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Verfahren und Pressbleche für die Herstellung von Faserplatten oder
Presslingen mit ein- oder beiderseitig glatter Oberfläche aus lignozellulosehaltigen Hackschnitzeln
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Nach einer bestimmten Reaktionszeit lässt man die Presslinge unter ständigem Druck auskühlen. Durch Anwendung von hohem Druck entstehen Presslinge mit hohem Raumgewicht von 1, 35 bis 1, 4 g/cm3, welches bei Faserplatten unerwünscht ist. Das komplizierte Pressdiagramm, u. zw. insbesondere das Abkühlen der Form im zweiten Abschnitt des Pressvorganges, erfordert ungewöhnlich lange Presszyklen (mehr als 25 min), ferner bedeutenden Verbrauch von Kühlwasser ; die Herstellung ist jedoch insbesondere mit bedeutendem Wärmeverlust verbunden, der die Wirtschaftlichkeit dieser ungünstig beeinflusst.
Es wurde festgestellt, dass bei keinem der bisher bekannten Herstellungsverfahren für Faserplatten oder Presslinge aus lignozellulosehaltigem Material unter Druck und bei höheren Temperaturen, obschon mit oder ohne Verwendung von Bindemitteln, die beim Dämpfen des gehackten Materials entstehenden, für die Bildung von Bindemitteln und für die Verklebung der Faser von hergestellten Platten wichtigen, wasserlöslichen Stoffe nicht in vollem Ausmasse ausgenutzt werden. Diese Stoffe wurden z. B. bei der Herstellung von Faserplatten im Nassverfahren während der Vorbereitung vor dem Pressen und während der ersten Pressphase herausgeschwemmt.
Bei Anwendung des Trockenverfahrens wurde das Grundmaterial unter 81o oder auf eine niedrigere Feuchtigkeit ausgetrocknet, so dass es auch hier unmöglich war, die wasserlöslichen Stoffe auszunutzen, weil die für die Reaktion nötige Feuchtigkeit fehlte. Beim Halbtrockenverfahren wurde die Feuchtigkeit zwar in den Grenzen von 25 bis 36% gehalten, aber diese verdampfte sofort zu Beginn des Pressens und konnte für die Reaktion und somit für die Bildung von Bindestoffen nicht mehr verwendet werden. Beim Trocken- und auch beim Halbtrockenverfahren geht somit im ersten Moment des Pressens die Fähigkeit der Plastifizierung verloren.
Zum Unterschied von diesen Verfahren werden gemäss dieser Erfindung die Hackschnitzel für die weitere Zerfaserung bei mittleren und niedrigen Drücken durch Dämpfen so vorbereitet, dass der Abbaugrad von lignozellulosehaltigem Material durch Analyse der Menge von wasserlöslichen Stoffen, welche die dynamische Festigkeit der Platten beeinflussen, in vorherbestimmten, durch das verarbeitete Material gegebenen Grenzen kontrolliert wird. Die Erfindung besteht also in der Kombination der Vorbereitungskontrolle von lignozellulosehaltigem Material durch Dämpfen bei mittleren und niedrigen Drücken mit darauffolgender Verarbeitung des zerfaserten Rohstoffes und mit Vorbereitung der Fasermatte.
Gemäss dieser Erfindung erhält man ähnlich wie bei Platten aus dem Nassverfahren Hartfaserplatten von hoher dynamischer Festigkeit, wenn während der Dämpfung ein Gehalt an wasserlöslichen Stoffen von 2 bis 30% aufrechterhalten wird, und dann das gedämpfte Material fein zerfasert und auf einem vom verarbeiteten Rohstoff und vom Gehalt an wasserlöslichen Stoffen abhängigen Feuchtigkeitsgehalt von 2 bis 30% vorgetrocknet wird, dann das vorgetrocknete Fasermaterial in einer geschlossenen Presse bei einem Druck von 25 bis 70 kg/cm und einer Temperatur von 180 bis 2600C gepresst,
wobei während des Press- vorganges gemäss dem vorbestimmten Verhältnis zwischen dem ermittelten und regulierten Gehalt an wasserlöslichen Stoffen und dem Feuchtigkeitsgehalt das kontinuierliche oder diskontinuierliche Ablassen der an der Reaktion nicht beteiligten Menge an Dampfgasgemisch aus dem geschlossenen Pressraum zeitlich geregelt wird.
In der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der beim Pressen von lignozellulosehaltigem Material im Verfahren gemäss dieser Erfindung schematisch verwendeten Pressbleche dargestellt.
Bei der Herstellung von Faserplatten und-presslingen gemäss der Erfindung wird Holz oder anderes lignozellulosehaltiges Material zu Hackschnitzeln oder Spänen zerhackt und dann bei einem Druck von 1 bis 20 atm gedämpft. Die Dämpfzeit sowie Temperatur bzw. der Druck werden bei ständiger Kontrolle der Abbaustufe des Holzes oder des lignozellulosehaltigen Materials durch eine Mengenanalyse der in einer Höhe von 2 bis 30% aufrecht erhaltenen wasserlöslichen Stoffe bestimmt.
Das gedämpfte Material wird dann mittels Scheiben- oder andern Zerfaserern zerfasert und auf einen Feuchtigkeitsgehalt von 2 bis 30% vorgetrocknet. Der von der Art des verarbeiteten Rohstoffes und vom Gehalt an wasserlöslichen Stoffen abhängige Feuchtigkeitsgehalt wird in vorherbestimmtem Verhältnis in bezug auf den ermittelten Gehalt an wasserlöslichen Stoffen ständig kontrolliert und reguliert. Auf das gedämpfte und nach seiner Klimatisierung zerfaserte Material oder auf das vorgetrocknete Fasermaterial werden vor dem Pressen katalytisch wirkende Chemikalien, alkalische oder saure Verbindungen, wie Natriumhydroxyd, Natriumcarbonat, Schwefelsäure, Zinkchlorid u. ähnl., aufgebracht. Während der Trocknung im Luftstrom können grobe Anteile aussortiert und auf einer besonderen Mühle nachgemahlen werden.
Beim Aussortieren von gröberen Anteilen im Luftstrom wird die im Material gespeicherte Wärme für die gleichzeitige Trocknung des zerfaserten Materials ausgenutzt. Einzelne Faserfraktionen werden pneumatisch in eine oder mehrere'Formkammern transportiert, durch diese werden die Fasern gleichmässig auf ein bewegliches Band aufgetragen, u. zw. so, dass die feinen Anteile auf die Oberflächen, die groben Anteile jedoch in die Mitte der gebildeten Fasermatte geschichtet werden. Dieses Band transportiert die
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Fasermatte in eine kontinuierlich arbeitende Walzen-Vorpresse, wo die Matte verdichtet wird.
Verdichtet wird im Kaltverfahren (ohne erhöhte Temperaturen) oder durch Erwärmung der Matte über 100 C, wodurch einesteils eine stärkere Verdichtung der Matte (die sich auch durch geringe Federung nach der Vorpresse bemerkbar macht) und ausserdem eine bessere Kohäsion, welche dieBesäumung der Matte auf scharfe Kanten sowie eine sichere Manipulation beim Weitertransport ermöglicht. Dadurch wird die Presszeit in der hydraulischen Heisspresse verkürzt. Vor dem Eintritt in eine geschlossene hydraulische Heisspresse kann die Matte nach Bedarf mit Wasser oder mit Lösungen, die aktive Stoffe zum Schutz der fertigen Platten vor pflanzlichen und tierischen Schädlingen enthalten oder mit feuerhemmenden oder mit Lösungen, die die Widerstandsfähigkeit gegen Feuchtigkeit erhöhen, besprengt werden.
Diese Mittel kaon- nen selbstverständlich auch an einer andern Stelle der Herstellungsstrasse, wie z. B. beim Dämpfen oder bei der Zerfaserung, hinzugefügt werden. Das Pressen erfolgt bei einem Druck von 25 bis 70 kg/cm2 und einer Temperatur von 180 bis 260 C.
Das Pressen von lignozellulosehaltigem Material wird bisher in einem geschlossenen Raum so durchgeführt, dass der gepresste Stoff selbst einen hermetischen Verschluss bildet. Die Bildung des Verschlusses durch den Stoff selbst kann so erreicht werden, dass an den Rändern des gepressten Materials eine stärkere Schicht aufgetragen wird und dass der Verschluss durch Zusammenpressen des Materials entsteht. Einen Nachteil des angeführten Verfahrens stellt der bedeutende Stoffverlust dar.
Der Erfindung gemäss wird das Reaktionsgleichgewicht der Bildung von Bindestoffen dadurch aufrechterhalten, dass während des Pressvorganges gemäss dem vorbestimmten Verhältnis zwischen dem ermittelten und regulierten Gehalt an wasserlöslichen Stoffen und dem Feuchtigkeitsgehalt das kontinuierliche oder diskontinuierliche Ablassen der an der Reaktion nicht beteiligten Menge an Dampfgasgemisch aus dem geschlossenen Pressraum zeitlich geregelt wird. Es ist von Vorteil, den durch den Stoff selbst gebildeten Verschluss zu verwenden. Gemäss der Erfindung werden Pressbleche verwendet, von denen das Pressblech 1 am ganzen Umfang mit einem zusammenhängenden Rand, Bördel oder Rahmen 2 oder mit einer ähnlichen keilförmigen Umrandung versehen ist, der gleichzeitig das Format des Erzeugnisses bildet.
Der Pressstoff 3 wird in gleichmässiger Höhe auf das ganze Blech 1, gewöhnlich auf ein Blech ohne Rand 2, aufgetragen, und auf die so gebildete Matte wird das mit dem Rand 2 versehene Blech l* gelegt, welches den Umriss des gewünschten Presslings'hat. Die Höhe des Randes oder Bördels 2 kann der Stärke des Presslings entsprechen oder höher sein, und in diesem Fall wird das zweite Pressblech eine gegenüberliegende Kerbe aufweisen.
An den Stellen, wo sich der Rand oder das Bördel befindet, wird das Material schneller zusammengedrückt und so entsteht die Dichtung 4 mit grösserer Dichte. Diese Dichtung bildet dann den Verschluss dieses Raumes. Nach dem Pressen bildet der unter dem Rand verdichtete Stoff eine Trenngrenze zwischen dem Qualitätspressling und dem Rand. Die durch den Rand gekennzeichnete gepresste Nut dient dem leichten Abtrennen bzw. dem direkten Formatschneiden des Presslings.
Die Erfindung kann nicht nur zum Pressen von Grossflächen-Formaten verwendet werden, sondern kann vorteilhaft auch beim Pressen kleiner Presslinge und Muster auf Platten, wie z. B. Kachelmuster u. a., verwendet werden.
Während des Pressens wird das Ablassen des Überschusses des Dampfgemisches zeitlich geregelt, u. zw. stossweise oder kontinuierlich. Beim regulierten stufenweisen Ablassen des Dampfgemisches kann dieses Gemisch entweder in bestimmten Zeitabständen oder allmählich so abgelassen werden, dass das Gleichgewicht der chemischen Reaktion der Bindestoff-Bildung erhalten bleibt. Nach Beendigung des Pressens, was je nach der Plattenstärke 1 - 10 min dauert, wird die Platte in heissem Zustand, also ohne Abkühlung der Presse, entnommen. Nach dem Pressen werden die Platten in bekannter Art und Weise besäumt bzw. nachgehärtet und klimatisiert.
Die Pressbedingungen können je nach der erwünschten Plattenqualität variieren, u. zw. die Temperatur zwischen 180 und 2600C und der Druck zwischen 25 bis 70 kg/cm2. Nach diesem Verfahren werden beiderseitig glatte Platten hergestellt ; es können jedoch auch einseitig glatte Platten erzeugt werden.
Ausführung sbeispiel :
Buchenholz wird zu Hackschnitzeln einer Länge von beispielsweise 2 X 2, 5 cm zerhackt. Diese Hackschnitzel werden dann gedämpft und zerfasert. Die Dämpfung und Zerfaserung wird bei ständiger Kontrolle der Abbaustufe des Holzes derart vorgenommen, damit der vorherbestimmte Gehalt von 9% 2% an wasserlöslichen Stoffen aufrechterhalten wird. Um diesen Gehalt an wasserlöslichen Stoffen aufrechtzuerhalten, wird im Defibrator (z. B. nach Asplund) bei einem Dampfdruck von 10 atü und einer Feuchtigkeit des zu verarbeitenden Holzes von 40% atro 1 min lang bei einer Temperatur von 1870 defibriert. Es ist also wichtig, den Druck, die Feuchtigkeit und die Zeit sowie die Temperatur richtig zu
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wählen, um die Menge der wasserlöslichen Stoffe aufrechtzuerhalten.
Bei andern Holzarten ist die Menge wasserlöslicher Stoffe auch vorher bestimmt und demgemäss modifiziert man den Dampfdruck, die Feuchtigkeit des zu verarbeitenden Holzes sowie die Zeit und die Temperatur. Die Richtigkeit des Zerfaserungsvorganges wird durch Extrahieren eines Fasermusters z. B. im Soxhletapparat während 6 h kontrolliert. Die Feinheit des zerfaserten Stoffes soll 11% : 2% SR erreichen. Im weiteren Prozess, d. h. bei der Vortrocknung und Formung der Matte, beim Formatsägen und beim Pressen muss die erreichte Menge wasserlöslicher Stoffe von 9% : k 2% aufrechterhalten werden.
Um dies zu erreichen, wird der zerfaserte Stoff während des pneumatischen Transportes in der sogenannten Klimatisierungsleitung auf 18% 2% bei einer Temperatur von 50 bis 1000C und einer Feuchtigkeit von 70% klimatisiert und in die Verfilzungsanlage transportiert, wo er (ohne Verwendung von Wasser) geschichtet wird. Bei der Herstellung von 3, 2 mm dicken Faserplatten wird eine Matte von 85 mm Stärke verfilzt. Die Dicke der Verfilzung der Matte hängt von der Dicke des erforderlichen Erzeugnisses ab. Um die Dicke der Mattenstärke herabzusetzen und den Vorpressling zu verfestigen, wird die Fasermatte in einer auf 140 - 1600C vorgewärmten Walzenvorpresse bei einem Druck von 120 kg/cm zu einer Dicke von 25 mm vorgepresst.
Die formatge- schnittene Matte kann vor Eingang in die Presse oder bei andern Operationen vor dem eigentlichen Pressen mit Tränkungsstoffen besprüht werden. Das eigentliche Pressen wird in hydraulischen Pressen durchgeführt, in denen Pressbleche mit einem zusammenhängenden Rand, Bördel oder Rahmen verwendet werden. Beim Pressen der Matten beträgt der Gehalt an wasserlöslichen Stoffen 9% 1 2eb, die durch Klimatisierung auf 18% aufrechterhalten werden ; das Verhältnis zwischen Feuchtigkeit und wasserlöslichen Stoffen wird bei einer Presstemperatur von 2000C und bei einem Pressdruck von 60 kg/cm2 durch stossweises Ablassen des Dampfgasgemisches während des Pressens zweimal hintereinander in einer Zeitspanne von l, 5 min eingestellt.
Während des Ablassens des Dampfgasgemisches wird der Pressdruck auf den Druck der umgebenden Atmosphäre herabgesetzt. Infolge der Verwendung von Blechen mit zusammenhängendem Rand wird an den Stellen des Randes ein Verschluss gebildet, der den Pressstoff hermetisch abschliesst. In einem so gebildeten Raum verläuft die chemische Reaktion bei gleichem vorherbestimmtem und erhaltenem Gehalt an wasserlöslichen Stoffen am Umfang des ganzen Presslings. Um die Wasser- und Biegefestigkeit der Platten zu erhöhen, werden die gepressten Platten bei einer Temperatur von 180 C 2 h gehärtet. Die Platten werden vor dem Versand klimatisiert.
Als Rohstoff können fast alle Holzarten, also Nadel- und Laubhölzer, sowie auch andere lignozellulosehaltige Materialien verwendet werden, da bei diesem Verfahren nicht nur die Länge der Elementarfaser entscheidet, sondern auch die Menge und der Charakter von aktiven Stoffen, die bei der hydrothermischen Behandlung von Holz beim Dämpfen, Zerfasern, Vorwärmen und Pressen entstehen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Faserplatten oder Presslingen mit ein-oder beiderseitig glatter Oberfläche aus lignozellulosehaltigen Hackschnitzeln, die bei 1 - 20 atm und erhöhter Temperatur in geschlossenem Raum gedämpft werden, dadurch gekennzeichnet, dass während der Dämpfung ein Gehalt an wasserlöslichen Stoffen von 2 bis 30% aufrechterhalten wird, und dann das gedämpfte Material fein zerfasert und auf einen vom verarbeiteten Rohstoff und vom Gehalt an wasserlöslichen Stoffen abhängigen Feuchtigkeitsgehalt von 2 bis 30% vorgetrocknet wird, dann das vorgetrocknete Fasermaterial in einer geschlossenen Presse bei einem Druck von 25 bis 70 kg/cm2 und einer Temperatur von 180 bis 2600C gepresst,
wobei während des Pressvorganges gemäss dem vorbestimmten Verhältnis zwischen dem ermittelten und regulierten Gehalt an wasserlöslichen Stoffen und dem Feuchtigkeitsgehalt das kontinuierliche oder diskontinuierliche Ablassen der an der Reaktion nicht beteiligten Menge an Dampfgasgemisch aus dem geschlossenen Pressraum zeitlich geregelt wird.