BE1021591B1

BE1021591B1 - Fabricage van plaatmateriaal en daartoe geschikte biolijm

Info

Publication number: BE1021591B1
Application number: BE2013/0241A
Authority: BE
Inventors: Koen Nel; Jimmy Baert
Original assignee: Unilin Bvba; Spano Nv; Spanoinvest Nv
Priority date: 2013-04-05
Filing date: 2013-04-05
Publication date: 2015-12-16
Also published as: WO2014162253A1; EP2981399A1

Abstract

De huidige uitvinding betreft een lijmsamenstelling voor het verlijmen van lignocellulose houdend materiaal tot vorming van een OSB, multiplex-, vezel- of spaanplaat, omvattend: water, een plantaardige eiwitbron, een polyamidoamine- epihalohydrine polymeer (PAE), een lithium bron of een magnesium bron; waarbij de componenten aanwezig zijn in een hoeveelheid en verhouding geschikt voor het verlijmen van het lignocellulose houdend materiaal voor aanmaak van een OSB, multiplex-, vezel- of spaanplaat. De uitvinding betreft tevens een werkwijze voor aanmaak van de lijmsamenstelling, werkwijzen voor aanmaak van plaatmaterialen met de lijmsamenstelling en plaatmaterialen omvattende de lijmsamenstelling, verkrijgbaar met een werkwijze volgens de uitvinding.

Description

FABRICAGE VAN PLAATMATERIAAL EN DAARTOE GESCHIKTE BIOLIJM TECHNISCH DOMEIN

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het maken van plaatmateriaal op basis van lignocellulose bevattend houtmateriaal en een daartoe geschikte biolijm; alsook op plaatmaterialen verkrijgbaar met de biolijm.

INLEIDING

Het is bekend om platen te vervaardigen door lignocellulose bevattend materiaal met een ureum-formaldehyde of ureum-melamine-formaldehydehars als bindmiddel te verpersen.

Een op deze wijze verkregen vezelplaat of spaanplaat geeft gedurende lange tijd geringe hoeveelheden formaldehyde af aan de lucht. Door vermindering van de hoeveelheid formaldehyde ten opzichte van de aminoverbindingen in de lijm kan de formaldehyde-afgifte ten opzichte van het plaatmateriaal worden verminderd. Het is echter gebleken dat aan deze verlaging van het formaldehydegehalte van de lijm grenzen gesteld worden, doordat deze verlaging leidt tot een vermindering van de sterkte-eigenschappen van de plaat, zoals de vocht- en weerbestendigheid van de plaat.

Alternatieve lijmsystemen werden voorgesteld op basis van polyisocyanaat als bindmiddel. Nadelen van deze werkwijze zijn de hoge kostprijs van het bindmiddel en de bij het verpersen optredende problemen.

In EP0013447 werd een lijmsysteem voorgesteld op basis van aminoplasten met verlaagd formaldehydegehalte met 2 tot 20% oplosbaar of dispergeerbaar proteïne. Dit lijmsysteem kan de formaldehyde afgifte reduceren doch niet vermijden. Om gunstige sterkte eigenschappen te bekomen dient een ureum-formaldehyde (UF) bindmiddel gebruikt te worden. Bovendien moet een ureum-melamine-formaldehydehars als bindmiddel toegepast worden om weerbestendige spaanplaten te verkrijgen.

Het gebruik van soja eiwit als hout lijmmiddel is reeds bekend sinds 1930. Doch petroleum-afgeleiden vervingen soja eiwitten daar ze een relatief lage bindingssterkte en water resistentie hadden. Sojameel of -proteïnen zijn echter een relatief goedkope grondstof en zijn een milieuvriendelijk, hernieuwbaar materiaal.

Li et al. (Li K., Peshkova S., Geng X. 2004 Investigation of soy protein-Kymene® adhesive Systems for wood composites. J. Am. Oil Chem. Soc. 81, 487-491.) beschreef de combinatie van soja-eiwitten met Kymene®, een commercieel polyamide-epichloorhydrine (PAE) gebruikt in de papier industrie om de "wet stength" te verhogen. Doch het hars systeem is een zeer visceus materiaal met beperkte houdbaarheid, bijgevolg enkel bruikbaar voor rollcoat toepassingen.

Uit EP2054461 is een lijmsamenstelling gekend op basis van sojameel en een een polyamidoamine-epihalohydrine polymeer. Sojameel functioneert als bindmiddel doch vereist de aanwezigheid van een cross-linker. Deze lijmsamenstellingen hebben het nadeel dat ze een hoge viscositeit vertonen bij een interessant droge stof gehalte en bijgevolg moeilijk toepasbaar zijn. Om de samenstelling op een hanteerbare viscositeit te brengen wordt water toegevoegd. Doch het extra water reduceert het vaste stof gehalte en bijgevolg de hoeveelheid actief materiaal. Bovendien dient het water bij de productie van plaatmateriaal te worden verwijderd uit het eindproduct ten koste van tijd, productiviteit en energie.

Het vaste stof gehalte van PAE/sojameelsamenstellingen kan verhoogd worden door toevoeging van bij voorbeeld ureum of glycerol. WO 2011/025911 beschrijft een zuur behandelde sojameeloplossing, waaraan een significante hoeveelheid ureum wordt toegevoegd. Deze soja-ureum lijmsamenstelling kan een vaste stof van boven de 50% bereiken en heeft aldus het voordeel dat minder water in het systeem wordt aangebracht. Soja-ureum lijmen kunnen met PAE gecombineerd worden om een laag-viskeus systeem te bekomen dat zowel voor MDF als bijvoorbeeld spaanplaat kan gebruikt worden. Deze systemen zijn echter weinig stabiel, kennen een grote variatie op het gebied van fysische karakteristieken van het plaatmateriaal, en hebben relatief lage reactiviteit.

Er blijft een nood in de industrie om aan bovenvermelde problemen een oplossing te bieden. Er is nood aan een lijmsamenstelling op basis van sojameel of ander plantaardig meel die aan bovenvermelde problemen een oplossing biedt bij de productie van multiplex-, MDF- of spaanplaat.

De uitvinding beoogt een lijmsamenstelling te verschaffen met hoge stockage stabiliteit, betere reactiviteit en goede hanteerbaarheid. Meer bepaald beoogt zij een samenstelling te verschaffen met een viscositeit geschikt om met verneveling of met mechanische belijming op een houtmassa te kunnen aanbrengen. Tevens beoogt de uitvinding een werkwijze te verschaffen waarin gebruik van de lijmsamenstelling leidt tot plaatmateriaal dat aan strenge formaldehyde emissie normen voldoet met het bereiken van zeer goede mechanische eigenschappen.

SAMENVATTING VAN DE UITVINDING

In een eerste aspect betreft de uitvinding een lijmsamenstelling geschikt voor het vervaardigen van OSB, multiplex-, vezel- of spaanplaat, zoals beschreven in conclusie 1. De uitvinding verschaft ook een werkwijze voor het aanmaken van de lijmsamenstelling, volgens conclusie 11.

Verder betreft de uitvinding werkwijzen voor het vervaardigen van plaatmaterialen, gebruikmakend van deze lijmsamenstelling, zoals beschreven in conclusies 16 en 17; alsook voor het bekleden van deze materialen met een dunne laag, zoals fineer, papier of laminaat, volgens conclusie 18.

In een derde aspect betreft de uitvinding plaatmateriaal verkregen volgens een werkwijze van de uitvinding, zoals beschreven in conclusie 19 en 23.

In een laatste aspect betreft de uitvinding gebruiken voor de samenstelling, namelijk als lijm voor het vervaardigen van OSB, multiplex-, vezel- of spaanplaat; volgens conclusie 24.

Verdere verbeteringen en specificaties zijn uitgewerkt in vervolgconclusies.

Volgens de uitvinding kan met een lijmsysteem gebaseerd op een plantaardige eiwitbron, polyamidoamine-epihalohydrine en een lithium of magnesium bron, bij voorkeur in oxide of hydroxide vorm, een plaatmateriaal gemaakt worden die een unieke combinatie van extreem lage formaldehyde afgifte en goede mechanische sterkte vertoont. Verdere voordelen zijn dat geen wijzigingen in het productieproces nodig zijn en dat grondstoffen kunnen gebruikt worden die tegen lage prijs in de handel beschikbaar zijn. De biolijm volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding kan als alternatief voor een UF-lijm worden ingezet.

GEDETAILLEERDE BESCHRIJVING

Tenzij anders gedefinieerd hebben alle termen die gebruikt worden in de beschrijving van de uitvinding, ook technische en wetenschappelijke termen, de betekenis zoals ze algemeen begrepen worden door de vakman in het technisch veld van de uitvinding. Voor een betere beoordeling van de beschrijving van de uitvinding, worden de volgende termen expliciet uitgelegd. "Een", "de" en "het" refereren in dit document naar zowel het enkelvoud als het meervoud tenzij de context duidelijk anders veronderstelt. Bijvoorbeeld, "een segment" betekent een of meer dan een segment.

Wanneer "ongeveer" of "rond" in dit document gebruikt wordt bij een meetbare grootheid, een parameter, een tijdsduur of moment, en dergelijke, dan worden variaties bedoeld van +/-20% of minder, bij voorkeur +/-10% of minder, meer bij voorkeur +/-5% of minder, nog meer bij voorkeur +/-1% of minder, en zelfs nog meer bij voorkeur +/-0.1% of minder dan en van de geciteerde waarde, voor zoverre zulke variaties van toepassing zijn in de beschreven uitvinding. Hier moet echter wel onder verstaan worden dat de waarde van de grootheid waarbij de term "ongeveer" of "rond" gebruikt wordt, zelf specifiek wordt bekendgemaakt.

De termen "omvatten", "omvattende", "bestaan uit", "bestaande uit", "voorzien van", "bevatten", "bevattende", "behelzen", "behelzende", "inhouden", "inhoudende" zijn synoniemen en zijn inclusieve of open termen die de aanwezigheid van wat volgt aanduiden, en die de aanwezigheid niet uitsluiten of beletten van andere componenten, kenmerken, elementen, leden, stappen, gekend uit of beschreven in de stand der techniek.

Het citeren van numerieke intervallen door de eindpunten omvat alle gehele getallen, breuken en/of reële getallen tussen de eindpunten, deze eindpunten inbegrepen.

In een eerste aspect betreft de uitvinding een biolijm, meer bepaald een lijmsamenstelling die geschikt is voor het verlijmen van lignocellulose houdend materiaal. Omwille van deze lijmeigenschap kan de biolijm volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding worden ingezet voor het aanmaken van lignocellulose houdende plaatmaterialen.

Het lignocellulose houdende materiaal bestaat uit houtspaanders of vezels, afkomstig van loofhout of naaldhout, van bekende afmeting.

Meer bepaald verschaft de uitvinding een lijmsamenstelling voor het verlijmen van lignocellulose houdend materiaal tot vorming van een OSB, multiplex-, vezel- of spaanplaat, omvattend: water, een plantaardige eiwitbron, een polyamidoamine-epihalohydrine polymeer (PAE), en een lithium bron of een magnesium bron. De componenten van de waterige lijmsamenstelling zijn in een hoeveelheid en verhouding aanwezig die geschikt is voor het verlijmen van lignocellulose houdend materiaal; meer bepaald voor aanmaak van een OSB, multiplex-, vezel- of spaanplaat.

In een voorkeursvorm van een lijmsamenstelling volgens de uitvinding heeft de eiwitbron een eiwit gehalte van minstens 35% of 40%, bij voorkeur 45%, meer bij voorkeur 50%, meest bij voorkeur 60%. Het eiwitgehalte wordt gemeten volgens gekende methoden.

Bij voorkeur is een lijmsamenstelling volgens de uitvinding vrij van formaldehyde. Dit komt de milieuvriendelijkheid ten goede.

In een voorkeursvorm omvat een lijmsamenstelling voor multiplex-, MDF- of spaanplaat: een oplossing van een plantaardig meel, bij voorkeur sojameel in water, een polyamidoamine-epihalohydrine polymeer (PAE), en 1%-10% lithium oxide, bij voorkeur l%-5% lithium oxide, of l%-20%, bij voorkeur 1%-10% MgO of Mg(OH)2, uitgedrukt op totale vaste stof van de lijmsamenstelling.

Bij voorkeur is de eiwitbron geselecteerd uit soja, lupine, jatropha en tarwe. Voor aanmaak van de lijmsamenstelling wordt bij voorkeur een eiwitbron gebruikt die voorligt in de vorm van een meel, concentraat of isolaat.

De voorkeur gaat uit naar een sojameel. Dit materiaal heeft een voldoende hoog eiwitgehalte opdat het zonder verdere opzuivering of aanrijking kan worden ingezet voor aanmaak van een lijmsamenstelling volgens een voorkeursvorm van de uitvinding.

Sojameel heeft typisch een samenstelling bestaande uit 45-55 gewichtsprocent soja eiwitten. Hoewel producten bestaan met een nog hoger gehalte aan soja eiwitten, namelijk soja eiwit concentraat met typisch minstens 65 gewichtsprocent proteïne en soja eiwit isolaat met typisch minstens 85 gewichtsprocent proteïne, volstaat het gebruik van sojameel. Dit heeft als voordeel dat minder productiestappen vereist zijn en bijgevolg de kostprijs lager is. Dit is van belang voor een concurrentieel product zoals spaanplaten.

Sojameel wordt verkregen door een deel of het merendeel van de olie uit de sojaboon te verwijderen, waardoor een restmeel wordt verkregen dat vervolgens uiterst fijn wordt vermalen. Het meel wordt verder bij voorkeur gedenatureerd en mogelijks gehydrolyseerd.

Sojameel kan in een waterige oplossing gebracht worden, waarbij het vaste stofgehalte beperkt zal zijn tot onder de 30%.

Een soja eiwit isolaat (SPI) heeft een eiwit gehalte van rond 85%. Dit product is zeer goed water oplosbaar. Dit heeft als voordeel dat het combineerbaar is met een PAE van hoog moleculair gewicht. Deze zijn meestal te visceus om ruim toepasbaar te zijn. Bij voorkeur wordt een sojameel gebruikt in combinatie met een PAE van relatief laag moleculair gewicht, dit is 2000-100.000 g/mol. Dit systeem is economisch zeer interessant en goed hanteerbaar qua viscositeit en stabiliteit van de lijmsamenstelling.

In een voorkeursvorm omvat de lijmsamenstelling ureum. Het gebruik van ureum heeft als voordeel dat het vaste stof gehalte van de lijm verder kan opgetrokken worden. Verder wordt de natuurlijk formaldehyde emissie naar beneden getrokken.

Om de vorming van ammoniak uit ureum door werking van urease te vermijden kan de lijmsamenstelling, bij voorkeur sojameel oplossing, gedurende een bepaalde tijd op minstens 80°C gebracht worden, kunnen urease inhibitoren toegevoegd worden, kan de lijmsamenstelling in een zuur milieu gebracht worden of kan gewerkt worden met een proteïne houdend meel met zeer laag gehalte aan urease. Door het toevoegen van ureum wordt een functionele crosslinker toegevoegd en kan de hoeveelheid vaste stof opgedreven worden tot boven de 60%. De viscositeit van de ureum-lijmoplossing blijft ook bij hoge vaste stofgehaltes lager dan 10 Pa.s. Aanwezigheid van ureum heeft tot gevolg dat de lijmsamenstelling beter mechanisch kan worden aangebracht.

Bij voorkeur heeft een lijmsamensteliing volgens de uitvinding een vaste stof gehalte van minstens 30%, bij voorkeur 35%, meest bij voorkeur 40%. Het voorliggen van de lijmsamenstelling in geconcentreerde vorm heeft als voordeel dat minder water dient getransporteerd.

In een voorkeursvorm van een lijmsamenstelling volgens de uitvinding is het vaste stof gehalte van de ureum-sojameel oplossing minstens 40%, bij voorkeur minstens 45%, meer bij voorkeur minstens 50%, meest bij voorkeur minstens 55%. Reductie van de hoeveelheid water is voordelig voor het reduceren van transportkosten. Het heeft ook als voordeel dat minder water dient verwijdert tijdens het productieproces van plaatmateriaal.

Bij voorkeur wordt in een lijmsamenstelling volgens de uitvinding een gewichtsratio eiwitbron ten opzichte van PAE gebruikt van 70:30 - 95:5; bij voorkeur 80:20 -90:10. In een voorkeursvorm is de gewichtsratio van vaste stof ureum-sojameel oplossing ten opzichte van vaste stof PAE 70:30 - 95:5; bij voorkeur 80:20 - 90:10. Hoe hoger de ratio, hoe duurder de lijmsamenstelling. Bovendien wordt de ingezette hoeveelheid PAE kleiner. Dit heeft tot gevolg dat het resulterende plaatmateriaal te weinig weerstand heeft tegen vocht. Meest bij voorkeur ligt de ratio eiwitbron/PAE rond 8.

In een alternatieve uitvoeringsvorm wordt het sojameel vervangen door een ander plantaardig meel, zoals bij voorbeeld lupinemeel, jotrophameel of tarwemeel.

Als magnesium bron wordt bij voorkeur magnesium oxide of hydroxide ingezet. Een hoeveelheid geschikt voor gebruik in een lijmsamenstelling volgens de uitvinding is 1-20% MgO of Mg(OH)2; uitgedrukt op de totale vaste stof van het lijmmengsel.

Magnesium oxide is een witte geurloos vast mineraal dat in de natuur voorkomt. Magnesium oxide is hygroscopisch en reageert met water tot vorming van magnesium hydroxide, dat een lage oplosbaarheid heeft in zuiver water. Voor het gebruiksgemak wordt bij voorkeur magnesium hydroxide gekozen.

Toevoeging van magnesium oxide en magnesium hydroxide aan het eiwitbron/PAE lijmsysteem, met bij voorkeur sojameel als eiwitbron, had een positieve invloed op de viscositeit van de lijmsamenstelling, ook bij hogere dosering. Dit was onverhoopt daar verwacht werd dat de toevoeging de lijm viscositeit zou verhogen. Bovendien hadden deze lijmadditieven een significante positieve impact op de lijm reactiviteit. Fysische parameters zoals dwarse treksterkte, buigsterkte en elasticiteitsmodulus verbeterden ten opzicht van een lijmsamenstelling zonder deze additieven.

In een voorkeursvorm bedraagt de hoeveelheid magnesium oxide, en magnesium hydroxide op de vaste stof van het sojameel/PAE lijmmengsel l%-20%, bij voorkeur 2% tot 10%. In een andere voorkeursvorm bedraagt de hoeveelheid lithium hydroxide 1% tot 10% op de totale vaste stof van het lijmmengsel. Meest bij voorkeur bedraagt de hoeveelheid 1% tot 5%. Dit concentratiebereik heeft als voordeel dat de impact op viscositeit uiterst gering is, dat de hoeveelheid PAE kan verminderd worden en dat de technische karakteristieken zowel in variatie als in absolute waarde verbeterd worden.

Het gebruik van hogere hoeveelheden alkalimetaal/aardalkalimetaal laat toe dat de hoeveelheid PAE verder kan worden verlaagd. Dit is economisch interessant, daar PAE in vaste stof de duurste component is in de lijmsamenstelling.

Een lijmsamenstelling volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding kan ingezet worden zonder toevoeging van een cross-linker zoals polymerisch methyleen diphenyl diisocyanaat (PMDI).

Bij voorkeur wordt als lithium bron, lithiumhydroxide gebruikt. Een hoeveelheid geschikt voor gebruik in een lijmsamenstelling volgens de uitvinding is 1%-10% lithiumhydroxide; uitgedrukt op de totale vaste stof van het lijmmengsel. Lithiumoxide of -hydroxide kan met zeer geringe dosering tot significante verbetering van reactiviteit en mechanische karakteristieken leiden. Deze geringe dosering kan de verhoging van viscositeit binnen de perken houden.

Toevoeging van andere metaaloxide en metaalhydroxiden uit de groep alkali en aardalkalimetalen leidt reeds bij lage concentraties tot snelle verhoging van de viscositeit en tot vermindering van de pot-life.

Natrium en kalium oxide of hydroxide gaven een sterk stijgende viscositeit bij hogere dosering. De houdbaarheid van de lijmsamenstellingen was onbevredigend. Bovendien zijn natrium- en kalium- ionen ongewenst inzake verbrandingseigenschappen van het eindproduct. Ze geven aanleiding tot corrosie- en fouling problemen in stoominstallaties.

Calcium hydroxide in combinatie met sojameel geeft klompvormige aggregaten bij gebruik in hoeveelheden boven 10% op droge stof basis.

In een voorkeursvorm heeft de lijmsamenstelling een viscositeit van 2 tot 10 Pa.s. Lijmen met deze viscositeit kunnen zowel verneveld als mechanisch tussen houtdeeltjes of op hout aangebracht worden.

De lijmsamenstelling kan op verschillende manieren worden bereid. Ofwel wordt lithium of magnesium in hydroxide of oxide vorm aan de sojameeloplossing toegevoegd en wordt hierbij het polyamidoamine epoxide hars toegevoegd. Ofwel wordt het lithium of magnesium in hydroxide of oxide vorm, toegevoegd aan een mengsel van sojameeloplossing met polyamidoamine epoxide hars. Een derde mogelijkheid bestaat eruit om het lithium of magnesium in hydroxide of oxide vorm toe te voegen aan het polyamidoamine epoxide hars vooraleer te mengen met de sojameeloplossing. Deze drie systemen bieden gelijkaardige resultaten. Echter bij toevoeging aan PAE, werd een reactie tussen producten geobserveerd. Bij voorkeur wordt de lijmsamenstelling gemaakt door in volgorde het lithium of magnesium in hydroxide of oxide vorm toe te voegen aan de meeloplossing, en pas daarna het polyamidoamine epoxide hars aan dit mengsel toe te voegen.

Een lijmsamenstelling volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding is geschikt voor het verlijmen van lignocellulose-houdende houtmassa, zoals houtsnippers, spaanders of vezels.

De lijmsamenstelling wordt bij voorkeur als volgt bekomen: dispersie en oplossing maken van plantaardige eiwitbron in water, toevoegen van lithium of magnesium in hydroxide of oxide vorm aan de plantaardige eiwitbron, en vervolgens aan een polyamidoamine-epihalohydrine polymeer; of toevoegen van lithium of magnesium in hydroxide of oxide vorm aan een plantaardig eiwitbron/PAE mengsel; optioneel toevoegen van ureum.

In een verder aspect betreft de uitvinding een methode voor het vervaardigen van plaatmaterialen, zoals OSB, vezelplaat, MDF, HDF of spaanplaat, alsook voor het vervaardigen van multiplex.

Hiertoe wordt een lijmsamenstelling volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding gebruikt tezamen met een lignocellulose-houdende houtmassa zoals houtsnippers, spanen, vezels of fineer. De lignocellulose-houdende houtmassa heeft afhankelijk van het eindproduct bij de belijmingsstap een vochtgehalte van 2% (spaanplaat) tot zelfs 160% (MDF). Het belijmde materiaal kan indien nodig gedroogd worden.

Op het lignocellulose-houdende materiaal kunnen additieven worden aangebracht zoals een hydrofoberingsmiddel, antischuimmiddelen, fungiciden en andere microbiële afbraakremmende middelen. Deze additieven kunnen of apart op de het lignocellulose-houdende materiaal gebracht worden of tegelijk met de lijmsamenstelling.

De lijmsamenstelling wordt op bekende wijze aangebracht op het lignocellulose-houdende materiaal door bijvoorbeeld besproeien of mechanisch belijmen.

Bij de productie van spaanplaat past men een hoeveelheid lijmsamenstelling toe van 5 gewichts% tot 15 gewichts%, berekend als vaste stof lijm ten opzichte van drooggewicht hout. Meer bij voorkeur past men een hoeveelheid tussen 6 en 12 gewichts% toe, afhankelijk van het type product en de te bereiken technische karakteristieken. Voor de aanmaak van een vezelplaat wordt bij voorkeur gewerkt met 10 tot 18% lijm op hout.

Voor het vervaardigen van een OSB, vezel- of spaanplaat, wordt bij voorkeur als volgt te werk gegaan: inzetten van een lijmsamenstelling volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding, belijmen van een houtmassa met de lijmsamenstelling, gebruikmakend van 5%-15% vaste stof lijmsamenstelling op hout, persen van de belijmde houtmassa bij een perstemperatuur van 180 °C - 250 °C, en bij voorkeur een druk tot 10 N/mm2, tot vorming van het plaatmateriaal.

Het belijmen van de houtmassa kan gebruik maken van verschillende bekende technieken die geschikt zijn voor het aanbrengen van lijm, zoals vernevelen, besproeien, mechanisch belijmen door frictie, onderdompelen, aanstrijken of aanbrengen met walsen. De houtmassa wordt tot een mat gevormd, waarna men de mat bij een geschikte temperatuur en druk uithardt tot een plaat. Het opgegeven temperatuursbereik kan bekomen worden door contact met een warm oppervlak, zoals bij voorbeeld een warme pers, of door warme lucht of stoom injectie, of microgolven.

Bij voorkeur wordt met 6% tot 8% vaste stof lijm op hout belijmd. In een andere voorkeursvorm volstaat een perstijd van 5-12 sec/mm; meer bij voorkeur max 7-8 sec/mm.

Het proces resulteert in de vernetting van hout, PAE en polypeptiden uit de eiwitbron. Het vertoonde een opmerkelijke verbetering dankzij de aanwezigheid van de kleine kationen lithium of magnesium. Dit was onverwacht daar in de literatuur beschreven staat dat zelfs kleine hoeveelheden magnesium of calciumzouten de functionaliteit van PAE verstoren.

Voor het bekomen van een plaatvorm kan gebruik gemaakt worden van een mal of pers.

De biolijm kan ingezet worden voor het vervaardigen van een multiplex plaat of een vezelplaat met densiteit hoger dan 400 kg/m3. Hierbij wordt bij voorkeur als volgt gewerkt: inzetten van een lijmsamenstelling volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding, aanbrengen van de lijm op een te verlijmen oppervlakte, aanbrengen van een tweede te verlijmen oppervlak op het belijmde eerste oppervlak, vormen van de plaat.

De biolijm kan ingezet worden voor het vervaardigen van lichte vezelplaten zoals isolatiematerialen of onderdakplaten. Deze lichte materialen worden gekenmerkt door een soortelijk gewicht van 50-400 kg/m3. De methode omvat bij voorkeur de stappen: aanbrengen van een lijmsamenstelling volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding op een vezelmateriaal, vormen van de verlijmde vezels tot een mat en onder temperatuur verpersen tot een plaat.

De biolijm kan ingezet worden voor het verlijmen van dunne lagen op een plaatmateriaal. Bij dunne lagen wordt gedacht aan materialen zoals fineer, papier of laminaat. Onder plaatmaterialen wordt verstaan materialen in plaatvorm zoals een spaanplaat, OSB-plaat, of multiplexplaat. Deze hebben gemeenschappelijk dat ze lignocellulose houdende materialen zijn. De methode omvat bij voorkeur volgende stappen: inzetten van een lijmsamenstelling volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding, aanbrengen van de lijmsamenstelling op een te verlijmen oppervlak, samenbrengen van het belijmde oppervlak met de dunne laag of het plaatmateriaal waarbij het plaatmateriaal bekleed met een dunne laag bekomen wordt.

Voor het aandrukken van dunne lagen kan gebruik gemaakt worden van kalander walsen.

Een proces volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft als voordeel dat platen met verbeterde en meer stabiele fysische waarden worden bekomen ten opzichte van het gebruik van een samenstelling zonder aardalkali of alkalimetaal. Of nog, de perstijd voor het bekomen van een geschikt plaatmateriaal kan worden gereduceerd. De reductie van de perstijd is van groot economisch belang daar het de capaciteit van een productielijn bepaald.

In een volgend aspect betreft de uitvinding een plaatmateriaal verkregen met een methode volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding,

Bij voorkeur wordt de geprefereerde methode voor het aanmaken van de lijmsamenstelling gecombineerd met het proces van belijmen en persen. Het vervaardigen van een OSB, multiplex-, vezel- of spaanplaat, omvat: toevoegen van lithium of magnesium in hydroxide of oxide vorm aan een mengsel van polyamidoamine-epihalohydrine polymeer (PAE) en een plantaardig meel, bij voorkeur soja meel, belijmen van een houtmassa met de lijmsamenstelling, gebruikmakend van 5%-10% vaste stof lijmsamenstelling op hout, persen van de belijmde houtmassa bij een temperatuur van 180 °C - 230 °C, en bij voorkeur een druk tot 10 N/mm2, tot vorming van een OSB, multiplex-, vezel- of spaanplaat.

Bij voorkeur wordt de plaat geperst met een perstijd van 5-10 sec/mm, meer bij voorkeur met een perstijd onder 9 sec/mm, meest bij voorkeur onder 7 sec/mm. Het bekomen van goede mechanische eigenschappen, zoals treksterkte, bij een verkorte perstijd heeft als voordeel dat de productiecapaciteit kan worden opgedreven. Dit is economisch van groot belang.

Bij voorkeur heeft het plaatmateriaal het kenmerk, dat de dwarse treksterkte minstens 0.35 N/mm2 is bij een plaatdikte van 13 tot 20 mm. De uitvinders stelden vast dat de toevoeging van het voornoemde lijmadditief, resulteerde in een toename van de treksterkte. Dit kon zelfs gerealiseerd worden met ingekorte perstijden.

Bij voorkeur heeft het plaatmateriaal een buigsterkte van minstens 13 N/mm2 bij een plaatdikte van 13 tot 20 mm.

Bij voorkeur heeft het plaatmateriaal een elasticiteitsmodulus van minstens 1600 N/mm2.

De hierboven vermelde parameters dwarse treksterkte, buigsterkte en elasticiteitsmodulus kunnen gemeten worden aan hand van EN testmethodes vermeld in norm EN 312.

In een voorkeursvorm voldoet een spaanplaat verkregen met een lijmsamenstelling volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding minstens aan klasse P2 volgens EN 312.

In een laatste aspect betreft de uitvinding het gebruik van een samenstelling zoals eerder beschreven als lijm voor het vervaardigen van een OSB, multiplex-, vezel- of spaanplaat.

Bij voorkeur wordt een lijmsamenstelling volgens de uitvinding gebruikt als lijm voor het verlijmen van lignocellulose-houdend materiaal tot vorming van een OSB, multiplex-, vezel- of spaanplaat; waarbij de lijm bij voorkeur een formaldehyde-vrije lijm is. Met gebruik van de lijmsamenstelling is het mogelijk om plaatmateriaal te maken met zeer lage formaldehydeafgifte en toch voldoende mechanische sterkte.

In wat volgt, wordt de uitvinding beschreven a.d.h.v. niet-limiterende voorbeelden die de uitvinding illustreren, en die niet bedoeld zijn of geïnterpreteerd mogen worden om de omvang van de uitvinding te limiteren.

VOORBEELD

Voorbeeld 1

Een referentie lijmoplossing werd verkregen door een 50% waterige soja meel/ureum oplossing te mengen met een 20% waterige PAE-oplossing. Hierbij werd een gewichtsverhouding sojameel/ureum ten opzichte van PAE gehanteerd van 81:19 of 90:10, uitgedrukt in percentage vaste stof sojameel/ureum ten opzichte van percentage PAE.

Ter vergelijking werd de procedure herhaald maar met 6 % toevoeging van lithium hydroxide, magnesium oxide of magnesium hydroxide op de hoeveelheid vaste stof lijm. Om de impact van de vorm waarin magnesium werd toegevoegd na te gaan werd ook MgS04 als additief gebruikt.

De lijmhoeveelheid bedroeg 6 of 8 gewichtsprocent (vaste stof lijm op droge spaan, % vaste stof).

Er werd geperst bij 200 °C met een perskaliber van 13 mm, resulterend in een drukopbouw naar 8 N/mm2.

Met toepassing van deze lijmsamenstellingen werden spaanplaten met een dikte van ongeveer 13 mm gemaakt.

Als maat voor de spaanplaat-kwaliteit werden dikte (in mm), densiteit (in kg/m3), de dwarse treksterkte, buigsterkte en elasticiteitsmodulus (in N/mm2) bepaald, volgens EN testmethodes vermeld in EN 312. De desbetreffende gegevens worden vermeld in Tabel 1-7 (/ = niet gemeten).

Tabel 1: 8% vaste stof lijm, sojameel/ PAE 81:19, 10 seconden/mm paatdikte_

Tabel 2: 8% vaste stof lijm, sojameel/ PAE 81:19, 8 seconden/mm plaatdikte

Tabel 3: 6% vaste stof lijm, sojameel/ PAE 81:19, 10 seconden/mm plaatdikte

Tabel 4: 6% vaste stof lijm, sojameel/ PAE 81:19, 8 seconden/mm plaatdikte

Tabel 5: 8% vaste stof lijm, sojameel/ PAE 90:10, 10 seconden/mm plaatdikte

Tabel 6: 8% vaste stof lijm, sojameel/ PAE 90:10, 8 seconden/mm plaatdikte

Tabel 7: 6% vaste stof lijm, sojameel/ PAE 90:10, 10 seconden/mm plaatdikte

Uit bovenstaande resultaten blijkt dat de toevoeging van LiOH, Mg(OH)2 of MgO een verbetering van de treksterkte oplevert ten opzichte van de lijmsamenstelling zonder dit additief. Uit de vergelijking met MgS04 toevoeging blijkt dat de vorm waarin magnesium wordt toegevoegd een rol speelt voor het behalen van een verbeterde treksterkte. Bovendien kan met deze additieven ook de buigsterkte en elasticiteitsmodulus worden verhoogd. Uit bovenstaande gegevens blijkt ook dat de perstijd kan verlaagd worden.

Het is verondersteld dat de huidige uitvinding niet beperkt is tot de uitvoeringsvormen die hierboven beschreven zijn en dat enkele aanpassingen of veranderingen aan de beschreven voorbeelden kunnen toegevoegd worden zonder de toegevoegde conclusies te herwaarderen.

Voorbeeld 2

Een referentie lijmoplossing werd verkregen door een 50% waterige lupine meel/ureum oplossing te mengen met een 20% waterige PAE-oplossing. Hierbij werd een gewichtsverhouding lupinemeel/ureum ten opzichte van PAE gehanteerd van 85:15, uitgedrukt in percentage vaste stof sojameel/ureum ten opzichte van percentage PAE.

Ter vergelijking werd de procedure herhaald maar met 6 % toevoeging van magnesium hydroxide op de hoeveelheid vaste stof lijm. De lijmhoeveelheid bedroeg 8 gewichtsprocent (vaste stof lijm op droge spaan, % vaste stof).

Als maat voor de spaanplaat-kwaliteit werden de dwarse treksterkte, buigsterkte en elasticiteitsmodulus bepaald, volgens EN testmethodes vermeld in EN 312. De desbetreffende gegevens worden vermeld in Tabel 8.

Tabel 8: 8% vaste stof lijm, lupinemeel/ PAE 85:15, 9 seconden/mm plaatdikte

Voorbeeld 3

In dit voorbeeld werd een referentie lijmoplossing gemaakt door een 50% waterige tarweproteïneconcentraat/ureum oplossing te mengen met een 20% waterige PAE-oplossing. Hierbij werd een gewichtsverhouding tarwemeel/ureum ten opzichte van PAE gehanteerd van 81:19, uitgedrukt in percentage vaste stof sojameel/ureum ten opzichte van percentage PAE. Het tarwe proteïneconcentraat werd bekomen na enzymatische modificatie en had een proteïnegehalte van meer dan 60%.

Vervolgens werden lijmsamenstellingen volgens de uitvinding aangemaakt, gebruikmakend van tarweproteïneconcentraat als plantaardige grondstof, ureum, een 20% PAE oplossing en Mg(OH)2.

Als maat voor de spaanplaat-kwaliteit werden de dwarse treksterkte, buigsterkte en elasticiteitsmodulus bepaald, volgens EN testmethodes vermeld in EN 312. De desbetreffende gegevens worden vermeld in Tabel 9.

Tabel 9: 8% vaste stof lijm, sojameel/ PAE 81:19, 10 seconden/mm plaatdikte

Claims

CONCLUSIES

1. Een lijmsamenstelling voor het verlijmen van lignocellulose houdend materiaal tot vorming van een OSB, multiplex-, vezel- of spaanplaat, omvattend: water, een plantaardige eiwitbron, een polyamidoamine-epihalohydrine polymeer (PAE), en een lithium bron of een magnesium bron; waarbij de componenten aanwezig zijn in een hoeveelheid en verhouding geschikt voor het verlijmen van het lignocellulose houdend materiaal voor aanmaak van een OSB, multiplex-, vezel- of spaanplaat.
2. Lijmsamenstelling volgens conclusie 1, waarin de eiwit bron een eiwit gehalte heeft van minstens 35%.
3. Lijmsamenstelling volgens conclusie 1 of 2, waarin de eiwitbron geselecteerd is uit soja, lupine, jatropha en tarwe; bij voorkeur in de vorm van een meel, concentraat of isolaat.
4. Lijmsamenstelling volgens één der conclusies 1-3, waarin de lithium bron lithium oxide of hydroxide is, bij voorkeur in een hoeveelheid 1%-10% gewichtsprocent.
5. Lijmsamenstelling volgens één der conclusies 1-3, waarin de magnesium bron MgO of Mg(OH)2 is, bij voorkeur in een hoeveelheid l%-20% gewichtsprocent.
6. Lijmsamenstelling volgens één der conclusies 1-5, waarin de gewichtsratio eiwitbron ten opzichte van PAE 70:30 - 95:5 is.
7. Lijmsamenstelling volgens één der conclusies 1-6, waarin de lijmsamenstelling een vaste stof gehalte heeft van minstens 30%.
8. Lijmsamenstelling volgens één der conclusies 1-7, met het kenmerk, dat de samenstelling vrij is van formaldehyde.
9. Lijmsamenstelling volgens één der conclusies 1-8, verder omvattend ureum.
10. Methode voor het vervaardigen van een lijmsamenstelling geschikt voor aanmaak van een OSB, multiplex-, vezel- of spaanplaat, omvattende de stappen: -toevoegen van lithium of magnesium in hydroxide of oxide vorm aan een plantaardige eiwitbron, en vervolgens aan een polyamidoamine-epihalohydrine polymeer (PAE); of -toevoegen van lithium of magnesium in hydroxide of oxide vorm aan een plantaardige eiwitbron aan een plantaardig eiwitbron/PAE mengsel; -optioneel toevoegen van ureum.
11. Methode voor het vervaardigen van een OSB, vezel- of spaanplaat, omvattend: -inzetten van een lijmsamenstelling volgens één der conclusies 1-9, -belijmen van een houtmassa met de lijmsamenstelling, gebruikmakend van 5%-15% vaste stof lijmsamenstelling op hout, - eventueel drogen van de belijmde houtmassa, -persen van de belijmde houtmassa bij een perstemperatuur van 180 °C - 250 °C tot vorming van het plaatmateriaal.
12. Methode volgens conclusie 11, waarbij met 6% tot 8% vaste stof lijm op hout wordt belijmd.
13. Methode volgens conclusie 11 of 12, waarbij een perstijd van 5-12 sec/mm volstaat.
14. Methode volgens conclusie 13, met een perstijd van max 7-8 sec/mm.
15. Methode voor het vervaardigen van een multiplex plaat of een vezelplaat met densiteit hoger dan 400 kg/m3 omvattende de stappen: -inzetten van een lijmsamenstelling volgens één der conclusies 1-9, -aanbrengen van de lijm op een te verlijmen oppervlakte, -aanbrengen van een tweede te verlijmen oppervlak op het belijmde eerste oppervlak, en -vormen van de plaat.
16. Methode voor het vervaardigen van een lichte vezelplaat zoals isolatiematerialen of onderdakplaten gekenmerkt door een soortelijk gewicht van 50-400 kg/m3, omvattende de stappen: aanbrengen van een lijmsamenstelling volgens één der conclusies 1-9 op een vezelmateriaal, vormen van de verlijmde vezels tot de plaat.
17. Methode voor het aanbrengen van een dunne laag, zoals fineer, papier of laminaat, op een plaatmateriaal zoals een spaanplaat, OSB-plaat, of multiplexplaat, omvattende de stappen: -inzetten van een lijmsamenstelling volgens één der conclusies 1-9, -aanbrengen van de lijmsamenstelling op een te verlijmen oppervlak, -samenbrengen van het belijmde oppervlak met de dunne laag of het plaatmateriaal.
18. Plaatmateriaal verkregen met een methode volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de plaat een dwarse treksterkte heeft van minstens 0.35 N/mm2 bij een plaatdikte van 13 tot 20 mm, gemeten volgens testmethodes beschreven in norm EN 312.
19. Plaatmateriaal volgens conclusie 18, met het kenmerk, dat de plaat een buigsterkte heeft van minstens 13 N/mm2 bij een plaatdikte van 13 tot 20 mm, gemeten volgens testmethodes beschreven in norm EN 312.
20. Plaatmateriaal volgens conclusie 18 of 19, met het kenmerk, dat de elasticiteitsmodulus van de plaat minstens 1600 N/mm2 is bij een plaatdikte van 13 tot 20 mm, gemeten volgens testmethodes beschreven in norm EN 312.
21. Plaatmateriaal volgens één der conclusies 18-20, met het kenmerk, dat het plaatmateriaal voldoet aan de P2 klasse volgens EN 312.
22. Spaanplaat verkregen met een lijmsamenstelling volgens één der conclusies 1-9, met het kenmerk dat de spaanplaat minstens aan klasse P2 voldoet volgens EN 312.
23. Gebruik van een samenstelling volgens één der conclusies 1-9, als lijm voor het verlijmen van lignocellulose-houdend materiaal tot vorming van een OSB, multiplex-, vezel- of spaanplaat.
24. Gebruik volgens conclusie 23, waarbij de lijm een formaldehyde-vrije lijm is.