CH277993A

CH277993A - Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Lignozellulose enthaltenden Stoffen.

Info

Publication number: CH277993A
Authority: CH
Inventors: Nowak Alfred Ing Dr
Original assignee: Nowak Alfred Ing Dr
Priority date: 1948-06-08
Filing date: 1949-05-17
Publication date: 1951-09-30
Also published as: BE489433A; GB674079A; DE831322C

Description


  Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus     Lignozellulose    enthaltenden Stoffen.    Es sind bereits verschiedene Verfahren zur  Herstellung von Faserplatten bekannt, bei  welchen ohne Zuhilfenahme artfremder Binde  mittel das holzeigene     Lignin    als Bindestoff  verwendet wird. So wurde z. B. vorgeschla  gen,     zellulosehaltige    Materialien mit direktem  oder indirektem Dampf so hoch zu erhitzen,  bis das     Lignin    derart verändert wird, dass  es bei der Heisspressung bei einer Temperatur  von über 170  C, meist über 200  C und gleich  zeitiger Druckeinwirkung von mindestens  40     kg/em2    als Bindemittel wirksam wird und  so die Herstellung fester, wasserabweisender  Platten ermöglicht.

   Hierzu ist allerdings eine  vorherige     Kochung    oder Dämpfung bei etwa  200 bis 270  C und ein hoher Druck bis 70 atü  erforderlich, welche Bedingungen die     Ligno-          zellulose    überaus stark angreifen und die Zel  lulose     hy        droly    Bieren, wodurch die mechanische  Festigkeit sowie die Ausbeute der Platten be  deutend herabgesetzt werden.  



  Ein anderer Vorschlag geht dahin, die       I.ignozellulose    nach mässigerer oder stärkerer       Vordämpfung,        Zerfaserung    usw. als Vlies in  der Heisspresse auf über 180  C - meist über  2001 C -     zu    erhitzen, wodurch das Fliessen  des     Lignins    erzwungen wird. Auch bei diesem  Verfahren treten die gleichen Nachteile wie  beim erstgenannten Verfahren ein.  



  Schliesslich ist es bereits bekannt, das       Lignin,    ohne Verwendung von     Plastifizie-          rungsmitteln,    durch     Alkaliabbau    so zu ver  ändern, dass es als Bindemittel verwendet    werden kann.

   So wird in der Papiertechnik  durch     Alkali-Holzaufschluss    das     Lignin    voll  ständig gelöst und kann aus der sogenannten  Schwarzlauge zum grössten Teil durch An  säuern wieder ausgefällt werden, wobei aber  in allen Fällen ein Verlust an     Lignin    eintritt,  wenn es einmal wasserlöslich gemacht worden  ist und     hemizelluloseartige    Begleitstoffe mit  ausgefällt werden, die die Wasserfestigkeit  der Platte verschlechtern. Über die alkalische  Behandlung von     Lignozellulose    liegt eine Reihe  von Arbeiten vor, nach denen das     Lignin     vollständig, teilweise oder nur möglichst  wenig gelöst werden soll.

   Bei dem letzteren  Verfahren wird nur so viel Alkali angewen  det, dass während der ganzen     Kochung    ledig  lich die sich bildenden Säuren (Essigsäure)  neutralisiert werden.  



  Es wurde nun gefunden, dass durch den  beabsichtigten, für die     Ver-,vendung    als Binde  mittel notwendigen Molekülabbau des     Lignins     eine Herabsetzung des Schmelzpunktes von  dem im natürlichen Zustand vorhandenen  Schmelzpunkte von ungefähr 170  C auf an  nähernd 100  C durch ein zweistufiges Ver  fahren einfacher und sicherer erzielt werden  kann, als bei einem normalen     Kochprozess.     Das erfindungsgemässe Verfahren zur Her  stellung von Formkörpern aus     Lignozellulose     enthaltenden Stoffen ist. dadurch gekenn  zeichnet, dass ein Abbau des     Lignins    unter  Erhaltung seiner     Wasserunlöslichkeit    in min  destens     zwei    Stufen durchgeführt.

   wird, wo-      bei in der ersten Stufe das aufzuschliessende  Gut mit einer verdünnten Lösung eines alka  lisch reagierenden     Aufschlussmittels    so imprä  gniert wird, dass nach Entfernung der über  schüssigen Lösung das imprägnierte Gut einen  Gehalt an     alkalisch    reagierenden Verbindun  gen, als     NaOH    gerechnet, von 2 bis 7 Ge  wichtsprozent der trockenen Holzsubstanz       aufweist,        und    in einer zweiten Stufe durch  Erhitzen des Gutes das     Lignin    zu einem  wasserunlöslichen, leichter schmelzbaren De  polymerisationsprodukt abgebaut und das  erhaltene Produkt zerfasert, entwässert und  zu Formkörpern     verpresst    wird.

   Die Imprä  gnierung des aufzuschliessenden Gutes in der  ersten Stufe mit einer verdünnten Lösung  eines     Aufschlussmittels    erfolgt zweckmässig       unter    Anwendung von     rnterdruek.    Das Er  hitzen des Gutes in der zweiten Stufe erfolgt  vorzugsweise durch     Einwirken    von direktem.  allenfalls überhitztem Dampf.

   Bei diesem  zweistufigen Verfahren geht bei einer Chemi  kalienaufnahme, auf trockene Holzsubstanz  gerechnet, bei der im einstufigen Verfahren  bereits eine schwache Lösung des     Lignins    ein  treten würde, noch kein     Lignin    in Lösung,  während anscheinend eine grössere Menge des  vorhandenen     Lignins    in einen plastischeren  und damit     bindemittelaktiveren    Zustand über  geht als beim einstufigen Verfahren. Die  Vorteile der Anwendung des zweistufigen  Verfahrens sind demnach vor allem erhöhte       Ausbeute,    höhere mechanische Festigkeit und  Wasserfestigkeit der fertigen Faserplatte als  beim einstufigen Verfahren.

   Als Aufschluss  mittel können     NaOH    und andere alkalisch rea  gierende Substanzen verwendet werden, wie       Na2C03,        Ca(OH)2.     



  Besonders die Wasserfestigkeit dieser  Platte kann nun noch verbessert werden, wenn  dem geschilderten     zweistufigen    Verfahren  noch eine an sich aus der     Zelluloseindustrie     bekannte     Vorbehandlung    mit reinem Wasser  vorausgeht. Das Verfahren kann in diesem  Falle wie folgt durchgeführt werden: Das       vorzerkleinerte    aufzuschliessende Gut wird  vor der Imprägnierung mit einer verdünnten  Lösung eines alkalisch reagierenden     Auf-          z3       mit Wasser kurzzeitig bis zur  Erzielung eines     pH-Wertes    zwischen 5 und 6  gekocht.

   Nach     gründlichem    Auswaschen wird  das Gut mit. der verdünnten Lösung eines  alkalisch reagierenden     Aufsehlussmittels    im  prägniert und anschliessend mit direktem  Dampf behandelt, bis der     p11-Wert.    auf 7 bis  6,5, insbesondere auf letztgenannten Wert,       herabgesunken    ist. Durch die beschriebene       Vorbehandlung    mit Wasser allein wird ein  Teil der leicht     hy        droly    Bierbaren     Hydrozellu-          lose    wasserlöslich gemacht und ausgewaschen.  Die anschliessende     Aufsehlussbehandlung    hat.

    dann nur mehr die Funktion, das     Lignin    zu       depolymer        isieren,    ohne dass der Prozess so  lange fortgesetzt werden muss, bis die die  Wasserfestigkeit der fertigen Platte ver  schlechternden     Hydrozellulosen    gelöst. werden,  da diese bereits durch die     Vorbehandlung    ent  fernt wurden. Es     gelingt    dadurch, die Was  seraufnahme der fertigen Platte in     2-I    Stun  den,     wie    aus Beispiel 2 hervorgeht, beträcht  lich zu ermässigen, was für die Qualität der  fertigen Platte von grosser Bedeutung ist.

    Das behandelte Gut wird sodann nach Aus  waschen zerfasert und anschliessend mit was  serabstossenden Mitteln, wie Öle, Fette,  Wachse, Harze, versetzt und durch Ansäuern  auf einen     pH-Wert    von 4,5 bis 5,5 gestellt.  Anschliessend wird auf einer normalen     Ent-          wässerungsmaschine    zu     einem    Faservlies ent  wässert, das dann heiss     verpresst    wird.  



  Die nach einer der oben beschriebenen       Ausführungsfasern    des Verfahrens herge  stellte, aufgeschlossene, zerfaserte, eventuell  mit Zusätzen versehene und     vorentwässerte     Fasermasse neigt nun bei der Fertigpressung  in der Heisspresse bei<B>160</B> bis 170  C stärker  als eine normale     Faserplatte,    die mit Zusatz  künstlicher Bindemittel erzeugt     -,vird.,    zur  Fleckenbildung.  



  Es sind nun verschiedene Verfahren be  kannt, die eine Fleckenbildung beim Heiss  pressen vermeiden. Im     allgemeinen    tritt eine  Fleckenbildung dann auf, wenn ein bestimm  ter     Pressdruck    überschritten wird, wobei die  ser kritische     Pressdruek    von Stoff zu Stoff  verschieden ist. 1e höher der Mahlgrad und      damit.

   die     Schmierigkeit    des Stoffes ist, um so  tiefer liegt der kritische     Pressdruck.    Wenn  nun eine Faserplatte bei einem höheren     Press-          druck    als dem kritischen     verpresst    werden  soll, ist es nach den bisherigen Erfahrungen  der     Faserplattenindustrie    üblich, die     Flek-          kenbildung    dadurch zu vermeiden, dass der  Druck während der Pressung durch eine be  stimmte Zeit oder öfter hintereinander stark  abgesenkt wird, wodurch Platten erzeugt wer  den, die hell und fleckenfrei sind, die aber  den grösseren Nachteil haben, dass die Festig  keit.

   der Platte durch dieses     Pressenspiel    stark  vermindert wird.  



  Das auf der beschriebenen Art hergestellte  Faservlies kann nun folgendermassen zur Her  stellung von Hartfaserplatten, die vor allem  frei von     Fleeken    aller Art sind und über hohe  Festigkeit verfügen, verwendet werden: Das  Faservlies wird in der Heizpresse einem  Druck ausgesetzt, der zunächst während kur  zer Zeit, in der noch keine Deformation der       Platte        eintritt,        auf        50        bis        100%        über        den     Druck gesteigert.

   wird, bei dem die Platte       fertiggepresst    werden soll, bis das Abfliessen  des Wassers aufhört, worauf der Druck lang  sam auf den     gewünschten        Pressdruck    ge  senkt und auf diesem bis zur vollständigen  Trocknung und Aushärtung gehalten wird.  Dieses     Pressverfahren    unterscheidet sich von  dem bisher üblichen prinzipiell dadurch, dass  während des ganzen     Pressvorganges    der     Press-          druck    niemals unter den der gewünschten  Dichte entsprechenden absinkt und dadurch  eine Bewegung der Fasern zueinander wäh  rend der     Abbindung    des Bindemittels ausge  schaltet wird.  



  <I>Beispiel 1:</I>       Alkaliabbau    des     Lignins    unter Erhaltung  Seiner     Wasserunlöslichkeit    in     zweistufigen     Verfahren  In einen 10 m3 fassenden Kocher werden  2000 kg     Buclienhackschnitzel    gebracht, der  Kocher unter ein Vakuum von 700 mm     ge-          setzt        und        dann        mit        einer        2%igen        Natron-          lauge    gefüllt.

   Nach kurzer Einwirkungszeit  wird die Lauge wieder abgelassen, wobei  3000 kg Lauge infolge Aufsaugen durch das    Holz zurückbleiben. Diese Menge kann durch  die Höhe des Vakuums und durch eventuelle  nochmalige Anwendung einer Evakuierung  nach dem Ablassen der Lauge weitgehend  variiert werden.  



  Der Verbrauch an festem     NaOH        be-          trägt        80        kg,        das        sind        4%        vom        Holztrocken-          gewicht.    Nun wird durch Einblasen von ge  spanntem Dampf von 8 atü das imprägnierte  Gut erhitzt und der Kocher 2 Stunden auf  8     atit    gehalten, worauf normal entleert wird.

    Die so     aufgschlossene        Lignozellulose    kann nun  leicht zerfasert werden und gibt einen Faser  stoff, der zur Herstellung von Formkörpern,  insbesondere Faserplatten, ohne     Anwendung     eines     zusätzliehen    Bindemittels verwendet wer  den kann.

   Nach Entwässerung und Pressung in  einer Heisspresse werden Hartfaserplatten mit  folgenden Eigenschaften erhalten:  
EMI0003.0057     
  
    Dichte <SEP> 1,03
<tb>  Biegefestigkeit <SEP> 700 <SEP> kg/cm 
<tb>  '\N' <SEP> asseraufnahme <SEP> in <SEP> 24 <SEP> Std. <SEP> 17%
<tb>  Ausbeute <SEP> 861/o       <I>Beispiel 2:</I>       Alkaliabbau    des     Lignins    unter Erhaltung  seiner     Wasserunlöslichkeit    im zweistufigen  Verfahren unter vorheriger Entfernung eines  Teils der Hydrozellulose durch     Kochung    mit  Wasser:

         l.00    kg     Fichtenhackspäne    werden mit  800 Liter Wasser durch 1.0 Minuten bei 4 atü  gekocht, das Kochwasser abgelassen und die  Späne     gew        riehen.    Der     pH-Wert    des Koch  wassers beträgt 5,2, wobei     711/o    der     Holzt.rok-          kensubstanz    in Lösung gegangen sind.

   Nun  werden die vorbehandelten Späne mit einer       3,5        %        igen        Na0H-Lösung        imprägniert,        wo-          bei        eine        NaOH-Aufnahme        von        3%    -     auf          Holztr        ockensubstanz    gerechnet - eintritt. An  schliessend werden die imprägnierten Späne       zwei    Stunden lang bei 8 atü gedämpft. Der       pH-Wert    beträgt nach der Dämpfung 7.

   Das       Koeligut    wird nun zerfasert,     hydrophobiert,     mit Alaun gefällt, entwässert und     zu    einer  Hartfaserplatte folgender Eigenschaften     ver-          presst:       
EMI0004.0001     
  
    Dichte <SEP> 1,0
<tb>  Biegefestigkeit <SEP> 700 <SEP> kg/cm='
<tb>  Wasseraufnahme <SEP> in <SEP> 24 <SEP> Std. <SEP> 13%            Beispiel   <I>3:

  </I>  Ein Faservlies aus zerfasertem Fichten  holz, dessen     Lignin    unter Erhaltung seiner       Wasserunlöslichkeit    in mindestens 2 Stufen  abgebaut wurde, wobei in der ersten Stufe     das          aufzuschliessende    Gut mit einer verdünnten  Lösung -eines alkalisch reagierenden Auf  sehlussmittels so imprägniert.

   wurde, dass nach  Entfernung der überschüssigen Lösung das  imprägnierte Gut einen     Alkaligehalt,    als       _NaOII    gerechnet, von 2 bis 7 Gewichtsprozent  der trockenen Holzsubstanz aufweist, und in  einer zweiten Stufe durch Erhitzen des Gutes  das     Lignin    zu einem     wasserunlöslielten,     leichter schmelzbaren     Depolymerisierungspro-          dukt    abgebaut wurde, wird zerfasert,

   bis zu       einer        Stoffdichte        von        40%        entwässert        und        auf     folgende Weise bei 170  C     verpresst.     



  Innerhalb von 3 Minuten wird der Druck  auf 40 atü gesteigert, wobei ein Teil des  Wassers ausgepresst wird. Nach Beendigung  der     Auspressung,    das ist nach weiteren 2 Mi  nuten, wird der Druck auf 25 atü während  weiterer 3 Minuten absinken gelassen und  dieser Druck etwa 22 Minuten aufrecht er  halten, worauf die Verdampfung des Was  sers     aus    der Platte beendet ist.  



  Die erhaltene Platte ist mittelbraun,     flek-          kenfrei    und hat eine Biegefestigkeit von  650     kg/cm2.

Claims

P ATEM TANSPRUCH Verfahren zur Herstellung- von Form körpern aus Lignozellulose enthaltenden Stof fen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abbau des Lignins unter Erhaltung seiner Wasser- unlösliehkeit in mindestens 2 Stufen durch geführt wird, wobei in der ersten Stufe das aufzuschliessende Gut mit einer verdünnten Lösung eines alkalisch reagierenden Auf- sehlussmittels so imprägniert wird, dass nach Entfernung der überschüssigen Lösung das imprägnierte Gut einen Gehalt an alkalisch reagierenden Verbindungen,

als NaOH gereelt- net, von 2 bis 7 Gewichtsprozent der trok- kenen Holzsubstanz aufweist, und in einer zweiten Stufe durch Erhitzen des Gutes das Lignin zu einem wasserunlöslichen, leichter schmelzbaren Depolvmerisationsprodukt ab gebaut und das erhaltene Produkt zerfasert, entwässert und zu Formkörpern verpresst wird.

<B>UNTERANSPRÜCHE:</B> L. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass das aufzuschlie ssende Gut in der ersten Stufe mit. einer ver dünnten Lösung eines alkalisch reagierenden Aufschlussmittels unter Anwendung von Un terdruck imprägniert -wird. 2. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass in der zweiten Stufe das Erhitzen des Gutes durch Einwir ken von direktem Dampf erfolgt. 3. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Stufe das Erhitzen des Gutes durch Einwirken von direktem, über hitztem Dampf erfolgt. 4.

Verfahren nach Patentanspruch. da durch gekennzeichnet, dass das aufzuschlie ssende Gut vor der Imprägnierung mit einer verdünnten Lösung eines alkalisch reagieren den Aufsehlussmittels mit Wasser kurzzeitig bis znr Erzielung eines pH-Wertes zwischen 5 und 6 gekocht wird, worauf nach gründ lichem Auswaschen das Gut mit der verdünn ten Lösun- eines alkalisch reagierenden Auf schlussmittels imprägniert Lind anschliessend mit direktem Dampf behandelt wird, bis der pH-Wert auf 7 bis 6,:5 herabgesunken ist. 5.

Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfbehandlung so lange erfolgt, bis der PH-Wert auf 6,5 herabgesunken ist. 6. Verfahren nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dass als Aufschlussntittel Natrium- hydroapd vertvendet wird. 7. Verfahren nach Patentanspruch und U nteransprüehen 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet., dass als Aufsehlussmittel Natrium earbonat verwendet. wird. $.

Verfahren nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dass als Aufsehlussmittel Calcium- livdroz@-d verwendet wird. 9. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeiehnet, dass dem aufgeschlos senen und zerfaserten Gut wasserabstossende Mittel zugesetzt Eierden. 10. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass das aufgeschlos sene und zerfaserte Gut durch Ansäuern auf einen pH-Wert von 4,5 bis 5,5 gebracht wird. 11.

Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass zur Herstellung fleekenfreier Faserplatten das bei der Zerfase- rung erhaltene Faservlies in der Heizpresse einem Druck ausgesetzt wird, der zunächst während kurzer Zeit, in der noch keine De- formation der Platte eintritt, auf 50 bis 100% über den Druck gesteigert wird, bei dem die Platte fertiggepresst werden soll,

bis das Ab fliessen des Wassers aufhört, worauf der Druck langsam auf den gewünschten Press- druck gesenkt und auf diesem bis zur voll ständigen Trocknung und Aushärtung gehal ten wird.