Untersuchungen zur Verminderung der … · 4.1.2 Chemische und physikalische Charakterisierung des ... 4.4 Eigenschaften der im Labor hergestellten Span-Faserplatten ... Hemizellulose

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



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




4.4.8 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




5.3 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-


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.


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


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)


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


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.


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.


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


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.


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


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.


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:


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×−=


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.


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.


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


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


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.


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.


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


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


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


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.


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


Späne thermohydrolytisch mechanische Zerkleinerung mechanische Zerkleinerung



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.


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


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


Späne thermo-hydrolytisch

mechanische Zerkleinerung mechanische Zerkleinerung



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.


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






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.


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.


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






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.


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.


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.


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


70°C/ 48h



70°C/ 48h





"frischen" Spänen

Qu

erz

ug

fest

igke

it [N

/ m

m²]




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


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


70°C/ 48h



70°C/ 48h





"frischen" Spänen

Bie

ge

fest

igke

it [N

/ m

m²]




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


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.


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


70°C/ 48h



70°C/ 48h





"frischen" Spänen

Dic

ken

qu

ellu

ng

na

ch 2

h W

ass

erl

ag

eru

ng

[%

]




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


70°C/ 48h



70°C/ 48h





"frischen" Spänen

Dic

ken

qu

ellu

ng

na

ch 2

4h

Wa

sse

rla

ge

run

g [

%]




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.


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



70°C/ 48h





"frischen" Spänen

Wa

sse

rau

fna

hm

e n

ach

2h

Wa

sse

rla

ge

run

g [

%]




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.


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




70°C/ 48h





"frischen" Spänen

Wa

sse

rau

fna

hm

e n

ach

24

h W

ass

erl

ag

eru

ng

[%

]




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.


-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


70°C/ 48h



70°C/ 48h





"frischen" Spänen

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. 4.2.8: 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.


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




70°C/ 48h





"frischen" Spänen

Ma

ßä

nd

eru

ng

se

nkr

ech

t zu

r P

latt

en

eb

en

e [

%]






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


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




70°C/ 48h





"frischen" Spänen

Gle

ich

ge

wic

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feu

chte

be

i 35

%,

65

% u

nd

85

% r

el.

Lu

ftfe

uch

te [

%]




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.


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.


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


70°C/ 48h



70°C/ 48h





"frischen" Spänen

Fo

rma

lde

hyd

ab

ga

be

3h

-Fla

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[mg

HC

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latt

e]




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


70°C/ 48h



70°C/ 48h





"frischen" Spänen

Fo

rma

lde

hyd

ab

ga

be

24

h-F

lasc

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e[m

g H

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pla

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]




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.


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.


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.


0,89 0,76 0,60 0,410,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2


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




Recyclingspänen


Recyclingspänen


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.


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




Recyclingspänen


Recyclingspänen


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.


6,8 4,9 5,6 5,117,8 23,0 18,4 29,70

5

10

15

20

25

30

35




Recyclingspänen


Recyclingspänen


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


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.


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




Recyclingspänen


Recyclingspänen


Ma

ßä

nd

eru

ng

in P

latt

en

eb

en

e [

%]



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.


-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




Recyclingspänen


Recyclingspänen


Ma

ßä

nd

eru

ng

se

nkr

ech

t zu

r P

latt

en

eb

en

e [

%]



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




Recyclingspänen


Recyclingspänen


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


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.



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




Recyclingspänen


Recyclingspänen


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.


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“.


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


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.


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





Fasern


Qu

erz

ug

fest

igke

it [N

/ m

m²]



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.


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





Fasern


Bie

ge

fest

igke

it [N

/ m

m²]



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.


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





Fasern


Dic

ken

qu

ellu

ng

na

ch 2

h W

ass

erl

ag

eru

ng

[%

]



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.


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





Fasern


Dic

ken

qu

ellu

ng

na

ch 2

4h

Wa

sse

rla

ge

run

g [

%]



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





Fasern


Wa

sse

rau

fna

hm

e n

ach

24

h W

ass

erl

ag

eru

ng

[%

]



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.



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





Fasern


Ma

ßä

nd

eru

ng

in P

latt

en

eb

en

e [

%]





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.


-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 gefertigte"frische" Späne/ Fasern


Ma

ßä

nd

eru

ng

se

nkr

ech

t zu

r P

latt

en

eb

en

e [

%]





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.



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





Fasern


Gle

ich

ge

wic

hts

feu

chte

be

i 35

%,

65

% u

nd

85

% r

el.

Lu

ftfe

uch

te [

%]



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


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.



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





Fasern


Fo

rma

lde

hyd

ab

ga

be

3h

-Fla

sch

en

we

rte

[mg

HC

HO

/ kg

atr

o S

pa

np

latt

e]



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.


243 204 142 65 7538 223 103 39 100

50

100

150

200

250

300





Fasern


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

]



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.


-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 [

%]





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 [

%]





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



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



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



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



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



Wa

sse

rau

fna

hm

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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



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


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



Ma

ßä

nd

eru

ng

in P

latt

en

eb

en

e [

%]

Spanplatten

Span-Faserplatten



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



Ma

ßä

nd

eru

ng

se

nkr

ech

t zu

r P

latt

en

eb

en

e [

%]

Spanplatten

Span-Faserplatten



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


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



Gle

ich

ge

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feu

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be

i 35

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65

% u

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85

% r

el.

Lu

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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


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


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



Fo

rma

lde

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ga

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3h

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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



Fo

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24

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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.

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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

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(4m

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MS

< 1

mm

) [%

]

De

cksc

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(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


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


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

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WK

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24

h[m

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tro

Sp

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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


UF-gebundenenSpanplatte

UF-gebundenenSpanplatte

wärmebehandelt 70°C/ 48h

PMDI-gebundenenSpanplatte

PMDI-gebundeneSpanplatte




MUF-gebundenenSpanplatte


MUF-gebundeneSpanplatte







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

ll g

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sma

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al

im L

ab

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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


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


6,0 0,2 10,8 0,5 18,8 1,7 34,2 1,5


1,1 0,3 2,0 0,3 2,6 0,1 7,1 0,8


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


4,4 0,4 15,9 1,0 14,5 2,0 47,7 4,5


1,7 0,4 3,9 0,3 5,6 0,5 15,1 1,5


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


3,1 0,4 22,6 1,5 79,4 2,6


1,2 0,1 9,8 0,9 38,0 2,9


2,7 0,9 24,7 0,8 93,6 3,6


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


5,3 1,6 15,8 1,6 34,4 7,9 75,5 7,6


5,1 1,7 14,9 0,9 34,5 9,9 75,8 7,9


Dickenquellung [%]

2h 24h

Wasseraufnahme [%]

2h 24h

ind

ust

rie

ll g

efe

rtig

tes

Au

sga

ng

sma

teri

al

im L

ab

or

he

rge

ste

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Sp

an

pla

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nim

La

bo

r h

erg

est

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che

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


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


-0,14 0,02 0,21 0,03 -1,28 0,08 4,82 0,52


-0,13 0,03 0,17 0,03 -1,02 0,17 2,84 0,18


-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


-0,20 0,01 0,58 0,03 -1,00 0,08 5,01 0,24


-0,17 0,01 0,32 0,01 -0,79 0,04 2,39 0,13


-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


-0,07 0,02 0,12 0,01 -0,77 0,12 3,76 0,11


-0,09 0,02 0,11 0,02 -0,68 0,05 3,38 0,49


-0,09 0,02 0,26 0,03 -0,90 0,23 4,22 0,62


-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


-0,11 0,01 0,12 0,03 -0,70 0,06 2,13 0,08


-0,11 0,00 0,12 0,01 -0,79 0,05 1,88 0,10


Maßänderung senkrecht zur Plattenebene [%]

Desorption Adsorption Desorption Adsorption

Maßänderung in Plattenebene [%]

ind

ust

rie

ll g

efe

rtig

tes

Au

sga

ng

sma

teri

al

im L

ab

or

he

rge

ste

llte

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est

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che

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


9,3 0,0 6,7 0,1 14,4 0,1 3,5 251


9,4 0,0 7,0 0,1 13,5 0,1 5,4 297


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


9,1 0,1 6,8 0,1 13,1 0,2 4,3 181


8,9 0,1 6,9 0,1 12,5 0,1 6,5 294


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


8,5 0,0 7,0 0,1 12,5 0,0 5,4 75


9,2 0,1 7,8 0,1 13,7 0,5 0,9 10


8,9 0,5 7,2 0,1 12,9 0,4 5,7 65


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


9,8 0,0 8,1 0,0 13,1 0,1 0,8 8


10,1 0,2 8,3 0,2 13,1 0,1 1,0 10


Formaldehydabgabe[mg HCHO/ kg]

Gleichgewichtsfeuchte [%]

bei 65% rel. LF bei 35% rel. LF bei 85% rel. LF

ind

ust

rie

ll g

efe

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tes

Au

sga

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sma

teri

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im L

ab

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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

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Untersuchungen zur Verminderung der … · 4.1.2 Chemische und physikalische Charakterisierung des ... 4.4 Eigenschaften der im Labor hergestellten Span-Faserplatten ... Hemizellulose