Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs, der Späne lignozellulosischer Biomasse umfasst, wobei die Späne mit einem wasserschwächbaren, reversibel bindenden Bindemittel verbunden sind. Die Erfindung betrifft ferner einen Verbundwerkstoff als solchen.

Späne lignozellulosischer Biomasse, insbesondere Holzspäne, werden seit Jahrzehnten zur Herstellung von Verbundwerkstoffen eingesetzt. Einer der relevantesten Vertreter von Verbundwerkstoffen dieser Art sind Holzspanplatten. Diese umfassen Holzspäne, die von einem Bindemittel zusammengehalten werden. Als Bindemittel werden überwiegend reaktive Systeme, beispielsweise aus Harnstoff- oder Melamin- Formaldehyd-Klebstoffen eingesetzt.

Die vorgenannten Bindemittel emittieren kontinuierlich und über lange Zeit hinweg Formaldehyd, ein gesundheitsschädliches Gas. Daher wurden bereits Anstrengungen unternommen, um die Formaldehyd-Emission von Holzspanplatten zu reduzieren bzw. formaldehydfreie Bindemittel zu schaffen. Da es sich bei Holzspanplatten meist um preisgünstige Massenprodukte handelt, spielen die Kosten des Bindemittels eine bedeutende Rolle, jedoch auch die mechanische Stabilität der Verbundwerkstoffe muss für die jeweilige Verwendung ausreichend sein. Da noch kein geeigneter Ersatz gefunden werden konnte, der diese Anforderungen erfüllt, bilden formaldehydhaltige Bindemittel bis heute den Standard.

Ein weiterer Nachteil, der sich durch die Verwendung formaldehydbasierter Bindemittel ergibt ist, dass die Aushärtungsreaktion eine irreversible chemische Polymerisationsreaktion ist. Sobald die Aushärtung abgeschlossen ist, kann die Bindewirkung nicht mehr auf einfache Art und Weise geschwächt werden. Ein Recycling von Holzspanplatten ist somit zwar möglich, jedoch muss zerkleinertes Alt-Material üblicherweise mit frischem Bindemittel versetzt werden, um wieder eine ausreichende Bindewirkung zwischen den recycelten Spänen zu erreichen. Die Herstellung von Holzspanplatten, die vollständig aus Recyclingmaterial bestehen, ist somit üblicherweise nicht möglich.

Die vorliegende Verbindung hat sich zur Aufgabe gesetzt, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden. Daher betrifft die vorliegende Erfindung unter anderem ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs. Insbesondere soll durch die vorliegende Erfindung der Zielkonflikt gelöst werden, der sich aus dem Erfordernis einer möglichst kostensparenden Produktion von spanbasierten Verbundwerkstoffen und der Vermeidung der Freisetzung von gesundheitsschädlichen Substanzen aus dem Endprodukt ergibt. Ferner wird durch die Erfindung gegebenenfalls ein Verfahren bereitgestellt, das energieeffizient betrieben werden kann und das Recycling von Abfallmaterial ohne Zugabe von zusätzlichem Bindemittel ermöglicht.

Diese und weitere Aufgaben werden durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst.

Insbesondere umfasst der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Verbundwerkstoff Späne aus lignozellulosischer Biomasse, die von einem Bindemittel zusammengehalten und/oder verbunden werden. In einer Ausführungsform sind die Späne Holzspäne, es kann sich bei den Spänen jedoch auch um Spanmaterial anderer Rohstoffe mit lignozellulosischer Struktur oder um eine Mischung von Spänen unterschiedlicher Herkunft handeln. Späne bezeichnen in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung insbesondere stückiges Material eines Stoffs, wobei das Mittel der größten geometrischen Ausdehnung der einzelnen Späne gegebenenfalls zwischen 1 mm und 200 mm liegt. Die kleinste geometrische Ausdehnung von Spänen ist im Vergleich zu ihrer größten Ausdehnung im Mittel gegebenenfalls um den Faktor 20, insbesondere 50, kleiner. Bei den Spänen handelt es sich insbesondere um Material biogenen Ursprungs, das gegebenenfalls nicht aufgeschlossen ist. „Nicht aufgeschlossen“ bedeutet in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung insbesondere, dass die lignozellulosische Struktur des Ausgangsmaterials durch etwaige Verarbeitungsschritte nicht wesentlich verändert wird.

Das Bindemittel weist gegebenenfalls eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften auf: wasserschwächbar, reversibel bindend, formaldehydfrei, wasserunlöslich.

In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bedeutet „wasserschwächbar“ insbesondere, dass die Bindewirkung des Bindemittels, durch das die Späne im Verbundwerkstoff zusammengehalten werden, bei Kontakt mit Wasser so geschwächt wird, dass die Späne voneinander getrennt werden können, ohne dass sich jedoch das Bindemittel selbst auflöst. In einer Ausführungsform kann „wasserschwächbar“ bedeuten, dass die Bindewirkung in feuchtem Zustand des Bindemittels um zumindest 50%, vorzugsweise um zumindest 90%, geringer ist als in seinem trockenen Zustand.

In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bedeutet „reversibel bindend“ insbesondere, dass das Bindemittel auch nach mehrmaligem Trennen und Verbinden von Spänen erneut eine ausreichende Bindewirkung entfalten kann. In einer speziellen Ausführungsform kann „reversibel bindend“ bedeuten, dass die Bindewirkung des Bindemittels nach dreimaligem Schwächen nicht weniger als 70%, vorzugsweise nicht weniger als 90%, der anfänglichen Bindewirkung beträgt. Die reversible Bindewirkung des Bindemittels basiert auf nicht-kovalenten Bindungen, insbesondere auf Wasserstoffbrückenbindungen und/oder Dipol-Dipol-Wechselwirkungen. In einer Ausführungsform kann das Bindemittel ein polymeres Bindemittel sein, das unter den gewählten Bedingungen keine kovalenten Bindungen ausbildet. In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bedeutet „formaldehydfrei“ insbesondere, dass dem Bindemittel kein Quervernetzungsmittel, insbesondere kein quervernetzender Aldehyd, wie beispielsweise Formaldehyd oder ein Formaldehyd- Derivat, zugesetzt wird, um die Bindung zu ermöglichen.

In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bedeutet „wasserunlöslich“ insbesondere, dass sich das Bindemittel nicht oder kaum in Wasser löst. Das Bindemittel kann jedoch auf den Kontakt mit Wasser reagieren, beispielsweise aufquellen.

Gegebenenfalls umfasst das Verfahren in einem ersten Schritt das Bereitstellen von Spänen, die an ihrer Oberfläche mit dem Bindemittel benetzt und/oder beschichtet sind. Die Oberfläche der Späne ist insbesondere zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, mit dem Bindemittel benetzt. Diese Späne sind insbesondere lose, nicht miteinander verbundene Späne, etwa in Form eines Schüttguts. Das Bereitstellen der Späne kann gegebenenfalls durch zwei optionale Teilverfahren der vorliegenden Erfindung erfolgen, wobei diese beiden Optionen zu einem im Wesentlichen gleichwertigen Ergebnis, nämlich zu Spänen, die mit Bindemittel benetzt sind, führen.

In der ersten Option kann die Bereitstellung der Späne aus Alt-Verbundmaterial, das Späne und Bindemittel enthält, erfolgen. Es handelt sich bei dem gesamten Verfahren dann um ein Recyclingverfahren.

Gegebenenfalls wird das Alt-Verbundmaterial mit Wasser in flüssiger und/oder gasförmiger Form behandelt, um die Bindewirkung des Bindemittels zu schwächen. Die Behandlung mit Wasser kann dabei bei erhöhter Temperatur und/oder bei erhöhtem Druck stattfinden, um das Eindringen des Wassers in das Alt-Verbundmaterial zu verbessern bzw. zu beschleunigen.

Nach Behandlung des Alt-Verbundmaterials mit Wasser kann eine Zerkleinerung erfolgen, um den zuvor festen Spanverbund zu lösen. Dabei wird der Zerkleinerungsvorgang durch die geschwächte Bindewirkung des Bindemittels erleichtert. Gegebenenfalls führt die Behandlung mit Wasser zudem zu einem Aufquellen der Späne, wodurch interne Schereffekte generiert werden, die die Zerkleinerung ebenfalls begünstigen.

Die Zerkleinerung erfolgt insbesondere auf eine Weise, die nicht zum Zerkleinern der einzelnen Späne des Alt-Verbundmaterials führt. Dies bedeutet gegebenenfalls, dass die durchschnittliche Größe der Späne nach dem Zerkleinern zumindest 80%, bevorzugt zumindest 95%, der durchschnittlichen Größe vor dem Zerkleinern beträgt. Dadurch wird loses Spanmaterial bereitgestellt, das im Wesentlichen vollständig mit Bindemittel benetzt ist. Würde es beim Zerkleinern des Alt-Verbundmaterials auch zu einer wesentlichen Zerkleinerung der Späne selbst kommen, würden Spanoberflächen geschaffen, auf denen kein Bindemittel angeordnet ist. Dies würde die erneute Bindung im hergestellten Verbundwerkstoff beeinträchtigen.

Durch die sanfte Zerkleinerung ist es möglich, den Verbundwerkstoff ohne Zugabe von zusätzlichem Bindemittel herzustellen, wodurch ein besonders effizientes und ressourcenschonendes Verfahren geschaffen wird. Die Zerkleinerung wird beispielsweise mit einer Zerkleinerungswalze oder mit einem langsam laufenden Schredder durchgeführt.

Neben der Schwächung der Bindewirkung des Bindemittels führt das bereitgestellte Wasser in synergetischer Weise dazu, dass beim Zerkleinern keine oder zumindest eine reduzierte Staubbildung stattfindet.

Dieses Verfahren erlaubt in vorteilhafter Weise die ausschließliche - also 100%ige - Verwendung von Recyclingmaterial.

Gegebenenfalls werden die Schritte des Behandelns des Alt-Verbundwerkstoffs mit Wasser und des Zerkleinerns simultan durchgeführt.

In der zweiten Option kann die Bereitstellung der Späne das Mischen von frischen, unbenetzten Spänen mit Bindemittel umfassen. Es handelt sich dann um ein Verfahren, das Neumaterial als Ausgangsstoffe einsetzt. Das Bindemittel wird insbesondere in Pulverform bereitgestellt. Durch die große spezifische Oberfläche wird die Aktivierung der Bindewirkung mit Wasser beschleunigt.

Das Mischen von Spänen und Bindemittel erfolgt insbesondere in feuchtem Zustand, wobei wahlweise eine Suspension des Bindemittels mit trockenen Spänen oder trockenes Bindemittel mit feuchten Spänen gemischt werden kann. Wenn trockenes Bindemittel eingesetzt wird, kann dies auch als trockene Benetzung bezeichnet werden. Auch eine Kombination aus beiden Varianten, also das Mischen von zuvor suspendiertem Bindemittel mit feuchten Spänen, ist möglich.

In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung werden als „trockene Späne“ insbesondere solche Späne bezeichnet, die bei einer Temperatur von 20°C und atmosphärischem Druck Ausgleichsfeuchte aufweisen. Gegebenenfalls weisen „trockene Späne“ einen Feuchtegehalt von höchstens 10 Gew.-% auf.

Eine Kombination der oben beschriebenen Optionen bzw. Teilverfahren ist ebenfalls möglich. So kann das Verfahren auch ein Verfahren sein, das nur teilweise Recyclingmatenal als Ausgangsstoff einsetzt, wobei der Rest der eingesetzten Späne und des Bindemittels Neumaterial ist.

Vor der weiteren Verarbeitung der bereitgestellten benetzten Späne wird gegebenenfalls der Wassergehalt des Spanmaterials gemessen und/oder bei Bedarf angepasst. Insbesondere sollte der Wassergehalt vor der weiteren Verarbeitung zwischen 5 Gew.-% und 40 Gew.-%, bevorzugt zwischen 15 Gew.-% und 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Spanmaterials, betragen. Zu niedrige Wassergehalte erlauben keine ausreichende Aktivierung der Bindungswirkung und zu hohe Wassergehalte bringen keine wesentliche Verbesserung, sondern erhöhen lediglich den Energiebedarf des Verfahrens, da das überschüssige Wasser wieder verdampft werden muss.

Das Spanmaterial mit dem Wassergehalt zwischen 5 Gew.-% und 40 Gew.-%, bevorzugt zwischen 15 Gew.-% und 30 Gew.-%, wird gegebenenfalls in einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens verpresst. Insbesondere erfolgt die Verpressung in zwei aufeinander folgenden Pressphasen unter kontinuierlicher Aufrechterhaltung eines Pressdrucks. In einer ersten Pressphase beträgt die Temperatur des gepressten Spanmaterials mindestens 100°C, wobei die Temperatur gegebenenfalls kleiner als 300°C ist, um Pyrolysevorgänge zu vermeiden. Die Temperatur des gepressten Spanmaterials in der ersten Pressphase liegt gegebenenfalls zwischen 120°C und 200°C, bevorzugt zwischen 125°C und 175°C. Insbesondere beträgt die Temperatur im gesamten gepressten Spanmaterial zumindest 100°C, 120°C oder 125°C. Insbesondere beträgt die Temperatur im gesamten gepressten Spanmaterial höchstens 300°C, 200°C oder 175°C.

Bei der Verpressung erfolgt insbesondere eine Kompaktierung des Spanmaterials, gegebenenfalls auf eine Dichte von mehr als 500 kg/m ³ Dadurch wird ein enger Kontakt der einzelnen Späne und somit eine ausreichende Entfaltung der Bindewirkung des Bindemittels ermöglicht. Gegebenenfalls erfolgt eine Kompaktierung um zumindest einen Faktor von 3 im Vergleich zum losen Spanmaterial. Der Kompaktierungsfaktor beschreibt insbesondere die Erhöhung der Dichte beim Verpressen, insbesondere im Vergleich zwischen Schüttgutdichte des losen Spanmaterials und Dichte des verpressten Materials.

In der zweiten Pressphase, die auf die erste Pressphase folgt, wird die Temperatur des gepressten Spanmaterials gegebenenfalls auf unter 100°C gesenkt, bevorzugt auf unter 50°C. Insbesondere sollte die Temperatur im hergestellten Verbundwerkstoff nach Abschluss der zweiten Pressphase, vor dem Aufheben des Pressdrucks, unter 100°C liegen. Insbesondere beträgt die Temperatur im gesamten gepressten Spanmaterial weniger als 100°C.

Die Dauer der ersten Pressphase beträgt gegebenenfalls zumindest 2 Sekunden pro Millimeter Dicke des gepressten Materials, insbesondere zumindest 5 Sekunden pro Millimeter Dicke des gepressten Materials, bevorzugt zumindest 10 Sekunden pro Millimeter Dicke des gepressten Materials. Dies bedeutet, dass die erste Pressphase bei einem verpressten Material mit etwa 1 cm Dicke gegebenenfalls zumindest 20 s, insbesondere zumindest 50 s, bevorzugt zumindest 100 s, beträgt. Gegebenenfalls ist die Dauer der Pressphasen, insbesondere die Dauer der ersten Pressphase, an den Wassergehalt des Spanmaterials vor dem Verpressen angepasst.

In der ersten Pressphase erfolgen die Aktivierung des Bindemittels sowie die Entfernung von Wasser aus dem Spanmaterial. Die zweite Pressphase dient dem Abbau von aus verbleibendem Wasserdampf resultierendem Druck aus dem Verbundmaterial.

Das so erhaltene Verbundmaterial weist im Vergleich zu herkömmlichen Holzspanplatten ähnliche mechanische Eigenschaften auf, ist jedoch ohne Zugabe von weiterem Bindemittel recyclierbar und setzt zudem kein gesundheitsschädliches Formaldehyd frei.

Das Verbundmaterial, das nach diesem Verfahren erhalten wurde kann nach seiner bestimmungsgemäßen Verwendung als Alt-Verbundmaterial in einem erfindungsgemäßen Verfahren wiederverwendet werden. So betrifft die Erfindung gegebenenfalls auch ein Kreislaufverfahren, in dem die Herstellungsschritte wiederholt ausgeführt werden und der hergestellte Verbundwerkstoff als Alt-Verbundwerkstoff dem Verfahren erneut zugeführt wird.

Ein beispielhaftes Bindemittel, das im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann, ist eine Mischung umfassend Stärke und Lignosulfonat, insbesondere enthaltend zumindest 10 Gew.-% Stärke, bevorzugt zumindest 30 Gew.-% Stärke, bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittels. Dieses Bindemittel begünstigt in vorteilhafter Weise die Adhäsion des Bindemittels an die Späne und führt so zu einem verringerten Auswaschen bei Behandlung mit Wasser.

Andere beispielhafte Bindemittel, die zusätzlich oder alternativ eingesetzt werden können sind Proteine und/oder Polysaccharide. Exemplarische Bindemittel umfassen Stärke oder Kollagen.

Gegebenenfalls enthält das Bindemittel weitere Additive, insbesondere anorganische Additive, beispielsweise Salze oder mineralische Stoffe. Beispielsweise können Natrium-Salze, wie etwa Kochsalz, verwendet werden, um die Bindewirkung des Bindemittels durch Stärkung von Wasserstoffbrückenbindungen zu erhöhen. Asche kann eingesetzt werden, um eine ionische Quervernetzung des Bindemittels zu erzeugen und die Wasserbeständigkeit des Bindemittels zu erhöhen.

Um eine ausreichende Bindewirkung zu ermöglichen, beträgt der Gehalt an Bindemittel im Verbundwerkstoff zwischen 2 Gew.-% und 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs.

Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch einen Verbundwerkstoff, der mit einem oben beschriebenen Verfahren erhalten wird. Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch einen Verbundwerkstoff umfassend Späne lignozellulosischer Biomasse, insbesondere Holz, wobei die Späne mit einem wasserlösbaren, reversibel bindenden Bindemittel verbunden sind. Der Verbundwerkstoff kann mit einem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten werden oder mit einem anderen Verfahren erhältlich sein. Der Verbundwerkstoff kann ein Profil, eine Platte oder ein anderes Formteil sein, das sich durch einen Pressvorgang erzeugen lässt. Gegebenenfalls kann der Verbundwerkstoff auch ein bearbeitetes Formteil sein.

Weiters offenbart wird ein wasserschwächbares, reversibel bindendes Bindemittel, insbesondere zum Binden von Spänen lignozellulosischer Biomasse, das Stärke und Lignosulfonat umfasst. Gegebenenfalls beträgt der Gehalt an Stärke zumindest 10 Gew.-% Stärke, bevorzugt zumindest 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittels. Gegebenenfalls enthält das Bindemittel weitere Additive. Das Bindemittel kann gegebenenfalls als Klebstoff eingesetzt werden.

Gegebenenfalls betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs, wobei der Verbundwerkstoff ein Agglomerat ist, das Späne lignozellulosischer Biomasse, insbesondere Holz, umfasst, wobei die Späne mit einem wasserschwächbaren, reversibel bindenden Bindemittel verbunden sind, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Bereitstellen von losem Spanmaterial, umfassend oder bestehend aus Spänen, die mit dem Bindemittel benetzt sind, (b) gegebenenfalls Anpassen des Wassergehalts des Spanmaterials, und (c) Verpressen des Spanmaterials zum Erhalten des Verbundwerkstoffs, wobei das Spanmaterial vor dem Verpressen bezogen auf sein Gesamtgewicht einen Wassergehalt zwischen 5 Gew.-% und 40 Gew.-% aufweist, und wobei die Temperatur des gepressten Spanmaterials in einer ersten Pressphase zumindest 100°C, bevorzugt zumindest 120°C, beträgt.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Temperatur des gepressten Spanmaterials in der ersten Pressphase in Schritt (c) höchstens 300°C, bevorzugt höchstens 200°C, ist.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Dauer der ersten Pressphase in Schritt (c) zumindest 2 Sekunden pro Millimeter Dicke des verpressten Spanmaterials, bevorzugt zumindest fünf 5 Sekunden pro Millimeter Dicke des verpressten Spanmaterials, beträgt.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass in Schritt (c) eine zweite Pressphase vorgesehen ist, die auf die erste Pressphase folgt, wobei die Temperatur des gepressten Spanmaterials in der zweiten Pressphase auf unter 100°C gesenkt wird.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das lose Spanmaterial aus Schritt (a) in Schritt (c) mindestens um den Faktor 3 kompaktiert wird.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Bindemittel eine Mischung umfassend Stärke und Lignosulfonat ist, wobei der Gehalt an Stärke, bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittels, zumindest 10 Gew.-%, bevorzugt zumindest 30 Gew.-%, beträgt.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Gehalt an Bindemittel im Verbundwerkstoff zwischen 2 Gew.-% und 30 Gew.-% beträgt.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Bindemittel zusätzlich Additive enthält, insbesondere anorganische Additive, beispielsweise Salze und/oder Mineralstoffe.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Bereitstellen des losen Spanmaterials in

Schritt (a) erfolgt durch: (a1 ‘) Bereitstellen eines Alt-Verbundwerkstoffs, wobei der Alt- Verbundwerkstoff ein Agglomerat ist, das mit dem Bindemittel verbundene Späne umfasst oder daraus besteht, (a1 “) Behandeln des Alt-Verbundwerkstoffs mit flüssigem und/oder gasförmigem Wasser zum Schwächen und/oder Aufheben der Bindewirkung des Bindemittels, und (a1“‘) Zerkleinern des mit Wasser behandelten Alt- Verbundwerkstoffs, wobei die Schritte (a1“) und (a1“‘) gegebenenfalls gleichzeitig durchgeführt werden.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass beim Zerkleinern des Alt-Verbundwerkstoffs in Schritt (a1“‘) keine wesentliche Zerkleinerung der Späne des Alt-Verbundwerkstoffs erfolgt.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass während des Verfahrens zusätzlich zu dem bereits im Spanmaterial enthaltenen Bindemittel kein zusätzliches Bindemittel zugegeben wird.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Behandeln in Schritt (a1“) durch Bedampfen des Alt-Verbundwerkstoffs mit Wasserdampf erfolgt.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Bereitstellen des losen Spanmaterials in Schritt (a) erfolgt durch: (a2‘) Bereitstellen von Spänen und Bindemittel, wobei das Bindemittel als Pulver vorliegt, (a2“) Suspendieren des Bindemittels in Wasser und/oder Befeuchten der Späne, und (a2“‘) Vermischen von Spänen und Bindemittel.

Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der in Schritt (a1‘) bereitgestellte Alt- Verbundwerkstoff ein Verbundwerkstoff ist, der mit einem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten wurde.

Gegebenenfalls betrifft die Erfindung einen Verbundwerkstoff, erhältlich mit einem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei der Verbundwerkstoff Späne lignozellulosischer Biomasse, insbesondere Holz, umfasst, wobei die Späne mit einem wasserschwächbaren, reversibel bindenden Bindemittel gebunden sind. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Bindemittel eine Mischung umfassend Stärke und Lignosulfonat ist, wobei der Gehalt an Stärke, bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittels, zumindest 10 Gew.-%, bevorzugt zumindest 30 Gew.-%, beträgt, und dass der Gehalt an Bindemittel im Verbundwerkstoff zwischen 2 Gew.-% und 30 Gew.- % beträgt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, den Figuren sowie der Beschreibung der Ausführungsbeispiele. Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von exemplarischen Ausführungsbeispielen im Detail erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Vergleich der Festigkeit bei unterschiedlichen Presstemperaturen;

Fig. 2 einen Vergleich der Festigkeit bei Verwendung eines Kühlschritts beim Verpressen; und

Fig. 3 einen Vergleich der Festigkeit im Vergleich zu herkömmlichem Bindemittel sowie den Vergleich nach einem Recyclingschritt.

Zur Prüfung der Bindewirkung und der Evaluierung von Verfahrensparametern wurde ein Modellsystem eingesetzt, bei dem zwei Buchenholz-Furnierplatten mit Bindemittel verbunden wurden. Dieses Modellsystem simuliert mit geringem experimentellem Aufwand die Verbindung von Holzspänen in einem Verbundwerkstoff, der mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird.

Die Ausführungsbeispiele 1 bis 3 wurden nach diesem Schema durchgeführt. In diesen Versuchen wurde die Festigkeit der Verbindung mit einem Automated Bonding Evaluation System (ABES) gemäß der Norm ASTM D7998-19 bestimmt.

Ausführungsbeispiel 1 - Evaluierung der Presstemperatur

In diesem Ausführungsbeispiel wurde aus einem Bindemittel-Pulver bestehend aus 50 Gew.-% Weizenstärke und 50 Gew.-% Lignosulfonat, bezogen auf das Gewicht des Pulvers, eine Suspension mit einem Feststoffanteil von 50 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der gesamten Suspension, gebildet. Die Suspension wurde in definierter Menge auf eine Seite einer Buchenholz-Furnierplatte gestrichen. Eine weitere Buchenholz-Furnierplatte wurde darauf platziert und für 60 s bei Temperaturen des Materials zwischen 75°C und 175°C gepresst. Die gemessene Festigkeit der hergestellten Verbindungen ist in Fig. 1 dokumentiert. Die Messungen wurden jeweils in sechs Replikaten durchgeführt.

Es zeigt sich, dass erst bei 100°C eine signifikante Festigkeit erreicht wird, die bei 125°C und darüber deutlich gesteigert ist.

Ausführungsbeispiel 2 - Kühlung in zweiter Pressphase

In diesem Ausführungsbeispiel wurde aus einem Bindemittel-Pulver bestehend aus 30 Gew.-% Maisstärke und 70 Gew.-% Lignosulfonat eine Suspension gebildet. Die Suspension wurde in einer Menge von etwa 200 g/m ² auf eine Seite einer Buchenholz- Furnierplatte gestrichen. Eine weitere Buchenholz-Furnierplatte wurde darauf platziert und für 60 s bei einer Temperatur von 150°C gepresst. Auf diese erste Pressphase folgend wurde in einer zweiten Pressphase eine Kühlung auf unter 100°C für die Dauer von 30 s vorgenommen. Die Kühlung führte dazu, dass die Temperatur im Inneren des gepressten Materials nach Abschluss der zweiten Pressphase unter 100°C, insbesondere bei etwa 40°C, lag. Die gemessene Festigkeit der so erzeugten Matenalverbindungen ist in Fig. 2 gezeigt. Die Messungen wurden jeweils in sechs Replikaten durchgeführt.

Es zeigt sich, dass die Kühlung in der zweiten Pressphase die Festigkeit der Matenalverbindung signifikant verbessert. Dies kann gemäß möglicherweise darauf zurückgeführt werden, dass nach der ersten Pressphase verbleibender Wasserdampf einen hohen Dampfdruck entwickelt, der bei sofortigem Nachlassen des Pressdrucks entweicht und die Matenalverbindung schwächt. Die Kühlung in der zweiten Pressphase führt hingegen zu einem Abbau des Dampfdrucks.

Ausführungsbeispiel 3 - Vergleich mit herkömmlichem Bindemittel In diesem Ausführungsbeispiel wurden bei einer Presstemperatur von 150°C mit Kühlung nach der ersten Pressphase erhaltene Matenalverbindungen, hergestellt mit einem den Ausführungsbeispielen 1 und 2 ähnlichen Verfahren, mit der Bindewirkung von Harnstoff-Formaldehyd verglichen. Das herkömmliche nicht erfindungsgemäße Bindemittel in Form von Harnstoff-Formaldehyd wurde unter den in Ausführungsbeispiel 1 beschriebenen Verfahrensbedingungen verarbeitet. Der Vergleich ist in Fig. 3 durch die weißen Balken dargestellt. Die Messungen wurden jeweils in sechs Replikaten durchgeführt.

Es zeigt sich, dass sich die mittlere Festigkeit der erfindungsgemäß hergestellten Verbindung nicht signifikant von jener, die mit Harnstoff-Formaldehyd erhalten wurde, unterscheidet. Die Ergebnisse dokumentieren daher eine gute Eignung des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Herstellung von Holz-Holz-Verbindungen, insbesondere in einem Verbundwerkstoff.

Die so erstellten Matenalverbindungen wurden mit Wasser behandelt, gelöst und es wurde ohne Zugabe von neuem Bindemittel unter denselben Bedingungen wie beim ersten Pressvorgang nochmals verpresst. Dieser Versuch dient der Dokumentation der Recyclingfähigkeit. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Fig. 3 durch die strichlierten Balken dargestellt. Hinsichtlich der Matenalverbindungen gemäß dem Vergleichsbeispiel wird angemerkt, dass die Behandlung mit Wasser zu keiner Schwächung der Bindung geführt hat. Diese Matenalverbindungen mussten durch reine mechanische Zerstörung gelöst werden.

Es zeigt sich, dass die Festigkeit der Bindewirkung beim erfindungsgemäßen Verfahren beim erneuten Verpressen nicht signifikant niedriger ist als beim ersten Pressen. Die Festigkeit der Matenalverbindung mit herkömmlichem Harnstoff-Formaldehyd ist jedoch deutlich niedriger, was darauf zurückgeführt werden kann, dass Harnstoff-Formaldehyd kein reversibel bindendes Bindemittel ist.

Ausführungsbeispiel 4 - Herstellung einer Verbundwerkstoff-Platte aus nativen A usgangsmaterialien In diesem Ausführungsbeispiel wurde unter Anwendung der Erkenntnisse aus den Ausführungsbeispielen 1 bis 3 unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eine Verbundwerkstoff-Platte hergestellt.

Es wurden Nadelholzspäne mit einer mittleren Länge von etwa 5 mm eingesetzt. Das Bindemittel war ein Pulver bestehend aus einer Mischung von 30 Gew.-% Weizenstärke und 70 Gew.-% Lignosulfonat.

Die im Wesentlichen trockenen Späne wurden mit Wasser auf einen Wassergehalt von 30 Gew.-% gebracht. Alternativ könnten stattdessen auch frische Späne eingesetzt werden, die noch nicht getrocknet wurden.

Dann wurde das Bindemittel-Pulver zu den feuchten Spänen gegeben und vermischt, um mit dem Bindemittel benetzte Späne zu erzeugen. Der Gehalt an Bindemittel in Bezug auf die Gesamtmenge der so erhaltenen Mischung betrug etwa 10 Gew.-%.

Nach einem Vorpressschritt wurde das Spanmaterial bei einer Temperatur von etwa 160°C heiß zu einer Dichte von etwa 600 kg/m ³ verpresst. Diese erste Pressphase dauerte etwa 10 min. Nach Abschluss der ersten Pressphase wurde das verpresste Material in einer zweiten Pressphase unter Aufrechterhaltung des Pressdrucks auf unter 100°C abgekühlt.

Dadurch wurde eine Verbundwerkstoff-Platte erhalten, die ein reversibel bindendes und formaldehydfreies Bindemittel enthält.

In einer Alternative des Verfahrens gemäß Ausführungsbeispiel 4 kann aus dem Bindemittel-Pulver auch eine Suspension gebildet werden, die anschließend mit trockenen Spänen vermischt wird.

Ausführungsbeispiel 5 - Herstellung einer Verbundwerkstoff-Platte aus Recycling material In diesem Ausführungsbeispiel wurde mit einem erfindungsgemäßen Verfahren eine Verbundwerkstoff-Platte aus Abfallmaterial von Alt-Verbundwerkstoff hergestellt.

Der Alt-Verbundwerkstoff war Plattenmaterial aus Nadelholzspänen einer mittleren Länge von etwa 3 mm, die mit etwa 15 Gew.-% eines Bindemittels aus 50 Gew.-% Weizenstärke und 50 Gew.-% Lignosulfonat zusammengehalten wurden. Zum Bereitstellen mit Bindemittel benetzter Späne wurde der Alt-Verbundwerkstoff mit Wasserdampf befeuchtet, um die Bindewirkung des Bindemittels zu schwächen. Gleichzeitig mit der Befeuchtung wurde eine sanfte Zerkleinerung mittels einer Zerkleinerungswalze durchgeführt. Die Zerkleinerung erfolgte derart, dass keine wesentliche Zerkleinerung der einzelnen Späne erfolgte, sondern nur eine Separierung der durch das Bindemittel verbundenen Späne erreicht wurde.

Nach dem Zerkleinern wurde der Wassergehalt des erhaltenen Spanmaterials gemessen und anschließend auf etwa 20 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Spanmaterials eingestellt.

Mit dem so erhaltenen Spanmaterial wurde wie im zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel 4 mit den benetzten Spänen verfahren, um eine Verbundwerkstoff- Platte zu erhalten. Die nach diesem Verfahren erhaltene Platte hatte im Vergleich zur jener aus dem Ausführungsbeispiel 4 ähnliche mechanische Eigenschaften.

Das Verfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel stellt ein Herstellungsverfahren bereit, das vollständig auf recyclierten Rohstoffen basiert. Dies bedeutet insbesondere, dass kein neues Bindemittel zugegeben werden muss, um eine ausreichende Bindewirkung zu erreichen. Derart hergestellte Verbundwerkstoffe können mehrmals als Alt-Verbundwerkstoff verwendet werden, ohne dass sich die Eigenschaften drastisch verschlechtern. Dadurch wird eine vollständige Kreislaufwirtschaft derartiger Verbundwerkstoffe ermöglicht.