Vorwort Das Forschungsvorhaben wurde mit dem Ziel begonnen, die feuchtebedingte Ausdehnung von Holzwerkstoffen im Allgemeinen und Holzspanplatten im B

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1 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 /8 Forschungsstelle Institut für Holzbiologie und Holztechnologie, Lehrbereich Holzchemie und Holztechnologie Georg-August-Universität Göttingen Laufzeit bis

2 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

3 Gliederung I Gliederung 1 Einleitung Einflussfaktoren auf die Gleichgewichtsfeuchte des Holzes Formstabilität von Holz und Holzwerkstoffen Einflussfaktoren auf die lineare Ausdehnung von Holzspanplatten Zum möglichen Einfluss von Recycling auf die lineare Ausdehnung Veränderung der Holzimmanenten Eigenschaften durch Thermohydrolyse Zielsetzung Material und Methoden Untersuchungsmaterialien Herstellung der Recyclingspäne Thermische Vorbehandlung Mechanische Zerkleinerung Thermohydrolytischer Aufschluss Herstellung der Recyclingfasern Vergleichsmaterial, frische Späne und Fasern Herstellung von Spanplatten im Labormaßstab Herstellung von Span-Faserplatten im Labormaßstab Untersuchungsmethoden Siebanalysen des Spanmaterials Bestimmung des Feuchtegehalts von Holzspänen Bestimmung der Formaldehydabgabe aus Spänen nach der Flaschenmethode Photometrische Bestimmung der Formaldehydabgabe Kaltwasserextrakte Bestimmung des ph-wertes Bestimmung der alkalischen Pufferkapazität Bestimmung des Stickstoffgehalts Bestimmung des Wasserrückhaltevermögens (WRV-Wert) Klimatisierung bei unterschiedlicher relativer Luftfeuchte Eigenschaften der Versuchsspanplatten... 27

4 Gliederung II 4 Ergebnisse und Diskussion Charakterisierung der verwendeten Holzspäne Siebanalysen Siebanalysen der Recyclingspäne aus mechanischer Zerkleinerung Siebanalysen der Recyclingspäne aus thermohydrolytischem Aufschluss Siebanalysen der industriell hergestellten frischen Holzspäne Chemische und physikalische Charakterisierung des verwendeten Span- und Fasermaterials ph-wert und Pufferkapazität des Spanmaterials Stickstoffgehalt des Spanmaterials Formaldehydabgabe des Spanmaterials Wasserrückhaltevermögen des Spanmaterials Charakterisierung der verwendeten Faserstoffe Eigenschaften der aus UF-Recyclingspänen hergestellten Laborpanplatten Rohdichte Querzugfestigkeit Biegefestigkeit Dickenquellung Wasseraufnahme Längenänderung durch Änderung der relativen Luftfeuchte Dickenänderung durch Änderung der relativen Luftfeuchte Gleichgewichtsfeuchte Formaldehydabgabe Eigenschaften der aus PMDI-Recyclingspänen mit PMDI als Bindemittel hergestellten Laborpanplatten Rohdichte und Plattendicke Querzug- und Biegefestigkeit Dickenquellung und Wasseraufnahme nach 24 h Wasserlagerung Dimensionsstabilität nach Lagerung bei unterschiedlicher relativer Luftfeuchte Gleichgewichtsfeuchte Formaldehydabgabe... 61

5 Gliederung III 4.4 Eigenschaften der im Labor hergestellten Span-Faserplatten Rohdichte Querzugfestigkeit Biegefestigkeit Dickenquellung und Wasseraufnahme Dimensionsstabilität nach Lagerung bei unterschiedlicher relativer Luftfeuchte Gleichgewichtsfeuchte Formaldehydabgabe Untersuchungen zur Sperrwirkung der Faserdeckschichten Betriebsversuche Planung und Durchführung der Betriebsversuche Ergebnisse der Betriebsversuche Rohdichte Querzug- und Biegefestigkeit Dickenquellung Wasseraufnahme Dimensionsstabilität nach Lagerung bei unterschiedlicher relativer Luftfeuchte Gleichgewichtsfeuchte Formaldehydabgabe Zusammenfassung und Bewertung der Betriebsversuche Zusammenfassung Literatur Anhang... 98

6 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

7 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

8 Einleitung 3 Reduzierung der hygroskopisch aktiven Zentren eine erhebliche Verminderung der Sorptionsgleichgewichtsfeuchte (POPPER UND BARISKA 1972, 1973, 1975). Eine thermomechanische 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

9 Einleitung 4 Behandlung des Holzes im Kocher und der darauf folgenden Zerfaserung im Refiner Temperaturen von C durchlaufen. Die Gleichgewichtsfeuchte von Holzspanund 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

10 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

11 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

12 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.

13 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

14 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

15 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 Quellungseigenschaften 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

16 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).

17 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.

18 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-

19 Material und Methoden 14 Faserplatten wurden, wie die zuvor hergestellten Spanplatten aus Recyclingspänen, auf ihre Eigenschaften hin untersucht. 3.1 Untersuchungsmaterialien 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 MUF-gebundene Spanplatte PMDI-gebundene Spanplatte 16 mm 21 mm 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.

20 Material und Methoden 15 UF unbehandelt UF wärmebehandelt ½ Dampfaufschluß UF Späne MUF unbehandelt ½ UF Späne MUF wärmebehandelt PMDI unbehandelt PMDI wärmebehandelt Mechanische Zerkleinerung UF Späne MUF Späne MUF Späne PMDI Späne PMDI Späne Abb. 3.1: Schematische Darstellung der Herstellung von Recyclingspänen aus verschiedenartig gebundenen Holzspanplatten 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 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

21 Material und Methoden 16 Untersuchungen als Mittelschichtspan, die Fraktion 1mm, >0,2mm wird als Deckschichtspan verwendet 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 Flottenverhältnis NaOH-Zugabe 1h Späne 1 : 4 Wasser 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)

22 Material und Methoden 17 bei 70 C getrocknet. Die Fraktionierung zu Deck- ( 1mm, >0,2mm) und Mittelschichtspänen ( 4mm, >1mm) erfolgte mittels eines Siebanalysegeräts (Retsch KS 1000) mit Sieben der Maschenweite 4mm, 1mm und 0,2mm Herstellung der Recyclingfasern Die im Rahmen dieses Forschungsvorhabens verwendeten Recycling-Holzfasern wurden durch thermohydrolytischen Aufschluss aus industriell gefertigten, UFgebundenen 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 Flottenverhältnis NaOH-Zugabe 1h Späne 1 : 6 Wasser 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 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

23 Material und Methoden 18 verwendete Recyclingspanmaterial, mittels des Siebanalysegeräts (Retsch KS 1000) zu Deck- ( 1mm, >0,2mm) und Mittelschichtspänen ( 4mm, >1mm) fraktioniert. Als Referenzmaterial für die hergestellten Recyclingfasern wurde ein industriell nach dem TMP-Verfahren erzeugter Kiefern-Faserstoff verwendet 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 ), 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 Recyclingspäne aus mech. zerkleinerten UF-Spanplatten mit Wärmebehandlung 70 C/ 48h Recyclingspäne aus mech. zerkleinerten PMDI-Spanplatten ohne Wärmebehandlung X X X X X X X Tab. 3.4: Herstellungsvarianten der im Labor gefertigten Spanplatten.

24 Material und Methoden 19 Die Beleimung der Holzspäne mit dem jeweiligen Bindemittel und die Einbringung des Hydrophobierungsmittels erfolgten in einer rotierenden Beleimungstrommel (Eigenbau) mit einem Volumen von ca. 1,2m³, in der sich zwei Beleimautomaten (Optima ATM IIO) befinden, die das Bindemittel bzw. Hydrophobierungsmittel auf die Späne sprühen. Das so beleimte Spanmaterial wurde, wie laborüblich, mittels Handstreuung in einem Streukasten von 45cm x 45cm Kantenlänge zu einem dreischichtigem Spankuchen mit 60% der Spanmasse in der Mittelschicht und zwei mal 20% der Masse in den Deckschichten geformt, der mit einer pneumatischen Vorpresse (Eigenbau) bei einem Druck von ca. 3bar vorverdichtet wurde. Der anschließende Heißpressvorgang erfolgte in einer Laborpresse (Joos HP-S 200). Hierbei wurden zur Begrenzung des Pressenspaltes Distanzleisten von 20mm Dicke verwendet, der Pressdruck betrug dabei ca. 70bar. Die übrigen Herstellungsbedingungen der verschiedenen Laborspanplatten werden in Tab. 3.5 wiedergegeben: UF MUF PMDI Bindemittel/ -aufwand [% atro Span] DS MS Kaurit 350 9% Kaurit 350 7% Kauramin % Kauramin % Desmodur 1520 A/20 5% Desmodur 1520 A/20 3,5% Härtungsbeschleuniger/ -aufwand [% Festharz] MS DS Ammoniumsulfat (40%ige Lösung) 3,4% - Hydrophobierungsmittel DS / -aufwand [% atro Span] MS Paraffin (60%ige Dispersion) 0,5% Solldicke nach Schleifen Sollrohdichte 19mm 0,690g/cm³ Preßtemperatur 190 C Preßzeit 12sec/mm Tab. 3.5: Herstellungsbedingungen der Laborspanplatten.

25 Material und Methoden 20 Nach der Herstellung der Laborspanplatten wurden diese beidseitig mit einem Schleifmittel der Körnung 100 geschliffen und anschließend auf das Format 41cm x 41cm besäumt. Von jeder der oben beschriebenen Herstellungsvarianten wurden drei Laborspanplatten gefertigt 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: Deckschicht: frische Späne frische Fasern X X Mittelschicht: Deckschicht: Recyclingspäne aus mech. zerkleinerten UF-Spanplatten ohne Wärmebehandlung Recyclingfasern aus thermohydrolytisch 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

26 Material und Methoden 21 der Herstellung von PMDI-gebundenen Span-Faserplatten blieb unverändert. Tab. 3.7 gibt die Bindemitteldosierungen für die hergestellten Span-Faserplatten wieder. UF PMDI Bindemittel/ -aufwand [% atro Span/ Faser] DS MS Kaurit % Kaurit 350 7% Desmodur 1520 A/20 5% Desmodur 1520 A/20 3,5% Härtungsbeschleuniger/ -aufwand [% Festharz] DS Ammoniumsulfatlösung - 40%ig MS 3,4% - Tab. 3.7: Bindemitteldosierung bei der Herstellung der Span-Faserplatten. Die übrigen Herstellungsbedingungen einschließlich der Verteilung der Späne in Deckund 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 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 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.

27 Material und Methoden 22 Spanfraktion Verwendung bei der Herstellung von Spanplatten >4mm - 4mm, >2mm 2mm, >1mm 1mm, >0,5mm 0,5mm, >0,2mm Mittelschicht-Späne (MS-Späne) Deckschicht-Späne (DS-Späne) 0,2mm - Tab. 3.8: Spanfraktionen und deren Verwendung bei die Herstellung von Laborspanplatten 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 Bestimmung der Formaldehydabgabe aus Spänen nach der Flaschenmethode Die Bestimmung der Formaldehydabgabe aus den verschiedenen Spansortimenten erfolgte in Anlehnung an die EN 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

28 Material und Methoden 23 verschlossenen WKI-Flaschen wurden dann für 3h und 24h in einem auf 40 C eingestellten Wärmeschrank belassen. Nach Ablauf der Prüfdauer wurden die WKI-Flaschen geöffnet und das Untersuchungsmaterial entnommen, danach wurden die Flaschen wieder verschlossen. Um die vollständige Absorption des Formaldehyds im Wasser zu erreichen, kühlten die WKI-Flaschen für eine Stunde ab. Anschließend erfolgte an der Absorptionslösung die photometrische Bestimmung der abgegebenen Formaldehydmenge Photometrische Bestimmung der Formaldehydabgabe Die Bestimmung der Formaldehydabgabe erfolgte gemäß der Vorgaben der EN 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 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.

29 Material und Methoden 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 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 Bestimmung des Stickstoffgehalts Der Stickstoffgehalt wurde in Anlehnung an Merkblatt IV/54/73 des Vereins der Zellstoffund 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 ) 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:

30 Material und Methoden 25 y= ( a b) 0,14 m y = a = b = m = Stickstoffgehalt in % bezogen auf atro Einwaage Verbrauch an 0,1mol/l Salzsäure beim Versuch in ml Verbrauch an 0,1mol/l Salzsäure beim Blindversuch in ml Trockenmasse der Probe in g 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 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 Durch die Klimatisierung im Vakuum wird die Adsorption bzw. Desorption wesentlich beschleunigt und gleichsam die Streuung der Messwerte reduziert, wie Vergleichsmessungen mit dem Klimaschrank

31 Material und Methoden 26 gezeigt haben. Für die Erzeugung der im Rahmen der Untersuchungen benötigten Klimate wurden die in Tab. 3.9 aufgeführten Salzlösungen verwendet (nach SCHNEIDER 1960). Abb. 3.2: mehrere Spanplatten-Probekörper in den evakuierten Proberäumen der Vakuumsorptionsapparatur. Am unteren Rand sind die Behälter mit den gesättigten Salzlösungen zur Erzeugung der jeweiligen relativen Luftfeuchte zu erkennen. gewünschte relative Luftfeuchte 35% gesättigte Lösung von MgCl 2. 6 H 2 O Magnesiumchlorid-Hexahydrat 65% NaNO 2 Natriumnitrit 85% KCl Kaliumchlorid Tab. 3.9: Salzlösungen zur Erzeugung definierter Luftfeuchten in der Vakuumsorptionsapparatur.

32 Material und Methoden Eigenschaften der Versuchsspanplatten Nach der Herstellung wurden die Laborspanplatten für 3 Wochen im Normalklima bei 20 C und 65% relativer Luftfeuchte (DIN ) bis zur Gewichtskonstanz gelagert. Anschließend wurden von jeder Plattenvariante zwei Spanplatten zu den verschiedenen Probekörpern eingeschnitten. Die in Tab 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 Dickenquellung nach Wasserlagerung EN 317 Wasseraufnahme DIN Maßänderung in Verbindung mit Änderungen der relativen Luftfeuchte Formaldehydabgabe nach der Flaschenmethode EN 318 EN Tab. 3.10: Untersuchte Platteneigenschaften und entsprechende Prüfvorschriften. Die Prüfung der Biegefestigkeit erfolgte nach DIN , 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.

33 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 Siebanalysen Von den im Rahmen des Forschungsvorhabens hergestellten und verwendeten Spansortimenten wurden auf die in Kap 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 Siebanalysen der Recyclingspäne aus mechanischer Zerkleinerung Die Ergebnisse der Siebanalysen der durch mechanische Zerkleinerung des Ausgangsmaterials gewonnenen Recyclingspäne gibt Abb 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.

34 Ergebnisse und Diskussion ,2 UF-Recyclingspäne MUF-Recyclingspäne rel. Massenanteil der Spanfraktion [%] ,5 PMDI-Recyclingspäne 32,6 31,6 30,0 30,5 21,6 20,5 14,3 9,6 7,4 7,0 5,2 5,3 3,9 3,0 0,9 1,1 > 4mm > 2mm > 1mm > 0,5mm > 0,2mm 0,2mm Fraktion/ Siebmaschenweite [mm] Abb : Siebanalysen der durch mechanische Zerkleinerung aus UF-, MUF- und PMDI gebundenen industriell gefertigten Holzspanplatten hergestellten Recyclingspäne. 10mm >4mm 4mm, >2mm 2mm, >1mm 1mm, >0,5mm 0,5mm, >0,2mm <0,2mm Abb : Siebfraktionen der durch mechanische Zerkleinerung aus einer UF gebundenen industriell gefertigten Holzspanplatten hergestellten Recyclingspäne.

35 Ergebnisse und Diskussion 30 Die Abb 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 Siebanalysen der Recyclingspäne aus thermohydrolytischem Aufschluss Die Abb 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 ). 50 rel. Massenanteil der Spanfraktion [%] ,7 33,0 12,6 10,6 26,5 27,1 9,4 3,8 15,5 Stücke 5cm x 5cm, 130 C/ 1h Fraktion >4mm, 130 C/ 1h, 1% NaOH Fraktion >4mm, 190 C/ 1h, 1% NaOH 21,2 19,3 16,8 15,8 13,9 11,7 6,8 5,7 4,5 0 > 4mm > 2mm > 1mm > 0,5mm > 0,2mm 0,2mm Fraktion/ Siebmaschenweite [mm] Abb : Siebanalysen der durch thermohydrolytischen Aufschluss aus UF-gebundenen industriell gefertigten Holzspanplatten mit unterschiedlichen Aufschlussbedingungen hergestellten Recyclingspäne.

36 Ergebnisse und Diskussion 31 Zu erkennen ist, dass bei der Verwendung von Spanplattenstücken, die durch Zerteilen des Ausgangsmaterials mit einer Säge hergestellt wurden, ein großer Teil des Materials nach dem Aufschluss bei 130 C in der Fraktion >4mm verbleibt, also nicht richtig aufgeschlossen wurde. Auf die Fraktionen der Mittelschicht ( 4mm, >1mm) entfallen 20% und auf die Deckschichtfraktionen ( 1mm, >0,2mm) 30% des Materials. Um die Ausbeute beim thermohydrolytischen Aufschluss zu verbessern, wurde zum einen statt der Spanplattenstücken das durch die mechanische Zerkleinerung mittels Hacker und Hammermühle, wie in Kap beschrieben, gewonnene Material der Fraktion >4mm verwendet und zum anderen dem Aufschlussgut 1% Natriumhydroxid beigegeben. Bei diesen Aufschlussbedingungen verbleibt bei einer Aufschlusstemperatur 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 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.

37 Ergebnisse und Diskussion 32 10mm >4mm 4mm, >2mm 2mm, >1mm 1mm, >0,5mm 0,5mm, >0,2mm <0,2mm Stücke 5cm x 5cm 1h/ 130 C Fraktion >4mm 1h/ 130 C, 1% NaOH Fraktion >4mm 1h/ 190 C, 1% NaOH Abb : Siebfraktionen der durch thermohydrolytischen Aufschluss aus UF-gebundenen industriell gefertigten Holzspanplatten mit unterschiedlichen Aufschlussbedingungen hergestellten Recyclingspäne Siebanalysen der industriell hergestellten frischen Holzspäne Auch von den industriell gefertigten frischen Mittel- und Deckschichtspänen wurden Siebanalysen angefertigt, deren Ergebnisse Abb 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.

38 Ergebnisse und Diskussion rel. Massenanteil der Spanfraktion [%] ,9 24,0 43,3 18,4 19,2 40,3 29,3 Frischspäne MS Frischspäne DS 11, ,4 0,0 0,2 0,2 > 4mm > 2mm > 1mm > 0,5mm > 0,2mm 0,2mm Fraktion/ Siebmaschenweite [mm] Abb : Siebanalysen der industriell gefertigten Deck- und Mittelschichtspäne. 10mm >4mm 4mm, >2mm 2mm, >1mm 1mm, >0,5mm 0,5mm, >0,2mm <0,2mm Abb : Siebfraktionen der industriell gefertigten frischen Mittelschichtspäne.

39 Ergebnisse und Diskussion 34 Deutliche Unterschiede zwischen den hergestellten Recyclingspänen und den verwendeten frischen Spänen zeigen sich bei der Betrachtung der Spangeometrie. Abb zeigt die Späne der einzelnen Fraktionen der frischen Mittelschichtspäne. Zu erkennen ist die gegenüber den hergestellten Recyclingspänen (vgl. Kap und ) 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 Chemische und physikalische Charakterisierung des verwendeten Spanund Fasermaterials Die durch mechanische Zerkleinerung und thermohydrolytischen Aufschluss aus dem Ausgangsmaterial, welches zuvor teilweise der in Kap 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 ). Auch die im Zuge der Untersuchungen hergestellten Recyclingfasern sowie die verwendeten frischen Fasern wurden charakterisiert 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 ). Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in den Abb und Abb zusammengestellt.

40 Ergebnisse und Diskussion ,8 6,7 Mittelschichtspäne Deckschichtspäne 6 5 4,7 4,9 5,5 5,6 5,1 5,1 5,1 5,0 5,5 5,4 5,0 5,1 5,0 5,0 5,2 5,2 ph-wert "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 Abb : 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. 3,0 2,5 2,5 Mittelschichtspäne Deckschichtspäne alkalische Pufferkapazität [mmol NaOH/ 100g atro Späne] 2,0 1,5 1,0 1,2 1,2 2,0 1,5 1,6 1,1 1,1 1,3 1,8 1,5 1,5 1,1 1,3 1,8 2,2 0,5 0,3 0,3 0,0 "frische" 130 C/ 1h 190 C/ 1h UF MUF PMDI UF MUF PMDI Späne thermohydrolytisch mechanische Zerkleinerung mechanische Zerkleinerung ohne Wärmebehandlung Wärmebehandlung 70 C/ 48h Ausgangsmaterial, Vorbehandlung und Art des Aufschlusses Abb : 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.

41 Ergebnisse und Diskussion 36 Es wird hieraus ersichtlich, dass in der Grundtendenz der ph-wert durch die thermische Behandlung des Ausgangsmaterials vor der mechanischen Zerkleinerung (vgl. Kap ) 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 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 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

42 Ergebnisse und Diskussion 37 relativ hohen Bindemittelaufwand hergestellt werden. Demgegenüber weisen die Späne aus den PMDI-gebundenen Spanplatten einen vergleichsweise sehr niedrigen Stickstoffgehalt auf. Dies überrascht insofern nicht, als der Bindemittelaufwand bei der Herstellung von PMDI-Platten in der Industrie je nach Verleimungstyp (V20 oder V100) in der Regel zwischen 3% und 6% liegt und der Stickstoffgehalt von PMDI (ca. 11%) wesentlich niedriger ist als der von UF-Harzen. Die Ergebnisse lassen weiterhin erkennen, dass durch den Aufschluss bei 130 C eine erhebliche Verminderung des Stickstoffgehaltes eintritt. Dies steht in Übereinstimmung mit Untersuchungsergebnissen 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. 7 6 Mittelschichtspäne Deckschichtspäne 5,8 5,8 5 Stickstoffgehalt [%] ,2 1,7 1,4 1,1 2,2 2,6 4,0 0,6 0,7 2,1 2,7 4,3 0,6 0,8 0 "frische" 130 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 Abb : 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.

43 Ergebnisse und Diskussion 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 ). Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in Abb 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 Mittelschichtspäne Deckschichtspäne Formaldehydabgabe [mg HCHO/ kg atro Späne] "frische" Späne C/ 1h thermohydrolytisch UF MUF PMDI UF MUF PMDI ohne Wärmebehandlung mechanische Zerkleinerung 10 mechanische Zerkleinerung Wärmebehandlung 70 C/ 48h 11 Ausgangsmaterial, Vorbehandlung und Art des Aufschlusses Abb : Formaldehydabgabe (Flaschenmethode) der kaltwässrigen Extrakte von frischen Mittelund Deckschichtspänen, sowie von Spänen, gewonnen durch mechanische Zerkleinerung und thermohydrolytischen Aufschluss von unbehandelten und thermisch behandelten UF-, MUF- und PMDI-Spanplatten.

44 Ergebnisse und Diskussion 39 Durch den hydrothermischen Aufschluss bei 130 C sinkt die Formaldehydabgabe der hergestellten UF-Recyclingspäne erheblich ab und erreicht im Vergleich zu der der mechanisch zerkleinerten Recyclingspäne aus UF-gebundenen Spanplatten dem Ausgangsmaterial für den thermohydrolytischen Aufschluss ein vergleichsweise niedriges Niveau. Dies ist womöglich darauf zurückzuführen, dass Formaldehyd unter dem Einfluss von Natriumhydroxid zu Ameisensäure unter Verbrauch von Alkali disproportioniert wird. Ein solches Phänomen ist aus der Phenolformaldehydharzchemie 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 Wasserrückhaltevermögen des Spanmaterials Wie in Kap 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 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.

45 Ergebnisse und Diskussion 40 Wasserrückhaltevermögen [%] Mittelschichtspäne Deckschichtspäne "frische" Späne 130 C/ 1h thermohydrolytisch UF MUF PMDI UF MUF PMDI ohne Wärmebehandlung mechanische Zerkleinerung mechanische Zerkleinerung Wärmebehandlung 70 C/ 48h Ausgangsmaterial, Vorbehandlung und Art des Aufschlusses Abb : 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 beschriebenen thermischen Vorbehandlung unterworfen wurden, weisen ein gegenüber den unbehandelten Recyclingspänen vermindertes Wasserrückhaltevermögen 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.

46 Ergebnisse und Diskussion Charakterisierung der verwendeten Faserstoffe Auch die im Rahmen dieser Untersuchungen durch thermohydrolytischen Aufschluss von UF-gebundenen MDF hergestellten Recyclingfasern (vgl. Kap ), sowie die industriell gefertigten Frischfasern wurden wie die untersuchten Späne charakterisiert. Die Ergebnisse dieser Arbeiten zeigt die Tab Industriell hergestellte Frischfasern Recyclingfasern MDF thermohydrolytisch aufgeschlossen 130 C/ 1h, 1% NaOH ph-wert 3,9 6,6 alkalische Pufferkapazität [mmol/ 100g atro Faser] Stickstoffgehalt [%] Formaldehydabgabe 24h-Wert [mg/ kg atro Faser] WRV-Wert [%] 3,3 0,3 0,1 4,6 19,8 200,1 89,2 78,3 Tab : 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.

47 Ergebnisse und Diskussion Eigenschaften der aus UF-Recyclingspänen hergestellten Laborpanplatten Im Folgenden werden die Ergebnisse der Untersuchungen dargestellt, die an den, wie in Kap 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 und Anhang Tab 8.3) Rohdichte Die in Abb 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. 0,80 0,75 UF-gebundene Spanplatte MUF-gebundene Spanplatte PMDI-gebundene Spanplatte Rohdichte [g/ cm³] 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 0,71 0,75 0,73 0,71 0,79 0,75 0,65 0,68 0,68 0,68 0,68 0,70 0,68 0,66 0,67 ohne Behandlung thermische Behandlung 70 C/ 48h Späne ohne Vorbehandlung thermisch vorbehandelte Späne 70 C/ 48h Laborspanplatten hergestellt aus industriell gefertigten industriell hergestelltes Ausgangsmaterial Laborspanplatten hergestellt aus mech. zerkleinerten UF-Recyclingspänen "frischen" Spänen Abb : Rohdichte des thermisch behandelten und unbehandelten UF-, MUF- und PMDIgebundenen Ausgangsmaterials und der aus mechanisch zerkleinerten UF- Recyclingspänen und frischen Spänen hergestellten UF-, MUF- und PMDI-gebundenen Laborspanplatten.

48 Ergebnisse und Diskussion Querzugfestigkeit Die Ergebnisse der Untersuchungen zur Querzugfestigkeit sind in Abb 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. 1,2 1,0 UF-gebundene Spanplatte MUF-gebundene Spanplatte PMDI-gebundene Spanplatte Querzugfestigkeit [N/ mm²] 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0,67 0,92 0,89 0,74 1,05 0,97 0,16 0,55 0,60 0,20 0,50 0,73 0,46 1,01 0,76 ohne Behandlung thermische Behandlung 70 C/ 48h Späne ohne Vorbehandlung thermisch vorbehandelte Späne 70 C/ 48h Laborspanplatten hergestellt aus industriell gefertigten industriell hergestelltes Ausgangsmaterial Laborspanplatten hergestellt aus mech. zerkleinerten UF-Recyclingspänen "frischen" Spänen Abb : Querzugfestigkeit des thermisch behandelten und unbehandelten UF-, MUF- und PMDIgebundenen 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

49 Ergebnisse und Diskussion 44 Bindemittel. Bei der Verleimung von frischen Spänen liegen die Verhältnisse umgekehrt. Es lässt sich demnach festhalten, dass PMDI sich weitaus besser als Aminoplastharze für die Bindung von Recycling-Spänen aus UF-Harz gebundenen Holzspanplatten eignet Biegefestigkeit Die Ergebnisse der Untersuchungen zur Biegefestigkeit der hergestellten Laborspanplatten sowie des industriell gefertigten Ausgangsmaterials gibt Abb wieder UF-gebundene Spanplatte MUF-gebundene Spanplatte PMDI-gebundene Spanplatte Biegefestigkeit [N/ mm²] ,2 24,6 14,5 15,4 27,1 16,4 2,8 6,5 6,9 2,8 6,0 6,7 7,9 16,4 12,2 ohne Behandlung thermische Behandlung 70 C/ 48h Späne ohne Vorbehandlung thermisch vorbehandelte Späne 70 C/ 48h Laborspanplatten hergestellt aus industriell gefertigten industriell hergestelltes Ausgangsmaterial Laborspanplatten hergestellt aus mech. zerkleinerten UF-Recyclingspänen "frischen" Spänen Abb : Biegefestigkeit des thermisch behandelten und unbehandelten UF-, MUF- und PMDIgebundenen 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

50 Ergebnisse und Diskussion 45 geeignet sind, Spanplatten mit einer hohen Biegefestigkeit herzustellen. Trotz dieser Einschränkung kann jedoch bei der Betrachtung der aus Recyclingspänen hergestellten Laborspanplatten festgestellt werden, dass die Verwendung von PMDI als Bindemittel für UF-Recyclingspäne, wie schon bei den Untersuchungen zur Querzugfestigkeit festgestellt wurde (Kap ), die besten Ergebnisse hervorbringt 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 und Abb ). 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.

51 Ergebnisse und Diskussion 46 Dickenquellung nach 2h Wasserlagerung [%] UF-gebundene Spanplatte MUF-gebundene Spanplatte PMDI-gebundene Spanplatte 0 6,1 1,0 2,3 6,0 1,1 2,4 4,5 1,4 1,3 4,4 1,7 1,1 5,6 1,3 1,2 ohne Behandlung thermische Behandlung 70 C/ 48h Späne ohne Vorbehandlung thermisch vorbehandelte Späne 70 C/ 48h Laborspanplatten hergestellt aus industriell gefertigten industriell hergestelltes Ausgangsmaterial Laborspanplatten hergestellt aus mech. zerkleinerten UF-Recyclingspänen "frischen" Spänen Abb : 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. Dickenquellung nach 24h Wasserlagerung [%] UF-gebundene Spanplatte MUF-gebundene Spanplatte PMDI-gebundene Spanplatte 0 10,5 1,9 4,6 10,8 2,0 4,9 16,4 3,5 4,5 15,9 3,9 5,3 22,4 3,4 7,6 ohne Behandlung thermische Behandlung 70 C/ 48h Späne ohne Vorbehandlung thermisch vorbehandelte Späne 70 C/ 48h Laborspanplatten hergestellt aus industriell gefertigten industriell hergestelltes Ausgangsmaterial Laborspanplatten hergestellt aus mech. zerkleinerten UF-Recyclingspänen "frischen" Spänen Abb : 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.

52 Ergebnisse und Diskussion Wasseraufnahme In Abb und Abb 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. Wasseraufnahme nach 2h Wasserlagerung [%] UF-gebundene Spanplatte MUF-gebundene Spanplatte PMDI-gebundene Spanplatte 0 19,6 3,1 6,8 18,8 2,6 5,7 15,6 6,9 5,6 14,5 5,6 4,4 22,6 9,0 4,9 ohne Behandlung thermische Behandlung 70 C/ 48h Späne ohne Vorbehandlung thermisch vorbehandelte Späne 70 C/ 48h Laborspanplatten hergestellt aus industriell gefertigten industriell hergestelltes Ausgangsmaterial Laborspanplatten hergestellt aus mech. zerkleinerten UF-Recyclingspänen "frischen" Spänen Abb : 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.

53 Ergebnisse und Diskussion 48 Wasseraufnahme nach 24h Wasserlagerung [%] UF-gebundene Spanplatte MUF-gebundene Spanplatte PMDI-gebundene Spanplatte 0 33,7 9,0 17,8 34,2 7,1 17,0 49,2 16,8 18,4 47,7 15,1 20,8 58,7 22,6 23,0 ohne Behandlung thermische Behandlung 70 C/ 48h Späne ohne Vorbehandlung thermisch vorbehandelte Späne 70 C/ 48h Laborspanplatten hergestellt aus industriell gefertigten industriell hergestelltes Ausgangsmaterial Laborspanplatten hergestellt aus mech. zerkleinerten UF-Recyclingspänen "frischen" Spänen Abb : 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 Längenänderung durch Änderung der relativen Luftfeuchte Die Erfassung der Längenänderung der hergestellten Spanplatten erfolgte in Anlehnung an EN 318. In Abb 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.

54 Ergebnisse und Diskussion 49 0,8 0,6 UF-gebundene Spanplatte MUF-gebundene Spanplatte PMDI-gebundene Spanplatte Adsorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 85% Maßänderung in Plattenebene [%] 0,4 0,2 0,0-0,2 0,21 0,18 0,20 0,21 0,17 0,21 0,58 0,22 0,32 0,58 0,32 0,24 0,22 0,12 0,16-0,16-0,12-0,15-0,14-0,13-0,14-0,19-0,19-0,19-0,20-0,17-0,25-0,06-0,13-0,16-0,4 Desorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 35% ohne Behandlung thermische Behandlung 70 C/ 48h Späne ohne Vorbehandlung thermisch vorbehandelte Späne 70 C/ 48h Laborspanplatten hergestellt aus industriell gefertigten industriell hergestelltes Ausgangsmaterial Laborspanplatten hergestellt aus mech. zerkleinerten UF-Recyclingspänen "frischen" Spänen Abb : 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.

55 Ergebnisse und Diskussion 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 zusammengestellt. Maßänderung senkrecht zur Plattenebene [%] UF-gebundene Spanplatte MUF-gebundene Spanplatte PMDI-gebundene Spanplatte Adsorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 85% 4,8 3,1 3,6 4,8 2,8 3,9 5,3 1,7 3,0 5,0 2,4 1,7 4,1 2,0 3,0-1,5-1,0-1,5-1,3-1,0-1,6-1,1-1,0-1,1-1,0-0,8-1,5-1,6-1,1-1,3-4 Desorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 35% ohne Behandlung thermische Behandlung 70 C/ 48h Späne ohne Vorbehandlung thermisch vorbehandelte Späne 70 C/ 48h Laborspanplatten hergestellt aus industriell gefertigten industriell hergestelltes Ausgangsmaterial Laborspanplatten hergestellt aus mech. zerkleinerten UF-Recyclingspänen "frischen" Spänen Abb : 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

56 Ergebnisse und Diskussion 51 Ausgangsplatten, aus denen die Spanplatten stammen. Es scheint die Verwendung der Bindemittel MUF und PMDI als Bindemittel für Recyclingspäne aus UF-gebundenen Spanplatten hinsichtlich der Dimensionsstabilität vorteilhaft zu sein Gleichgewichtsfeuchte In Abb 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. Gleichgewichtsfeuchte bei 35%, 65% und 85% rel. Luftfeuchte [%] ,5 9,5 6,9 Gleichgewichtsfeuchte bei 35%, 65% und 85% rel. Luftfeuchte UF-gebundene Spanplatte MUF-gebundene Spanplatte 14,9 15,0 PMDI-gebundene Spanplatte 14,4 14,2 13,7 13,5 13,0 12,9 13,1 12,9 12,5 12,6 13,3 11,8 10,0 10,0 9,9 9,6 9,3 9,4 9,1 9,1 9,1 8,9 8,5 9,5 9,2 9,1 7,6 7,2 7,0 6,7 7,0 7,0 6,8 6,5 6,7 6,8 6,9 7,1 6,9 6,2 0 ohne Behandlung industriell hergestelltes Ausgangsmaterial thermische Behandlung 70 C/ 48h Späne ohne Vorbehandlung thermisch vorbehandelte Späne 70 C/ 48h Laborspanplatten hergestellt aus mech. zerkleinerten UF-Recyclingspänen Laborspanplatten hergestellt aus industriell gefertigten "frischen" Spänen Abb : 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.

57 Ergebnisse und Diskussion 52 Die Gleichgewichtsfeuchten der aus frischen Spänen der Industrie mit den verwendeten Bindemitteln (UF, MUF und PMDI) hergestellten Spanplatten lassen keine wesentlichen Unterschiede in Abhängigkeit von dem verwendeten Bindemittel erkennen. Die Gleichgewichtsfeuchten der Spanplatten, die aus UF-Recylcingspänen mit den verschiedenen Bindemitteln UF-, MUF- und PMDI hergestellt wurden, sind im allgemeinen niedriger als die der entsprechenden Spanplatten aus frischen Spänen der Industrie. Sie liegen ebenfalls gemeinhin niedriger als die der Ausgangsspanplatten 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 mit einer Prüfdauer von 3h und 24h bestimmt. Die Ergebnisse sind in Abb und Abb 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.

58 Ergebnisse und Diskussion 53 Formaldehydabgabe 3h-Flaschenwerte [mg HCHO/ kg atro Spanplatte] UF-gebundene Spanplatte MUF-gebundene Spanplatte PMDI-gebundene Spanplatte 0 4,2 5,2 1,3 3,5 5,4 1,1 3,7 6,5 4,3 4,3 6,5 4,7 3,3 6,3 2,5 ohne Behandlung thermische Behandlung 70 C/ 48h Späne ohne Vorbehandlung thermisch vorbehandelte Späne 70 C/ 48h Laborspanplatten hergestellt aus industriell gefertigten industriell hergestelltes Ausgangsmaterial Laborspanplatten hergestellt aus mech. zerkleinerten UF-Recyclingspänen "frischen" Spänen Abb : 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. Formaldehydabgabe 24h-Flaschenwerte [mg HCHO/ kg atro Spanplatte] UF-gebundene Spanplatte MUF-gebundene Spanplatte PMDI-gebundene Spanplatte ohne Behandlung thermische Behandlung 70 C/ 48h Späne ohne Vorbehandlung thermisch vorbehandelte Späne 70 C/ 48h Laborspanplatten hergestellt aus industriell gefertigten industriell hergestelltes Ausgangsmaterial Laborspanplatten hergestellt aus mech. zerkleinerten UF-Recyclingspänen "frischen" Spänen Abb : 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.

59 Ergebnisse und Diskussion 54 Die im Vergleich mit den Ausgangsplatten niedrige Formaldehydabgabe der aus Recyclingspänen mit UF-Harz hergestellten Spanplatten überrascht insofern, als die Ausgangsplatten einem Alterungsprozess hinter sich haben und bei der Ermittlung der Formaldehydabgabe etwa ein Jahr alt waren, während die neu hergestellten Platten nach einer Klimatisierungsdauer von ca. zwei Wochen geprüft wurden. Es ist jedoch nicht auszuschließen, dass während des Pressvorgangs bei hohen Temperaturen Teile des den Recyclingspänen anhaftenden UF-Harzes unter Freisetzung von Ammoniak, welches als Formaldehydfänger wirkt, thermohydrolytisch abgebaut wurden (vgl. FRANKE UND ROFFAEL, 1998B). 4.3 Eigenschaften der aus PMDI-Recyclingspänen mit PMDI als Bindemittel hergestellten Laborpanplatten Inhalt dieser Untersuchungen war es, Holzspanplatten aus Recyclingspänen herzustellen, welche durch mechanische Zerkleinerung aus PMDI-gebundenen Spanplatten gewonnen wurden. Die Herstellungsbedingungen entsprechen denen der Laborspanplatten, welche aus UF-Recyclingspänen hergestellt wurden (Kap ). 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 Rohdichte und Plattendicke Wie Tab 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.

60 Ergebnisse und Diskussion 55 Plattendicke [mm] Rohdichte [g/cm³] Mittelwert Standardabw. Mittelwert Standardabw. industriell hergestellte PMDI-gebundene Spanplatten 16,35 0,01 0,728 0,013 PMDI-gebundene Laborspanplatten frische Späne 19,96 0,11 0,673 0,022 UF-Recyclingspäne 19,28 0,06 0,676 0,031 PMDI-Recyclingspäne 19,19 0,07 0,700 0,017 Tab : 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 Querzug- und Biegefestigkeit Die Querzugfestigkeit (Abb ) 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 ) 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.

61 Ergebnisse und Diskussion 56 1,2 1,0 Querzugfestigkeit [N/ mm²] 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0,89 0,76 0,60 0,41 industriell hergestelltes Ausgangsmaterial PMDI-gebunden hergestellt aus "frischen" Spänen hergestellt aus mech. zerkleinerten UF- Recyclingspänen Laborspanplatten PMDI-gebunden hergestellt aus mech. zerkleinerten PMDI- Recyclingspänen Abb : 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 Biegefestigkeit [N/ mm²] ,5 12,2 6,9 7,3 industriell hergestelltes Ausgangsmaterial PMDI-gebunden hergestellt aus "frischen" Spänen hergestellt aus mech. zerkleinerten UF- Recyclingspänen Laborspanplatten PMDI-gebunden hergestellt aus mech. zerkleinerten PMDI- Recyclingspänen Abb : 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.

62 Ergebnisse und Diskussion Dickenquellung und Wasseraufnahme nach 24 h Wasserlagerung Die Ergebnisse der Bestimmung von Dickenquellung (Abb ) und Wasseraufnahme (Abb ) 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 PMDIverleimten 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. Dickenquellung nach 2h und 24h Wasserlagerung [%] h Wasserlagerung 24h Wasserlagerung 2,3 4,6 1,2 7,6 1,3 4,5 2,0 10,0 industriell hergestelltes Ausgangsmaterial PMDI-gebunden hergestellt aus "frischen" Spänen hergestellt aus mech. zerkleinerten UF- Recyclingspänen Laborspanplatten PMDI-gebunden hergestellt aus mech. zerkleinerten PMDI- Recyclingspänen Abb : 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.

63 Ergebnisse und Diskussion Wasseraufnahme nach 2h und 24h Wasserlagerung [%] h Wasserlagerung 24h Wasserlagerung 6,8 17,8 4,9 23,0 5,6 18,4 5,1 29,7 industriell hergestelltes Ausgangsmaterial PMDI-gebunden hergestellt aus "frischen" Spänen hergestellt aus mech. zerkleinerten UF- Recyclingspänen Laborspanplatten PMDI-gebunden hergestellt aus mech. zerkleinerten PMDI- Recyclingspänen Abb : 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 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 ) sowie auch senkrecht dazu (Abb ). 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 ). 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

64 Ergebnisse und Diskussion 59 die in Abb 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 Gleichgewichtsfeuchte Die in Abb dargestellte Gleichgewichtsfeuchte der untersuchten PMDIgebundenen 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. 0,5 Adsorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 85% 0,4 Maßänderung in Plattenebene [%] 0,3 0,2 0,1 0,0-0,1 0,20 0,16 0,32 0,26-0,15-0,16-0,19-0,09-0,2-0,3 Desorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 35% industriell hergestelltes Ausgangsmaterial PMDI-gebunden hergestellt aus "frischen" Spänen hergestellt aus mech. zerkleinerten UF- Recyclingspänen Laborspanplatten PMDI-gebunden hergestellt aus mech. zerkleinerten PMDI- Recyclingspänen Abb : 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.

65 Ergebnisse und Diskussion 60 Maßänderung senkrecht zur Plattenebene [%] Adsorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 85% 3,6 3,0 3,0 2,9-1,5-1,3-1,1-0,5-3 Desorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 35% industriell hergestelltes Ausgangsmaterial PMDI-gebunden hergestellt aus "frischen" Spänen hergestellt aus mech. zerkleinerten UF- Recyclingspänen Laborspanplatten PMDI-gebunden hergestellt aus mech. zerkleinerten PMDI- Recyclingspänen Abb : 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 ,9 Gleichgewichtsfeuchte bei 35%, 65% und 85% rel. Luftfeuchte Gleichgewichtsfeuchte bei 35%, 65% und 85% rel. Luftfeuchte [%] ,0 7,0 13,3 12,9 9,1 9,1 6,8 6,2 12,6 8,3 7,1 2 0 industriell hergestelltes Ausgangsmaterial hergestellt aus "frischen" Spänen hergestellt aus mech. zerkleinerten UF- Recyclingspänen hergestellt aus mech. zerkleinerten PMDI- Recyclingspänen PMDI-gebunden Laborspanplatten PMDI-gebunden Abb : 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.

66 Ergebnisse und Diskussion Formaldehydabgabe Die nach der Flaschenmethode (EN 717.3) bestimmte Formaldehydabgabe (Abb ) 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. Formaldehydabgabe 3h-Flaschenwerte [mg HCHO/ kg atro Spanplatte] h Werte 24h Werte Formaldehydabgabe 24h-Flaschenwerte [mg HCHO/ kg atro Spanplatte] 0 1,3 38 2, , ,3 2 industriell hergestelltes Ausgangsmaterial PMDI-gebunden hergestellt aus "frischen" Spänen hergestellt aus mech. zerkleinerten UF- Recyclingspänen Laborspanplatten PMDI-gebunden hergestellt aus mech. zerkleinerten PMDI- Recyclingspänen 0 Abb : 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.

67 Ergebnisse und Diskussion Eigenschaften der im Labor hergestellten Span-Faserplatten Die folgenden Darstellungen enthalten die Ergebnisse der Untersuchungen, die an den, wie in Kap 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 zeigt Probekörper einer UF-gebundenen Span-Faserplatte aus frischen Spänen bzw. Fasern. Abb : Probekörper einer Span-Faserplatte mit Deckschichten aus UF-gebundenen Frischfasern und einer Mittelschicht aus UF-gebundenen Frischspänen.

68 Ergebnisse und Diskussion Rohdichte Wie Abb 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. 0,80 UF-gebundene Span-/ Span-Faserplatte 0,75 PMDI-gebundene Span-/ Span-Faserplatte Rohdichte [g/ cm³] 0,70 0,65 0,60 0,55 0,50 0,71 0,73 0,65 0,68 0,68 0,67 0,63 0,67 0,66 0,64 industriell hergestelltes mech. zerkleinerte UF- Recyclingspäne industriell gefertigte "frische" Späne UF-Recyclingspäne/ - fasern industriell gefertigte "frische" Späne/ Fasern Ausgangsmaterial Labor-Spanplatten Labor-Span-Faserplatten Abb : 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 und Abb geben je ein Rohdichteprofil einer UFgebundenen 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

69 Ergebnisse und Diskussion 64 annähernd konstante Dichte von ca. 600kg/m³. Diese als vorteilhaft zu bezeichnende Rohdichteverteilung über den Plattenquerschnitt ist für die guten mechanischen Eigenschaften der hergestellten Span- Faserplatten verantwortlich Rohdichte [kg/m³] Rohdichteprofil mittlere Rohdichte Plattendicke [mm] Abb : Rohdichteprofil und mittlere Rohdichte einer UF- gebundenen Span-Faserplatte, hergestellt aus frischen Spänen und Fasern Rohdichte [kg/m³] Rohdichteprofil mittlere Rohdichte Plattendicke [mm] Abb : Rohdichteprofil und mittlere Rohdichte einer PMDI- gebundenen Span-Faserplatte, hergestellt aus frischen Spänen und Fasern.

70 Ergebnisse und Diskussion Querzugfestigkeit Die Querzugfestigkeiten der hergestellten Span-Faserplatten, dargestellt in Abb , 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. 1,2 UF-gebundene Span-/ Span-Faserplatte 1,0 PMDI-gebundene Span-/ Span-Faserplatte Querzugfestigkeit [N/ mm²] 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0,67 0,89 0,16 0,60 0,46 0,76 0,34 0,56 0,77 0,68 industriell hergestelltes mech. zerkleinerte UF- Recyclingspäne industriell gefertigte "frische" Späne UF-Recyclingspäne/ - fasern industriell gefertigte "frische" Späne/ Fasern Ausgangsmaterial Labor-Spanplatten Labor-Span-Faserplatten Abb : 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.

71 Ergebnisse und Diskussion Biegefestigkeit Betrachtet man die Biegefestigkeiten der untersuchten Span-Faserplatten (Abb ), 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 UF-gebundene Span-/ Span-Faserplatte PMDI-gebundene Span-/ Span-Faserplatte 30 Biegefestigkeit [N/ mm²] ,2 14,5 2,8 6,9 7,9 12,2 10,7 20,1 22,2 32,9 industriell hergestelltes mech. zerkleinerte UF- Recyclingspäne industriell gefertigte "frische" Späne UF-Recyclingspäne/ - fasern industriell gefertigte "frische" Späne/ Fasern Ausgangsmaterial Labor-Spanplatten Labor-Span-Faserplatten Abb : 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.

72 Ergebnisse und Diskussion Dickenquellung und Wasseraufnahme Besonders deutlich sind die positiven Auswirkungen der Verleimung von Recyclingspänen bzw. fasern mit dem Bindemittel PMDI auf die Dickenquellung (Abb und Abb ) und Wasseraufnahme (Abb ) 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. 7 Dickenquellung nach 2h Wasserlagerung [%] UF-gebundene Span-/ Span-Faserplatte PMDI-gebundene Span-/ Span-Faserplatte 0 6,1 2,3 4,5 1,3 5,6 1,2 2,7 1,3 3,1 1,2 industriell hergestelltes mech. zerkleinerte UF- Recyclingspäne industriell gefertigte "frische" Späne UF-Recyclingspäne/ - fasern industriell gefertigte "frische" Späne/ Fasern Ausgangsmaterial Labor-Spanplatten Labor-Span-Faserplatten Abb : 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.

73 Ergebnisse und Diskussion UF-gebundene Span-/ Span-Faserplatte Dickenquellung nach 24h Wasserlagerung [%] PMDI-gebundene Span-/ Span-Faserplatte 0 10,5 4,6 16,4 4,5 22,4 7,6 24,7 5,3 22,6 9,8 industriell hergestelltes mech. zerkleinerte UF- Recyclingspäne industriell gefertigte "frische" Späne UF-Recyclingspäne/ - fasern industriell gefertigte "frische" Späne/ Fasern Ausgangsmaterial Labor-Spanplatten Labor-Span-Faserplatten Abb : 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. 120 Wasseraufnahme nach 24h Wasserlagerung [%] UF-gebundene Span-/ Span-Faserplatte PMDI-gebundene Span-/ Span-Faserplatte 0 33,7 17,8 49,2 18,4 58,7 23,0 93,6 21,3 79,4 38,0 industriell hergestelltes mech. zerkleinerte UF- Recyclingspäne industriell gefertigte "frische" Späne UF-Recyclingspäne/ - fasern industriell gefertigte "frische" Späne/ Fasern Ausgangsmaterial Labor-Spanplatten Labor-Span-Faserplatten Abb : 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.

74 Ergebnisse und Diskussion Dimensionsstabilität nach Lagerung bei unterschiedlicher relativer Luftfeuchte Die Abb und Abb stellen die Längen- und Dickenänderung der hergestellten Spanplatten und Span-Faserplatten dar. Die Dimensionsstabilität in Plattenebene (Abb ) 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. 0,8 0,6 Adsorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 85% UF-gebundene Span-/ Span-Faserplatte PMDI-gebundene Span-/ Span-Faserplatte Maßänderung in Plattenebene [%] 0,4 0,2 0,0-0,2 0,21 0,20 0,58 0,32 0,22 0,16 0,26 0,15 0,12 0,11-0,16-0,15-0,19-0,19-0,06-0,16-0,09-0,09-0,07-0,09-0,4 industriell hergestelltes mech. zerkleinerte UF- Recyclingspäne industriell gefertigte "frische" Späne Desorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 35% UF-Recyclingspäne/ - fasern industriell gefertigte "frische" Späne/ Fasern Ausgangsmaterial Labor-Spanplatten Labor-Span-Faserplatten Abb : 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.

75 Ergebnisse und Diskussion 70 8 Adsorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 85% UF-gebundene Span-/ Span-Faserplatte Maßänderung senkrecht zur Plattenebene [%] PMDI-gebundene Span-/ Span-Faserplatte 4,8 3,6 5,3 3,0 4,1 3,0 4,2 2,9 3,8 3,4-1,5-1,5-1,1-1,1-1,6-1,3-0,9-0,8-0,8-0,7-4 industriell hergestelltes mech. zerkleinerte UF- Recyclingspäne industriell gefertigte "frische" Späne Desorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 35% UF-Recyclingspäne/ - fasern industriell gefertigte "frische" Späne/ Fasern Ausgangsmaterial Labor-Spanplatten Labor-Span-Faserplatten Abb : 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 ) 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.

76 Ergebnisse und Diskussion Gleichgewichtsfeuchte Die Untersuchungen zur Gleichgewichtsfeuchte der im Labor hergestellten Span- Faserplatten ergaben keine ausgeprägten Unterschiede zwischen den Platten aus frischen Spänen und Fasern und denen aus Recyclingmaterial (Abb ). 18 Gleichgewichtsfeuchte bei 35%, 65% und 85% rel. Luftfeuchte UF-gebundene Span-/ Span-Faserplatte Gleichgewichtsfeuchte bei 35%, 65% und 85% rel. Luftfeuchte [%] ,9 14,5 10,0 9,5 6,9 7,0 14,2 13,0 13,3 12,9 9,5 9,1 9,1 8,5 7,6 6,8 6,5 6,2 PMDI-gebundene Span-/ Span-Faserplatte 13,3 13,7 12,9 12,5 8,9 9,5 9,2 8,5 7,9 7,8 7,2 7,0 2 0 industriell hergestelltes mech. zerkleinerte UF- Recyclingspäne industriell gefertigte "frische" Späne UF-Recyclingspäne/ - fasern industriell gefertigte "frische" Späne/ Fasern Ausgangsmaterial Labor-Spanplatten Labor-Span-Faserplatten Abb : 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.

77 Ergebnisse und Diskussion Formaldehydabgabe Die Formaldehydabgabe der im Labor hergestellten Span-Faserplatten wurde bestimmt nach der Flaschenmethode (EN 717-3) mit einer Prüfdauer von 3h und 24h. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in den Abb und Abb 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 Formaldehydabgabe 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. 6 UF-gebundene Span-/ Span-Faserplatte 5 PMDI-gebundene Span-/ Span-Faserplatte Formaldehydabgabe 3h-Flaschenwerte [mg HCHO/ kg atro Spanplatte] ,2 1,3 3,7 4,3 3,3 2,5 5,7 3,5 5,4 0,9 industriell hergestelltes mech. zerkleinerte UF- Recyclingspäne industriell gefertigte "frische" Späne UF-Recyclingspäne/ - fasern industriell gefertigte "frische" Späne/ Fasern Ausgangsmaterial Labor-Spanplatten Labor-Span-Faserplatten Abb : 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 PMDIgebundenen Ausgangsmaterials.

78 Ergebnisse und Diskussion UF-gebundene Span-/ Span-Faserplatte Formaldehydabgabe 24h-Flaschenwerte [mg HCHO/ kg atro Spanplatte] PMDI-gebundene Span-/ Span-Faserplatte industriell hergestelltes mech. zerkleinerte UF- Recyclingspäne industriell gefertigte "frische" Späne UF-Recyclingspäne/ - fasern industriell gefertigte "frische" Späne/ Fasern Ausgangsmaterial Labor-Spanplatten Labor-Span-Faserplatten Abb : 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 PMDIgebundenen Ausgangsmaterials 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 und Abb geben die Ergebnisse dieser Untersuchungen wieder. Bei den Mittelschichtprobekörpern 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.

79 Ergebnisse und Diskussion 74 0,4 0,3 Adsorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 85% UF-gebundene Span-/ Span-Faserplatte PMDI-gebundene Span-/ Span-Faserplatte Maßänderung in Plattenebene [%] 0,2 0,1 0,0 0,22 0,16 0,12 0,11 0,17 0,14-0,06-0,16-0,07-0,09-0,09-0,12-0,1-0,2 industriell gefertigte "frische" Späne Labor-Spanplatten industriell gefertigte "frische" Späne/ Fasern Desorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 35% Labor-Span-Faserplatten Mittelschicht der Span-Faserplatten Abb : 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. Maßänderung senkrecht zur Plattenebene [%] Adsorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 85% 4,1 3,0 3,8 3,4 3,7 2,5-1,6-1,3-0,8-0,7-0,9-1,2 industriell gefertigte "frische" Späne Labor-Spanplatten industriell gefertigte "frische" Späne/ Fasern UF-gebundene Span-/ Span-Faserplatte PMDI-gebundene Span-/ Span-Faserplatte Desorption durch Änderung der rel. Luftfeuchte von 65% auf 35% Labor-Span-Faserplatten Mittelschicht der Span-Faserplatten Abb : 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.

80 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.

81 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 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 : 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

82 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 ). Die Zugabe von Holzfasern führte zu verstärkten Ablagerungen in der Windstreuvorrichtung, was zu einem zunehmend ungleichmäßigeren Streuergebnis führte. Abb : 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