Procédé pour agglomérer à sec des matières contenant de la lignine.
On a déjà imaginé divers procédés pour fabriquer des agglomérés à partir du bois, en particulier sous forme de déchets. Ces procédés consistent, après avoir fragmenté et traité convenablement le bois, à agglomérer les fragments à l'aide de liants appropriés, en général des corps du type des résines, après quoi on soumet la masse à la pression et on lui donne les formes voulues. Il est également possible de défibrer le bois par traitement à sec ou traitement humide afin de produire un feutrage, selon la technique ordinaire dans la fabrication du papier ou du carton.
La présente invention a pour but d'utiliser la lignine elle-même contenue dans les déchets de bois et matières analogues comme liant pour l'agglomération de ces matières.
L'invention a pour objet un procédé pour agglomérer à sec des matières contenant de la lignine.
Conformément à l'invention, les matières à agglomérer sont traitées par un acide faible, soumises à l'action d'au moins un produit organique, traitées par un acide fort et soumises à un traitement thermique sous des plaques de pression.
On sait que l'on appelle acides forts ceux qui dégagent une quantité importante de chaleur au cours de leurs réactions, compara tivement aux acides faibles qui n'en dégagent que beaucoup moins ; c'est ainsi que, suivant les principes de thermochimie, un acide fort tel qu'acide sulfurique chasse un acide faible. tel qu'acide carbonique, de ses sels.
On utilise par exemple, comme acide fort, de l'acide sulfurique ou de l'acide ehlorhydrique, et comme acide faible, de l'acide borique ou de l'acide valérique, en choisissant de préférence un acide ne réagissant pas s
avec l'acide acétique formé dans le bois au u
cours du traitement.
L'acide faible attaque la cellulose et l'hé- micellulose en les amollissant et en provoquant un début d'hydrolyse.
Le procédé de l'invention peut être mis en oeuvre comme suit : On traite d'abord les déchets de bois à agglomérer, sous vide ou à la pression atmosphérique, par de l'acide faible tel que l'acide borique, à froid ou à chaud. La lignine ainsi traitée est molle et est prête à remplir son rôle de liant.
On soumet ensuite la masse ainsi obtenue, à la pression atmosphérique, à froid ou à chaud, à l'action d'un ou plusieurs produits organiques renfermant 5 à 6 atomes de carbone dans leurs molécules, tels que l'alcool furfurylique ou une autre substance ayant une fonction alcool et dont le point d'ébulli- tion est comprime entre 150 et 170 C environ. On ajoute à ce mélange un acide fort et un composé contenant du soufre. L'acide fort prémentionné. et le composé contenant du soufre peuvent ainsi être une seule et même substance, notamment de l'acide sulfurique.
On soumet la masse ainsi obtenue a une pression d'environ 20 kg par em2, suivant la proportion'de lignine contenue dans la matière première, en la chauffant à 120 C environ. On obtient ainsi un produit aggloméré, de grande dureté ; ce produit possède des propriétés intermédiaires entre celles du bois naturel et celles d'une matière plastique. Il peut être travaillé et usiné avec la plus grande facilité. Si l'on désire augmenter ses qualités hydrofuges, on peut le soumettre à l'action d'une base, d'un acide ou d'une résine, que l'on projette par exemple à l'aide d'un pistolet à air comprimé.
Exemple :
On soumet une masse de déchets de bois au traitement suivant :
La masse est traitée d'abord à la pression atmosphérique ou à une pression de 200 mm de mercure par une solution d'acide valérique à 22 /o, en proportion de 0, 25 à 0, 50 /o du poids des déchets de bois.
On fait suivre ce traitement par le mélange, dans un malaxeur, avec une solution aqueuse à 15"/o d'acide sulfurique, la proportion de cette solution étant de 0, 25 à 0, 50 io du poids des déchets de bois utilisés comme matière première. On ajoute également 1 à 3 /o d'un produit organique à point d'ébul- lition élevé, renfermant 5 à 6 atomes de carbone dans la molécule et possédant une fonc- tion alcool, tel que l'alcool furfurylique. Le tout est malaxé pendant environ 1 à 10 minutes à la température ambiante. La masse ainsi obtenue est soumise à un traitement thermique sous pression, ainsi qu'il a été indiqué plus haut.
Ainsi qu'on le voit, les additions de produits divers à la masse se font en proportions très faibles et bien inférieures aux additions de liants résineux utilisés jusqu'ici.
Ceci tient précisément au fait que, dans le procédé selon l'invention, le liant est constitué dans une grande mesure par la lignine même du bois que le traitement rend apte a faire fonction de liant. Une autre raison de la faible quantité de produits ajoutés réside en ce que tons ces produits sont beaucoup plus fluides que les liants résineux habituels, de sorte qu'ils pénètrent plus facilement dans la masse.
Le procédé qui fait l'objet de l'invention présente l'avantage de pouvoir employer tels quels et sans précaution spéciale les déchets de bois constituant des sous-produits, tels que copeaux, sciure, etc. Le procédé est appliable quels que soient l'essence et l'état hygrométrique des déchets de bois. Toutefois, suivant la quantité d'eau renfermée par les déchets, il faudra évidemment modifier les proportions indiquées à titre d'exemple ainsi que leur concentration. Si la teneur en eau des déchets dépasse 13 /o, il est préfé- rable, quoique non indispensable, de soumettre les déchets de bois à un séchage partiel avant de les traiter.
Il est évident que l'on peut modifier l'ordre de succession des opérations, la nature et la concentration des acides sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, dans certains cas, il peut être recommandable de traiter des déchets de bois tout d'abord avee l'acide fort et ensuite avec l'acide faible.
Le produit organique ajouté, qui est de préférence un aleool, peut être remplacé, dans la même proportion par rapport à la matière première, par un aldéhyde ayant des caractéristiques semblables.
En plus ou à la place du produit précité, on peut ajouter au mélange une résine, de préférence alcaline et fluide.
Après malaxage et avant le traitement thermique sous pression, on peut faire subir à la masse un chauffage plus ou moins prolongé, à température relativement basse, par exemple 50 C environ. Dans certains cas, ces traitements accélèrent l'agglomération de la matière pendant le moulage sous pression.
Normalement, les acides utilisés son combinés organiquement par les fonctions () 7I des molécules de cellulose et aucun traitement n'est nécessaire pour absorber le résidu d'acides libres qui peuvent rester, par exemple, si la pâte n'est pas bien mélangée. Si l'on désire accélérer cette absorption, les planches peuvent être placées dans des chambres contenant des gaz ammoniacaux ou tous autres gaz alcalins convenables.
Si la quantité de lignine n'est pas suffisante pour que les matières donnent, telles quelles, un aggloméré satisfaisant, on peut ajouter à ces matières premières des produits contenant plus de lignine que ces matières ou même de la lignine pratiquement pure.
A 1'encontre des procédés par voie hu- mide connus, le procédé décrit est un procédé à sec.
De plus, contrairement aux procédés antérieurs, la température et la pression n'ont pas besoin de dépasser 120 C et 21 kg,'cm respectivement. Cette température relativement basse supprime le risque de fissure et d'éclatement. Le produit final est constitué, par exemple, par une planche ayant une texture homogène qui ne se fend pas, même lorsqu'elle est immergée dans l'eau.
A process for dry agglomeration of materials containing lignin.
Various processes have already been devised for manufacturing agglomerates from wood, in particular in the form of waste. These processes consist, after having fragmented and suitably treated the wood, in agglomerating the fragments with the aid of suitable binders, generally bodies of the resin type, after which the mass is subjected to pressure and given the desired shapes. . It is also possible to defibrate wood by dry treatment or wet treatment in order to produce felting, in accordance with the ordinary technique in the manufacture of paper or board.
The object of the present invention is to use the lignin itself contained in the waste wood and the like as a binder for the agglomeration of these materials.
The invention relates to a process for dry agglomeration of materials containing lignin.
According to the invention, the materials to be agglomerated are treated with a weak acid, subjected to the action of at least one organic product, treated with a strong acid and subjected to a heat treatment under pressure plates.
We know that we call strong acids those which give off a large amount of heat during their reactions, compared to weak acids which give off much less; Thus, according to the principles of thermochemistry, a strong acid such as sulfuric acid drives out a weak acid. such as carbonic acid, its salts.
Sulfuric acid or hydrochloric acid is used, for example, as the strong acid, and as the weak acid, boric acid or valeric acid is used, preferably choosing an acid which does not react.
with acetic acid formed in wood at u
course of treatment.
The weak acid attacks cellulose and hemicellulose, softening them and causing hydrolysis to begin.
The process of the invention can be implemented as follows: The wood waste to be agglomerated is first treated, under vacuum or at atmospheric pressure, with weak acid such as boric acid, cold or hot. The lignin thus treated is soft and is ready to fulfill its role as a binder.
The mass thus obtained is then subjected, at atmospheric pressure, cold or hot, to the action of one or more organic products containing 5 to 6 carbon atoms in their molecules, such as furfuryl alcohol or another substance having an alcohol function and the boiling point of which is compressed to between 150 and 170 C approximately. To this mixture are added a strong acid and a sulfur-containing compound. Strongly praised acid. and the sulfur-containing compound can thus be one and the same substance, in particular sulfuric acid.
The mass thus obtained is subjected to a pressure of about 20 kg per em2, depending on the proportion of lignin contained in the raw material, by heating it to about 120 ° C.. This gives an agglomerated product of great hardness; this product has properties intermediate between those of natural wood and those of a plastic material. It can be worked and machined with the greatest ease. If one wishes to increase its water-repellent qualities, it can be subjected to the action of a base, an acid or a resin, which is projected for example using an air gun compressed.
Example:
A mass of wood waste is subjected to the following treatment:
The mass is first treated at atmospheric pressure or at a pressure of 200 mm of mercury with a solution of valeric acid at 22 / o, in a proportion of 0.25 to 0.50 / o of the weight of the wood waste .
This treatment is followed by mixing, in a kneader, with a 15% aqueous solution of sulfuric acid, the proportion of this solution being from 0.25 to 0.50% of the weight of the wood waste used as 1 to 3% of a high boiling point organic product, containing 5 to 6 carbon atoms in the molecule and having an alcohol function, such as furfuryl alcohol, is also added. The whole is mixed for approximately 1 to 10 minutes at room temperature The mass thus obtained is subjected to a heat treatment under pressure, as indicated above.
As can be seen, the additions of various products to the mass are made in very small proportions and much lower than the additions of resinous binders used hitherto.
This is precisely due to the fact that, in the process according to the invention, the binder consists to a large extent of the lignin itself of the wood which the treatment renders suitable for acting as a binder. Another reason for the small amount of products added is that all these products are much more fluid than the usual resinous binders, so that they penetrate more easily into the mass.
The process which is the subject of the invention has the advantage of being able to use as such and without special precautions wood waste constituting by-products, such as shavings, sawdust, etc. The process is applicable regardless of the species and the hygrometric state of the wood waste. However, depending on the amount of water contained in the waste, it will obviously be necessary to modify the proportions given by way of example as well as their concentration. If the moisture content of the waste exceeds 13%, it is preferable, though not essential, to subject the wood waste to partial drying before processing.
It is obvious that one can modify the order of succession of operations, the nature and the concentration of acids without departing from the scope of the invention. For example, in some cases it may be advisable to treat wood waste first with the strong acid and then with the weak acid.
The added organic product, which is preferably an aleool, can be replaced, in the same proportion with respect to the raw material, by an aldehyde having similar characteristics.
In addition to or instead of the aforementioned product, a resin, preferably alkaline and fluid, can be added to the mixture.
After mixing and before the heat treatment under pressure, the mass can be subjected to a more or less prolonged heating, at a relatively low temperature, for example about 50 ° C. In some cases, these treatments accelerate the agglomeration of the material during pressure casting.
Normally, the acids used are organically combined by the () 7I functions of cellulose molecules and no treatment is necessary to absorb the free acid residue which may remain, for example, if the paste is not mixed well. If it is desired to accelerate this absorption, the boards can be placed in chambers containing ammoniacal gases or any other suitable alkaline gases.
If the amount of lignin is not sufficient for the materials to give a satisfactory agglomerate as they are, products containing more lignin than these materials or even substantially pure lignin can be added to these raw materials.
Unlike known wet processes, the disclosed process is a dry process.
In addition, unlike the prior methods, the temperature and pressure need not exceed 120 C and 21 kg. Cm respectively. This relatively low temperature eliminates the risk of cracking and bursting. The final product is, for example, a board having a homogeneous texture which does not split even when submerged in water.