ, DREWES, KRATZ UND MEHLHORN 1982).
1.3 Einflussfaktoren auf die lineare Ausdehnung von Holzspanplatten
NOACK UND SCHWAB (1977) fanden keine lineare Beziehung zwischen der
Plattenfeuchtigkeit im Gleichgewichtszustand und der linearen Ausdehnung von
Holzspanplatten. Die Autoren weisen in diesem Zusammenhang darauf hin, dass die
Flächenausdehnung von mit alkalireichen Phenolformaldehydharzen als Bindemittel
hergestellten Holzspanplatten keinesfalls ungünstiger ist als die von denjenigen
Holzspanplatten, die säurehärtende Harnstoff-Formaldehydharze als Bindemittel
enthalten. Diesbezüglich unterscheiden sich nach NOACK UND SCHWAB (1977)
Holzspanplatten von Vollholz.
Auf die lineare Ausdehnung von Holzspanplatten nehmen verschiedene Parameter
deutlichen Einfluss. PAULITSCH (1975) stellt anhand einer Literaturstudie fest, dass die
lineare Ausdehnung von den Quellungs- und Schwindmaßen des verwendeten Holzes
sowie von der Beschaffenheit der verwendeten Späne abhängt. Insofern scheinen sich
die inhärenten Quellungs- und Schwindungseigenschaften des Holzes auf die daraus
hergestellten Holzspanplatten zu übertragen. Des Weiteren wirkt sich die Spangestalt
auf die lineare Ausdehnung aus. Späne mit hohem Schlankheitsgrad aus Hölzern mit
niedrigen Quell- und Schwindmaßen vermögen die lineare Ausdehnung von
Holzspanplatten zu verringern (PAULITSCH 1975). Auch LEHMAN (1972) bestätigt den
einschränkenden Einfluss von langen Spänen auf die Längenänderung von
Holzspanplatten. Literaturangaben entsprechend wirkt sich ferner die Orientierung der
Späne im Spanverbund auf die lineare Ausdehnung von Spanplatten deutlich aus.
Einleitung 8
SCHWAB UND SCHÖNEWOLF (1980) fanden keinen signifikanten Einfluss der Plattendicke
auf die Längenänderung von Holzspanplatten. RANTA (1978) stellte fest, dass die
verfahrenstechnischen Parameter auf die lineare Ausdehnung der Holzspanplatten von
Einfluss sind. So nahm nach seinen Ergebnissen die lineare Ausdehnung mit
steigender Presstemperatur während der Plattenherstellung deutlich ab, während der
Einfluss des Hydrophobierungsmittels vergleichsweise gering ist. RANTA (1978) stellte
außerdem fest, dass nach mehreren Klimatisierungszyklen die Dicken- und
Längenänderung messbar zunehmen. Dies ist womöglich auf die Auflockerung der
Plattenstruktur zurückzuführen. SUCHSLAND (1972) bestimmte die lineare Ausdehnung
von verschiedenen Holzspanplatten und stellte hierbei fest, dass je nach Plattentyp die
lineare Ausdehnung im Bereich relativer Luftfeuchte von 40% bis 90% zwischen ca.
0,1% und 0,7% variierte. Als wichtigste hierauf einflussnehmende Faktoren sind nach
SUCHSLAND (1972) die Rohdichte und die Spangeometrie anzusehen.
1.4 Zum möglichen Einfluss von Recycling auf die lineare Ausdehnung
Die bislang im Schrifttum aufgeführten Angaben über die Längenänderung von
Holzspanplatten beziehen sich, soweit bekannt, ausschließlich auf Holzspanplatten, die
direkt aus frischem Holz hergestellt werden, Ergebnisse von systematischen
Untersuchungen über die Längenänderung von Holzspanplatten, die aus Spänen von
Gebrauchtspanplatten stammen, sind in der Literatur u. E. nicht anzutreffen. Das
Verhalten von aus Recyclingspänen hergestellten Holzspanplatten dürfte aus folgenden
Gründen von dem der Platten, deren Späne direkt aus dem Rohholz stammen,
abweichen:
Gebrauchtholzspanplatten, die UF-Harz als Bindemittel enthalten, sind in ihrem
Sorptionsvermögen eingeschränkt (SCHNEIDER 1973) und nehmen im Vergleich zu
Vollholz insbesondere im oberen Bereich der relativen Luftfeuchte geringe Mengen an
Feuchte auf. Wenn auch zwischen der Ausgleichsfeuchte zum einen und der linearen
Ausdehnung zum anderen keine lineare Beziehung besteht (NOACK UND SCHWAB 1977),
so bieten Recyclingspäne aus UF-Spanplatten demnach gute Voraussetzungen für die
Herstellung von Holzspanplatten mit eingeschränktem Längenänderungsvermögen.
Hinzu kommt, dass die Späne aus Gebrauchtspanplatten bereits während des
Trocknens und des Pressens thermisch behandelt wurden, wodurch sie mindestens
Einleitung 9
eine gewisse thermische Vergütung erfahren, die ihr Sorptionsvermögen verringert und
sich auf die lineare Ausdehnung positiv im Sinne einer Erniedrigung auswirken könnte.
Späne aus Gebrauchtspanplatten enthalten bereits in Mengen von im Durchschnitt 10%
ein kondensiertes Bindemittel, das bei der zweiten Beleimung für die Plattenherstellung
womöglich ihre Benetzung mit dem Bindemittel beeinträchtigen und mithin auch die
Verleimung stören kann. Nach bisherigen Erfahrungen der Industrie führt z.B. die
Rückführung von bereits geringen Anteilen (20% bis 30%) von Spänen aus mit
Harnstoff-Formaldehydharz gebundenen Holzspanplatten (UF-Spanplatten) nach einer
rein mechanischen Zerkleinerung in den Prozess der Plattenherstellung mit ebenfalls
UF-Harzen als Bindemittel zu einer Verschlechterung der Platteneigenschaften (MÖLLER
1994). Erst durch einen vorherigen Dampfaufschluss, wie dies z.B. das Verfahren von
SANDBERG (1965), MICHANICKEL UND BOEHME (1995) und PFLEIDERER (1995) vorsieht, ist
es möglich, wenn auch in der Industrie noch nicht praktiziert, den Anteil an
Recyclingspänen beim Herstellungsprozess wesentlich zu erhöhen. Die
Dampfbehandlung scheint das Spanplattengefüge schonender und vor allem
verleimungsfreundlicher aufzulösen als die reine mechanische Behandlung. Hierüber
liegen ebenfalls u. W. keine Ergebnisse von systematischen Untersuchungen vor.
Es liegen, soweit bekannt, auch keine publizierten Ergebnisse über das Verhalten von
Spänen aus recycelten UF-gebundenen Holzspanplatten gegenüber anderen
Bindemitteln außer UF-Harz vor. Dies ist insofern von Bedeutung als der
Wirkungsmechanismus bestimmter Bindemittel wie Diphenylmethandiisocyanat (PMDI)
als nicht vollauf aufgeklärt gilt. Da die Eigenschaften von Holzspanplatten durch den
Verleimungsvorgang geprägt werden, ist anzunehmen, dass auch die lineare
Ausdehnung von Spanplatten aus Gebrauchtspänen deutlich hiervon beeinflusst wird.
1.5 Veränderung der Holzimmanenten Eigenschaften durch Thermohydrolyse
Bei der industriellen Herstellung von Spanplatten wird das Holz zu Spänen zerkleinert,
in den Spänen ist die morphologische Struktur des Holzes vollkommen intakt. Dies
bedeutet, das die inhärenten Quellungs- und Schwindungseigenschaften des Holzes in
den Spanplatten weitgehend erhalten bleiben (PAULITSCH 1975) und sich auf diese,
wenn auch in eingeschränktem Umfang, übertragen. Darüber hinaus bringt die
Einleitung 10
Streuung der Holzspäne im industriellen Maßstab eine gewisse Orientierung der Späne
in der Herstellungsrichtung mit sich. Dies trifft im besonderen Maße auf die Späne der
Mittelschicht zu. Es war daher von Interesse festzustellen, ob durch Auflösung der
morphologischen Struktur des Holzes dessen Schwindungs- und Quellungs-
eigenschaften einschließlich der linearen Ausdehnung der daraus hergestellten
Produkte verändert werden können.
Eine solche Maßnahme wird bei der Herstellung von Faserplatten im Allgemeinen und
mitteldichten Faserplatten im Besonderen realisiert. Bei der Herstellung von
mitteldichten Faserplatten (MDF) werden Holzhackschnitzel nach einer
Vordämpfungsstufe (Temperaturen von 70°C bis 80°C) einer thermohydrolytischen
Behandlung bei 170°C – 180°C und einer darauf folgenden Zerfaserung im Refiner
unterzogen, bei der die morphologische Struktur des Holzes teilweise oder vollständig
aufgehoben wird. Es kommt hinzu, dass während des thermohydrolytischen
Aufschlusses ein Teil der Hemizellulosen (Polyosen) des Holzes abgebaut wird
(SCHNEIDER, ROFFAEL, WINDEISEN UND WEGENER 2004). Dies hat zur Folge, dass wegen
des Fehlens eines Teils der Hemizellulosen zum einen und wegen der durch den
Aufschluss bei hohen Temperaturen eingetretenen Quellungsvergütung zum anderen
die Hydrophobie des Holzes bzw. der daraus hergestellten Fasern zunimmt. Es
überrascht deshalb nicht, dass in der Literatur für mitteldichte Faserplatten stets eine
niedrigere Gleichgewichtsfeuchte ermittelt wird als für Holzspanplatten (NIEMZ UND
POBLETE 1995, NIEMZ UND KUCERA 1999, WATKINSON UND GOSLIGA 1990).
Während der Herstellung von MDF mit Formaldehydhaltigen Bindemitteln wie UF-
Harzen kommt es zwischen dem Defibratorstoff und dem Formaldehyd zu einer
chemischen Reaktion, im Zuge derer der Defibratorstoff vernetzt wird (ONISKO UND
PAWLICKI 1985). PAWLICKI (1985) stellte in einer breit angelegten Untersuchung über den
Einfluss des Formaldehyds als vernetzendes Agens auf die Eigenschaften von
mitteldichten Faserplatten fest, dass die Zugabe von Formaldehyd als
Vernetzungsmittel zu dem Defibratorstoff die Dickenquellung der hergestellten MDF
verringert und die Biegefestigkeit deutlich erhöht. Bei einer Zugabe von 8% nahm die
Biegefestigkeit um 45% zu. Dies beruht womöglich auf einer chemischen
Wechselwirkung zwischen dem Formaldehyd und dem Defibratorstoff. Abb. 1.5 zeigt
die Adsorptionsgleichgewichtsfeuchte von MDF gegenüber der von Spanplatten nach
NIEMZ UND POBLETE (1995). Die positiven Veränderungen im Defibratorstoff durch
Einleitung 11
Einwirkung von Formaldehyd sind womöglich darauf zurückzuführen, dass nach der
Thermohydrolyse das Lignin in weitaus zugänglicherer Form in den Fasern vorliegt als
in den Spänen, wodurch die Reaktivität des Lignins gegenüber Formaldehyd erhöht
wird.
Abb. 1.5: Adsorptionsgleichgewichtsfeuchte von MDF und Spanplatten (NIEMZ UND POBLETE 1995).
Zielsetzung 12
2 Zielsetzung
Wie bereits in der Einleitung ausführlich dargestellt, unterliegen Holzwerkstoffe bei
Feuchtigkeitsänderung einer Maßänderung quer zur Plattenebene und in der
Plattenebene. Holzspanplatten, die organische Bindemittel enthalten, weisen im
Allgemeinen ein um ein Mehrfaches höheres Längenänderungsvermögen auf als
mineralisch gebundene Holzwerkstoffe. Im Bereich zwischen darrtrockenem und
fasersattem Zustand liegt die lineare Ausdehnung von organisch gebundenen
Holzspanplatten je nach verwendeten Rohstoffen (Holzart, Bindemittel) sowie
Herstellungsverfahren und Herstellungsbedingungen im Durchschnitt zwischen 0,5%
und 1% (DOSOUDIL 1958, 1960). Demgegenüber liegt die lineare Ausdehnung von Gips
gebundenen Faserplatten mit Werten zwischen 0,05% und 0,1% wesentlich darunter
(KOSSATZ 1979, LEMPFER 1987).
Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die lineare Ausdehnung von organisch
gebundenen Holzwerkstoffen, insbesondere Holzspanplatten bis in den Bereich der
mineralisch gebundenen Holzwerkstoffe herabzusetzen, um ihren Anwendungsbereich,
insbesondere im Bauwesen, zu erweitern (z.B. Erstellung von fugenlosen Wänden in
Fertig- und Innenausbau). Im Rahmen dieser Zielsetzung sollte ebenfalls Untersucht
werden, inwieweit Späne, die durch Aufschluss von Gebrauchtspanplatten gewonnen
wurden (Recyclingspäne), zu Spanplatten führen, die eine besonders niedrige lineare
Ausdehnung aufweisen.
Material und Methoden 13
3 Material und Methoden
Die im Rahmen dieses Forschungsvorhabens durchgeführten Untersuchungen lassen
sich in mehrere Abschnitte einteilen.
Zu Beginn der Untersuchungen wurden mit unterschiedlichen Bindemitteln industriell
gefertigte Holzspanplatten durch eine mechanische Zerkleinerung, und in geringerem
Umfang auch durch einen thermohydrolytischen Aufschluss zu Recyclingspänen
zerlegt, nachdem es teilweise einer thermischen Behandlung unterzogen worden war.
Anschließend wurden Siebanalysen der hergestellten Recyclingspäne angefertigt und
das Material zu Mittel- und Deckschichtspänen fraktioniert. Die auf diese Weise
gewonnenen Recyclingspäne wurden hinsichtlich ihrer verleimungsrelevanten
chemischen und physikalischen Eigenschaften charakterisiert.
Im nächsten Schritt wurden die zuvor gewonnenen Recyclingspäne zur Herstellung von
Laborspanplatten mit verschiedenen Bindemitteln verwendet. Aufgrund des Umstandes,
dass weltweit etwa 90% der Spanplatten mit Harnstoff-Formaldehyd-Harzen (UF-Harze)
hergestellt werden, machen daher UF-Spanplatten auch den weitaus größten Teil der
Holzspanplatten aus, die dem Recycling zwecks einer erneuten Verwertung bei der
Herstellung von Holzspanplatten zugeführt werden. Daher wurde bei den
durchgeführten Untersuchungen der Schwerpunkt auf die Verwendung von
Recyclingspänen gelegt, welche aus UF-Harz gebundenen Spanplatten stammen. Die
hergestellten Laborspanplatten wurden hinsichtlich ihrer physikalisch-technologischen
Eigenschaften, insbesondere ihres Sorptionsverhaltens und ihrer Dimensionsstabilität,
sowie auf Ihre Formaldehydabgabe untersucht.
Um die Dimensionsstabilität bei sich ändernder relativer Luftfeuchte zu verbessern
wurden in einem weiteren Abschnitt Versuche unternommen, den mit unterschiedlichen
Bindemitteln hergestellten Laborspanplatten Holzfasern beizugeben. Wie eingangs
dargelegt, weisen Holzfaserplatten eine geringere Gleichgewichtsfeuchte und eine
höhere Dimensionsstabilität auf als Holzspanplatten. Diese Untersuchungen sollten
zeigen, ob sich durch die Einbringung geringer Mengen an Holzfasern in die
Laborspanplatten deren Dimensionsstabilität verbessern lässt. Auch diese Span-
Material und Methoden 14
Faserplatten wurden, wie die zuvor hergestellten Spanplatten aus Recyclingspänen, auf
ihre Eigenschaften hin untersucht.
3.1 Untersuchungsmaterialien
3.1.1 Herstellung der Recyclingspäne
Für die Herstellung die in diesem Forschungsvorhaben verwendeten Recyclingspäne
wurden industriell gefertigte Holzspanplatten als Ausgangsmaterial verwendet, die von
der GLUNZ AG, Werk Göttingen bereitgestellt wurden. Es handelt sich hierbei um
Holzspanplatten im Dickenbereich von 10mm bis 38mm, die mit Harnstoff-
Formaldehyd-Harz (UF-Harz), Melamin-Harnstoff-Formaldehyd-Harz (MUF-Harz) und
einem Bindemittel auf Basis von Diphenylmethandiisocyanat (PMDI) hergestellt wurden.
Tab. 3.1 gibt die Nenndicken der als Ausgangsmaterial für die Herstellung der
Recyclingspäne verwendeten Spanplatten wieder.
Plattendicke
UF-gebundene Spanplatte 16 mm
MUF-gebundene Spanplatte 21 mm
PMDI-gebundene Spanplatte 16 mm
Tab. 3.1: Plattendicken des verwendeten Ausgangsmaterials.
Die weitere Vorgehensweise der Zerkleinerung des Ausgangsmaterials zu
Recyclingspänen ist schematisch in Abb. 3.1 dargestellt.
Material und Methoden 15
UF unbehandelt
Mech
anisch
e Zerklein
erung
Dam
pfau
f-
schlu
ß UF wärmebehandelt
MUF unbehandelt
MUF wärmebehandelt
PMDI unbehandelt PMDI wärmebehandelt
UF Späne
UF Späne
MUF Späne
MUF Späne
PMDI Späne
PMDI Späne
UF Späne ½
½
Abb. 3.1: Schematische Darstellung der Herstellung von Recyclingspänen aus verschiedenartig gebundenen Holzspanplatten.
3.1.1.1 Thermische Vorbehandlung
Ein Teil der von der Fa. Glunz bereitgestellten Spanplatten wurde vor der Zerkleinerung
zu Recyclingspänen einer Wärmebehandlung bei 70°C für 48h in einer
Holztrocknungsanlage (Hildebrand B 4000 PL) unterworfen. Das Ziel hierbei war es,
eine thermische Vergütung der Späne vor der Zerkleinerung zu erreichen. Die
Wärmebehandlung wurde für alle mit den verschiedenen Bindemitteln (UF-Harz, MUF-
Harz und PMDI) hergestellten Holzspanplatten vorgenommen.
3.1.1.2 Mechanische Zerkleinerung
Die mechanische Zerkleinerung des Ausgangsmaterials erfolgte bei der Fa. Valmet
(mittlerweile Metso Panelboard GmbH) in Hannover-Anderten. Die Spanplatten wurden
zuerst mit einem Hacker (Pallmann PHT 4-5) und danach mittels einer Hammermühle
(Bison Typ 85/100, Lochung 6mm x 20mm) zu Spänen zerkleinert. Im Anschluss daran
wurde das Spanmaterial mit einer Taumelsiebmaschine (Allgaier TSM 1200)
fraktioniert. Es wurden hierfür Siebe der Maschenweite 4mm, 1mm und 0,2mm
verwendet. Das Spanmaterial der Fraktion ≤4mm, >1mm dient in den weiteren
Material und Methoden 16
Untersuchungen als Mittelschichtspan, die Fraktion ≤1mm, >0,2mm wird als
Deckschichtspan verwendet.
3.1.1.3 Thermohydrolytischer Aufschluss
Ein Teil der UF-gebundenen Spanplatten wurde nicht mechanisch, sondern
thermohydrolytisch zu Spänen aufgeschlossen. Dabei wurden, in Anlehnung an bereits
industriell praktizierte Verfahren, die Spanplatten zuerst vorzerkleinert (vgl. MICHANICKEL
UND BOEHME 1995). Dies geschah entweder, indem mit einer Kreissäge
Spanplattenstücke mit einer Kantenlänge von 5cm - 8cm hergestellt wurden, oder es
wurde auf die im Zuge der mechanischen Zerkleinerung der UF-Spanplatten
angefallene Fraktion >4mm, die für die Herstellung von Spanplatten nicht verwendet
wurde, zurückgegriffen. Der eigentliche Thermohydrolytische Aufschluss des
vorzerkleinerten Materials erfolgte im Hochdruckautoklaven (Zirbus HDA 25/40).
Um die Bedingungen für den thermohydrolytischen Aufschluss festzulegen, wurden
zunächst Versuche mit 1,5kg aufzuschließender Spanplatte durchgeführt. Im Zuge
dieser Voruntersuchungen wurden zwei Aufschlussvarianten ermittelt, die sich in der
Aufschlusstemperatur unterscheiden. Bei sonst gleichen Bedingungen wurde das
Spanplattenmaterial bei 130°C und 190°C behandelt. Die Aufschlussbedingungen sind
in Tab. 3.2 aufgeführt.
Aufschlußtemperatur 130°C bzw. 190°C
Aufschlußdauer 1h
Flottenverhältnis Späne 1 : 4 Wasser
NaOH-Zugabe 1% bezogen auf atro Späne
(teilweise entfallen)
Tab. 3.2: Bedingungen des thermohydrolytischen Aufschlusses von Holzspanplatten zur Herstellung von Recyclingspänen.
Nach dem Aufschluss wurde das gewonnene Spanmaterial mit einer Wäscheschleuder
(Miele WZ 268) entwässert und danach in einem Trockenschrank (Memmert Mod. 800)
Material und Methoden 17
bei 70°C getrocknet. Die Fraktionierung zu Deck- (≤1mm, >0,2mm) und
Mittelschichtspänen (≤4mm, >1mm) erfolgte mittels eines Siebanalysegeräts (Retsch
KS 1000) mit Sieben der Maschenweite 4mm, 1mm und 0,2mm.
3.1.1.4 Herstellung der Recyclingfasern
Die im Rahmen dieses Forschungsvorhabens verwendeten Recycling-Holzfasern
wurden durch thermohydrolytischen Aufschluss aus industriell gefertigten, UF-
gebundenen mitteldichten Holzfaserplatten (MDF) gewonnen. Die Vorgehensweise
hierbei ist vergleichbar mit der bei der Herstellung von Recyclingspänen. Nach einer
groben Vorzerkleinerung der MDF wurde das Material mittels des Hochdruckautoklaven
(Zirbus HDA 25/40) unter den in Tab. 3.3 aufgeführten Bedingungen aufgeschlossen.
Aufschlußtemperatur 130°C
Aufschlußdauer 1h
Flottenverhältnis Späne 1 : 6 Wasser
NaOH-Zugabe 1% bezogen auf atro Späne
Tab. 3.3: Bedingungen des thermohydrolytischen Aufschlusses von mitteldichten Faserplatten (MDF) zur Herstellung von Recyclingfasern.
Nach dem Aufschluss wurden die Recyclingfasern mittels einer Wäscheschleuder
(Miele WZ 268) bis zu einem Feuchtegehalt von ca. 130% entwässert und mit einer
Stiftmühle (Pallmann PXL 18) aufgelockert, um noch vorhandene Faserklumpen
aufzulösen. Die anschließende Trocknung der gewonnenen Recyclingfasern erfolgte im
Trockenschrank (Memmert Mod. 800) bei 70°C.
3.1.2 Vergleichsmaterial, „frische“ Späne und Fasern
Für die Fertigung von Laborspanplatten aus „frischen“, nicht recycelten Spänen, die als
Referenz für Recycling-Spanplatten dienten, wurden industriell vorwiegend aus
Waldholz hergestellte Holzspäne verwendet. Auch diese Späne wurden, wie das
Material und Methoden 18
verwendete Recyclingspanmaterial, mittels des Siebanalysegeräts (Retsch KS 1000) zu
Deck- (≤1mm, >0,2mm) und Mittelschichtspänen (≤4mm, >1mm) fraktioniert.
Als Referenzmaterial für die hergestellten Recyclingfasern wurde ein industriell nach
dem TMP-Verfahren erzeugter Kiefern-Faserstoff verwendet.
3.1.3 Herstellung von Spanplatten im Labormaßstab
Im Rahmen der Untersuchungen wurden dreischichtige Laborspanplatten hergestellt.
Hierbei wurden die zuvor auf die beschriebene Weise hergestellten Mittel- und
Deckschichtspäne (vgl. Kap. 3.1.1), sowie die industriell hergestellten „Frischspäne“
verwendet. Als Bindemittel wurden ein Harnstoff-Formaldehyd-Harz (UF-Harz) der
BASF, ein Melamin-Harnstoff-Formaldehyd-Harz (MUF-Harz) ebenfalls von der BASF
und ein Bindemittel auf Basis von Diphenylmethandiisocyanat (PMDI), hergestellt von
der Bayer AG, verwendet. Folgende in Tab. 3.4 aufgeführten Herstellungsvarianten
wurden im Rahmen der Untersuchungen verwirklicht:
UF-Harz MUF-Harz PMDI
„frische“ Späne X X X
Recyclingspäne aus mech. zerkleinerten UF-Spanplatten
ohne Wärmebehandlung X X X
Recyclingspäne aus mech. zerkleinerten UF-Spanplatten
mit Wärmebehandlung 70°C/ 48h X X X
Recyclingspäne aus mech. zerkleinerten PMDI-Spanplatten
ohne Wärmebehandlung X
Tab. 3.4: Herstellungsvarianten der im Labor gefertigten Spanplatten.
Material und Methoden 19
Die Beleimung der Holzspäne mit dem jeweiligen Bindemittel und die Einbringung des
Hydrophobierungsmittels erfolgten in einer rotierenden Beleimungstrommel (Eigenbau)
mit einem Volumen von ca. 1,2m³, in der sich zwei Beleimautomaten (Optima ATM IIO)
befinden, die das Bindemittel bzw. Hydrophobierungsmittel auf die Späne sprühen. Das
so beleimte Spanmaterial wurde, wie laborüblich, mittels Handstreuung in einem
Streukasten von 45cm x 45cm Kantenlänge zu einem dreischichtigem Spankuchen mit
60% der Spanmasse in der Mittelschicht und zwei mal 20% der Masse in den
Deckschichten geformt, der mit einer pneumatischen Vorpresse (Eigenbau) bei einem
Druck von ca. 3bar vorverdichtet wurde. Der anschließende Heißpressvorgang erfolgte
in einer Laborpresse (Joos HP-S 200). Hierbei wurden zur Begrenzung des
Pressenspaltes Distanzleisten von 20mm Dicke verwendet, der Pressdruck betrug
dabei ca. 70bar. Die übrigen Herstellungsbedingungen der verschiedenen
Laborspanplatten werden in Tab. 3.5 wiedergegeben:
UF MUF PMDI
DS Kaurit 350
9% Kauramin 350
14% Desmodur 1520
A/20 5% Bindemittel/ -aufwand [% atro Span]
MS Kaurit 350
7% Kauramin 350
12% Desmodur 1520
A/20 3,5%
DS - - - Härtungsbeschleuniger/ -aufwand
[% Festharz] MS Ammoniumsulfat (40%ige Lösung)
3,4% -
DS Hydrophobierungsmittel/ -aufwand
[% atro Span] MS
Paraffin (60%ige Dispersion) 0,5%
Solldicke nach Schleifen 19mm
Sollrohdichte 0,690g/cm³
Preßtemperatur 190°C
Preßzeit 12sec/mm
Tab. 3.5: Herstellungsbedingungen der Laborspanplatten.
Material und Methoden 20
Nach der Herstellung der Laborspanplatten wurden diese beidseitig mit einem
Schleifmittel der Körnung 100 geschliffen und anschließend auf das Format 41cm x
41cm besäumt. Von jeder der oben beschriebenen Herstellungsvarianten wurden drei
Laborspanplatten gefertigt.
3.1.4 Herstellung von Span-Faserplatten im Labormaßstab
Bei der Herstellung dieses Plattentyps wurden die gleichen Herstellungsbedingungen
gewählt, wie bei den zuvor produzierten dreischichtigen Spanplatten, jedoch wurden für
die Deckschichten nicht „frische“ oder Recyclingspäne verwendet, sondern es wurden
hierfür die o. g. industriell erzeugten Kiefernholzfasern bzw. die im Labor aus MDF
gewonnenen Recyclingfasern eingesetzt. Als Bindemittel wurden das UF-Harz Kaurit
350 der BASF und der PMDI-Klebstoff Desmodur 1520/A20 (Fa. Bayer) verwendet, die
auch bei der Herstellung der Laborspanplatten eingesetzt wurden. Tab. 3.6 enthält eine
Übersicht der verschiedenen hergestellten Span-Faserplatten.
UF-Harz PMDI
Mittelschicht: „frische“ Späne
Deckschicht: „frische“ Fasern X X
Mittelschicht: Recyclingspäne aus mech. zerkleinerten UF-Spanplatten ohne Wärmebehandlung
Deckschicht: Recyclingfasern aus thermo-hydrolytisch aufgeschlossenen MDF
X X
Tab. 3.6: Herstellungsvarianten der im Labor gefertigten Span-Faserpatten.
Die Bindemittelmenge wurde bei den UF-gebundenen Span-Faserplatten in den
Faserdeckschichten auf ein bei der MDF-Herstellung übliches Maß von 12% Feststoff
des Bindemittels bezogen auf atro Fasern erhöht. Die Dosierung des Bindemittels bei
Material und Methoden 21
der Herstellung von PMDI-gebundenen Span-Faserplatten blieb unverändert. Tab. 3.7
gibt die Bindemitteldosierungen für die hergestellten Span-Faserplatten wieder.
UF PMDI
DS Kaurit 350
12% Desmodur 1520 A/20
5% Bindemittel/ -aufwand [% atro Span/ Faser]
MS Kaurit 350
7% Desmodur 1520 A/20
3,5%
DS - Härtungsbeschleuniger/ -aufwand
[% Festharz] MS
Ammoniumsulfatlösung 40%ig 3,4% -
Tab. 3.7: Bindemitteldosierung bei der Herstellung der Span-Faserplatten.
Die übrigen Herstellungsbedingungen einschließlich der Verteilung der Späne in Deck-
und Mittelschicht, der Sollrohdichte und des Presszeitfaktors wurde entsprechend der
Herstellungsbedingungen der Laborspanplatten (vgl. Tab. 3.6) gewählt. Auch die
Verfahrensweise beim Schleifen und Besäumen war identisch zu der bei der
Herstellung der Laborspanplatten.
3.2 Untersuchungsmethoden
3.2.1 Siebanalysen des Spanmaterials
Die im Rahmen der Untersuchungen angefertigten Siebanalysen wurden mit einem
Siebanalysegerät (Retsch KS 1000) angefertigt. Die verwendeten Siebe hatten
Maschenweiten von 0,2mm, 0,5mm, 1mm, 2mm und 4mm gemäß DIN 4188. Der
Siebdurchmesser betrug 400mm. Bei der Siebung fielen die in Tab. 3.8 aufgeführten
Spanfraktionen an. Der Anteil der einzelnen Spanfraktionen wurde als Gewichtsprozent
bezogen auf das Gesamtgewicht (atro) ermittelt.
Material und Methoden 22
Spanfraktion Verwendung bei der Herstellung von
Spanplatten
>4mm -
≤4mm, >2mm
≤2mm, >1mm
Mittelschicht-Späne (MS-Späne)
≤1mm, >0,5mm
≤0,5mm, >0,2mm
Deckschicht-Späne (DS-Späne)
≤0,2mm -
Tab. 3.8: Spanfraktionen und deren Verwendung bei die Herstellung von Laborspanplatten.
3.2.2 Bestimmung des Feuchtegehalts von Holzspänen
Der Feuchtegehalt der Späne wurde mit einem Feuchtebestimmer (Sartorius MA 30)
bestimmt, der das Untersuchungsmaterial bei 105°C bis zur Gewichtskonstanz
trocknete und aus Einwaage und Endgewicht den Feuchtegehalt als Gewichtsprozent
bezogen auf das Trockengewicht ermittelte. Es wurden Doppelbestimmungen
durchgeführt und die arithmetischen Mittelwerte berechnet.
3.2.3 Bestimmung der Formaldehydabgabe aus Spänen nach der Flaschenmethode
Die Bestimmung der Formaldehydabgabe aus den verschiedenen Spansortimenten
erfolgte in Anlehnung an die EN 717-3 nach der sog. Flaschenmethode (Roffael, 1975;
Sundin und Roffael, 1991). Hierzu wurde von den Spänen eine ca. 1,5g atro
entsprechende Menge in ein handelsübliches Tee-Ei (aus Stahl) eingewogen und
anschließend in eine Polyethylenflasche (WKI-Flasche) mit einem Fassungsvermögen
von 500ml gehängt. Zuvor wurde die Flasche mit 50ml entionisiertem Wasser gefüllt.
Für die Ermittlung des Blindwertes wurde zu jeder Versuchsreihe eine WKI-Flasche, die
50ml entionisiertes Wasser und ein leeres Tee-Ei enthielt, beigestellt. Die fest
Material und Methoden 23
verschlossenen WKI-Flaschen wurden dann für 3h und 24h in einem auf 40°C
eingestellten Wärmeschrank belassen.
Nach Ablauf der Prüfdauer wurden die WKI-Flaschen geöffnet und das
Untersuchungsmaterial entnommen, danach wurden die Flaschen wieder verschlossen.
Um die vollständige Absorption des Formaldehyds im Wasser zu erreichen, kühlten die
WKI-Flaschen für eine Stunde ab. Anschließend erfolgte an der Absorptionslösung die
photometrische Bestimmung der abgegebenen Formaldehydmenge.
3.2.3.1 Photometrische Bestimmung der Formaldehydabgabe
Die Bestimmung der Formaldehydabgabe erfolgte gemäß der Vorgaben der EN 717-3.
Von der Absorptionslösung wurden 10ml in eine Schliffflasche pipettiert und mit 10ml
einer 0,04M Acetylacetonlösung und 10ml einer 20%igen Ammoniumacetatlösung
versetzt. Anschließend wurden die Proben bei 40°C für 15 Minuten in einem
Schüttelwasserbad inkubiert. Nach einer Stunde Abkühlung auf Raumtemperatur bei
abgedunkelter Lagerung der Proben wurde die Probelösung bei 412nm gegen
entionisiertes Wasser photometrisch (Perkin Elmer UV/VIS-Spectrometer Lambda 16)
vermessen und die Formaldehydabgabe der Span- bzw. Spanplattenproben als Abgabe
in mg Formaldehyd bezogen auf kg Trockenmasse der Probe errechnet. Die
Messungen wurden als Doppelbestimmungen durchgeführt.
3.2.4 Kaltwasserextrakte
Für die Untersuchungen wurde jeweils eine 5g atro entsprechende Menge des zu
extrahierenden Spanmaterials in einem 500ml Jodzahlkolben mit 150ml entionisiertem
Wasser versetzt. Der Jodzahlkolben wurde verschlossen und der Inhalt bei 20°C für
24h geschüttelt. Nach Ablauf der Inkubationszeit wurden die wässerigen Extrakte
abfiltriert und anschließend für die Bestimmung des pH-Werts, der Pufferkapazität
verwendet. Die Untersuchungen wurden jeweils als Doppelbestimmungen durchgeführt.
Material und Methoden 24
3.2.4.1 Bestimmung des pH-Wertes
Der pH-Wert der kaltwässrigen Extrakte wurde mittels eines pH-Meters (WTW pH 526)
4min nach Eintauchen der Einstabmesskette bei 20°C ermittelt.
3.2.4.2 Bestimmung der alkalischen Pufferkapazität
Es wurden in Abhängigkeit ihres pH-Wertes 20ml der Absorptionsflüssigkeit mit einer
0,01mol/l NaOH-Lösung bis zum Neutralpunkt titriert. Für die Titration wurde ein
Titriersystem der Fa. Schott (Titration Controller 1200, Kolbenbürette T110 und
Wechselaufsatz TA20) verwendet. Aus der titrierten Menge an NaOH wurde die
alkalische Pufferkapazität in mmol NaOH/ 100g atro Späne errechnet.
3.2.5 Bestimmung des Stickstoffgehalts
Der Stickstoffgehalt wurde in Anlehnung an Merkblatt IV/54/73 des Vereins der Zellstoff-
und Papier-Chemiker und -Ingenieure (1973) vorgenommen. Es handelt sich um den
Kjeldahl-Aufschluß zur Erfassung des organisch gebundenen Stickstoffs. Die Proben
werden mit konzentrierter Schwefelsäure und einem Katalysator erhitzt, so dass die
organischen Substanzen zersetzt werden. Anschließend wird das Gemisch
überdestilliert und diejenigen Verbindungen, die ihren Stickstoff unter diesen
Reaktionsbedingungen abgegeben haben, werden durch eine titrimetrische
Bestimmung des überdestillierten Ammoniaks erfasst. Abweichend vom o. g. Merkblatt
wurden anstelle des Selen-Reaktionsgemisches zwei sog. Kjeldahl-Tabletten (Merck-
Nr. 16469 ) als Katalysator eingesetzt. Die Proben von 1g lutro Spanmaterial wurden
mit 20ml 98%iger Schwefelsäure versetzt. Der Aufschluss und die Destillation wurden
mit Geräten der Fa. Gerhardt durchgeführt (Aufschlußsystem: Kjeldatherm KB 8 S,
Wasserdampf-Destillationsapparatur: Vapodest 30). Für die Destillation wurden
folgende Größen festgelegt: Zugabe von 70ml dest. Wasser und 50ml ca. 30 %iger
Natronlauge sowie eine Dauer von 5min. Anstelle von 0,1N Schwefelsäure wurde bei
der Destillation 0,1N Salzsäure vorgelegt. Die Berechnung beruht auf der Beziehung,
dass 1ml verbrauchte 0,1N Salzsäure 1,4mg Stickstoff entspricht. Der Stickstoffgehalt
wurde als Mittelwert einer Doppelbestimmung wie folgt berechnet:
Material und Methoden 25
3.2.6 Bestimmung des Wasserrückhaltevermögens (WRV-Wert)
Die Bestimmung des Wasserrückhaltevermögens (WRV-Wert) der verwendeten
Spansortimente erfolgte in Anlehnung an das im Merkblatt IV/33/57 des Vereins der
Zellstoff- und Papier-Chemiker und -Ingenieure beschriebene Verfahren. Es wurden
dabei jeweils 12 Proben des Fasermaterials von jeweils 0,3g eingewogen und für 16h
bei 20°C in 30ml entionisiertem Wasser belassen. Daraufhin wurden die nunmehr
gequollenen Holzspäne in einer Zentrifuge (Sigma 3-15) bei 3000-facher
Erdbeschleunigung für 5min abgeschleudert. Das so behandelte Fasermaterial wurde
gewogen, bei 103°C über Nacht gedarrt und erneut gewogen. Der WRV-Wert ergibt
sich aus der Massendifferenz der Proben vor und nach dem Darren in Prozent der
darrtrockenen Probenmasse.
3.2.7 Klimatisierung bei unterschiedlicher relativer Luftfeuchte
Zur Klimatisierung bei 20°C und 65% relativer Luftfeuchte der im Rahmen des
Forschungsvorhabens hergestellten Spanplatten und der daraus geformten
Probekörper wurde ein Klimalagerschrank (WTB Binder KDF 720) verwendet. Die
Klimatisierung der Probekörper für die Untersuchungen zur Maßänderung durch
Änderung der relativen Luftfeuchte gemäß EN 318 erfolgte größtenteils mit Hilfe einer
Vakuumsorptionsapparatur (Fa. Schütt). Dieses Gerät ermöglicht die Einstellung einer
definierten Luftfeuchte mittels geeigneter gesättigter Salzlösungen und das Evakuieren
des Probenraums. Eine genaue Beschreibung einer solchen Apparatur findet sich bei
KOLLMANN UND SCHNEIDER (1958). Mehrere Probekörper von Spanplatten in den
evakuierten Proberäumen der Vakuumsorptionsapparatur, sowie die darunter
befindlichen Behälter mit den Salzlösungen zeigt die Abb. 3.2. Durch die Klimatisierung
im Vakuum wird die Adsorption bzw. Desorption wesentlich beschleunigt und gleichsam
die Streuung der Messwerte reduziert, wie Vergleichsmessungen mit dem Klimaschrank
y = Stickstoffgehalt in % bezogen auf atro Einwaage a = Verbrauch an 0,1mol/l Salzsäure beim Versuch in ml b = Verbrauch an 0,1mol/l Salzsäure beim Blindversuch in ml m = Trockenmasse der Probe in g
( )m
bay
14,0×−=
Material und Methoden 26
gezeigt haben. Für die Erzeugung der im Rahmen der Untersuchungen benötigten
Klimate wurden die in Tab. 3.9 aufgeführten Salzlösungen verwendet (nach SCHNEIDER
1960).
Abb. 3.2: mehrere Spanplatten-Probekörper in den evakuierten Proberäumen der Vakuumsorptionsapparatur. Am unteren Rand sind die Behälter mit den gesättigten Salzlösungen zur Erzeugung der jeweiligen relativen Luftfeuchte zu erkennen.
gewünschte relative Luftfeuchte
gesättigte Lösung von
35% MgCl2 . 6 H2O
Magnesiumchlorid-Hexahydrat
65% NaNO2 Natriumnitrit
85% KCl Kaliumchlorid
Tab. 3.9: Salzlösungen zur Erzeugung definierter Luftfeuchten in der Vakuumsorptionsapparatur.
Material und Methoden 27
3.2.8 Eigenschaften der Versuchsspanplatten
Nach der Herstellung wurden die Laborspanplatten für 3 Wochen im Normalklima bei
20°C und 65% relativer Luftfeuchte (DIN 50 014) bis zur Gewichtskonstanz gelagert.
Anschließend wurden von jeder Plattenvariante zwei Spanplatten zu den verschiedenen
Probekörpern eingeschnitten. Die in Tab. 3.10 aufgestellten Eigenschaften der
hergestellten Laborspanplatten wurden gemäß den Prüfvorschriften der
entsprechenden Normen untersucht.
Feuchtegehalt EN 322
Rohdichte EN 323
Zugfestigkeit senkrecht zur Plattenebene EN 319
Biegefestigkeit DIN 52 362
Dickenquellung nach Wasserlagerung EN 317
Wasseraufnahme DIN 52 351
Maßänderung in Verbindung mit Änderungen der relativen Luftfeuchte
EN 318
Formaldehydabgabe nach der Flaschenmethode
EN 717-3
Tab. 3.10: Untersuchte Platteneigenschaften und entsprechende Prüfvorschriften.
Die Prüfung der Biegefestigkeit erfolgte nach DIN 52 362, da die begrenzten Formate
der Versuchsspanplatten eine Ausformung der Probekörper nach EN 310 nicht
ermöglichten. Die Bestimmung der Querzugfestigkeit, Biegefestigkeit, Dickenquellung
und Wasseraufnahme erfolgte, soweit nicht anders angegeben, an jeweils 10
Prüfkörpern, die nach einem vorgegebenen Schema aus den Versuchsspanplatten
ausgeformt wurden. Die Probennahme bei den Untersuchungen zur
Dimensionsstabilität bei Änderung der relativen Luftfeuchte wurde entsprechend der
Vorgaben der EN 318 vorgenommen. Die in den folgenden Abbildungen und Tabellen
dargestellten Werte verstehen sich jeweils als Mittelwerte der jeweiligen
Einzelmessungen.
Ergebnisse und Diskussion 28
4 Ergebnisse und Diskussion
4.1 Charakterisierung der verwendeten Holzspäne
Die Charakterisierung der im Rahmen des Forschungsvorhabens verwendeten
Holzspäne umfasst Siebanalysen, Untersuchung der Kaltwasserextrakte hinsichtlich
des pH-Wertes und der Pufferkapazität, Ermittlung des Wasserrückhaltevermögens,
sowie die Bestimmung des Stickstoffgehalts und der Formaldehydabgabe.
4.1.1 Siebanalysen
Von den im Rahmen des Forschungsvorhabens hergestellten und verwendeten
Spansortimenten wurden auf die in Kap. 3.2.1 beschriebene Weise Siebanalysen
angefertigt. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen, die im Folgenden dargestellt
werden, beziehen sich ausschließlich auf Recyclingspäne, die durch mechanische
Zerkleinerung bzw. thermohydrolytischen Aufschluss des Ausgangsmaterials ohne
vorherige Wärmebehandlung hergestellt wurden.
4.1.1.1 Siebanalysen der Recyclingspäne aus mechanischer Zerkleinerung
Die Ergebnisse der Siebanalysen der durch mechanische Zerkleinerung des
Ausgangsmaterials gewonnenen Recyclingspäne gibt Abb. 4.1.1 wieder.
Es ist zu erkennen, dass bei allen Platten 75% bis 85% des Spanmaterials auf die
Fraktionen zwischen ≤4mm und >0,2mm entfallen, welche im Forschungsvorhaben als
Mittel-, (≤4mm, >1mm) und Deckschichtmaterial, (≤1mm, >0,2mm) Verwendung finden.
Die Fraktionen >4mm und <0,2mm machen jeweils nicht mehr als 10% der Spanmasse
aus. Die Ausbeute an verwertbarem Material ist bei der mechanischen Zerkleinerung
also recht hoch.
Ergebnisse und Diskussion 29
3,9
20,5
32,6
30,5
7,4
5,3
9,6
42,2
30,0
14,3
3,0
0,9
5,2
31,6
33,5
21,6
7,0
1,1
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
> 4mm > 2mm > 1mm > 0,5mm > 0,2mm ≤ 0,2mm
Fraktion/ Siebmaschenweite [mm]
rel.
Ma
sse
na
nte
il d
er
Sp
an
fra
ktio
n [
%]
UF-Recyclingspäne
MUF-Recyclingspäne
PMDI-Recyclingspäne
Abb. 4.1.1: Siebanalysen der durch mechanische Zerkleinerung aus UF-, MUF- und PMDI gebundenen industriell gefertigten Holzspanplatten hergestellten Recyclingspäne.
Abb. 4.1.2: Siebfraktionen der durch mechanische Zerkleinerung aus einer UF gebundenen industriell gefertigten Holzspanplatten hergestellten Recyclingspäne.
>4mm
≤4mm, >2mm
≤2mm, >1mm
≤1mm, >0,5mm
≤0,5mm, >0,2mm
<0,2mm
10mm
Ergebnisse und Diskussion 30
Die Abb. 4.1.2 zeigt die verschiedenen Fraktionen der aus mechanischer Zerkleinerung
einer UF-gebundenen Spanplatte gewonnenen Recyclingspäne. Vor allem in der
Fraktion >4mm aber auch in der ≤4mm, >2mm sind noch nicht zu Spänen zerlegte
Partikel von eckig bis runder Form zu erkennen. Diese als ungünstig anzusehende
Geometrie der Recyclingspäne aus mechanischer Zerkleinerung wirkt sich zumindest in
der Mittelschicht der daraus hergestellten Platten negativ auf deren Eigenschaften aus.
(vgl. Kap. 4.2) Das feinere Deckschichtmaterial (≤1mm, >0,2mm) zeigt hingegen eine
deutlich länglichere Geometrie, die der von „frischen“ Spänen ähnelt.
4.1.1.2 Siebanalysen der Recyclingspäne aus thermohydrolytischem Aufschluss
Die Abb. 4.1.3 gibt die Ergebnisse der Siebanalysen der verschiedenen
thermohydrolytischen Aufschlüsse wieder. Es sind drei verschiedene
Aufschlussvarianten dargestellt, die sich in der Art der Vorzerkleinerung der
Spanplatten und der Aufschlusstemperatur unterscheiden (vgl. Kap. 3.1.1.3).
45,7
10,69,4
13,9
15,8
4,5
33,0
26,5
3,8
11,7
19,3
5,7
12,6
27,1
15,516,8
21,2
6,8
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
> 4mm > 2mm > 1mm > 0,5mm > 0,2mm ≤ 0,2mm
Fraktion/ Siebmaschenweite [mm]
rel.
Ma
sse
na
nte
il d
er
Sp
an
fra
ktio
n [
%]
Stücke 5cm x 5cm, 130°C/ 1h
Fraktion >4mm, 130°C/ 1h, 1% NaOH
Fraktion >4mm, 190°C/ 1h, 1% NaOH
Abb. 4.1.3: Siebanalysen der durch thermohydrolytischen Aufschluss aus UF-gebundenen industriell gefertigten Holzspanplatten mit unterschiedlichen Aufschlussbedingungen hergestellten Recyclingspäne.
Ergebnisse und Diskussion 31
Zu erkennen ist, dass bei der Verwendung von Spanplattenstücken, die durch Zerteilen
des Ausgangsmaterials mit einer Säge hergestellt wurden, ein großer Teil des Materials
nach dem Aufschluss bei 130°C in der Fraktion >4mm verbleibt, also nicht richtig
aufgeschlossen wurde. Auf die Fraktionen der Mittelschicht (≤4mm, >1mm) entfallen
20% und auf die Deckschichtfraktionen (≤1mm, >0,2mm) 30% des Materials.
Um die Ausbeute beim thermohydrolytischen Aufschluss zu verbessern, wurde zum
einen statt der Spanplattenstücken das durch die mechanische Zerkleinerung mittels
Hacker und Hammermühle, wie in Kap. 3.1.1.2 beschrieben, gewonnene Material der
Fraktion >4mm verwendet und zum anderen dem Aufschlussgut 1% Natriumhydroxid
beigegeben. Bei diesen Aufschlussbedingungen verbleibt bei einer Aufschluss-
temperatur von 130°C noch ein Drittel des Materials in der Fraktion >4mm. Weitere
30% finden sich in den Deckschichtfraktionen und 31% in den Fraktionen der
Deckschicht wieder.
Bei einer Erhöhung der Aufschlusstemperatur auf 190°C verbleiben nur noch 13% in
der Fraktion >4mm. Der Massenanteil der Späne der Mittelschicht steigt auf 43% und
das Deckschichtmaterial macht 38% der thermohydrolytisch aufgeschlossenen
Recyclingspäne aus. Insofern scheint sich eine Erhöhung der Aufschlusstemperatur von
130°C auf 190°C im Wesentlichen auf die grobe Fraktion >4mm auszuwirken, wobei
jedoch auch der Feinanteil, wie zu erwarten war, etwas zunimmt. Abb. 4.1.4 zeigt die
verschiedenen Fraktionen der drei besprochenen Aufschlussvarianten.
Es ist zu erkennen, dass sich die Spanfraktionen, welche im Rahmen der
Untersuchungen für die Deck- und Mittelschichten bei der Herstellung der
Laborspanplatten verwendet werden (MS: ≤4mm, >1mm; DS: ≤1mm, >0,2mm), bei den
verschiedenen Aufschlussbedingungen hinsichtlich der Spangeometrie kaum
unterscheiden. Jedoch führt der Aufschluss bei 190°C zu deutlich dunkleren
Recyclingspänen als dies bei 130°C Aufschlusstemperatur der Fall ist.
Ergebnisse und Diskussion 32
Abb. 4.1.4: Siebfraktionen der durch thermohydrolytischen Aufschluss aus UF-gebundenen industriell gefertigten Holzspanplatten mit unterschiedlichen Aufschlussbedingungen hergestellten Recyclingspäne.
4.1.1.3 Siebanalysen der industriell hergestellten „frischen“ Holzspäne
Auch von den industriell gefertigten „frischen“ Mittel- und Deckschichtspänen wurden
Siebanalysen angefertigt, deren Ergebnisse Abb. 4.1.5 wiedergibt. Hiernach befinden
sich bei den Mittelschichtspänen 67% der Masse in den Fraktionen ≤4mm, >1mm, die
im Rahmen dieser Untersuchungen für die Mittelschichten der hergestellten
Laborspanplatten verwendet wurde. Die Siebanalysen der „frischen“ Deckschichtspäne
zeigen ein ähnliches Bild. Hier entfallen auf die im Rahmen dieser Untersuchungen für
die Deckschichten der Laborspanplatten verwendeten Fraktionen ≤1mm, >0,2mm 70%
der Spanmasse.
>4mm
≤4mm, >2mm
≤2mm, >1mm
≤1mm, >0,5mm
≤0,5mm, >0,2mm
<0,2mm
10mm
Stücke 5cm x 5cm
1h/ 130°C
Fraktion >4mm
1h/ 130°C, 1% NaOH
Fraktion >4mm
1h/ 190°C, 1% NaOH
Ergebnisse und Diskussion 33
8,9
24,0
43,3
19,2
4,4
0,20,0 0,2
18,4
40,3
29,3
11,8
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
> 4mm > 2mm > 1mm > 0,5mm > 0,2mm ≤ 0,2mm
Fraktion/ Siebmaschenweite [mm]
rel.
Ma
sse
na
nte
il d
er
Sp
an
fra
ktio
n [
%]
Frischspäne MS
Frischspäne DS
Abb. 4.1.5: Siebanalysen der industriell gefertigten Deck- und Mittelschichtspäne.
Abb. 4.1.6: Siebfraktionen der industriell gefertigten „frischen“ Mittelschichtspäne.
>4mm
≤4mm, >2mm
≤2mm, >1mm
≤1mm, >0,5mm
≤0,5mm, >0,2mm
<0,2mm
10mm
Ergebnisse und Diskussion 34
Deutliche Unterschiede zwischen den hergestellten Recyclingspänen und den
verwendeten „frischen“ Spänen zeigen sich bei der Betrachtung der Spangeometrie.
Abb. 4.1.6 zeigt die Späne der einzelnen Fraktionen der „frischen“ Mittelschichtspäne.
Zu erkennen ist die gegenüber den hergestellten Recyclingspänen (vgl. Kap. 4.1.1.2
und 4.1.1.2) längliche Form der Späne in den Fraktionen >1mm. Bei den feineren
Fraktionen tritt dieser Unterschied nicht zu Tage, weswegen auf eine Darstellung der
einzelnen Fraktionen der „frischen“ Deckschichtspäne verzichtet wurde.
4.1.2 Chemische und physikalische Charakterisierung des verwendeten Span- und Fasermaterials
Die durch mechanische Zerkleinerung und thermohydrolytischen Aufschluss aus dem
Ausgangsmaterial, welches zuvor teilweise der in Kap 3.1.1.1 beschriebenen
thermischen Vorbehandlung unterzogen wurde, hergestellten Recyclingspäne, sowie
die im Rahmen dieser Untersuchungen verwendeten industriell gefertigten
„Frischspäne“ wurden hinsichtlich einiger verleimungsrelevanter Eigenschaften
untersucht. Bei den untersuchten thermohydrolytisch erzeugten Recyclingspänen
handelt es sich um Material, das durch Aufschluss der Fraktion >4mm von zuvor
mechanisch zerkleinerten UF-gebundenen Spanplatten bei 130°C bzw. 190°C unter
Zugabe von Natriumhydroxid gewonnen wurde (vgl. Kap. 3.1.1.3). Auch die im Zuge der
Untersuchungen hergestellten Recyclingfasern sowie die verwendeten „frischen“
Fasern wurden charakterisiert.
4.1.2.1 pH-Wert und Pufferkapazität des Spanmaterials
Die durch mechanische Zerkleinerung und thermohydrolytischen Aufschluss
hergestellten Recyclingspäne sowie die verwendeten industriell gefertigten
„Frischspäne“ wurden hinsichtlich des pH-Wertes und der alkalische Pufferkapazität
ihrer kaltwässrigen Extrakte untersucht (vgl. Kap. 3.2.4). Die Ergebnisse dieser
Untersuchungen sind in den Abb. 4.1.7 und Abb. 4.1.8 zusammengestellt.
Ergebnisse und Diskussion 35
4,7
6,8
5,5
5,1 5,1
5,5
5,0 5,05,2
4,9
6,7
5,6
5,1 5,0
5,45,1 5,0
5,2
0
1
2
3
4
5
6
7
8
"frische" 130°C/1h
190°C/1h
UF MUF PMDI UF MUF PMDI
Späne thermohydrolytisch mechanische Zerkleinerung mechanische Zerkleinerung
ohne Wärmebehandlung Wärmebehandlung 70°C/ 48h
Ausgangsmaterial, Vorbehandlung und Art des Aufschlusses
pH
-We
rt
Mittelschichtspäne
Deckschichtspäne
Abb. 4.1.7: pH-Wert der kaltwässrigen Extrakte von „frischen“ Mittel- und Deckschichtspänen, sowie von Spänen, gewonnen durch mechanische Zerkleinerung und thermohydrolytischen Aufschluss von unbehandelten und thermisch behandelten UF-, MUF- und PMDI-Spanplatten.
1,2
0,3
2,5
1,5
1,1
1,3
1,5
1,1
1,8
1,2
0,3
2,0
1,6
1,1
1,8
1,5
1,3
2,2
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
"frische" 130°C/1h
190°C/1h
UF MUF PMDI UF MUF PMDI
Späne thermohydrolytisch mechanische Zerkleinerung mechanische Zerkleinerung
ohne Wärmebehandlung Wärmebehandlung 70°C/ 48h
Ausgangsmaterial, Vorbehandlung und Art des Aufschlusses
alk
alis
che
Pu
ffe
rka
pa
zitä
t[m
mo
l Na
OH
/ 1
00
g a
tro
Sp
än
e]
Mittelschichtspäne
Deckschichtspäne
Abb. 4.1.8: alkalische Pufferkapazität der kaltwässrigen Extrakte von „frischen“ Mittel- und Deckschichtspänen, sowie von Spänen, gewonnen durch mechanische Zerkleinerung und thermohydrolytischen Aufschluss von unbehandelten und thermisch behandelten UF-, MUF- und PMDI-Spanplatten.
Ergebnisse und Diskussion 36
Es wird hieraus ersichtlich, dass in der Grundtendenz der pH-Wert durch die thermische
Behandlung des Ausgangsmaterials vor der mechanischen Zerkleinerung (vgl. Kap.
3.1.1.1) geringfügig verringert wird. In Übereinstimmung hiermit steigt die alkalische
Pufferkapazität der kaltwässrigen Auszüge tendenziell an.
Die Untersuchungen an den kaltwässrigen Extrakten der durch thermohydrolytischen
Aufschluss bei 130°C gewonnenen Recyclingspäne zeigen, dass das zugegebene
Natriumhydroxid durch die während des Aufschlusses entstehenden Säuren vollständig
neutralisiert wird. Der pH-Wert der kaltwäßrigen Extrakte dieser Späne liegt mit 6,8 bzw.
6,7 im schwach sauren Bereich. Bei einer Aufschlußtemperatur von 190°C sinkt der pH-
Wert der wässrigen Auszüge des Spanmaterials auf annähernd das Niveau des
ursprünglichen Materials (UF-Spanplatte, nicht wärmebehandelt) ab. Dies hängt
womöglich damit zusammen, dass die bei hohen Temperaturen freiwerdende Menge an
Säuren nicht nur in der Lage ist, das Alkali zu neutralisieren, sondern auch ausreicht,
den pH-Wert weiter herabzusetzen.
Die alkalische Pufferkapazität des Aufschlusses bei 190°C liegt entsprechend höher als
die des Aufschlusses bei 130°C. Sie liegt aber auch deutlich höher als die des
Ausgangsmaterials. Das hängt womöglich mit der im Zuge des Aufschlusses
eintretenden Abspaltung der Acetylgruppen des Holzes, die eine Neutralisierung des
Alkalis bewirken, zusammen. Aus der Zellstoffchemie ist bekannt, dass die
Acetylgruppen schon bei einer relativ milden thermischen Behandlung abgespalten
werden. Bei höheren Temperaturen können die Hemizellulosen stark abgebaut werden.
Dies führt u. a. zu Bildung von Ameisensäure, die den pH-Wert absenkt. Es sei an
dieser Stelle an die Arbeiten von KLAUDITZ, BERLING UND JACOBSEN, 1959 erinnert.
4.1.2.2 Stickstoffgehalt des Spanmaterials
An den durch mechanische Zerkleinerung des Ausgangsmaterials hergestellten
Recyclingspänen, den durch thermohydrolytischen Aufschluss bei 130°C gewonnenen
Recyclingspänen und den industriell hergestellten „Frischspänen“ wurde der
Stickstoffgehalt ermittelt. Die in Abb. 4.1.9 dargestellten Ergebnisse zeigen, dass die
Späne aus den MUF-gebundenen Spanplatten den höchsten Stickstoffgehalt
aufweisen. Dies war zu erwarten, da die MUF-Spanplatten in der Industrie mit einem
Ergebnisse und Diskussion 37
relativ hohen Bindemittelaufwand hergestellt werden. Demgegenüber weisen die Späne
aus den PMDI-gebundenen Spanplatten einen vergleichsweise sehr niedrigen
Stickstoffgehalt auf. Dies überrascht insofern nicht, als der Bindemittelaufwand bei der
Herstellung von PMDI-Platten in der Industrie je nach Verleimungstyp (V20 oder V100)
in der Regel zwischen 3% und 6% liegt und der Stickstoffgehalt von PMDI (ca. 11%)
wesentlich niedriger ist als der von UF-Harzen. Die Ergebnisse lassen weiterhin
erkennen, dass durch den Aufschluss bei 130°C eine erhebliche Verminderung des
Stickstoffgehaltes eintritt. Dies steht in Übereinstimmung mit Untersuchungs-
ergebnissen von FRANKE UND ROFFAEL (1998A), wonach durch die Dampfhydrolyse ein
Teil des Stickstoffes bzw. des Harzes abgebaut wird.
Der relativ hohe Stickstoffgehalt der „frischen“ industriell hergestellten
Deckschichtspäne dürfte auf das Vorhandensein von Rindenanteilen zurückzuführen
sein. Auch ist nicht auszuschließen, dass in geringem Umfang bindemittelhaltige
Schleifstäube oder dergleichen den Deckschichtspänen zugegeben wurden.
0,2
1,4
2,2
4,0
0,6
2,1
4,3
0,6
1,7
1,1
2,6
5,8
0,7
2,7
5,8
0,8
0
1
2
3
4
5
6
7
"frische" 130°C/1h
UF MUF PMDI UF MUF PMDI
Späne thermo-hydrolytisch
mechanische Zerkleinerung mechanische Zerkleinerung
ohne Wärmebehandlung Wärmebehandlung 70°C/ 48h
Ausgangsmaterial, Vorbehandlung und Art des Aufschlusses
Stic
ksto
ffg
eh
alt
[%]
Mittelschichtspäne
Deckschichtspäne
Abb. 4.1.9: Stickstoffgehalt der kaltwässrigen Extrakte von „frischen“ Mittel- und Deckschichtspänen, sowie von Spänen, gewonnen durch mechanische Zerkleinerung und thermohydrolytischen Aufschluss von unbehandelten und thermisch behandelten UF-, MUF- und PMDI-Spanplatten.
Ergebnisse und Diskussion 38
4.1.2.3 Formaldehydabgabe des Spanmaterials
Die verschiedenen durch mechanische Zerkleinerung des Ausgangsmaterials und
durch thermohydrolytischen Aufschluss bei 130°C gewonnenen Recyclingspäne und
die industriell hergestellten „Frischspäne“ wurden hinsichtlich ihrer Formaldehydabgabe
mit Hilfe der Flaschenmethode untersucht (vgl. Kap. 3.2.3). Die Ergebnisse dieser
Untersuchungen sind in Abb. 4.1.10 wiedergegeben.
Die dargestellten Ergebnisse lassen erkennen, dass bei UF- und MUF-gebundenen
Spanplatten eine thermische Behandlung bei 70°C für 48h zu einer geringfügigen
Verringerung der Formaldehydabgabe des daraus gewonnenen Spanmaterials führt.
Dieser Effekt tritt bei den Recyclingspänen aus MUF-gebundenen Spanplatten
vergleichsweise deutlich zutage, während die Recyclingspäne aus Spanplatten mit
PMDI-Bindung erwartungsgemäß einen solchen Einfluss kaum erkennen lassen. Die
aus PMDI-gebundenen Spanplatten hergestellten Recyclingspäne weisen eine sehr
geringe Formaldehydabgabe auf, die wesentlich geringer als die der übrigen
Recyclingspäne ist und auch niedriger als die der industriell hergestellten „frischen“
Holzspäne ausfällt.
33
84
130
278
11
122
270
10
104
50
145
373
13
145
333
11
0
50
100
150
200
250
300
350
400
"frische" 130°C/1h
UF MUF PMDI UF MUF PMDI
Späne thermo-hydrolytisch
mechanische Zerkleinerung mechanische Zerkleinerung
ohne Wärmebehandlung Wärmebehandlung 70°C/ 48h
Ausgangsmaterial, Vorbehandlung und Art des Aufschlusses
Fo
rma
lde
hyd
ab
ga
be
[mg
HC
HO
/ kg
atr
o S
pä
ne
]
Mittelschichtspäne
Deckschichtspäne
Abb. 4.1.10: Formaldehydabgabe (Flaschenmethode) der kaltwässrigen Extrakte von „frischen“ Mittel- und Deckschichtspänen, sowie von Spänen, gewonnen durch mechanische Zerkleinerung und thermohydrolytischen Aufschluss von unbehandelten und thermisch behandelten UF-, MUF- und PMDI-Spanplatten.
Ergebnisse und Diskussion 39
Durch den hydrothermischen Aufschluss bei 130°C sinkt die Formaldehydabgabe der
hergestellten UF-Recyclingspäne erheblich ab und erreicht im Vergleich zu der der
mechanisch zerkleinerten Recyclingspäne aus UF-gebundenen Spanplatten – dem
Ausgangsmaterial für den thermohydrolytischen Aufschluss – ein vergleichsweise
niedriges Niveau. Dies ist womöglich darauf zurückzuführen, dass Formaldehyd unter
dem Einfluss von Natriumhydroxid zu Ameisensäure unter Verbrauch von Alkali
disproportioniert wird. Ein solches Phänomen ist aus der Phenolformaldehyd-
harzchemie weithin bekannt, wonach sich der aktive Alkaligehalt der
Phenolformaldehydharze mit der Verlängerung der Kondensationszeit infolge der
Reaktion mit dem Formaldehyd verringert (vgl. ROFFAEL, SCHRÖDER UND MIERTZSCH
1991).
Insofern bietet die Behandlung der Späne mit sehr verdünnten Alkalilösungen eine
Methode zur Verringerung der Formaldehydabgabe von Recycling-Holzspänen bzw.
daraus hergestellten Holzspanplatten.
4.1.2.4 Wasserrückhaltevermögen des Spanmaterials
Wie in Kap. 3.2.6 beschrieben wurde das Wasserrückhaltevermögen (WRV-Wert) der
im Rahmen der Untersuchungen durch mechanische Zerkleinerung und
thermohydrolytischen Aufschluss hergestellten Recyclingspäne und der verwendeten
industriell gefertigten „Frischspäne“ bestimmt. Die dabei erzielten Ergebnisse sind in
Abb. 4.1.11 dargestellt.
Wie den dargestellten Untersuchungsergebnissen zu entnehmen ist, weisen die durch
mechanische Zerkleinerung des Ausgangsmaterials gewonnenen Recyclingspäne ein
gegenüber den „frischen“ Industriespänen vermindertes Wasserrückhaltevermögen auf.
Dies ist auf die Anteile des ursprünglichen Bindemittels und Hydrophobierungsmittels
zum einen und auf die thermische Behandlung während des Herstellungsprozesses des
Ausgangsmaterials (Spänetrocknung, Heißpresse) zum anderen zurückzuführen.
Ergebnisse und Diskussion 40
6973
58
44
5357
37
47
57
71
56
49
53 53
42
48
0
10
20
30
40
50
60
70
80
"frische" 130°C/1h
UF MUF PMDI UF MUF PMDI
Späne thermo-hydrolytisch
mechanische Zerkleinerung mechanische Zerkleinerung
ohne Wärmebehandlung Wärmebehandlung 70°C/ 48h
Ausgangsmaterial, Vorbehandlung und Art des Aufschlusses
Wa
sse
rrü
ckh
alte
verm
ög
en
[%
]
Mittelschichtspäne
Deckschichtspäne
Abb. 4.1.11: Wasserrückhaltevermögen der kaltwässrigen Extrakte von „frischen“ Mittel- und Deckschichtspänen, sowie von Spänen, gewonnen durch mechanische Zerkleinerung und thermohydrolytischen Aufschluss von unbehandelten und thermisch behandelten UF-, MUF- und PMDI-Spanplatten.
Auch die im Rahmen dieser Untersuchungen durchgeführte thermische Behandlung
des Ausgangsmaterials vor der mechanischen Zerkleinerung zeigt hinsichtlich des
WRV-Wertes eine Auswirkung. Vor allem die Recyclingspäne aus mechanisch
zerkleinerten MUF- und PMDI-gebundenen Spanplatten, welche zuvor der in Kap.
3.1.1.1 beschriebenen thermischen Vorbehandlung unterworfen wurden, weisen ein
gegenüber den unbehandelten Recyclingspänen vermindertes Wasserrückhalte-
vermögen auf.
Die bei 130°C thermohydrolytisch aufgeschlossenen Recyclingspäne zeigen die im
Vergleich aller untersuchten Späne höchsten WRV-Werte, die noch über denen der
untersuchten „Frischspäne“ liegen. Dies ist teils auf die Auswirkung des beim
thermohydrolytischen Aufschluss zugegebenen Alkalis, das den pH-Wert anhebt, und
teils auf die Entfernung des Harzes aus dem Spanplattenverbund zurückzuführen. Auf
den Einfluss des pH-Wertes auf den WRV-Wert weisen JAYME UND BÜTTEL (1966) hin.
Ergebnisse und Diskussion 41
4.1.2.5 Charakterisierung der verwendeten Faserstoffe
Auch die im Rahmen dieser Untersuchungen durch thermohydrolytischen Aufschluss
von UF-gebundenen MDF hergestellten Recyclingfasern (vgl. Kap. 3.1.1.4), sowie die
industriell gefertigten „Frischfasern“ wurden wie die untersuchten Späne charakterisiert.
Die Ergebnisse dieser Arbeiten zeigt die Tab. 4.1.1.
Industriell hergestellte
„Frischfasern“
Recyclingfasern MDF thermohydrolytisch
aufgeschlossen 130°C/ 1h, 1% NaOH
pH-Wert 3,9 6,6
alkalische Pufferkapazität [mMol/ 100g atro Faser]
3,3 0,3
Stickstoffgehalt [%]
0,1 4,6
Formaldehydabgabe 24h-Wert [mg/ kg atro Faser]
19,8 200,1
WRV-Wert [%]
89,2 78,3
Tab. 4.1.1: Verleimungsrelevante Eigenschaften der industriell hergestellten „frischen“ Fasern und der durch thermohydrolytischen Aufschluss gewonnenen Recyclingfasern.
Die hergestellten Recyclingfasern sind hinsichtlich des pH-Wertes und der
Pufferkapazität den weiter oben beschriebenen thermohydrolytisch aufgeschlossenen
Recyclingspänen sehr ähnlich. Der Stickstoffgehalt und die Formaldehydabgabe der
Recyclingfasern entsprechen eher denen der Recyclingspäne aus MUF-gebundenen
Spanplatten, was auf einen vergleichbaren Bindemittelgehalt hindeutet. Das
Wasserrückhaltevermögen der hergestellten Recyclingfasern ist, anders als bei den
Recyclingspänen, niedriger als das der „frischen“ Fasern.
Ergebnisse und Diskussion 42
4.2 Eigenschaften der aus UF-Recyclingspänen hergestellten Laborpanplatten
Im Folgenden werden die Ergebnisse der Untersuchungen dargestellt, die an den, wie
in Kap. 3.1.3 beschrieben, im Labor aus UF-Recyclingspänen und „frischen“ Spänen
hergestellten Holzspanplatten vorgenommen wurden. Weiterhin werden die
entsprechenden Untersuchungsergebnisse der industriell hergestellten UF-, MUF- und
PMDI-gebundenen Holzspanplatten mit aufgeführt, die auch zur Gewinnung der
Recyclingspäne verwendet wurden. Es ist zu beachten, dass die industriell gefertigten
Spanplatten Plattendicken aufweisen, die sich von denen der im Labor hergestellten
Spanplatten unterscheiden (vgl. Kap. 3.1.1 und Anhang Tab 8.3).
4.2.1 Rohdichte
Die in Abb. 4.2.1 dargestellten Rohdichten der im Labor hergestellten Holzspanplatten
liegen knapp unter der angestrebten Sollrohdichte von 0,69g/cm³. Die Rohdichte des
industriell gefertigten Ausgangsmaterials liegt teilweise deutlich über 0,7g/cm³, was
beim Vergleich der Platteneigenschaften von im Labor und industriell gefertigten
Spanplatten zu berücksichtigen ist.
0,71 0,65 0,68 0,680,75 0,79 0,68 0,68 0,660,73 0,75 0,68 0,70 0,670,710,50
0,55
0,60
0,65
0,70
0,75
0,80
ohne Behandlung thermischeBehandlung
70°C/ 48h
Späne ohneVorbehandlung
thermischvorbehandelte Späne
70°C/ 48h
Laborspanplattenhergestellt aus
industriell gefertigten
industriell hergestelltesAusgangsmaterial
Laborspanplatten hergestellt ausmech. zerkleinerten UF-Recyclingspänen
"frischen" Spänen
Ro
hd
ich
te [
g/
cm³]
UF-gebundene Spanplatte
MUF-gebundene Spanplatte
PMDI-gebundene Spanplatte
Abb. 4.2.1: Rohdichte des thermisch behandelten und unbehandelten UF-, MUF- und PMDI-gebundenen Ausgangsmaterials und der aus mechanisch zerkleinerten UF-Recyclingspänen und „frischen“ Spänen hergestellten UF-, MUF- und PMDI-gebundenen Laborspanplatten.
Ergebnisse und Diskussion 43
4.2.2 Querzugfestigkeit
Die Ergebnisse der Untersuchungen zur Querzugfestigkeit sind in Abb. 4.2.2
zusammengestellt. Daraus wird ersichtlich, dass die Querzugfestigkeit der mit UF-Harz
aus UF-Recyclingspänen hergestellten Holzspanplatten wesentlich geringer ist als die
Querzugfestigkeit der Ausgangsplatten und ebenso wesentlich geringer als die
Querzugfestigkeit der unter den gleichen Bedingungen aus frischen Spänen
hergestellten Holzspanplatten. Dies bedeutet, dass die Verleimungsqualität von
Recyclingspänen mit UF-Harz im Vergleich zu der von frischen Holzspanplatten
wesentlich schlechter ist.
0,67 0,74 0,16 0,20 0,460,92 1,05 0,55 0,50 1,010,89 0,97 0,60 0,73 0,760,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
ohne Behandlung thermischeBehandlung
70°C/ 48h
Späne ohneVorbehandlung
thermischvorbehandelte Späne
70°C/ 48h
Laborspanplattenhergestellt aus
industriell gefertigten
industriell hergestelltesAusgangsmaterial
Laborspanplatten hergestellt ausmech. zerkleinerten UF-Recyclingspänen
"frischen" Spänen
Qu
erz
ug
fest
igke
it [N
/ m
m²]
UF-gebundene Spanplatte
MUF-gebundene Spanplatte
PMDI-gebundene Spanplatte
Abb. 4.2.2: Querzugfestigkeit des thermisch behandelten und unbehandelten UF-, MUF- und PMDI-gebundenen Ausgangsmaterials und der aus mechanisch zerkleinerten UF-Recyclingspänen und „frischen“ Spänen hergestellten UF-, MUF- und PMDI-gebundenen Laborspanplatten.
Auch bei einer Verleimung mit MUF erreichen die aus Recyclingspänen hergestellten
Holzspanplatten trotz der Verwendung einer Bindemittelmenge von 12% in der
Mittelschicht und 14% in der Deckschicht nicht die Querzugfestigkeiten der mit UF-Harz
aus frischen Holzspänen hergestellten Holzspanplatten. Interessant ist in diesem
Zusammenhang jedoch die Feststellung, dass bei der Verleimung mit PMDI die
Querzugfestigkeit der Recyclingspanplatten höher liegt als die mit dem Bindemittel MUF
trotz des wesentlich höheren Bindemittelaufwandes bei der Verwendung von MUF als
Ergebnisse und Diskussion 44
Bindemittel. Bei der Verleimung von „frischen“ Spänen liegen die Verhältnisse
umgekehrt.
Es lässt sich demnach festhalten, dass PMDI sich weitaus besser als Aminoplastharze
für die Bindung von Recycling-Spänen aus UF-Harz gebundenen Holzspanplatten
eignet.
4.2.3 Biegefestigkeit
Die Ergebnisse der Untersuchungen zur Biegefestigkeit der hergestellten
Laborspanplatten sowie des industriell gefertigten Ausgangsmaterials gibt Abb. 4.2.3
wieder.
14,2 15,4 2,8 2,8 7,924,6 27,1 6,5 6,0 16,414,5 16,4 6,9 6,7 12,20
5
10
15
20
25
30
35
ohne Behandlung thermischeBehandlung
70°C/ 48h
Späne ohneVorbehandlung
thermischvorbehandelte Späne
70°C/ 48h
Laborspanplattenhergestellt aus
industriell gefertigten
industriell hergestelltesAusgangsmaterial
Laborspanplatten hergestellt ausmech. zerkleinerten UF-Recyclingspänen
"frischen" Spänen
Bie
ge
fest
igke
it [N
/ m
m²]
UF-gebundene Spanplatte
MUF-gebundene Spanplatte
PMDI-gebundene Spanplatte
Abb. 4.2.3: Biegefestigkeit des thermisch behandelten und unbehandelten UF-, MUF- und PMDI-gebundenen Ausgangsmaterials und der aus mechanisch zerkleinerten UF-Recyclingspänen und „frischen“ Spänen hergestellten UF-, MUF- und PMDI-gebundenen Laborspanplatten.
Es ist zu erkennen, dass die Laborspanplatten, vor allem diejenigen aus
Recyclingspänen sehr geringe Biegefestigkeiten aufweisen. Da auch die
Laborspanplatten aus „frischen“ Spänen nicht die Festigkeit des Ausgangsmaterials
aufweisen, ist davon auszugehen, dass die gewählten Herstellungsbedingungen nicht
Ergebnisse und Diskussion 45
geeignet sind, Spanplatten mit einer hohen Biegefestigkeit herzustellen. Trotz dieser
Einschränkung kann jedoch bei der Betrachtung der aus Recyclingspänen hergestellten
Laborspanplatten festgestellt werden, dass die Verwendung von PMDI als Bindemittel
für UF-Recyclingspäne, wie schon bei den Untersuchungen zur Querzugfestigkeit
festgestellt wurde (Kap. 4.2.2), die besten Ergebnisse hervorbringt.
4.2.4 Dickenquellung
Bestätigung findet die bei den Untersuchungen zur Querzug- und Biegefestigkeit
getroffene Feststellung der Vorteilhaftigkeit der PMDI-Verleimung von Recyclingspänen
aus UF-gebundenen Spanplatten ebenfalls in der ermittelten Dickenquellung (Abb.
4.2.4 und Abb. 4.2.5). Hier wird auch deutlich, dass die Dickenquellung nach 24h
Wasserlagerung von UF-gebundenen Spanplatten hergestellt aus Recylingspänen
wesentlich höher liegt als die der ursprünglichen Spanplatten, während die
Dickenquellung der mit PMDI als Bindemittel hergestellten Spanplatten aus
Recyclingspänen wesentlich niedriger liegt als die der entsprechenden UF-Spanplatten
und wesentlich niedriger als die der Ausgangsplatten.
Bemerkenswert ist weiterhin, dass die Dickenquellung nach einer Wasserlagerung von
24h der PMDI-Spanplatten aus Recyclingspänen ebenfalls wesentlich niedriger ist als
die der mit PMDI als Bindemittel hergestellten Holzspanplatten aus „frischen“
Holzspänen. Auch hier ist die Feststellung berechtigt, dass die Bindung von UF-
Recyclingspänen mit PMDI weitaus effizienter ist als ihre Bindung mit UF-Harzen.
Weiterhin lassen die Untersuchungsergebnisse erkennen, dass die Wärmebehandlung
der Späne bei 70°C für 48h keinen merklichen Einfluss auf die Dickenquellung der
Platten hat.
Ergebnisse und Diskussion 46
6,1 6,0 4,5 4,4 5,61,0 1,1 1,4 1,7 1,32,3 2,4 1,3 1,1 1,20
1
2
3
4
5
6
7
ohne Behandlung thermischeBehandlung
70°C/ 48h
Späne ohneVorbehandlung
thermischvorbehandelte Späne
70°C/ 48h
Laborspanplattenhergestellt aus
industriell gefertigten
industriell hergestelltesAusgangsmaterial
Laborspanplatten hergestellt ausmech. zerkleinerten UF-Recyclingspänen
"frischen" Spänen
Dic
ken
qu
ellu
ng
na
ch 2
h W
ass
erl
ag
eru
ng
[%
]
UF-gebundene Spanplatte
MUF-gebundene Spanplatte
PMDI-gebundene Spanplatte
Abb. 4.2.4: Dickenquellung nach 2h Wasserlagerung des thermisch behandelten und unbehandelten UF-, MUF- und PMDI-gebundenen Ausgangsmaterials und der aus mechanisch zerkleinerten UF-Recyclingspänen und „frischen“ Spänen hergestellten UF-, MUF- und PMDI-gebundenen Laborspanplatten.
10,5 10,8 16,4 15,9 22,41,9 2,0 3,5 3,9 3,44,6 4,9 4,5 5,3 7,60
5
10
15
20
25
30
ohne Behandlung thermischeBehandlung
70°C/ 48h
Späne ohneVorbehandlung
thermischvorbehandelte Späne
70°C/ 48h
Laborspanplattenhergestellt aus
industriell gefertigten
industriell hergestelltesAusgangsmaterial
Laborspanplatten hergestellt ausmech. zerkleinerten UF-Recyclingspänen
"frischen" Spänen
Dic
ken
qu
ellu
ng
na
ch 2
4h
Wa
sse
rla
ge
run
g [
%]
UF-gebundene Spanplatte
MUF-gebundene Spanplatte
PMDI-gebundene Spanplatte
Abb. 4.2.5: Dickenquellung nach 24h Wasserlagerung des thermisch behandelten und unbehandelten UF-, MUF- und PMDI-gebundenen Ausgangsmaterials und der aus mechanisch zerkleinerten UF-Recyclingspänen und „frischen“ Spänen hergestellten UF-, MUF- und PMDI-gebundenen Laborspanplatten.
Ergebnisse und Diskussion 47
4.2.5 Wasseraufnahme
In Abb. 4.2.6 und Abb. 4.2.7 ist die Wasseraufnahme der hergestellten Spanplatten
nach einer Wasserlagerung von 2h und 24h dargestellt. Hier zeigt sich, dass die
Bindung von Holzspänen zu Holzspanplatten mit UF-Harzen die Wasseraufnahme nach
2h Wasserlagerung geringfügig herabsetzt. Die Wasseraufnahme nach 24h
Wasserlagerung, die u. a. stark von der Verleimungsqualität der Späne abhängt, wird
wesentlich erhöht. Dies ist ein hinreichendes Kriterium dafür, dass die Verleimung von
Recyclingspänen aus mechanisch zerkleinerten UF-Spanplatten mit UF-Harzen zu
Spanplatten mit höherer Wasseraufnahme führt. Demgegenüber zeigen die mit MUF
und PMDI als Bindemittel hergestellten Spanplatten aus Spänen, die aus UF-
Spanplatten gewonnen worden sind, eine wesentlich niedrigere Wasseraufnahme als
die Ausgangsplatten mit oder ohne thermische Behandlung. Ferner ist festzustellen,
dass die mit PMDI und MUF aus Recyclingspänen der UF-Spanplatten hergestellten
Spanplatten ein deutlich niedrigeres Wasseraufnahmevermögen als die
entsprechenden Platten aus frischen Holzspänen, die mit PMDI oder mit MUF als
Bindemittel hergestellt sind, aufweisen.
19,6 18,8 15,6 14,5 22,63,1 2,6 6,9 5,6 9,06,8 5,7 5,6 4,4 4,90
5
10
15
20
25
30
ohne Behandlung thermischeBehandlung70°C/ 48h
Späne ohneVorbehandlung
thermischvorbehandelte Späne
70°C/ 48h
Laborspanplattenhergestellt aus
industriell gefertigten
industriell hergestelltesAusgangsmaterial
Laborspanplatten hergestellt ausmech. zerkleinerten UF-Recyclingspänen
"frischen" Spänen
Wa
sse
rau
fna
hm
e n
ach
2h
Wa
sse
rla
ge
run
g [
%]
UF-gebundene Spanplatte
MUF-gebundene Spanplatte
PMDI-gebundene Spanplatte
Abb. 4.2.6: Wasseraufnahme nach 2h Wasserlagerung des thermisch behandelten und unbehandelten UF-, MUF- und PMDI-gebundenen Ausgangsmaterials und der aus mechanisch zerkleinerten UF-Recyclingspänen und „frischen“ Spänen hergestellten UF-, MUF- und PMDI-gebundenen Laborspanplatten.
Ergebnisse und Diskussion 48
33,7 34,2 49,2 47,7 58,79,0 7,1 16,8 15,1 22,617,8 17,0 18,4 20,8 23,00
10
20
30
40
50
60
70
ohne Behandlung thermischeBehandlung70°C/ 48h
Späne ohneVorbehandlung
thermischvorbehandelte Späne
70°C/ 48h
Laborspanplattenhergestellt aus
industriell gefertigten
industriell hergestelltesAusgangsmaterial
Laborspanplatten hergestellt ausmech. zerkleinerten UF-Recyclingspänen
"frischen" Spänen
Wa
sse
rau
fna
hm
e n
ach
24
h W
ass
erl
ag
eru
ng
[%
]
UF-gebundene Spanplatte
MUF-gebundene Spanplatte
PMDI-gebundene Spanplatte
Abb. 4.2.7: Wasseraufnahme nach 24h Wasserlagerung des thermisch behandelten und unbehandelten UF-, MUF- und PMDI-gebundenen Ausgangsmaterials und der aus mechanisch zerkleinerten UF-Recyclingspänen und „frischen“ Spänen hergestellten UF-, MUF- und PMDI-gebundenen Laborspanplatten.
Auch diese Ergebnisse lassen die Schlussfolgerung berechtigt erscheinen, dass die
Verleimung mit PMDI oder MUF weitaus günstiger ist als die Verleimung mit UF-
Harzen. Die thermische Behandlung der UF-Spanplatten verringert geringfügig die
Wasseraufnahme der Ausgangsplatten und auch die der aus den Spänen der UF-
Spanplatten mit den Bindemitteln MUF und PMDI.
4.2.6 Längenänderung durch Änderung der relativen Luftfeuchte
Die Erfassung der Längenänderung der hergestellten Spanplatten erfolgte in Anlehnung
an EN 318. In Abb. 4.2.8 ist sowohl die Schrumpfung durch den Klimawechsel von 65%
rel. Luftfeuchte auf 35% rel. Luftfeuchte, als auch die Dehnung beim Klimawechsel auf
von 65% rel. Luftfeuchte 85% rel. Luftfeuchte wiedergegeben.
Ergebnisse und Diskussion 49
-0,16 -0,14 -0,19 -0,20 -0,06-0,12 -0,13 -0,19 -0,17 -0,13-0,15 -0,14 -0,19 -0,25 -0,16
0,21 0,21 0,58 0,58 0,220,18 0,17 0,22 0,32 0,120,20 0,21 0,32 0,24 0,16
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
ohne Behandlung thermischeBehandlung
70°C/ 48h
Späne ohneVorbehandlung
thermischvorbehandelte Späne
70°C/ 48h
Laborspanplattenhergestellt aus
industriell gefertigten
industriell hergestelltesAusgangsmaterial
Laborspanplatten hergestellt ausmech. zerkleinerten UF-Recyclingspänen
"frischen" Spänen
Ma
ßä
nd
eru
ng
in P
latt
en
eb
en
e [
%]
UF-gebundene Spanplatte
MUF-gebundene Spanplatte
PMDI-gebundene Spanplatte
Desorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 35%
Adsorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 85%
Abb. 4.2.8: Maßänderung in Plattenebene (Längenänderung) des thermisch behandelten und unbehandelten UF-, MUF- und PMDI-gebundenen Ausgangsmaterials und der aus mechanisch zerkleinerten UF-Recyclingspänen und „frischen“ Spänen hergestellten UF-, MUF- und PMDI-gebundenen Laborspanplatten.
Es wird hieraus ersichtlich, welchen Einfluss die Verleimung mit den verschiedenen
Bindemitteln (UF, MUF und PMDI) auf die Längenänderung von Spanplatten,
hergestellt aus UF-Recyclingspänen, hat. Während die Platten mit UF-Verleimung eine
Gesamtlängenänderung (Schrumpfung + Dehnung) von etwa 0,8% aufweisen, liegt die
Gesamtlängenänderung bei denen mit MUF- und PMDI-Verleimung um bis zu 50%
niedriger. Betrachtet man nur die Längenänderung durch den Klimawechsel von 65%
rel. Luftfeuchte auf 85% rel. Luftfeuchte, wird der Unterschied zwischen den mit
unterschiedlichen Bindemitteln hergestellten Platten noch deutlicher. Hier liegt die
Längenänderung der UF-Spanplatten bei 0,58%, während die der MUF- und PMDI-
Platten bei 0,22% bzw. 0,32%. Diese Unterschiede in der Längenänderung sind
ebenfalls bei den Platten, deren Spanmaterial aus den für 48h bei 70°C thermisch
behandelten Platten hergestellt wurde, deutlich feststellbar. Auch hier bestehen
erhebliche Unterschiede zwischen den UF-gebundenen Platten zum einen und den
MUF- und PMDI-gebundenen zum anderen.
Ergebnisse und Diskussion 50
4.2.7 Dickenänderung durch Änderung der relativen Luftfeuchte
Nachdem sich herausgestellt hat, dass die eingesetzten Bindemittel bei der Herstellung
von Spanplatten aus Recyclingspänen UF-gebundener Holzspanplatten einen
markanten Einfluss auf die physikalisch-technologischen Eigenschaften der
Holzspanplatten nehmen, war es nahe liegend festzustellen, ob auch die Verleimung
Einfluss auf die Dickenänderung in feuchter Luft nimmt. Für diesen Zweck wurde die
Dickenänderung durch Änderung der relativen Luftfeuchte von 65% auf 35% und 85%
gem. EN 318 ermittelt. Die Ergebnisse sind in Abb. 4.2.9 zusammengestellt.
-1,5 -1,3 -1,1 -1,0 -1,6-1,0 -1,0 -1,0 -0,8 -1,1-1,5 -1,6 -1,1 -1,5 -1,3
4,8 4,8 5,3 5,0 4,13,1 2,8 1,7 2,4 2,03,6 3,9 3,0 1,7 3,0
-4
-2
0
2
4
6
8
ohne Behandlung thermischeBehandlung70°C/ 48h
Späne ohneVorbehandlung
thermischvorbehandelte Späne
70°C/ 48h
Laborspanplattenhergestellt aus
industriell gefertigten
industriell hergestelltesAusgangsmaterial
Laborspanplatten hergestellt ausmech. zerkleinerten UF-Recyclingspänen
"frischen" Spänen
Ma
ßä
nd
eru
ng
se
nkr
ech
t zu
r P
latt
en
eb
en
e [
%]
UF-gebundene Spanplatte
MUF-gebundene Spanplatte
PMDI-gebundene Spanplatte
Desorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 35%
Adsorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 85%
Abb. 4.2.9: Maßänderung senkrecht zur Plattenebene (Dickenänderung) des thermisch behandelten und unbehandelten UF-, MUF- und PMDI-gebundenen Ausgangsmaterials und der aus mechanisch zerkleinerten UF-Recyclingspänen und „frischen“ Spänen hergestellten UF-, MUF- und PMDI-gebundenen Laborspanplatten.
Aus den Ergebnissen wird deutlich, dass das bei der Verleimung von Recyclingspänen
eingesetzte Bindemittel einen deutlichen Einfluss auf die Dickenänderung durch
Änderung der relativen Luftfeuchte hat. So lag die Dickenänderung der UF-gebundenen
Spanplatten beim Übergang von 65% auf 85% Feuchte bei 5,3%, die mit MUF und
PMDI gebundenen Holzspanplatten wiesen eine Dickenänderung von 1,7% (MUF) und
3,0% (PMDI) auf und lagen damit wesentlich niedriger als bei den UF-Platten. Die mit
MUF und PMDI als Bindemittel hergestellten Holzspanplatten liegen in ihrer
Dickenänderung durch Änderung der relativen Luftfeuchte niedriger als die
Ergebnisse und Diskussion 51
Ausgangsplatten, aus denen die Spanplatten stammen. Es scheint die Verwendung der
Bindemittel MUF und PMDI als Bindemittel für Recyclingspäne aus UF-gebundenen
Spanplatten hinsichtlich der Dimensionsstabilität vorteilhaft zu sein.
4.2.8 Gleichgewichtsfeuchte
In Abb. 4.2.10 ist die Gleichgewichtsfeuchte der untersuchten Holzspanplatten bei einer
relativen Luftfeuchte von 65%, sowie deren Absenkung und Erhöhung bei einem
Wechsel der Luftfeuchte auf 35% bzw. 85% dargestellt.
Daraus wird ersichtlich, dass die Wärmebehandlung bei 70°C die
Gleichgewichtsfeuchte, wenn auch geringfügig, erniedrigt hat. Dies ist in
Übereinstimmung mit den Ergebnissen von BÖHNER UND ROFFAEL (1987), wonach die
thermische Behandlung für kurze Zeit bei 103°C die Gleichgewichtsfeuchte von UF-
Spanplatten erniedrigt.
9,38,5
9,19,59,6 9,4 9,1 8,9
9,210,0 10,0
9,1
9,99,1
9,5
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
ohne Behandlung thermischeBehandlung70°C/ 48h
Späne ohneVorbehandlung
thermischvorbehandelte Späne
70°C/ 48h
Laborspanplattenhergestellt aus
industriell gefertigten
industriell hergestelltesAusgangsmaterial
Laborspanplatten hergestellt ausmech. zerkleinerten UF-Recyclingspänen
"frischen" Spänen
Gle
ich
ge
wic
hts
feu
chte
be
i 35
%,
65
% u
nd
85
% r
el.
Lu
ftfe
uch
te [
%]
UF-gebundene Spanplatte
MUF-gebundene Spanplatte
PMDI-gebundene Spanplatte
6,9 7,2 7,0 6,7 7,0 7,0 6,86,5 6,7 6,9
7,66,96,8 7,1
6,2
14,5
13,7
14,914,4
13,5
15,0
12,913,0
11,8
12,6
14,2
12,513,1 12,9
13,3
Gleichgewichtsfeuchte bei 35%, 65% und 85% rel. Luftfeuchte
Abb. 4.2.10: Gleichgewichtsfeuchte nach Lagerung bei 65% relativer Luftfeuchte und deren Veränderung durch Absenkung auf 35% und Anhebung auf 85% relative Luftfeuchte. Dargestellt sind die Gleichgewichtsfeuchten des thermisch behandelten und unbehandelten UF-, MUF- und PMDI-gebundenen Ausgangsmaterials und der aus mechanisch zerkleinerten UF-Recyclingspänen und „frischen“ Spänen hergestellten UF-, MUF- und PMDI-gebundenen Laborspanplatten.
Ergebnisse und Diskussion 52
Die Gleichgewichtsfeuchten der aus „frischen“ Spänen der Industrie mit den
verwendeten Bindemitteln (UF, MUF und PMDI) hergestellten Spanplatten lassen keine
wesentlichen Unterschiede in Abhängigkeit von dem verwendeten Bindemittel
erkennen.
Die Gleichgewichtsfeuchten der Spanplatten, die aus UF-Recylcingspänen mit den
verschiedenen Bindemitteln UF-, MUF- und PMDI hergestellt wurden, sind im
allgemeinen niedriger als die der entsprechenden Spanplatten aus frischen Spänen der
Industrie. Sie liegen ebenfalls gemeinhin niedriger als die der Ausgangsspanplatten.
4.2.9 Formaldehydabgabe
Die Formaldehydabgabe gehört zu den wichtigsten Eigenschaften von Holzspan- und
Faserplatten. Sie wird durch eine Reihe von exogenen und endogenen Einflussfaktoren
bestimmt. Für die Ermittlung der Formaldehydabgabe bieten sich verschiedene
abgeleitete Methoden wie die Perforator-, die Gasanalyse- und die Flaschenmethode
an. Alle drei Methoden sind inzwischen europäisch standardisiert.
Im Rahmen dieser Untersuchungen wurde die Formaldehydabgabe nach der
Flaschenmethode gemäß EN 717-3 mit einer Prüfdauer von 3h und 24h bestimmt. Die
Ergebnisse sind in Abb. 4.2.11 und Abb. 4.2.12 für die aus den UF-Recyclingspänen mit
verschiedenen Bindemitteln hergestellten Spanplatten zusammengestellt. Mit aufgeführt
sind die Ergebnisse für die Ausgangsplatten sowie für die aus Industriespänen unter
Verwendung der verschiedenen Bindemittel hergestellten Spanplatten. Die Ergebnisse
lassen die folgenden Schlussfolgerungen zu:
Die mit UF-Harz verleimten Spanplatten aus Recyclingspänen weisen im Allgemeinen
eine geringe Formaldehydabgabe als die entsprechenden MUF- und PMDI-Platten auf.
Diese Feststellung trifft für die Prüfdauer von 3h und 24h zu.
Generell haben die aus Recyclingspänen hergestellten Platten, wie zu erwarten war,
eine höhere Formaldehydabgabe als die aus „frischen“ Spänen unter sonst gleichen
Bedingungen hergestellten Platten.
Ergebnisse und Diskussion 53
4,2 3,5 3,7 4,3 3,35,2 5,4 6,5 6,5 6,31,3 1,1 4,3 4,7 2,50
2
4
6
8
ohne Behandlung thermischeBehandlung
70°C/ 48h
Späne ohneVorbehandlung
thermischvorbehandelte Späne
70°C/ 48h
Laborspanplattenhergestellt aus
industriell gefertigten
industriell hergestelltesAusgangsmaterial
Laborspanplatten hergestellt ausmech. zerkleinerten UF-Recyclingspänen
"frischen" Spänen
Fo
rma
lde
hyd
ab
ga
be
3h
-Fla
sch
en
we
rte
[mg
HC
HO
/ kg
atr
o S
pa
np
latt
e]
UF-gebundene Spanplatte
MUF-gebundene Spanplatte
PMDI-gebundene Spanplatte
Abb. 4.2.11: Formaldehydabgabe (Flaschenmethode, 3h-Werte) des thermisch behandelten und unbehandelten UF-, MUF- und PMDI-gebundenen Ausgangsmaterials und der aus mechanisch zerkleinerten UF-Recyclingspänen und „frischen“ Spänen hergestellten UF-, MUF- und PMDI-gebundenen Laborspanplatten.
243 251 204 181 142313 297 229 294 23538 31 223 221 1030
50
100
150
200
250
300
350
400
ohne Behandlung thermischeBehandlung
70°C/ 48h
Späne ohneVorbehandlung
thermischvorbehandelte Späne
70°C/ 48h
Laborspanplattenhergestellt aus
industriell gefertigten
industriell hergestelltesAusgangsmaterial
Laborspanplatten hergestellt ausmech. zerkleinerten UF-Recyclingspänen
"frischen" Spänen
Fo
rma
lde
hyd
ab
ga
be
24
h-F
lasc
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ert
e[m
g H
CH
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kg a
tro
Sp
an
pla
tte
]
UF-gebundene Spanplatte
MUF-gebundene Spanplatte
PMDI-gebundene Spanplatte
Abb. 4.2.12: Formaldehydabgabe (Flaschenmethode, 24h-Werte) des thermisch behandelten und unbehandelten UF-, MUF- und PMDI-gebundenen Ausgangsmaterials und der aus mechanisch zerkleinerten UF-Recyclingspänen und „frischen“ Spänen hergestellten UF-, MUF- und PMDI-gebundenen Laborspanplatten.
Ergebnisse und Diskussion 54
Die im Vergleich mit den Ausgangsplatten niedrige Formaldehydabgabe der aus
Recyclingspänen mit UF-Harz hergestellten Spanplatten überrascht insofern, als die
Ausgangsplatten einem Alterungsprozess hinter sich haben und bei der Ermittlung der
Formaldehydabgabe etwa ein Jahr alt waren, während die neu hergestellten Platten
nach einer Klimatisierungsdauer von ca. zwei Wochen geprüft wurden. Es ist jedoch
nicht auszuschließen, dass während des Pressvorgangs bei hohen Temperaturen Teile
des den Recyclingspänen anhaftenden UF-Harzes unter Freisetzung von Ammoniak,
welches als Formaldehydfänger wirkt, thermohydrolytisch abgebaut wurden (vgl.
FRANKE UND ROFFAEL, 1998B).
4.3 Eigenschaften der aus PMDI-Recyclingspänen mit PMDI als Bindemittel hergestellten Laborpanplatten
Inhalt dieser Untersuchungen war es, Holzspanplatten aus Recyclingspänen
herzustellen, welche durch mechanische Zerkleinerung aus PMDI-gebundenen
Spanplatten gewonnen wurden. Die Herstellungsbedingungen entsprechen denen der
Laborspanplatten, welche aus UF-Recyclingspänen hergestellt wurden (Kap. 3.1.3).
Im Folgenden werden zum Vergleich neben den Untersuchungsergebnissen für die
PMDI-gebundenen Spanplatten aus PMDI-Recyclingspänen auch die Ergebnisse für
die Platten aus UF-Recyclingspänen und „frischen“ Spänen mit PMDI als Bindemittel
dargestellt. Weiterhin sind die Untersuchungsergebnisse für die PMDI-gebundenen
industriell gefertigten Spanplatten, die als Ausgangsmaterial für die Herstellung der
PMDI-Recyclingspäne dienten, mit aufgeführt.
4.3.1 Rohdichte und Plattendicke
Wie Tab. 4.3.1 zu entnehmen ist, weisen die aus PMDI-Recyclingspänen hergestellten
PMDI-gebundenen Laborspanplatten mit 700 kg/m³ eine etwas höhere Rohdichte auf
als die unter sonst gleichen Bedingungen aus UF-Recyclingspänen und „frischen“
Spänen hergestellten Platten. Gegenüber den Laborspanplatten weisen die industriell
gefertigten Spanplatten eine geringere Dicke und höhere Dichte auf.
Ergebnisse und Diskussion 55
Plattendicke [mm] Rohdichte [g/cm³]
Mittelwert Standardabw. Mittelwert Standardabw.
industriell hergestellte PMDI-gebundene Spanplatten
16,35 0,01 0,728 0,013
„frische“ Späne 19,96 0,11 0,673 0,022
UF-Recyclingspäne 19,28 0,06 0,676 0,031
PM
DI-
ge
bu
nd
en
e
La
bo
rsp
an
pla
tte
n
PMDI-Recyclingspäne 19,19 0,07 0,700 0,017
Tab. 4.3.1: Dicke und Rohdichte der aus „frischen“, UF-Recycling- und PMDI-Recyclingspänen mit PMDI als Bindemittel hergestellten Laborspanplatten, sowie der mit PMDI als Bindemittel industriell gefertigten Spanplatten.
4.3.2 Querzug- und Biegefestigkeit
Die Querzugfestigkeit (Abb. 4.3.1) der untersuchten Platten aus PMDI-Recyclingspänen
mit PMDI-Bindung ist deutlich geringer als die der ebenfalls mit PMDI gebundenen
Platten aus UF-Recyclingspänen. Bei der Biegefestigkeit (Abb. 4.3.2) ist dies hingegen
nicht festzustellen, hier zeigen beide Plattentypen eine in etwa gleich hohe Festigkeit,
die jedoch deutlich unter der Biegefestigkeit der PMDI-gebundenen Spanplatte aus
„frischen“ Spänen liegt. Die Festigkeitswerte der industriell hergestellten Spanplatten
mit PMDI-Bindung werden von keiner der hergestellten Laborspanplatten erreicht. Dies
ist womöglich auf die relativ hohe Rohdichte oder auf einen eventuell höheren
Bindemittelgehalt der industriell gefertigten Spanplatten zurückzuführen.
Ergebnisse und Diskussion 56
0,89 0,76 0,60 0,410,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
industriell hergestelltesAusgangsmaterial
hergestellt aus"frischen" Spänen
hergestellt ausmech. zerkleinerten UF-
Recyclingspänen
hergestellt ausmech. zerkleinerten PMDI-
Recyclingspänen
PMDI-gebunden Laborspanplatten PMDI-gebunden
Qu
erz
ug
fest
igke
it [N
/ m
m²]
Abb. 4.3.1: Querzugfestigkeit der aus PMDI-Recyclingspänen, UF-Recyclingspänen und „frischen“ Spänen mit PMDI als Bindemittel hergestellten Spanplatten, sowie der mit PMDI als Bindemittel industriell gefertigten Spanplatten.
14,5 12,2 6,9 7,30
2
4
6
8
10
12
14
16
18
industriell hergestelltesAusgangsmaterial
hergestellt aus"frischen" Spänen
hergestellt ausmech. zerkleinerten UF-
Recyclingspänen
hergestellt ausmech. zerkleinerten PMDI-
Recyclingspänen
PMDI-gebunden Laborspanplatten PMDI-gebunden
Bie
ge
fest
igke
it [N
/ m
m²]
Abb. 4.3.2: Biegefestigkeit der aus PMDI-Recyclingspänen, UF-Recyclingspänen und „frischen“ Spänen mit PMDI als Bindemittel hergestellten Spanplatten, sowie der mit PMDI als Bindemittel industriell gefertigten Spanplatten.
Ergebnisse und Diskussion 57
4.3.3 Dickenquellung und Wasseraufnahme nach 24 h Wasserlagerung
Die Ergebnisse der Bestimmung von Dickenquellung (Abb. 4.3.3) und Wasseraufnahme
(Abb. 4.3.4) zeigen, dass die aus UF-Recyclingspänen in Verbindung mit dem
Bindemittel PMDI hergestellten Platten gegenüber den Platten aus „Frischspänen“ eine
deutlich niedrigere Dickenquellung aufweisen. Dies gilt nicht gegenüber den PMDI-
verleimten Spanplatten aus PMDI-Recyclingspänen. Dies ist zusammen mit der
gegenüber den Platten aus UF-Recyclingspänen verminderten Querzugfestigkeit ein
Hinweis auf eine geringe Qualität der Verleimung bei Platten aus PMDI-
Recyclingspänen, die mit PMDI als Bindemittel hergestellt wurden. Die guten
Erfahrungen mit der PMDI-Verleimung von UF-Recyclingspänen (vgl. Kap. 4.2) lassen
sich demnach nicht ohne weiters auf die Verleimung von Recyclingspänen, hergestellt
aus PMDI-gebundenen Spanplatten, übertragen.
2,3 1,2 1,3 2,04,6 7,6 4,5 10,00
2
4
6
8
10
12
industriell hergestelltesAusgangsmaterial
hergestellt aus"frischen" Spänen
hergestellt ausmech. zerkleinerten UF-
Recyclingspänen
hergestellt ausmech. zerkleinerten PMDI-
Recyclingspänen
PMDI-gebunden Laborspanplatten PMDI-gebunden
Dic
ken
qu
ellu
ng
na
ch 2
h u
nd
24
h W
ass
erl
ag
eru
ng
[%
]
2h Wasserlagerung
24h Wasserlagerung
Abb. 4.3.3: Dickenquellung nach 2h und 24h Wasserlagerung der aus PMDI-Recyclingspänen, UF-Recyclingspänen und „frischen“ Spänen mit PMDI als Bindemittel hergestellten Spanplatten, sowie der mit PMDI als Bindemittel industriell gefertigten Spanplatten.
Ergebnisse und Diskussion 58
6,8 4,9 5,6 5,117,8 23,0 18,4 29,70
5
10
15
20
25
30
35
industriell hergestelltesAusgangsmaterial
hergestellt aus"frischen" Spänen
hergestellt ausmech. zerkleinerten UF-
Recyclingspänen
hergestellt ausmech. zerkleinerten PMDI-
Recyclingspänen
PMDI-gebunden Laborspanplatten PMDI-gebunden
Wa
sse
rau
fna
hm
e n
ach
2h
un
d 2
4h
Wa
sse
rla
ge
run
g [
%]
2h Wasserlagerung
24h Wasserlagerung
Abb. 4.3.4: Wasseraufnahme nach 2h und 24h Wasserlagerung der aus PMDI-Recyclingspänen, UF-Recyclingspänen und „frischen“ Spänen mit PMDI als Bindemittel hergestellten Spanplatten, sowie der mit PMDI als Bindemittel industriell gefertigten Spanplatten.
4.3.4 Dimensionsstabilität nach Lagerung bei unterschiedlicher relativer Luftfeuchte
Die Untersuchungen zur Dimensionsstabilität nach Lagerung der Spanplatten bei
relativen Luftfeuchten von 35%, 65% und 85% zeigen für die Platten aus PMDI-
Recyclingspänen gegenüber denen aus UF-Recyclingspänen eine Verbesserte
Stabilität in der Plattenebene (Abb. 4.3.5) sowie auch senkrecht dazu (Abb. 4.3.6).
Gegenüber den Platten aus „frischen“ Spänen scheint die Dimensionsstabilität in
Plattenebene durch die Verwendung der Recyclingspäne im Bereich relativer
Luftfeuchten oberhalb von 65% eher verschlechtert zu werden, nicht jedoch unterhalb
hiervon. Hierbei ist jedoch zu bedenken, dass die „frischen“ Späne über eine weitaus
bessere Spangeometrie verfügen als die mechanisch zerkleinerten Recyclingspäne
(vgl. Kap. 4.1.1). Durch die längliche Form der „frischen“ Späne können sich diese bei
der durch die wechselnde Luftfeuchte hervorgerufene Quellung bzw. Schwindung
gegenseitig sperren, so dass das Ausmaß der Dimensionsänderung in Plattenebene
begrenzen. Senkrecht zur Plattenebene kommt dieser Effekt nicht zum tragen, da sich
die Späne während des Herstellungsprozesses in Plattenebene ausrichten. Daher sind
Ergebnisse und Diskussion 59
die in Abb. 4.3.6 dargestellten Unterschiede in der Dimensionsänderung senkrecht zur
Plattenebene auch wesentlich geringer. Hier scheint das Recycling die
Dimensionsstabilität der Platte eher zu verbessern als zu verschlechtern.
4.3.5 Gleichgewichtsfeuchte
Die in Abb. 4.3.7 dargestellte Gleichgewichtsfeuchte der untersuchten PMDI-
gebundenen Spanplatten zeigt für die Laborspanplatten aus UF- und PMDI-
Recyclingspänen eine gegenüber den Platten aus „frischen“ Spänen verminderte
Reaktion der Gleichgewichtsfeuchte auf eine Änderung der relativen Luftfeuchte.
Weiterhin weisen die im Labor hergestellten Spanplatten eine gegenüber den industriell
hergestellten Platten im Allgemeinen verminderte Ausgleichsfeuchte bei Lagerung in
den Klimaten mit 65% und 85% relativer Luftfeuchte auf.
-0,15 -0,16 -0,19 -0,09
0,20 0,16 0,32 0,26
-0,3
-0,2
-0,1
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
industriell hergestelltesAusgangsmaterial
hergestellt aus"frischen" Spänen
hergestellt ausmech. zerkleinerten UF-
Recyclingspänen
hergestellt ausmech. zerkleinerten PMDI-
Recyclingspänen
PMDI-gebunden Laborspanplatten PMDI-gebunden
Ma
ßä
nd
eru
ng
in P
latt
en
eb
en
e [
%]
Desorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 35%
Adsorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 85%
Abb. 4.3.5: Maßänderung in Plattenebene (Längenänderung) nach Lagerung bei 65%, 35% und 85% relativer Luftfeuchte der aus PMDI-Recyclingspänen, UF-Recyclingspänen und „frischen“ Spänen mit PMDI als Bindemittel hergestellten Spanplatten, sowie der mit PMDI als Bindemittel industriell gefertigten Spanplatten.
Ergebnisse und Diskussion 60
-1,5 -1,3 -1,1 -0,5
3,6 3,0 3,0 2,9
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
industriell hergestelltesAusgangsmaterial
hergestellt aus"frischen" Spänen
hergestellt ausmech. zerkleinerten UF-
Recyclingspänen
hergestellt ausmech. zerkleinerten PMDI-
Recyclingspänen
PMDI-gebunden Laborspanplatten PMDI-gebunden
Ma
ßä
nd
eru
ng
se
nkr
ech
t zu
r P
latt
en
eb
en
e [
%]
Desorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 35%
Adsorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 85%
Abb. 4.3.6: Maßänderung senkrecht zur Plattenebene (Dickenänderung) nach Lagerung bei 65%, 35% und 85% relativer Luftfeuchte der aus PMDI-Recyclingspänen, UF-Recyclingspänen und „frischen“ Spänen mit PMDI als Bindemittel hergestellten Spanplatten, sowie der mit PMDI als Bindemittel industriell gefertigten Spanplatten.
10,0
9,1 9,1
8,3
0
2
4
6
8
10
12
14
16
industriell hergestelltesAusgangsmaterial
hergestellt aus"frischen" Spänen
hergestellt ausmech. zerkleinerten UF-
Recyclingspänen
hergestellt ausmech. zerkleinerten PMDI-
Recyclingspänen
PMDI-gebunden Laborspanplatten PMDI-gebunden
Gle
ich
ge
wic
hts
feu
chte
be
i 35
%,
65
% u
nd
85
% r
el.
Lu
ftfe
uch
te [
%]
7,0
6,2
7,16,8
14,9
13,3
12,612,9
Gleichgewichtsfeuchte bei 35%, 65% und 85% rel. Luftfeuchte
Abb. 4.3.7: Gleichgewichtsfeuchte nach Lagerung bei 65% relativer Luftfeuchte und deren Veränderung durch Absenkung auf 35% und Anhebung auf 85% relative Luftfeuchte. Dargestellt sind die Gleichgewichtsfeuchten der aus PMDI-Recyclingspänen, UF-Recyclingspänen und „frischen“ Spänen mit PMDI als Bindemittel hergestellten Spanplatten, sowie die Gleichgewichtsfeuchte der mit PMDI als Bindemittel industriell gefertigten Spanplatten.
Ergebnisse und Diskussion 61
4.3.6 Formaldehydabgabe
Die nach der Flaschenmethode (EN 717.3) bestimmte Formaldehydabgabe (Abb. 4.3.8)
zeigt überraschend niedrige Werte für die Spanplatten aus PMDI-Recyclingspänen. Hier
scheint die wiederholte „formaldehydfreie“ Beleimung und die thermische Behandlung
während des Herstellungsprozesses das Formaldehyd-Abgabepotential drastisch
gesenkt zu haben. Die aus UF-Recyclingspänen hergestellten PMDI-gebundenen
Holzspanplatten weisen eine gegenüber den aus PMDI-Recyclingspänen mit PMDI als
Bindemittel hergestellten Platten eine vergleichsweise hohe Formaldehydabgabe auf.
1,3 2,5 4,3 0,338 103 223 20
5
10
15
20
25
industriell hergestelltesAusgangsmaterial
hergestellt aus"frischen" Spänen
hergestellt ausmech. zerkleinerten UF-
Recyclingspänen
hergestellt ausmech. zerkleinerten PMDI-
Recyclingspänen
PMDI-gebunden Laborspanplatten PMDI-gebunden
Fo
rma
lde
hyd
ab
ga
be
3h
-Fla
sch
en
we
rte
[mg
HC
HO
/ kg
atr
o S
pa
np
latt
e]
0
50
100
150
200
250
Fo
rma
lde
hyd
ab
ga
be
24
h-F
lasch
en
we
rte[m
g H
CH
O/ kg
atro
Sp
an
pla
tte]
3h Werte
24h Werte
Abb. 4.3.8: Nach der Flaschenmethode (3h und 24h Prüfdauer) bestimmte Formaldehydabgabe der aus PMDI-Recyclingspänen, UF-Recyclingspänen und „frischen“ Spänen mit PMDI als Bindemittel hergestellten Spanplatten, sowie der mit PMDI als Bindemittel industriell gefertigten Spanplatten.
Ergebnisse und Diskussion 62
4.4 Eigenschaften der im Labor hergestellten Span-Faserplatten
Die folgenden Darstellungen enthalten die Ergebnisse der Untersuchungen, die an den,
wie in Kap. 3.1.4 beschrieben, hergestellten Laborplatten mit Deckschichten aus
Holzfasern vorgenommen wurden. Es wurden Span-Faserplatten untersucht, die aus
„frischen“ Spänen und Fasern mit UF-Harz und PMDI als Bindemittel hergestellt
wurden. Weiterhin wurden Span-Faserplatten untersucht, die aus Recyclingspänen und
Recyclingfasern unter Verwendung der o. g. Bindemittel hergestellt wurden. Im
Folgenden werden zu Vergleichszwecken neben den Span-Faserplatten auch die
dreischichtigen Laborspanplatten mit Deckschichten aus Spänen, die unter den
gleichen Herstellungsbedingungen produziert wurden, sowie die industriell gefertigten
UF- und PMDI-gebundenen Spanplatten mit aufgeführt. Abb. 4.4.1 zeigt Probekörper
einer UF-gebundenen Span-Faserplatte aus „frischen“ Spänen bzw. Fasern.
Abb. 4.4.1: Probekörper einer Span-Faserplatte mit Deckschichten aus UF-gebundenen „Frischfasern“ und einer Mittelschicht aus UF-gebundenen „Frischspänen“.
Ergebnisse und Diskussion 63
4.4.1 Rohdichte
Wie Abb. 4.4.2 zu entnehmen ist, bestehen hinsichtlich der Rohdichte der im Labor
hergestellten Span-Faserplatten nur geringe Unterschiede zu den zuvor hergestellten
Laborspanplatten. Die UF-gebundenen Spanfaserplatten aus Recyclingmaterial weisen
mit 630kg/m³ die geringste Rohdichte auf, die in Verbindung mit einer relativ großen
Streuung der Werte im Einzelfall zu Rohdichten unter 600kg/m³ führen, was bei der
Beurteilung der übrigen Eigenschaften dieser Plattenvariante berücksichtigt werden
muss.
0,65 0,68 0,63 0,660,73 0,68 0,67 0,67 0,640,710,50
0,55
0,60
0,65
0,70
0,75
0,80
industriell hergestelltes mech. zerkleinerte UF-Recyclingspäne
industriell gefertigte"frische" Späne
UF-Recyclingspäne/ -fasern
industriell gefertigte"frische" Späne/
Fasern
Ausgangsmaterial Labor-Spanplatten Labor-Span-Faserplatten
Ro
hd
ich
te [
g/
cm³]
UF-gebundene Span-/ Span-Faserplatte
PMDI-gebundene Span-/ Span-Faserplatte
Abb. 4.4.2: Rohdichte der UF- und PMDI-gebundenen Span- und Span-Faserplatten, hergestellt aus „frischen“ Spänen und Fasern bzw. aus UF-Recyclingmaterial, sowie des industriell gefertigten UF- und PMDI-gebundenen Ausgangsmaterials.
Von den hergestellten Span-Faserplatten wurden Rohdichteprofile erstellt. Hierfür
wurden nur Probekörper der aus „frischen“ Spänen/ Fasern hergestellten Platten
verwendet. Die Abb. 4.4.3 und Abb. 4.4.4 geben je ein Rohdichteprofil einer UF-
gebundenen und einer mit PMDI verleimten Platte wieder, wobei die mittlere Rohdichte
jeweils durch die gestrichelten Linien angegeben wird. Aus dem annähernd gleichen
Verlauf beider Diagramme ist zu entnehmen, dass die Wahl des Bindemittels in diesem
Fall offensichtlich keinen Einfluss auf die Entwicklung des Rohdichteprofils nimmt.
Beide Rohdichteprofile zeigen hoch verdichtete Deckschichten von jeweils ca. 3mm
Dicke mit einer maximalen Dichte jenseits der 1000kg/m³ und im mittleren Bereich eine
Ergebnisse und Diskussion 64
annähernd konstante Dichte von ca. 600kg/m³. Diese als vorteilhaft zu bezeichnende
Rohdichteverteilung über den Plattenquerschnitt ist für die guten mechanischen
Eigenschaften der hergestellten Span- Faserplatten verantwortlich.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Plattendicke [mm]
Ro
hd
ich
te [
kg/m
³]
Rohdichteprofil
mittlere Rohdichte
Abb. 4.4.3: Rohdichteprofil und mittlere Rohdichte einer UF- gebundenen Span-Faserplatte, hergestellt aus „frischen“ Spänen und Fasern.
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Plattendicke [mm]
Ro
hd
ich
te [
kg/m
³]
Rohdichteprofil
mittlere Rohdichte
Abb. 4.4.4: Rohdichteprofil und mittlere Rohdichte einer PMDI- gebundenen Span-Faserplatte, hergestellt aus „frischen“ Spänen und Fasern.
Ergebnisse und Diskussion 65
4.4.2 Querzugfestigkeit
Die Querzugfestigkeiten der hergestellten Span-Faserplatten, dargestellt in Abb. 4.4.5,
zeigen verglichen mit denen der Spanplatten bei einer Verleimung mit PMDI geringfügig
niedrigere Werte, während die UF-verleimten Span-Faserplatten sowohl beim „frischen“
als auch bei dem Recyclingmaterial höhere Festigkeiten als die Spanplatten erzielen.
Wie auch schon bei den hergestellten Spanplatten festgestellt wurde, ist bei der
Verwendung von Recyclingmaterial PMDI als Bindemittel geeigneter als UF-Harz.
Während die Querzugfestigkeit der mit UF-Harz gebundenen Recycling-Span-
Faserplatten nur 44% der Festigkeit der Platten aus „frischem“ Material beträgt, zeigen
die PMDI-gebundenen 82% der Festigkeit von vergleichbaren Span-Faserplatten aus
„frischem“ Material.
0,67 0,16 0,46 0,34 0,770,89 0,60 0,76 0,56 0,680,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
industriell hergestelltes mech. zerkleinerte UF-Recyclingspäne
industriell gefertigte"frische" Späne
UF-Recyclingspäne/ -fasern
industriell gefertigte"frische" Späne/
Fasern
Ausgangsmaterial Labor-Spanplatten Labor-Span-Faserplatten
Qu
erz
ug
fest
igke
it [N
/ m
m²]
UF-gebundene Span-/ Span-Faserplatte
PMDI-gebundene Span-/ Span-Faserplatte
Abb. 4.4.5: Querzugfestigkeit der UF- und PMDI-gebundenen Span- und Span-Faserplatten, hergestellt aus „frischen“ Spänen und Fasern bzw. aus UF-Recyclingmaterial, sowie des industriell gefertigten UF- und PMDI-gebundenen Ausgangsmaterials.
Ergebnisse und Diskussion 66
4.4.3 Biegefestigkeit
Betrachtet man die Biegefestigkeiten der untersuchten Span-Faserplatten (Abb. 4.4.6),
so fällt auf, dass deren Festigkeit ca. das Zwei- bis Dreifache der Biegefestigkeit der
entsprechenden Spanplatten beträgt, unabhängig vom verwendeten Bindemittel oder
Span- bzw. Fasermaterial. Die hergestellten Span-Faserplatten haben bezüglich der
Biegefestigkeit also einen klaren Vorteil gegenüber den zuvor hergestellten
Spanplatten. Es zeigt sich auch hier, wenn auch nicht so deutlich ausgeprägt, der
Einfluss des Bindemittels bei der Verleimung von Recyclingspänen bzw. –fasern. Die
Verminderung der Plattenfestigkeit durch die Verwendung von Recyclingmaterial, fällt
bei der Verleimung mit PMDI weitaus geringer aus.
14,2 2,8 7,9 10,7 22,214,5 6,9 12,2 20,1 32,90
5
10
15
20
25
30
35
40
industriell hergestelltes mech. zerkleinerte UF-Recyclingspäne
industriell gefertigte"frische" Späne
UF-Recyclingspäne/ -fasern
industriell gefertigte"frische" Späne/
Fasern
Ausgangsmaterial Labor-Spanplatten Labor-Span-Faserplatten
Bie
ge
fest
igke
it [N
/ m
m²]
UF-gebundene Span-/ Span-Faserplatte
PMDI-gebundene Span-/ Span-Faserplatte
Abb. 4.4.6: Biegefestigkeit der UF- und PMDI-gebundenen Span- und Span-Faserplatten, hergestellt aus „frischen“ Spänen und Fasern bzw. aus UF-Recyclingmaterial, sowie des industriell gefertigten UF- und PMDI-gebundenen Ausgangsmaterials.
Ergebnisse und Diskussion 67
4.4.4 Dickenquellung und Wasseraufnahme
Besonders deutlich sind die positiven Auswirkungen der Verleimung von
Recyclingspänen bzw. –fasern mit dem Bindemittel PMDI auf die Dickenquellung (Abb.
4.4.7 und Abb. 4.4.8) und Wasseraufnahme (Abb. 4.4.9) nach 2h und 24h
Wasserlagerung. Bei den PMDI-verleimten Span-Faserplatten kann durch die
Verwendung von Recyclingmaterial die Dickenquellung um 48% im Vergleich zu den
ansonsten identischen Platten aus „frischem“ Material gesenkt werden. Bei der
Verleimung mit UF-Harz hat die Verwendung von Recyclingspänen und –fasern
hingegen eine Erhöhung der Dickenquellung zur Folge.
6,1 4,5 5,6 2,7 3,12,3 1,3 1,2 1,3 1,20
1
2
3
4
5
6
7
industriell hergestelltes mech. zerkleinerte UF-Recyclingspäne
industriell gefertigte"frische" Späne
UF-Recyclingspäne/ -fasern
industriell gefertigte"frische" Späne/
Fasern
Ausgangsmaterial Labor-Spanplatten Labor-Span-Faserplatten
Dic
ken
qu
ellu
ng
na
ch 2
h W
ass
erl
ag
eru
ng
[%
]
UF-gebundene Span-/ Span-Faserplatte
PMDI-gebundene Span-/ Span-Faserplatte
Abb. 4.4.7: Dickenquellung nach 2h Wasserlagerung der UF- und PMDI-gebundenen Span- und Span-Faserplatten, hergestellt aus „frischen“ Spänen und Fasern bzw. aus UF-Recyclingmaterial, sowie des industriell gefertigten UF- und PMDI-gebundenen Ausgangsmaterials.
Ergebnisse und Diskussion 68
10,5 16,4 22,4 24,7 22,64,6 4,5 7,6 5,3 9,80
5
10
15
20
25
30
industriell hergestelltes mech. zerkleinerte UF-Recyclingspäne
industriell gefertigte"frische" Späne
UF-Recyclingspäne/ -fasern
industriell gefertigte"frische" Späne/
Fasern
Ausgangsmaterial Labor-Spanplatten Labor-Span-Faserplatten
Dic
ken
qu
ellu
ng
na
ch 2
4h
Wa
sse
rla
ge
run
g [
%]
UF-gebundene Span-/ Span-Faserplatte
PMDI-gebundene Span-/ Span-Faserplatte
Abb. 4.4.8: Dickenquellung nach 24h Wasserlagerung der UF- und PMDI-gebundenen Span- und Span-Faserplatten, hergestellt aus „frischen“ Spänen und Fasern bzw. aus UF-Recyclingmaterial, sowie des industriell gefertigten UF- und PMDI-gebundenen Ausgangsmaterials.
33,7 49,2 58,7 93,6 79,417,8 18,4 23,0 21,3 38,00
20
40
60
80
100
120
industriell hergestelltes mech. zerkleinerte UF-Recyclingspäne
industriell gefertigte"frische" Späne
UF-Recyclingspäne/ -fasern
industriell gefertigte"frische" Späne/
Fasern
Ausgangsmaterial Labor-Spanplatten Labor-Span-Faserplatten
Wa
sse
rau
fna
hm
e n
ach
24
h W
ass
erl
ag
eru
ng
[%
]
UF-gebundene Span-/ Span-Faserplatte
PMDI-gebundene Span-/ Span-Faserplatte
Abb. 4.4.9: Wasseraufnahme nach 24h Wasserlagerung der UF- und PMDI-gebundenen Span- und Span-Faserplatten, hergestellt aus „frischen“ Spänen und Fasern bzw. aus UF-Recyclingmaterial, sowie des industriell gefertigten UF- und PMDI-gebundenen Ausgangsmaterials.
Ergebnisse und Diskussion 69
4.4.5 Dimensionsstabilität nach Lagerung bei unterschiedlicher relativer Luftfeuchte
Die Abb. 4.4.10 und Abb. 4.4.11 stellen die Längen- und Dickenänderung der
hergestellten Spanplatten und Span-Faserplatten dar. Die Dimensionsstabilität in
Plattenebene (Abb. 4.4.10) ist bei den aus „frischem“ Material hergestellten Span-
Faserplatten verglichen mit den entsprechenden dreischichtigen Spanplatten sehr hoch.
Die PMDI- und die UF-Verleimung führen bei diesem Span- bzw. Fasermaterial zu einer
vergleichbar niedrigen Längenänderung. Bei der Verwendung von UF-
Recyclingspänen/ -fasern zeigt sich im Vergleich zu „frischen“ Spänen eine geringere
Dimensionsstabilität. Hier weisen die Platten mit PMDI-Verleimung eine deutlich
niedrigere Längenänderung auf als die mit UF-Harz verleimten. Dies bestätigt die zuvor
erzielten Ergebnisse, wonach PMDI für die Verleimung von UF-Recyclingspänen als
besonders gut geeignet anzusehen ist.
-0,16 -0,19 -0,06 -0,09 -0,07-0,15 -0,19 -0,16 -0,09 -0,09
0,21 0,58 0,22 0,26 0,120,20 0,32 0,16 0,15 0,11
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
industriell hergestelltes mech. zerkleinerte UF-Recyclingspäne
industriell gefertigte"frische" Späne
UF-Recyclingspäne/ -fasern
industriell gefertigte"frische" Späne/
Fasern
Ausgangsmaterial Labor-Spanplatten Labor-Span-Faserplatten
Ma
ßä
nd
eru
ng
in P
latt
en
eb
en
e [
%]
UF-gebundene Span-/ Span-Faserplatte
PMDI-gebundene Span-/ Span-Faserplatte
Desorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 35%
Adsorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 85%
Abb. 4.4.10: Maßänderung in Plattenebene (Längenänderung) nach Lagerung bei 65%, 35% und 85% relativer Luftfeuchte der UF- und PMDI-gebundenen Span- und Span-Faserplatten, hergestellt aus „frischen“ Spänen und Fasern bzw. aus UF-Recyclingmaterial, sowie des industriell gefertigten UF- und PMDI-gebundenen Ausgangsmaterials.
Ergebnisse und Diskussion 70
-1,5 -1,1 -1,6 -0,9 -0,8-1,5 -1,1 -1,3 -0,8 -0,7
4,8 5,3 4,1 4,2 3,83,6 3,0 3,0 2,9 3,4
-4
-2
0
2
4
6
8
industriell hergestelltes mech. zerkleinerte UF-Recyclingspäne
industriell gefertigte"frische" Späne
UF-Recyclingspäne/ -fasern
industriell gefertigte"frische" Späne/ Fasern
Ausgangsmaterial Labor-Spanplatten Labor-Span-Faserplatten
Ma
ßä
nd
eru
ng
se
nkr
ech
t zu
r P
latt
en
eb
en
e [
%]
UF-gebundene Span-/ Span-Faserplatte
PMDI-gebundene Span-/ Span-Faserplatte
Desorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 35%
Adsorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 85%
Abb. 4.4.11: Maßänderung senkrecht zur Plattenebene (Dickenänderung) nach Lagerung bei 65%, 35% und 85% relativer Luftfeuchte der UF- und PMDI-gebundenen Span- und Span-Faserplatten, hergestellt aus „frischen“ Spänen und Fasern bzw. aus UF-Recyclingmaterial, sowie des industriell gefertigten UF- und PMDI-gebundenen Ausgangsmaterials.
Verglichen mit den entsprechenden Spanplatten aus Recyclingspänen ist die
Längenänderung jedoch überaus deutlich reduziert. Die diesem Plattentyp zugrunde
liegende Annahme, die sehr dimensionsstabilen Faser-Deckschichten könnten die
weniger stabilen Span-Mittelschichten in ihrer Längenänderung begrenzen, wird durch
die erzielten Ergebnisse vollauf bestätigt.
Auf die Dickenänderung durch Lagerung bei unterschiedlicher Luftfeuchte (Abb. 4.4.11)
wirkt sich der besondere Aufbau der Span- Faserplatten erwartungsgemäß kaum aus.
Die PMDI-Verleimung zeigt bei jedem Span- bzw. Fasermaterial eine geringere
Dickenänderung, wobei der Unterschied bei den Platten aus Recyclingmaterial
deutlicher zu Tage tritt.
Ergebnisse und Diskussion 71
4.4.6 Gleichgewichtsfeuchte
Die Untersuchungen zur Gleichgewichtsfeuchte der im Labor hergestellten Span-
Faserplatten ergaben keine ausgeprägten Unterschiede zwischen den Platten aus
„frischen“ Spänen und Fasern und denen aus Recyclingmaterial (Abb. 4.4.12).
8,5
9,58,9
8,5
10,0
9,1 9,19,5 9,29,5
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
industriell hergestelltes mech. zerkleinerte UF-Recyclingspäne
industriell gefertigte"frische" Späne
UF-Recyclingspäne/ -fasern
industriell gefertigte"frische" Späne/
Fasern
Ausgangsmaterial Labor-Spanplatten Labor-Span-Faserplatten
Gle
ich
ge
wic
hts
feu
chte
be
i 35
%,
65
% u
nd
85
% r
el.
Lu
ftfe
uch
te [
%]
UF-gebundene Span-/ Span-Faserplatte
PMDI-gebundene Span-/ Span-Faserplatte
6,9 7,06,5
6,8
6,2
7,6
7,07,2
7,9 7,8
14,514,9
13,0 12,913,3
14,2
12,512,913,3
13,7
Gleichgewichtsfeuchte bei 35%, 65% und 85% rel. Luftfeuchte
Abb. 4.4.12: Gleichgewichtsfeuchte nach Lagerung bei 65% relativer Luftfeuchte und deren Veränderung durch Absenkung auf 35% und Anhebung auf 85% relative Luftfeuchte. Dargestellt sind die Gleichgewichtsfeuchten der UF- und PMDI-gebundenen Span- und Span-Faserplatten, hergestellt aus „frischen“ Spänen und Fasern bzw. aus UF-Recyclingmaterial, sowie des industriell gefertigten UF- und PMDI-gebundenen Ausgangsmaterials.
Gegenüber den entsprechenden Laborspanplatten zeigt sich ein etwas vermindertes
Sorptionsverhalten der Span-Faserplatten. Vor allem die Desorption der Span-
Faserplatten durch den Klimawechsel von 65% auf 35% relativer Luftfeuchte scheint
gegenüber den Laborspanplatten etwas verringert zu sein. Dies ist womöglich darauf
zurückzuführen, dass Fasern bzw. Faserplatten eine niedrigere Gleichgewichtsfeuchte
aufweisen als Spanplatten, wie u. a. Untersuchungsergebnisse von NIEMZ UND KUCERA
(1999) zeigen.
Ergebnisse und Diskussion 72
4.4.7 Formaldehydabgabe
Die Formaldehydabgabe der im Labor hergestellten Span-Faserplatten wurde bestimmt
nach der Flaschenmethode (EN 717-3) mit einer Prüfdauer von 3h und 24h. Die
Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in den Abb. 4.4.13 und Abb. 4.4.14
wiedergegeben. Bei einer Prüfdauer von 3h weisen die aus „frischen“ und
Recyclingspänen hergestellten UF-gebundenen Span-Faserplatten eine etwas höhere
Formaldehydabgabe auf als die vergleichbaren Spanplatten. Die Prüfdauer von 24h
bewirkt hingegen eine gegenüber den Spanplatten deutlich geringere Formaldehyd-
abgabe der Span-Faserplatten. Dies ist womöglich darauf zurückzuführen, dass bei
einer Prüfdauer von 3h bei den in der Prüfflasche herrschenden Bedingungen (40°C,
~100% rel. Luftfeuchte) der Beitrag des thermohydrolytischen Abbaus des Bindemittels
noch nicht deutlich zum Tragen kommt. Erst bei einer verlängerten Prüfdauer von 24h
wird deutlich, dass das UF-Harz in Spanplatten sorptionsbedingt weitaus stärker der
Hydrolyse unterliegt, als das in den UF-gebundenen Span-Faserplatten, wo die relativ
hoch verdichteten Faserdeckschichten die Wasserdampfdiffusion einschränken, der Fall
ist.
4,2 3,7 3,3 5,7 5,41,3 4,3 2,5 3,5 0,90
1
2
3
4
5
6
industriell hergestelltes mech. zerkleinerte UF-Recyclingspäne
industriell gefertigte"frische" Späne
UF-Recyclingspäne/ -fasern
industriell gefertigte"frische" Späne/
Fasern
Ausgangsmaterial Labor-Spanplatten Labor-Span-Faserplatten
Fo
rma
lde
hyd
ab
ga
be
3h
-Fla
sch
en
we
rte
[mg
HC
HO
/ kg
atr
o S
pa
np
latt
e]
UF-gebundene Span-/ Span-Faserplatte
PMDI-gebundene Span-/ Span-Faserplatte
Abb. 4.4.13: Nach der Flaschenmethode (3h Prüfdauer) bestimmte Formaldehydabgabe der UF- und PMDI-gebundenen Span- und Span-Faserplatten, hergestellt aus „frischen“ Spänen und Fasern bzw. aus UF-Recyclingmaterial, sowie des industriell gefertigten UF- und PMDI-gebundenen Ausgangsmaterials.
Ergebnisse und Diskussion 73
243 204 142 65 7538 223 103 39 100
50
100
150
200
250
300
industriell hergestelltes mech. zerkleinerte UF-Recyclingspäne
industriell gefertigte"frische" Späne
UF-Recyclingspäne/ -fasern
industriell gefertigte"frische" Späne/
Fasern
Ausgangsmaterial Labor-Spanplatten Labor-Span-Faserplatten
Fo
rma
lde
hyd
ab
ga
be
24
h-F
lasc
he
nw
ert
e[m
g H
CH
O/
kg a
tro
Sp
an
pla
tte
]
UF-gebundene Span-/ Span-Faserplatte
PMDI-gebundene Span-/ Span-Faserplatte
Abb. 4.4.14: Nach der Flaschenmethode (24h Prüfdauer) bestimmte Formaldehydabgabe der UF- und PMDI-gebundenen Span- und Span-Faserplatten, hergestellt aus „frischen“ Spänen und Fasern bzw. aus UF-Recyclingmaterial, sowie des industriell gefertigten UF- und PMDI-gebundenen Ausgangsmaterials.
4.4.8 Untersuchungen zur Sperrwirkung der Faserdeckschichten
Um die Bedeutung der Faserdeckschichten für die Dimensionsstabilität der Span-
Faserplatten zu untersuchen, wurden von einigen Probekörpern dieser Platten mittels
einer Kreissäge die Faserdeckschichten entfernt, so dass nur die Spanmittelschichten
übrig blieben. Diese Restkörpern wurden den verschiedenen Klimatisierungszyklen
ausgesetzt und ihre Dimensionsstabilität bestimmt. Die Abb. 4.4.13 und Abb. 4.4.14
geben die Ergebnisse dieser Untersuchungen wieder. Bei den Mittelschicht-
probekörpern der Span-Faserplatten ist eine deutlich höhere Längenänderung zu
verzeichnen als bei den entsprechenden Platten mit Faserdeckschicht. Dies ist ein
Beleg für die aufgrund der bisherigen Beobachtungen angenommene absperrende
Wirkung der dimensionsstabilen Faserdeckschichten auf die weniger stabilen
Spanmittelschichten. Die Dickenänderung der Mittelschichtprobekörper ist
erwartungsgemäß vergleichbar mit der der entsprechenden Span- Faserplatten.
Ergebnisse und Diskussion 74
-0,06 -0,07 -0,09-0,16 -0,09 -0,12
0,22 0,12 0,170,16 0,11 0,14
-0,2
-0,1
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
industriell gefertigte "frische" Späne industriell gefertigte "frische" Späne/Fasern
Mittelschicht derSpan-Faserplatten
Labor-Spanplatten Labor-Span-Faserplatten
Ma
ßä
nd
eru
ng
in P
latt
en
eb
en
e [
%]
UF-gebundene Span-/ Span-Faserplatte
PMDI-gebundene Span-/ Span-Faserplatte
Desorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 35%
Adsorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 85%
Abb. 4.4.13: Maßänderung in Plattenebene (Längenänderung) nach Lagerung bei 65%, 35% und 85% relativer Luftfeuchte der UF- und PMDI-gebundenen Span- und Span-Faserplatten, hergestellt aus „frischen“ Spänen und Fasern, sowie der Spanmittelschichten (Faserdeckschichten zuvor entfernt) der UF- und PMDI-gebundenen Spanfaserplatten.
-1,6 -0,8 -0,9-1,3 -0,7 -1,2
4,1 3,8 3,73,0 3,4 2,5
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
industriell gefertigte "frische" Späne industriell gefertigte "frische" Späne/Fasern
Mittelschicht derSpan-Faserplatten
Labor-Spanplatten Labor-Span-Faserplatten
Ma
ßä
nd
eru
ng
se
nkr
ech
t zu
r P
latt
en
eb
en
e [
%]
UF-gebundene Span-/ Span-Faserplatte
PMDI-gebundene Span-/ Span-Faserplatte
Desorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 35%
Adsorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 85%
Abb. 4.4.14: Maßänderung senkrecht zur Plattenebene (Dickenänderung) nach Lagerung bei 65%, 35% und 85% relativer Luftfeuchte der UF- und PMDI-gebundenen Span- und Span-Faserplatten, hergestellt aus „frischen“ Spänen und Fasern, sowie der Spanmittelschichten (Faserdeckschichten zuvor entfernt) der UF- und PMDI-gebundenen Spanfaserplatten.
Betriebsversuche 75
5 Betriebsversuche
Die oben beschriebenen, im Labor durchgeführten Untersuchungen zeigen eine
deutlich verbesserte Dimensionsstabilität der Span-Faserplatten gegenüber den
hergestellten Spanplatten. Weiterhin wurde bei den Laboruntersuchungen deutlich,
dass bei der Verleimung von Recyclingspänen mit geeigneten Bindemitteln bestimmte
physikalisch-technologische Eigenschaften der so hergestellten Platten gegenüber
denen der Platten aus „frischen“ Spänen verbessert werden können. Um diese
Ergebnisse im technischen Maßstab zu verifizieren, wurde der in der Planung des
Forschungsvorhabens vorgesehene abschließende Betriebsversuch dazu genutzt,
Spanplatten mit Anteilen von Holzfasern in der Deckschicht im industriellen Maßstab
herzustellen, wobei das bei diesen Versuchen verwendete Spanmaterial Anteile an
Recyclingspänen enthielt. Diese Versuche wurden bei der Fa. Lud. Kuntz GmbH,
Morbach in zwei Teilversuchen durchgeführt.
5.1 Planung und Durchführung der Betriebsversuche
Eine genaue Umsetzung der Bedingungen und Vorgehensweisen des Labormaßstabs
auf die industrielle Produktion mit den Anlagen der Fa. Kuntz war nicht möglich, so dass
einige Anpassungen der Versuchsbedingungen und des Versuchsablaufs an die
Gegebenheiten der Fa. Kuntz notwendig wurden. Dies betrifft im Wesentlichen die Art
des verwendeten Bindemittels und die Vorgehensweise bei der Einbringung der
Holzfasern in die Deckschichten der hergestellten Platten. Bei den für die
Betriebsversuche verwendeten Produktionsanlagen konnten nicht die bei den
Untersuchungen im Labor verwendeten Bindemittel UF- und MUF-Harz oder PMDI
eingesetzt werden, sondern es wurde im ersten Teilversuch (Versuch I) mit einem
Tannin-Formaldehyd Bindemittelsystem (TF-Harz) und im zweiten Versuch (Versuch II)
mit einem Phenolformaldehydharz (PF-Harz) gearbeitet.
Betriebsversuche 76
Weiterhin wurden die Holzfasern nicht wie im Labor getrennt von den Spänen beleimt
und in Form einer zu 100% aus Fasern bestehenden Deckschicht auf die
Spanmittelschicht gestreut, sondern das Fasermaterial wurde den Spänen kurz vor der
Beleimung zugeführt, so dass Späne und Fasern zusammen die Beleimung durchliefen.
Die Zudosierung des Fasermaterials erfolgte, indem zuvor abgewogene Mengen an
Fasern den auf dem Weg zum Beleimungsmischer befindlichen Holzspänen in einer
Förderschnecke kontinuierlich mit der Hand zugegeben wurden. Durch die von der
Anlagensteuerung vorgegebene Spanmenge pro Zeiteinheit und der Zugabe einer
definierten Menge an Fasern pro Zeiteinheit ergab sich ein konstanter Faseranteil des
der Beleimung zugeführten Materials. Die Abb. 5.1.1 zeigt die Förderschnecke, in der
die abgewogenen Holzfasern den Spänen zugegeben wurden. Beim ersten Teilversuch
(Versuch I) mit TF-Harz wurde eine Faserzugabe von ca. 5% bis 10% bezogen auf die
unbeleimten Späne gewählt. Beim Versuch II (PF-Harz) wurde die zugegebene
Fasermenge auf 10% bis 15% erhöht.
Abb. 5.1.1: Zugabestelle der Holzfasern (Klappe in Bildmitte) in der Förderschnecke auf dem Weg zu den Beleimungsmischern. Im Hintergrung sind die Plastikwannen mit abgewogenen Fasermengen zu sehen.
Bei den für die Betriebsversuche verwendeten Holzfasern handelt es sich um einen zu
Ballen gepressten industriell hergestellten thermomechanisch aufgeschlossenen
Faserstoff aus Kiefernholz, der aus der MDF-Produktion entnommen wurde. Die für den
Betriebsversuche 77
Betriebsversuch verwendeten Späne wurden der Produktion der Fa. Kuntz entnommen.
Dieses Spanmaterial enthält neben Spänen aus „frischem“ Waldholz auch ca. 30%
Recyclingmaterial einschließlich Recyclingspänen aus UF-Harz gebundenen
Spanplatten.
Nach der Beleimung des Span-Fasergemisches mit TF-Harz (Versuch I) bzw. PF-Harz
(Versuch II) gelangt das beleimte Material in die Windstreuvorrichtung, welche mittels
eines Luftstroms einen Span- bzw. Span-Faserkuchen mit einem dreischichtigem
Aufbau (Deckschicht – Mittelschicht – Deckschicht) ausformt. Hier wurden die beleimten
Fasern durch die Separierung im Luftstrom wieder von den Spänen getrennt und zum
großen Teilen in die Deckschichten gestreut (Abb. 5.1.2). Die Zugabe von Holzfasern
führte zu verstärkten Ablagerungen in der Windstreuvorrichtung, was zu einem
zunehmend ungleichmäßigeren Streuergebnis führte.
Abb. 5.1.2: Span-Faserkuchen einer PF-gebundenen Span-Faserplatte direkt nach der Windstreuvorrichtung. Deutlich zu erkennen sind die Faseranteile in der oberen Deckschicht.
Nach dem Streuvorgang wurde der Span- bzw. Span-Faserkuchen in einer Einetagen-
Heißpresse zu Platten von 16mm Dicke (Versuch I) bzw. 19mm Dicke (Versuch II)
verpresst. Die Pressparameter für wurden während der Dauer der einzelnen Versuche
nicht verändert. Nach dem Pressvorgang wurden die Platten im Kühlsternwender
Betriebsversuche 78
abgekühlt und darauf folgend in der Schleifstraße auf die Solldicke geschliffen. Von den
im Rahmen der beiden Versuche hergestellten Span-Faserplatten, sowie von
Spanplatten ohne Faseranteile, die unter ansonsten gleichen Bedingungen vor der
Zugabe von Fasern produziert wurden, wurden Proben entnommen.
Im Rahmen des zweiten Versuchs wurde eine Probe des mit PF-Harz beleimten Span-
Fasergemisches entnommen und nach einer Fraktionierung zu Deck- und Mittelschicht
(MS > 1mm ≤ DS) im Labor zu 19mm dicken dreischichtigen Platten verpresst deren
Rohdichte der der industriell gefertigten Platten entspricht. Ebenso wurde mit Proben
der beleimten Späne ohne Faseranteile verfahren.
Sämtliche im Rahmen der Betriebsversuche entnommenen Proben sowie die im Labor
hergestellten Platten aus industriell hergestellten und beleimten Spänen und Fasern
wurden hinsichtlich ihrer physikalisch-technologischen Eigenschaften untersucht. Die
hierbei erzielten Ergebnisse werden im Folgenden dargestellt.
5.2 Ergebnisse der Betriebsversuche
5.2.1 Rohdichte
Die Rohdichte der in den Betriebsversuchen hergestellten Platten, dargestellt in Abb.
5.2.1, ist im Falle der TF-gebundenen Platten des Versuchs I mit Werten deutlich unter
650kg/m³ niedriger als die der zuvor im Labor hergestellten Span- und Span-
Faserplatten. Bedingt durch die Streuung der Rohdichte sind im Einzelfall vor allem bei
der industriell gefertigten TF-gebundenen Span-Faserplatte Rohdichtewerte unter
600kg/m³ möglich, was bei der Beurteilung der Platteneigenschaften berücksichtigt
werden muss.
Die PF-gebundenen Platten des Versuchs II weisen höhere Rohdichten zwischen
650kg/m³ und 670kg/m³ auf, die mit den Rohdichten der im Rahmen der
Laboruntersuchungen hergestellten Platten vergleichbar sind.
Betriebsversuche 79
0,67 0,650,61 0,66 0,660,630,50
0,55
0,60
0,65
0,70
Industriell hergestellte Platten Industriell hergestellte Platten im Labor hergestellte Platten
Versuch I (TF-Harz) Versuch II (PF-Harz)
Ro
hd
ich
te [
g/
cm³]
Spanplatten
Span-Faserplatten
Abb. 5.2.1: Rohdichte der industriell hergestellten TF- und PF-gebundenen Span- und Span-Faserplatten sowie der aus industriell beleimtem Material im Labor hergestellten PF-gebundenen Span- und Spanfaserplatten.
5.2.2 Querzug- und Biegefestigkeit
Die in Abb. 5.2.2 und Abb. 5.2.3 dargestellte Querzug- und Biegefestigkeit weist für die
TF-gebundenen Platten des Versuchs I geringe Werte auf, die womöglich auf die
geringe Rohdichte zurückzuführen sind. Unterschiede zwischen den Spanplatten und
den Span-Faserplatten sind bei den TF-gebundenen Platten des Versuchs I nicht zu
erkennen. Die PF-gebundenen Platten des Versuchs II zeigen deutlich höhere Werte für
Querzug- und Biegefestigkeit. Dies gilt sowohl für die industriell gefertigten Platten als
auch für die im Labor mit dem industriell beleimten Span- und Fasermaterial
hergestellten Platten. Die industriell hergestellten Platten zeigen, wie die Platten des
Versuchs I, keinen Unterschied zwischen Span- und Span-Faserplatten.
Die im Labor fertig gestellten Span-Faserplatten zeigen eine niedrigere Querzug- und
Biegefestigkeit als die vergleichbaren Spanplatten ohne Faseranteile. Dies ist
womöglich auf einen ungünstigeren Plattenaufbau der im Labor hergestellten Span-
Faserplatten zurückzuführen. Die Fraktionierung mittels eines Siebes konzentriert die
Betriebsversuche 80
Faseranteile offensichtlich nicht in dem Maße in den Deckschichten, wie es die
Windstreuvorrichtung im industriellen Maßstab vermag.
0,27 0,65 0,700,26 0,64 0,660,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
Industriell hergestellte Platten Industriell hergestellte Platten im Labor hergestellte Platten
Versuch I (TF-Harz) Versuch II (PF-Harz)
Qu
erz
ug
fest
igke
it [N
/ m
m²]
Spanplatten
Span-Faserplatten
Abb. 5.2.2: Querzugfestigkeit der industriell hergestellten TF- und PF-gebundenen Span- und Span-Faserplatten sowie der aus industriell beleimtem Material im Labor hergestellten PF-gebundenen Span- und Spanfaserplatten.
9,7 20,8 18,19,6 21,0 15,50
5
10
15
20
25
30
Industriell hergestellte Platten Industriell hergestellte Platten im Labor hergestellte Platten
Versuch I (TF-Harz) Versuch II (PF-Harz)
Bie
ge
fest
igke
it [N
/ m
m²]
Spanplatten
Span-Faserplatten
Abb. 5.2.3: Biegefestigkeit der industriell hergestellten TF- und PF-gebundenen Span- und Span-Faserplatten sowie der aus industriell beleimtem Material im Labor hergestellten PF-gebundenen Span- und Spanfaserplatten.
Betriebsversuche 81
5.2.3 Dickenquellung
Betrachtet man die in den Abb. 5.2.4 und Abb. 5.2.5 dargestellten
Untersuchungsergebnisse zur Dickenquellung nach 2h und 24h Wasserlagerung, so
ergeben sich nach 24h Wasserlagerung bei keiner der drei Herstellungsvarianten
erkennbare Unterschiede zwischen den Platten mit und ohne Anteilen von Holzfasern.
Die zu erkennenden geringfügigen Unterschiede in der Dickenquellung der einzelnen
Platten nach 2h Wasserlagerung lassen sich nicht eindeutig auf den Einfluss der
Faseranteile zurückzuführen. Einen Einfluss auf die Dickenquellung hat jedoch das
Bindemittel. So beträgt die Dickenquellung nach 24h Wasserlagerung der PF-
gebundenen Platten aus dem Versuch II mit Werten um 15% in etwa die Hälfte der
Quellung der TF-gebundenen Platten aus Versuch I, die Werte um 30% aufweisen.
10,1 3,6 5,37,8 4,5 5,10
2
4
6
8
10
12
14
Industriell hergestellte Platten Industriell hergestellte Platten im Labor hergestellte Platten
Versuch I (TF-Harz) Versuch II (PF-Harz)
Dic
ken
qu
ellu
ng
na
ch 2
h W
ass
erl
ag
eru
ng
[%
]
Spanplatten
Span-Faserplatten
Abb. 5.2.4: Dickenquellung nach 2h Wasserlagerung der industriell hergestellten TF- und PF-gebundenen Span- und Span-Faserplatten sowie der aus industriell beleimtem Material im Labor hergestellten PF-gebundenen Span- und Spanfaserplatten.
Betriebsversuche 82
31,6 13,8 15,829,9 14,4 14,90
5
10
15
20
25
30
35
40
Industriell hergestellte Platten Industriell hergestellte Platten im Labor hergestellte Platten
Versuch I (TF-Harz) Versuch II (PF-Harz)
Dic
ken
qu
ellu
ng
na
ch 2
4h
Wa
sse
rla
ge
run
g [
%]
Spanplatten
Span-Faserplatten
Abb. 5.2.5: Dickenquellung nach 24h Wasserlagerung der industriell hergestellten TF- und PF-gebundenen Span- und Span-Faserplatten sowie der aus industriell beleimtem Material im Labor hergestellten PF-gebundenen Span- und Spanfaserplatten.
5.2.4 Wasseraufnahme
Die in Abb. 5.2.6 und Abb. 5.2.7 wiedergegebenen Ergebnisse der Untersuchungen zur
Wasseraufnahme nach Wasserlagerung von 2h und 24h Dauer, spiegeln das bei den
Untersuchungen zur Dickenquellung nach Wasserlagerung gewonnene Bild wider.
Auch hier treten die nach 2h Wasserlagerung noch zu erkennenden Unterschiede in der
Wasseraufnahme der verschiedenen Platten nach 24h Wasserlagerung in den
Hintergrund. Die PF-Harz gebundenen Platten zeigen, wie nach den Ergebnissen der
Untersuchungen zur Dickenquellung zu erwarten war, eine geringere Wasseraufnahme
als die TF-gebundenen Platten.
Betriebsversuche 83
47 26 3439 29 340
10
20
30
40
50
60
Industriell hergestellte Platten Industriell hergestellte Platten im Labor hergestellte Platten
Versuch I (TF-Harz) Versuch II (PF-Harz)
Wa
sse
rau
fna
hm
e n
ach
2h
Wa
sse
rla
ge
run
g [
%]
Spanplatten
Span-Faserplatten
Abb. 5.2.6: Wasseraufnahme nach 2h Wasserlagerung der industriell hergestellten TF- und PF-gebundenen Span- und Span-Faserplatten sowie der aus industriell beleimtem Material im Labor hergestellten PF-gebundenen Span- und Spanfaserplatten.
111 65 75106 70 760
20
40
60
80
100
120
140
Industriell hergestellte Platten Industriell hergestellte Platten im Labor hergestellte Platten
Versuch I (TF-Harz) Versuch II (PF-Harz)
Wa
sse
rau
fna
hm
e n
ach
24
h W
ass
erl
ag
eru
ng
[%
]
Spanplatten
Span-Faserplatten
Abb. 5.2.7: Wasseraufnahme nach 24h Wasserlagerung der industriell hergestellten TF- und PF-gebundenen Span- und Span-Faserplatten sowie der aus industriell beleimtem Material im Labor hergestellten PF-gebundenen Span- und Spanfaserplatten.
Betriebsversuche 84
5.2.5 Dimensionsstabilität nach Lagerung bei unterschiedlicher relativer Luftfeuchte
Die Untersuchungen zur Dimensionsänderung in Plattenebene (Längenänderung)
aufgrund von Änderungen der relativen Luftfeuchte der im Rahmen der
Betriebsversuche hergestellten Span- und Span-Faserplatten (Abb. 5.2.8), zeigen für
den Fall der Adsorption, also einer Erhöhung der Plattenfeuchte aufgrund einer
Anhebung der relativen Luftfeuchte von 65% auf 85%, ein nahezu gleiches Verhalten
aller untersuchten Plattenvarianten. Die Maßänderung in Plattenebene beträgt bei den
untersuchten Platten zwischen 0,12% und 0,15%. Im Bereich der Desorption, der
Erniedrigung der Plattenfeuchte bedingt durch eine Absenkung der relativen Luftfeuchte
von 65% auf 35%, zeigt die industriell hergestellte PF-gebundene Platte (Versuch II) mit
Faseranteilen in der Deckschicht mit 0,07% eine deutlich geringere Schrumpfung als
die auf gleiche Weise hergestellte Platte ohne Fasern, die um 0,12% schrumpfen. Die
aus den gleichen Spänen bzw. aus dem gleichen Span-Fasergemisch im Labor
hergestellten Platten zeigen nicht dieses Verhalten. Auch die TF-gebundenen Platten
des Versuchs I zeigen keine Unterschiede zwischen der Spanplatte und der Span-
Faserplatte. Dies hängt womöglich damit zusammen, dass das Spanmaterial einen
hohen Anteil an Recyclingspänen enthält, der bereits die Längenänderung herabsetzt.
-0,09 -0,12 -0,11-0,09 -0,07 -0,11
0,14 0,13 0,120,15 0,13 0,12
-0,2
-0,1
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
Industriell hergestellte Platten Industriell hergestellte Platten im Labor hergestellte Platten
Versuch I (TF-Harz) Versuch II (PF-Harz)
Ma
ßä
nd
eru
ng
in P
latt
en
eb
en
e [
%]
Spanplatten
Span-Faserplatten
Desorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 35%
Adsorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 85%
Abb. 5.2.8: Maßänderung in Plattenebene (Längenänderung) nach Lagerung bei 65%, 35% und 85% relativer Luftfeuchte der industriell hergestellten TF- und PF-gebundenen Span- und Span-Faserplatten sowie der aus industriell beleimtem Material im Labor hergestellten PF-gebundenen Span- und Spanfaserplatten.
Betriebsversuche 85
Die Maßänderung senkrecht zur Plattenebene (Dickenänderung) aufgrund von
Änderungen der relativen Luftfeuchte (Abb. 5.2.9) zeigt für die Platten mit Faseranteilen
in den Deckschichten des Versuchs I und für die im Labor fertig gestellten Platten mit
Fasern in den Deckschichten des Versuchs II eine gegenüber den entsprechenden
Spanplatten verminderte Zunahme der Plattendicke aufgrund der durch eine Erhöhung
der relativen Luftfeuchte von 65% auf 85% hervorgerufenen Adsorption. Im Fall der
durch Absenkung der relativen Luftfeuchte auf 35% bedingten Desorption zeigen diese
Span-Faserplatten eine gegenüber den vergleichbaren Spanplatten höhere
Schrumpfung. Die industriell gefertigten PF-gebundenen Spanfaserplatten des
Versuchs II zeigen eine verminderte Dickenänderung sowohl bei der Adsorption als
auch bei der Desorption. Ein solches Verhalten war auch bei den im Labor hergestellten
Span-Faserplatten (vgl. Kap. 4.4.5) zu beobachten.
-0,6 -1,0 -0,7-0,8 -0,6 -0,8
2,2 2,8 2,12,0 2,4 1,9
-2
-1
0
1
2
3
4
Industriell hergestellte Platten Industriell hergestellte Platten im Labor hergestellte Platten
Versuch I (TF-Harz) Versuch II (PF-Harz)
Ma
ßä
nd
eru
ng
se
nkr
ech
t zu
r P
latt
en
eb
en
e [
%]
Spanplatten
Span-Faserplatten
Desorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 35%
Adsorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 85%
Abb. 5.2.9: Maßänderung senkrecht zur Plattenebene (Dickenänderung) nach Lagerung bei 65%, 35% und 85% relativer Luftfeuchte der industriell hergestellten TF- und PF-gebundenen Span- und Span-Faserplatten sowie der aus industriell beleimtem Material im Labor hergestellten PF-gebundenen Span- und Spanfaserplatten.
Betriebsversuche 86
5.2.6 Gleichgewichtsfeuchte
Die Untersuchungen zur Gleichgewichtsfeuchte bei 65%, 35% und 85% relativer
Luftfeuchte der bei den Betriebsversuchen hergestellten Span- und Span-Faserplatten
zeigen, wie der Abb. 5.2.10 zu entnehmen ist, für die Platten des Versuchs II eine bei
allen Klimaten gegenüber den Platten des Versuchs I höhere Gleichgewichtsfeuchte.
Dies hängt mit den verwendeten Bindemitteln zusammen. Das beim Versuch II
eingesetzte PF-Harz enthält mehr Alkali, welches stark hygroskopisch wirkt und so die
Feuchte der Platten erhöht. Unterschiede zwischen den Platten mit und ohne
Faseranteilen in den Deckschichten sind bei den Platten des Versuchs I und bei den mit
dem industriell beleimten Span- bzw. Span-Fasermaterial im Labor hergestellten Platten
des Versuchs II nicht zu erkennen. Bei den industriell hergestellten Platten des
Versuchs II zeigen die Spanplatten vor allem bei 6% und 85% relativer Luftfeuchte eine
gegenüber den Span-Faserplatten höhere Gleichgewichtsfeuchte.
10,7
9,8
8,8
9,610,1
8,8
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
Industriell hergestellte Platten Industriell hergestellte Platten im Labor hergestellte Platten
Versuch I (TF-Harz) Versuch II (PF-Harz)
Gle
ich
ge
wic
hts
feu
chte
be
i 35
%,
65
% u
nd
85
% r
el.
Lu
ftfe
uch
te [
%]
Spanplatten
Span-Faserplatten
7,3 7,4
8,48,7
8,38,1
12,5 12,4
13,4
14,9
13,113,1
Gleichgewichtsfeuchte bei 35%, 65% und 85% rel. Luftfeuchte
Abb. 5.2.10: Gleichgewichtsfeuchte nach Lagerung bei 65% relativer Luftfeuchte und deren Veränderung durch Absenkung auf 35% und Anhebung auf 85% relative Luftfeuchte. Dargestellt sind die Gleichgewichtsfeuchten der industriell hergestellten TF- und PF-gebundenen Span- und Span-Faserplatten sowie der aus industriell beleimtem Material im Labor hergestellten PF-gebundenen Span- und Spanfaserplatten.
Betriebsversuche 87
5.2.7 Formaldehydabgabe
Die Ergebnisse der Untersuchungen zur Formaldehydabgabe der bei den
Betriebsversuchen hergestellten Span- und Spanfaserplatten, gemessen nach der
Flaschenmethode (EN 717-3) mit einer Prüfdauer von 3h und 24h, sind in den Abb.
5.2.11 und Abb. 5.2.12 dargestellt. Demnach weisen die PF-gebundenen Platten des
Versuchs II eine sehr geringe Abgabe an Formaldehyd auf. Dies ist bei der Verwendung
von PF-Harzen als Bindemittel für Holzspanplatten bekannt. Auch die
Formaldehydabgabe der TF-gebundenen Platten des Versuchs I ist mit Werten knapp
unter 3mg/kg bei der Prüfdauer von 3h als gering anzusehen. Deutliche Unterschiede
zwischen den Platten mit und ohne Faseranteile lassen sich den Untersuchungs-
ergebnissen nicht entnehmen.
2,9 0,5 0,82,7 0,5 1,00,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
Industriell hergestellte Platten Industriell hergestellte Platten im Labor hergestellte Platten
Versuch I (TF-Harz) Versuch II (PF-Harz)
Fo
rma
lde
hyd
ab
ga
be
3h
-Fla
sch
en
we
rte
[mg
HC
HO
/ kg
atr
o S
pa
np
latt
e]
Spanplatten
Span-Faserplatten
Abb. 5.2.11: Nach der Flaschenmethode (3h Prüfdauer) bestimmte Formaldehydabgabe der industriell hergestellten TF- und PF-gebundenen Span- und Span-Faserplatten sowie der aus industriell beleimtem Material im Labor hergestellten PF-gebundenen Span- und Spanfaserplatten.
Betriebsversuche 88
29 7 829 8 100
5
10
15
20
25
30
35
Industriell hergestellte Platten Industriell hergestellte Platten im Labor hergestellte Platten
Versuch I (TF-Harz) Versuch II (PF-Harz)
Fo
rma
lde
hyd
ab
ga
be
24
h-F
lasc
he
nw
ert
e[m
g H
CH
O/
kg a
tro
Sp
an
pla
tte
]
Spanplatten
Span-Faserplatten
Abb. 5.2.12: Nach der Flaschenmethode (24h Prüfdauer) bestimmte Formaldehydabgabe der industriell hergestellten TF- und PF-gebundenen Span- und Span-Faserplatten sowie der aus industriell beleimtem Material im Labor hergestellten PF-gebundenen Span- und Spanfaserplatten.
5.3 Zusammenfassung und Bewertung der Betriebsversuche
Bei der Durchführung der oben beschriebenen Betriebsversuche bei der Fa. Kuntz
traten durch die Zugabe der Fasern zum Spanmaterial einige technische Probleme auf,
welche die Menge an Fasern, die ohne den Herstellungsprozess zu beeinträchtigen,
zugegeben werden konnte stark begrenzte (vgl. Kap. 5.1). Die zu realisierende
Faserzugabe war daher wie oben beschrieben auf ca. 10% der eingesetzten
Holzspanmenge begrenzt. Trotz dieser Einschränkung konnte bei den Untersuchungen
zur Dimensionsstabilität bei Änderung der relativen Luftfeuchte (Kap. 5.2.5) ein positiver
Einfluss der eingebrachten Holzfasern auf die Maßänderung in Plattenebene und
senkrecht dazu festgestellt werden. Der Unterschied hinsichtlich der Dimensionstabilität
fällt bei den im Betriebsversuch produzierten Platten aufgrund der gegenüber den im
Labor hergestellten Platten geringeren Faserbeigaben wesentlich geringer aus.
Grundsätzlich jedoch können die im Labor gewonnenen Erkenntnisse über die
Betriebsversuche 89
stabilisierende Wirkung von Holzfasern in den Deckschichten von Holzspanplatten bei
Änderung der Plattenfeuchte durch die Ergebnisse der durchgeführten
Betriebsversuche bestätigt werden. Weiterhin kann festgehalten werden, dass die im
Rahmen der Betriebsversuche hergestellten Platten eine vergleichsweise hohe
Dimensionsstabilität aufweisen, was auf den hohen Anteil an Recyclingmaterial der
verwendeten Späne zurückzuführen ist. Insofern wird die aufgrund der
Laboruntersuchungen getroffene Feststellung, dass die Verwendung von
Recyclingmaterial bei der Verleimung mit einem geeigneten Bindemittel zu Platten mit
teilweise verbesserten Eigenschaften führt, durch die Ergebnisse durchgeführten
Betriebsversuche bestätigt.
Zusammenfassung 90
6 Zusammenfassung
Ziel des Forschungsvorhabens ist es, die Dimensionsstabilität, insbesondere die
Längenänderung, von Holzspanplatten unter gezielter Nutzung von
materialimmanenten Eigenschaften zu verbessern. Im Rahmen der zu diesem
Forschungsvorhaben durchgeführten Untersuchungen konnten eine Reihe von
interessanten praxisrelevanten Feststellungen getroffen werden, die im Folgenden
zusammenfassend dargstellt sind.
Das Verleimungsverhalten von Recyclingspänen, hergestellt aus UF-gebundenen
Spanplatten (UF-Recyclingspäne) ist gegenüber den verschiedenen Bindemitteln stark
unterschiedlich. Als Bindemittel für die Herstellung von Spanplatten aus UF-
Recyclingspänen sind polymere auf Basis von Diphenylmethandiisocyanaten (PMDI)
besonders geeignet.
UF-Recyclingspäne führen bei einer Verleimung mit PMDI zu Spanplatten mit einer
gegenüber vergleichbaren Platten aus „frischen“ Spänen wesentlich niedrigeren
Dickenquellung. Dies war bisher u. W. in der Literatur so nicht bekannt.
Die aus UF-Recyclingspänen hergestellten Spanplatten weisen im Allgemeinen eine
verglichen mit Platten aus „frischen“ Spänen verminderte Gleichgewichtsfeuchte auf.
Durch die Verleimung von UF-Recyclingspänen mit PMDI und MUF-Harz können
Spanplatten mit einer gegenüber UF-gebundenen Spanplatten aus UF-
Recyclingspänen wesentlich niedrigeren sorptionsbedingten Dickenänderung
hergestellt werden. Die Dickenänderung durch Ad- und Desorption ist bei PMDI-
gebundenen Spanplatten aus UF-Recyclingspänen niedriger als die von UF-
gebundenen Spanplatten aus „frischen“ Spänen.
Die Maßänderung in Plattenebene (Längenänderung) von PMDI- und MUF-
gebundenen Spanplatten aus UF-Recyclingspänen ist deutlich niedriger als die von
Spanplatten, die aus UF-Recyclingspänen mit UF-Harz als Bindemittel hergestellt
wurden.
Die ad- und desorptionsbedingte Längenänderung von Holzspanplatten lässt sich im
Allgemeinen durch Einbringung von Holzfasern in die Deckschichten der Platten stark
eindämmen. Die Faserdeckschichten haben anscheinend eine Sperrwirkung auf die
Zusammenfassung 91
darunter liegenden Späne der Mittelschicht. Dreischichtigen Span-Faserplatten, mit
PMDI als Bindemittel hergestellt aus UF-Recyclingspänen bzw. UF-Recyclingfasern,
zeigen eine deutlich niedrigere Längenänderung als vergleichbare Platten mit UF-
Verleimung. Dies bestätigt die Feststellung, wonach PMDI als Bindemittel für UF-
Recyclingspäne und UF-Recyclingfasern besonders geeignet ist.
Die Dickenänderung nach Lagerung bei unterschiedlicher Luftfeuchte ist bei
dreischichtigen Span- Faserplatten mit PMDI-Verleimung geringer als bei solchen, die
mit UF-Harz als Bindemittel hergestellt wurden. Dies trifft insbesondere auf Platten aus
Recyclingspänen und –fasern zu.
Insgesamt lässt sich feststellen, dass aus UF-Recyclingspänen, deren
Gleichgewichtsfeuchte niedriger liegt als die von frischen Spänen, mit geeigneten
Bindemittel Holzspanplatten hergestellt werden können deren Dimensionsstabilität bei
Änderung der relativen Luftfeuchte höher ist als die von Spanplatten, die aus „frischen“
Spänen hergestellt wurden. Auch die Einbringung von Holzfasern in die Deckschichten
der Spanplatten hat eine deutliche Erhöhung der Dimensionsstabilität, insbesondere
eine Verringerung der Längenänderung, zur Folge. Die durchgeführten Industrie-
versuche haben die im Labor erarbeiteten Ergebnisse grundsätzlich bestätigt.
Die im Rahmen dieses Forschungsvorhabens durchgeführten Untersuchungen haben
Möglichkeiten und Wege aufgezeigt, wie die Gebrauchseigenschaften von
Holzspanplatten, insbesondere die Dimensionsstabilität bei Änderung der relativen
Luftfeuchte, verbessert werden können und welche Bedeutung hierbei dem Bindemittel
in Abhängigkeit vom verwendeten Spanmaterial zukommt.
Literatur 92
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Anhang 98
8 Anhang
Fra
ktio
n >
4m
m[%
]
Fra
ktio
n >
2m
m[%
]
Fra
ktio
n >
1m
m[%
]
Fra
ktio
n >
0,5
mm
[%]
Fra
ktio
n >
0,2
mm
[%]
Fra
ktio
n ≤
0,2
mm
[%]
Mitt
els
chic
ht
(4m
m >
MS
< 1
mm
) [%
]
De
cksc
hic
ht
(1m
m >
DS
< 0
,2m
m)
[%]
UF-Spanplatte nicht wärmebehandelt,Stücke ca. 5cm x 5cm,
130°C/ 1h, Flotte 4:1,kein NaOH
45,7 10,6 9,4 13,9 15,8 4,5 20,0 29,7
UF-Spanplatte nicht wärmebehandelt,mech. zerkl. Material >4mm,
130°C/ 1h, Flotte 4:1,kein NaOH
23,5 28,7 8,4 14,2 20,4 4,8 37,1 34,6
UF-Spanplatte nicht wärmebehandelt,mech. zerkl. Material >4mm,
130°C/ 1h, Flotte 4:1,1% NaOH auf atro Platte
33,0 26,5 3,8 11,7 19,3 5,7 30,4 31,0
UF-Spanplatte nicht wärmebehandelt,mech. zerkl. Material >4mm,
190°C/ 1h, Flotte 4:1,1% NaOH auf atro Platte
12,6 27,1 15,5 16,8 21,2 6,8 42,6 38,0
UF-Spanplatte nicht wärmebehandelt, mechanisch zerkleinert
3,9 20,5 32,6 30,5 7,4 5,3 53,1 37,9
MUF-Spanplatte nicht wärmebehandelt, mechanisch zerkleinert
9,6 42,2 30,0 14,3 3,0 0,9 72,2 17,3
PMDI-Spanplatte nicht wärmebehandelt, mechanisch zerkleinert
5,2 31,6 33,5 21,6 7,0 1,1 65,1 28,6
industriell hergestellteMittelschichtspäne
8,9 24,0 43,3 19,2 4,4 0,2 67,3 23,6
industriell hergestellteDeckschichtspäne
0,0 0,2 18,4 40,3 29,3 11,8 18,6 69,6
Tab. 8.1: Siebanalysen der im Forschungsvorhaben hergestellten Recyclingspäne und der verwendeten industriell gefertigten „frischen“ Späne. Dargestellt sind die prozentualen Massenanteile der einzelnen Fraktionen und die resultierenden Anteile an Deck- und Mittelschichtspänen
Anhang 99
AusgangsmaterialArt des Aufschlusses
Aufschlussbedingungen
4 m
m >
MS
< 1
mm
1 m
m >
DS
< 0
,2 m
m
pH
-We
rt
alk
alis
che
Pu
ffe
rka
pa
zitä
t[m
Mo
l Na
OH
/1
00
g a
tro
Sp
än
e]
Stic
ksto
ffg
eh
alt
[% a
tro
Sp
än
e]
Fo
rma
lde
hyd
ab
ga
be
WK
I-F
lasc
he
3h
[mg
/ kg
atr
o S
pä
ne
]
Fo
rma
lde
hyd
ab
ga
be
WK
I-F
lasc
he
24
h[m
g/
kg a
tro
Sp
än
e]
WR
V[%
]
MS 6,8 0,31 1,4 9,8 84 72,5
DS 6,7 0,30 1,1 5,3 50 71,5
MS 5,5 2,45
DS 5,6 2,03
MS 5,1 1,49 2,2 14,3 130 57,9
DS 5,1 1,63 2,6 15,4 145 55,8
MS 5,0 1,47 2,1 12,7 122 56,5
DS 5,1 1,52 2,7 14,7 145 53,2
MS 5,1 1,09 4,0 40,9 278 43,9
DS 5,0 1,08 5,8 53,3 373 49,0
MS 5,0 1,09 4,3 39,1 270 36,9
DS 5,0 1,27 5,8 44,9 333 41,8
MS 5,5 1,29 0,6 1,1 11 53,3
DS 5,4 1,82 0,7 2,2 13 53,0
MS 5,2 1,80 0,6 1,2 10 47,2
DS 5,2 2,15 0,8 2,0 11 47,7
MS 4,7 1,23 0,2 2,9 33 68,9
DS 4,9 1,22 1,7 8,4 104 57,2
UF-gebundeneMDF
6,6 0,27 4,6 200 78,3
3,9 3,27 0,1 20 89,2
industriell hergestellte Späne
thermohydrolytisch,130°C/ 1h, Flotte 6:1,
1% NaOH auf atro Platte
industriell hergestellte Fasern
mechanischeZerkleinerung
mechanischeZerkleinerung
UF-gebundenenSpanplatte
UF-gebundenenSpanplatte
wärmebehandelt 70°C/ 48h
PMDI-gebundenenSpanplatte
PMDI-gebundeneSpanplatte
wärmebehandelt 70°C/ 48h
mechanischeZerkleinerung
mechanischeZerkleinerung
MUF-gebundenenSpanplatte
mechanischeZerkleinerung
MUF-gebundeneSpanplatte
wärmebehandelt 70°C/ 48h
mechanischeZerkleinerung
thermohydrolytisch,130°C/ 1h, Flotte 4:1,
1% NaOH auf atro Platte
thermohydrolytisch,190°C/ 1h, Flotte 4:1,
1% NaOH auf atro Platte
Tab. 8.2: Verleimungsrelevante Eigenschaften der im Forschungsvorhaben hergestellten Recyclingspäne und Recyclingfasern und der verwendeten industriell gefertigten „frischen“ Späne und Fasern
Anhang 100
MW STA MW STA MW STA MW STA
UF-gebundene Spanplatte 16,3 0,0 0,706 0,008 0,67 0,03 14,2 0,8
MUF-gebundene Spanplatte 21,3 0,0 0,747 0,017 0,92 0,05 24,6 1,8
PMDI-gebundene Spanplatte 16,4 0,0 0,728 0,013 0,89 0,09 14,5 1,9
UF-gebundene Spanplattewärmebehandelt (70°C/48h)
16,2 0,0 0,710 0,012 0,74 0,05 15,4 1,0
MUF-gebundene Spanplattewärmebehandelt (70°C/48h)
21,2 0,1 0,789 0,010 1,05 0,08 27,1 3,2
PMDI-gebundene Spanplattewärmebehandelt (70°C/48h)
16,4 0,1 0,747 0,022 0,97 0,12 16,4 0,7
UF-Recyclingspäne, UF-beleimt 19,0 0,4 0,649 0,022 0,16 0,03 2,8 0,5
UF-Recyclingspäne, MUF-beleimt 19,2 0,2 0,675 0,044 0,55 0,11 6,5 0,6
UF-Recyclingspäne, PMDI-beleimt 19,5 0,1 0,676 0,031 0,60 0,11 6,9 1,5
UF-Recyclingspäne wärmebehandelt (70°C/48h),UF-beleimt
19,5 0,1 0,676 0,011 0,20 0,02 2,8 0,5
UF-Recyclingspäne wärmebehandelt (70°C/48h),MUF-beleimt
19,1 0,1 0,682 0,013 0,50 0,03 6,0 1,0
UF-Recyclingspäne wärmebehandelt (70°C/48h),PMDI-beleimt
19,1 0,1 0,701 0,029 0,73 0,15 6,7 1,4
frische Späne, UF-beleimt 19,5 0,1 0,678 0,030 0,46 0,04 7,9 0,9
frische Späne, MUF-beleimt 19,2 0,1 0,664 0,024 1,01 0,11 16,4 1,2
frische Späne, PMDI-beleimt 20,0 0,1 0,673 0,022 0,76 0,08 12,2 1,7
PMDI-Recyclingspäne, PMDI-beleimt 19,1 0,1 0,700 0,017 0,41 0,08 7,3 1,6
Span-Faserplatte frische Späne/ Fasern,UF-beleimt
18,5 0,2 0,665 0,031 0,77 0,08 22,2 1,4
Span-Faserplatte frische Späne/ Fasern,PMDI-beleimt
18,7 0,2 0,641 0,022 0,68 0,09 32,9 3,1
Span-Faserplatte UF-Recyclingspäne/ -fasern ,UF-beleimt
19,0 0,2 0,630 0,039 0,34 0,09 10,7 3,1
Span-Faserplatte UF-Recyclingspäne/ -fasern,PMDI-beleimt
18,9 0,1 0,671 0,029 0,56 0,11 20,1 4,4
TF-gebundene Spanplatte 16,5 0,1 0,630 0,030 0,27 0,04 9,7 1,3
TF-gebundene Span-Faserplatte 16,3 0,1 0,613 0,029 0,26 0,04 9,6 1,7
PF-gebundene Spanplatte 19,4 0,0 0,665 0,018 0,65 0,06 20,8 3,1
PF-gebundene Span-Faserplatte 19,2 0,0 0,657 0,010 0,64 0,04 21,0 3,6
PF-gebundene Spanplatteim Labor gepresst
19,2 0,1 0,646 0,019 0,70 0,05 18,1 2,0
PF-gebundene Span-Faserplatteim Labor gepresst
19,4 0,1 0,662 0,021 0,66 0,05 15,5 1,5
MW: Mittelwert, STA: Standardabweichung
Plattendicke[mm]
Querzugfestigkeit[N/ mm²]
Rohdichte[g/ cm³]
Biegefestigkeit[N/ mm²]
ind
ust
rie
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Au
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ng
sma
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al
im L
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Tab. 8.3: Plattendicke, Rohdichte, Querzug- und Biegefestigkeit der im Forschungsvorhaben im Labor hergestellten Span- und Span-Faserplatten, sowie der bei den Betriebsversuchen gezogenen Plattenproben
Anhang 101
MW STA MW STA MW STA MW STA
UF-gebundene Spanplatte 6,1 0,2 10,5 0,4 19,6 0,6 33,7 1,0
MUF-gebundene Spanplatte 1,0 0,2 1,9 0,3 3,1 0,3 9,0 0,3
PMDI-gebundene Spanplatte 2,3 0,6 4,6 0,6 6,8 0,4 17,8 0,9
UF-gebundene Spanplattewärmebehandelt (70°C/48h)
6,0 0,2 10,8 0,5 18,8 1,7 34,2 1,5
MUF-gebundene Spanplattewärmebehandelt (70°C/48h)
1,1 0,3 2,0 0,3 2,6 0,1 7,1 0,8
PMDI-gebundene Spanplattewärmebehandelt (70°C/48h)
2,4 0,7 4,9 0,9 5,7 1,1 17,0 1,7
UF-Recyclingspäne, UF-beleimt 4,5 0,3 16,4 1,5 15,6 1,6 49,2 3,0
UF-Recyclingspäne, MUF-beleimt 1,4 0,1 3,5 0,5 6,9 1,6 16,8 1,6
UF-Recyclingspäne, PMDI-beleimt 1,3 0,1 4,5 0,5 5,6 0,4 18,4 1,4
UF-Recyclingspäne wärmebehandelt (70°C/48h),UF-beleimt
4,4 0,4 15,9 1,0 14,5 2,0 47,7 4,5
UF-Recyclingspäne wärmebehandelt (70°C/48h),MUF-beleimt
1,7 0,4 3,9 0,3 5,6 0,5 15,1 1,5
UF-Recyclingspäne wärmebehandelt (70°C/48h),PMDI-beleimt
1,1 0,1 5,3 0,7 4,4 0,4 20,8 2,0
frische Späne, UF-beleimt 5,6 0,9 22,4 3,1 22,6 2,4 58,7 4,1
frische Späne, MUF-beleimt 1,3 0,1 3,4 0,2 9,0 0,9 22,6 1,8
frische Späne, PMDI-beleimt 1,2 0,1 7,6 1,0 4,9 0,4 23,0 1,9
PMDI-Recyclingspäne, PMDI-beleimt 2,0 0,1 10,0 0,5 5,1 0,3 29,7 1,5
Span-Faserplatte frische Späne/ Fasern,UF-beleimt
3,1 0,4 22,6 1,5 79,4 2,6
Span-Faserplatte frische Späne/ Fasern,PMDI-beleimt
1,2 0,1 9,8 0,9 38,0 2,9
Span-Faserplatte UF-Recyclingspäne/ -fasern ,UF-beleimt
2,7 0,9 24,7 0,8 93,6 3,6
Span-Faserplatte UF-Recyclingspäne/ -fasern,PMDI-beleimt
1,3 0,2 5,3 0,6 21,3 2,3
TF-gebundene Spanplatte 10,1 2,7 31,6 2,3 46,8 9,2 110,6 6,9
TF-gebundene Span-Faserplatte 7,8 1,7 29,9 2,3 38,8 7,5 106,5 4,1
PF-gebundene Spanplatte 3,6 0,9 13,8 1,2 26,1 4,1 64,8 4,4
PF-gebundene Span-Faserplatte 4,5 1,4 14,4 1,1 29,4 5,4 70,0 4,6
PF-gebundene Spanplatteim Labor gepresst
5,3 1,6 15,8 1,6 34,4 7,9 75,5 7,6
PF-gebundene Span-Faserplatteim Labor gepresst
5,1 1,7 14,9 0,9 34,5 9,9 75,8 7,9
MW: Mittelwert, STA: Standardabweichung
Dickenquellung [%]
2h 24h
Wasseraufnahme [%]
2h 24h
ind
ust
rie
ll g
efe
rtig
tes
Au
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ng
sma
teri
al
im L
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Tab. 8.4: Dickenquellung und Wasseraufnahme nach 2h und 24h Wasserlagerung der im Forschungsvorhaben im Labor hergestellten Span- und Span-Faserplatten, sowie der bei den Betriebsversuchen gezogenen Plattenproben
Anhang 102
MW STA MW STA MW STA MW STA
UF-gebundene Spanplatte -0,16 0,03 0,21 0,04 -1,46 0,14 4,81 0,33
MUF-gebundene Spanplatte -0,12 0,02 0,18 0,02 -1,01 0,04 3,06 0,36
PMDI-gebundene Spanplatte -0,15 0,02 0,20 0,01 -1,54 0,14 3,59 0,33
UF-gebundene Spanplattewärmebehandelt (70°C/48h)
-0,14 0,02 0,21 0,03 -1,28 0,08 4,82 0,52
MUF-gebundene Spanplattewärmebehandelt (70°C/48h)
-0,13 0,03 0,17 0,03 -1,02 0,17 2,84 0,18
PMDI-gebundene Spanplattewärmebehandelt (70°C/48h)
-0,14 0,04 0,21 0,02 -1,62 0,09 3,88 0,28
UF-Recyclingspäne, UF-beleimt -0,19 0,01 0,58 0,02 -1,14 0,05 5,29 0,15
UF-Recyclingspäne, MUF-beleimt -0,19 0,01 0,22 0,01 -1,03 0,05 1,71 0,08
UF-Recyclingspäne, PMDI-beleimt -0,19 0,01 0,32 0,02 -1,11 0,03 2,96 0,04
UF-Recyclingspäne wärmebehandelt (70°C/48h),UF-beleimt
-0,20 0,01 0,58 0,03 -1,00 0,08 5,01 0,24
UF-Recyclingspäne wärmebehandelt (70°C/48h),MUF-beleimt
-0,17 0,01 0,32 0,01 -0,79 0,04 2,39 0,13
UF-Recyclingspäne wärmebehandelt (70°C/48h),PMDI-beleimt
-0,25 0,03 0,24 0,02 -1,52 0,07 1,70 0,06
frische Späne, UF-beleimt -0,06 0,02 0,22 0,04 -1,61 0,26 4,05 0,22
frische Späne, MUF-beleimt -0,13 0,02 0,12 0,03 -1,11 0,02 1,98 0,71
frische Späne, PMDI-beleimt -0,16 0,02 0,16 0,02 -1,26 0,12 3,05 0,20
PMDI-Recyclingspäne, PMDI-beleimt -0,09 0,02 0,26 0,05 -0,55 0,11 2,94 0,35
Span-Faserplatte frische Späne/ Fasern,UF-beleimt
-0,07 0,02 0,12 0,01 -0,77 0,12 3,76 0,11
Span-Faserplatte frische Späne/ Fasern,PMDI-beleimt
-0,09 0,02 0,11 0,02 -0,68 0,05 3,38 0,49
Span-Faserplatte UF-Recyclingspäne/ -fasern ,UF-beleimt
-0,09 0,02 0,26 0,03 -0,90 0,23 4,22 0,62
Span-Faserplatte UF-Recyclingspäne/ -fasern,PMDI-beleimt
-0,09 0,00 0,15 0,01 -0,76 0,09 2,93 0,19
TF-gebundene Spanplatte -0,09 0,01 0,14 0,02 -0,63 0,08 2,23 0,15
TF-gebundene Span-Faserplatte -0,09 0,01 0,15 0,01 -0,77 0,09 2,02 0,15
PF-gebundene Spanplatte -0,12 0,01 0,13 0,02 -0,98 0,09 2,77 0,16
PF-gebundene Span-Faserplatte -0,07 0,03 0,13 0,02 -0,62 0,08 2,36 0,20
PF-gebundene Spanplatteim Labor gepresst
-0,11 0,01 0,12 0,03 -0,70 0,06 2,13 0,08
PF-gebundene Span-Faserplatteim Labor gepresst
-0,11 0,00 0,12 0,01 -0,79 0,05 1,88 0,10
MW: Mittelwert, STA: Standardabweichung
Maßänderung senkrecht zur Plattenebene [%]
Desorption Adsorption Desorption Adsorption
Maßänderung in Plattenebene [%]
ind
ust
rie
ll g
efe
rtig
tes
Au
sga
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sma
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Tab. 8.5: Maßänderung in Plattenebene (Längenänderung) und senkrecht dazu (Dickenänderung) nach Lagerung bei 65%, 35% und 85% relativer Luftfeuchte der im Forschungsvorhaben im Labor hergestellten Span- und Span-Faserplatten, sowie der bei den Betriebsversuchen gezogenen Plattenproben
Anhang 103
3h 24h
MW STA MW STA MW STA MW MW
UF-gebundene Spanplatte 9,5 0,0 6,9 0,0 14,5 0,1 4,2 243
MUF-gebundene Spanplatte 9,6 0,1 7,2 0,1 13,7 0,3 5,2 313
PMDI-gebundene Spanplatte 10,0 0,2 7,0 0,1 14,9 0,3 1,3 38
UF-gebundene Spanplattewärmebehandelt (70°C/48h)
9,3 0,0 6,7 0,1 14,4 0,1 3,5 251
MUF-gebundene Spanplattewärmebehandelt (70°C/48h)
9,4 0,0 7,0 0,1 13,5 0,1 5,4 297
PMDI-gebundene Spanplattewärmebehandelt (70°C/48h)
10,0 0,1 7,0 0,1 15,0 0,2 1,1 31
UF-Recyclingspäne, UF-beleimt 8,5 0,1 6,5 0,0 13,0 0,1 3,7 204
UF-Recyclingspäne, MUF-beleimt 9,1 0,1 6,7 0,0 11,8 0,1 6,5 229
UF-Recyclingspäne, PMDI-beleimt 9,1 0,0 6,8 0,0 12,9 0,1 4,3 223
UF-Recyclingspäne wärmebehandelt (70°C/48h),UF-beleimt
9,1 0,1 6,8 0,1 13,1 0,2 4,3 181
UF-Recyclingspäne wärmebehandelt (70°C/48h),MUF-beleimt
8,9 0,1 6,9 0,1 12,5 0,1 6,5 294
UF-Recyclingspäne wärmebehandelt (70°C/48h),PMDI-beleimt
9,9 0,1 7,1 0,0 12,9 0,1 4,7 221
frische Späne, UF-beleimt 9,5 0,1 7,6 0,1 14,2 0,4 3,3 142
frische Späne, MUF-beleimt 9,2 0,3 6,9 0,2 12,6 0,8 6,3 235
frische Späne, PMDI-beleimt 9,1 0,2 6,2 0,1 13,3 0,1 2,5 103
PMDI-Recyclingspäne, PMDI-beleimt 8,3 0,5 7,1 0,3 12,6 0,1 0,3 2
Span-Faserplatte frische Späne/ Fasern,UF-beleimt
8,5 0,0 7,0 0,1 12,5 0,0 5,4 75
Span-Faserplatte frische Späne/ Fasern,PMDI-beleimt
9,2 0,1 7,8 0,1 13,7 0,5 0,9 10
Span-Faserplatte UF-Recyclingspäne/ -fasern ,UF-beleimt
8,9 0,5 7,2 0,1 12,9 0,4 5,7 65
Span-Faserplatte UF-Recyclingspäne/ -fasern,PMDI-beleimt
9,5 0,9 7,9 0,9 13,3 1,0 3,5 39
TF-gebundene Spanplatte 8,8 0,1 7,3 0,0 12,5 0,1 2,9 29
TF-gebundene Span-Faserplatte 8,8 0,0 7,4 0,0 12,4 0,1 2,7 29
PF-gebundene Spanplatte 10,7 0,1 8,7 0,1 14,9 0,2 0,5 7
PF-gebundene Span-Faserplatte 9,6 0,0 8,4 0,0 13,4 0,2 0,5 8
PF-gebundene Spanplatteim Labor gepresst
9,8 0,0 8,1 0,0 13,1 0,1 0,8 8
PF-gebundene Span-Faserplatteim Labor gepresst
10,1 0,2 8,3 0,2 13,1 0,1 1,0 10
MW: Mittelwert, STA: Standardabweichung
Formaldehydabgabe[mg HCHO/ kg]
Gleichgewichtsfeuchte [%]
bei 65% rel. LF bei 35% rel. LF bei 85% rel. LF
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im L
ab
or
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Tab. 8.6: Gleichgewichtsfeuchte nach Lagerung bei 65%, 35% und 85% relativer Luftfeuchte und Formaldehydabgabe (Flaschenmethode) der im Forschungsvorhaben im Labor hergestellten Span- und Span-Faserplatten, sowie der bei den Betriebsversuchen gezogenen Plattenproben