Reaktivitätserhöhung von Isocyanatbindemitteln für die Holzwerkstoffherstellung
An der Universität Göttingen wurde ein Verfahren entwickelt, welches eine effiziente und günstige Beschleunigung der Herstellung von Holzwerkstoffen mit Isocyanatbindemitteln (PMDI), wie z.B. Spanplatten, Faserplatten (MDF, HDF), OSB und Dämmstoffen ermöglicht. Durch Zusatz verschiedener Beschleuniger konnten Produktionszeiten & Kosten reduziert werden.
Problemstellung
In Deutschland allein wurden im Jahr 2018 über 12 Mio m³ Holzwerkstoffe produziert, in Europa knapp über 60 Mio m³. Davon sind ca. 90% Span- und Faserplatten, die meist mit Kondensationsharzen wie Harnstoff-Formaldehyd (UF), Melamin-Harnstoff-Formaledehyd (MUF) und Phenol-Formaldehyd (PF) hergestellt werden. Neben diesen Kondensationsharzen werden zur Produktion von Holzwerkstoffen auch isocyanathaltige Bindemittel eingesetzt. Diese weisen einige Vorteile gegenüber den üblichen Kondensationsharzen auf. Verfahrenstechnisch sind das gute Benetzungsverhalten von Holzoberflächen und das gute Eindringvermögen im Vergleich zu Amino- oder Phenolkondensationsharzen zu nennen. Ein weiterer Vorteil von Isocyanat-Bindemitteln gegenüber Formaldehydharzen ist, dass sie keine Formaldehydemisionen haben. Zusätzlich sind sie feuchtigkeitsbeständig, somit reduziert sich der Einsatz von Paraffinen und die Produkte können sowohl im Außenbereich wie im Feuchtebereich eingesetzt werden. Ein signifikanter Nachteil der Isocyanatbindemittel ist jedoch deren relativ geringe Reaktivität, was zu einer deutlich reduzierten Maschinengeschwindigkeit der Pressen führt.
Unsere Lösung
Die Wissenschaftler an der Universität Göttingen haben kostengünstige und lagerfähige Reaktionsbeschleuniger identifiziert und ein Verfahren entwickelt, bei dem die Presszeit um 35% reduziert werden kann. Die Beschleuniger sind ausgesuchte Ammoniumsalze, die in dem Isocyanat-Bindemittel gelöst werden und insbesondere für Verfahren zum Pressen von OSB-, Dämm-, Span- und Faserplatten geeignet sind. Aufgrund der geringen Kosten für die Salze, führt die Beschleunigung direkt zu einem wirtschaftlicher Vorteil, da in bestehenden Anlagen mehr Platten in der gleichen Zeit hergestellt werden können, ohne dass Investitionen in neue Anlagen nötig sind.
Neben der Beschleunigung der Reaktion wird auch die Quervernetzung verbessert, so dass die Fasern noch stärker miteinander verbunden werden. Neben der kürzeren Pressdauer könnten das bessere Ausreagieren und die stärkere Vernetzung auch Einsparungen von Bindemittel und/oder Holzmenge ermöglichen.
Herstellung von Spanplatten:
Im Referenzansatz wurde nach einer Presszeit von 192 s die maximal mögliche Festigkeit erreicht. Durch den Einsatz von Salz-D wurde die selbe Biege- und Querzugfestigkeit schon bei einer Presszeit von 125 s erreicht (Abb. 1). Dies bedeutet eine Verkürzung der Pressdauer um 67 s oder 35 % (Abb.1).
Die Beschleunigung der Reaktion wurde beim Pressen von Mikrofurnieren sogar noch deutlicher. Die Presszeit konnte von 200 s auf 20 s reduziert werden und dies bei gleichzeitiger Reduktion der Temperatur von 120°C auf 80°C (Abb. 2). Die Verklebung konnte in einem Zehntel der Zeit bei deutlich geringerer Temperaturen durchgeführt werden.
Überraschenderweise führt die Erhöhung der Reaktivität des Bindemittels nicht zu einer verkürzten Verarbeitbarkeit (Topfzeit bei 25°C), sondern sogar zu einer leichten Verlängerung (Abb.3). Gleichzeitg bewirkt die Zugabe der Salze zum Bindemittelsystem, dass die Gelierzeit bei erhöhten Temperaturen verkürzt wird (Abb.3). Somit ist der gesamte Prozess von der Herstellung des Bindemittels, bis zum Ausreagieren in der Presse deutlich einfacher und schneller.
Vorteile
- Erhöhung der Reaktivität von Isocyanatbindemitteln
- Es findet eine dreidimensionale Vernetzung und somit eine stärkere Verklebung statt
- Reduktion der Presszeit und/oder Temperatur
- Eine kürzere Gelierzeit und eine erhöhte Verarbeitbarkeitsdauer vereinfachen die Prozesse
- Erhöhung der Produktionskapazität in vorhandenen Werken ohne Investitionen in neue Anlagen
- Einsparung von Produktionskosten
Entwicklungsstand
Die Erfindung wurde im Labormassstab getestet. Es wurden zwei Salze identifiziert, die zu einer Beschleunigung von mindestens 35% führen.
Patentsituation
DE1XXXXXXXXXXA1 Patentanmeldung, Anmelder ist die Georg-August-Universität Göttingen Stiftung Öffentlichen Rechts.
Kontakt
Dr. Martin Andresen
Patent Manager Life Sciences
E-Mail: mandresen(at)sciencebridge.de
Tel.: +49-551-30724150
Reference: BioT-2257-SUG
