Verfahren zur Herstellung von Formteilen, insbesondere Platten, aus Spänen pflanzlicher Herkunft und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen, insbesondere Platten, aus Spänen pflanzlicher Herkunft, wobei man letztere mit Bindeund/oder Imprägnierungsmitteln behandelt, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Unter Spänen pflanzlicher Herkunft kann man beispielsweise solche aus Stroh, Bagasse (Zuckerrohrabfälle), Flachsschäben und Kenafschäben, d. h. lignocellulosehaltigen Stoffen, verstehen. Vorzugsweise handelt es sich um Holzspäne. Dabei können die Späne in gröberer oder feinerer Form, auch als sogenannte Holzwolle, vorliegen.
Derartige Späne werden in bekannter Weise zur Herstellung von Platten und anderen Formteilen mit Binde- und Imprägnierungsmitteln verschiedener Art versehen, indem man diese Mittel in Lösungen, Dispersionen oder Emulsionen mittels Auftragwalzen oder in rotierenden Mischern durch Aufsprühen oder Aufdüsen aufbringt.
Man hat auch die aufzubringenden Stoffe in Pulverform trocken auf angefeuchtetes Grundmaterial aufgeblasen. Eine Anwendung von Druck oder Vakuum zum Zwecke der Imprägnierung erfolgt hauptsächlich bei grobstückigem Material oder grösseren Körpern.
Insbesondere bei der Spanplattenfabrikation hat sich im Laufe der Jahre das Besprühen und Aufdüsen der Binde- oder Beleimungs- und Imprägnierungsmittel mittels periodisch oder kontinuierlich arbeitender Mischer bewährt und in weitem Umfang eingeführt.
Bei all diesen Verfahren gilt als erstrebenswert, die verschiedenen Zusatzmittel möglichst in einem einzigen Arbeitsgang bzw. gleichzeitig aufzubringen (Untermischverfahren).
Die Behandlung nach den vorstehend geschilderten Methoden hat sich in besonders gelagerten Fällen bisher auch als ausreichend erwiesen.
Nun ergibt sich aber auf Grund der immer steigenden Ansprüche, die an das Fertigprodukt z. B. hinsichtlich seines Schutzes gegen Fäulnis, Feuchtigkeitsaufnahme, Entflammung usw. gestellt werden, die Notwendigkeit einer vollkommeneren, intensiveren und gleichmässigeren Aufbringung der Behandlungsmittel. Diese kann in der erforderlichen Perfektion mittels der bisher angewandten Verfahren nicht erreicht werden; so ist eine vollkommen gleichmässige Verteilung, etwa ohne dass z. B. einzelne kleinere unbehandelte Lücken bleiben, nicht mit absoluter Sicherheit zu erreichen und damit auch nicht die Gewährleistung der geforderten technischen Eigenschaften, die an jeder einzelnen Stelle des aus den behandelten Spänen hergestellten Fertigproduktes gleich sein müssen.
Es ist aber erforderlich, die Streuungen der technischen Werte der Werkstoffe weitgehendst zu verringern und zwar durch eine Homogenisierung dieser Stoffe. Diese gewinnt besondere Bedeutung bei dem Bestreben, auch immer leichtere und sogar poröse Werkstoffe zu entwickeln. Während bislang die Gewährleistung technischer Mindestwerte durch Gewicht und Massen erreicht werden konnte, erfordert eine Verringerung von Gewicht oder Masse naturgemäss eine qualitative Verbesserung des Stoffes, die vornehmlich durch Homogenisierung erreicht werden muss.
Erste Voraussetzung hierfür ist bei den hier in Rede stehenden Werkstoffen eine möglichst gleichmässige Verteilung der Binde- und Imprägnierungsmittel. Es ist einleuchtend, dass diese am einiachsten durch die Methode des Tauchens oder Tränken erreicht werden können. Dieser Massnahme sind aber Grenzen gesetzt und es haben auch namhafte Sachverständige eine Tränkebehandlung, - insbesondere z. B. bei der Herstellung von Spanpiatten -, sowohl aus verfahrenstechnischen wie auch anxs wirtschaftlichen Gründen als undurchführbar bezeichnet; hierbei spielt eine beachtliche Rolle z.
B. die Beseitigung der grossen Wassermengen, die sich - jedenfalls nach der sich hierfür zunächst anbietenden Methode der Verdampfung im Trockner - sowohl als unwirtschaftlich wie auch wegen der Auswirkungen auf die Materialeigenschaften als unzweckmässig erwiesen hat. Ausserdem beeinträchtigen die nach der Verdampfung des Wassers auf der Holzoberfläche zurückbleibenden Abscheidungen der im Wasser gelöst gewesenen Stoffe die Güte der späteren Verleimung.
Abgesehen von dieser Frage der möglichst gleich mässigen Verteilung der Mittel ergeben sich für eine vollkommene Behandlung des Grundmaterials noch weitere beachtliche Probleme. So stellt sich zunächst als eine wichtige Aufgabe, die für die einzelnen Zwecke (Beleimung, Bindung, Fäulnis- und Flammschutz, Hydrophobierung) sich als besonders geeignet festgestellten
Mittel gemeinsam zur Anwendung zu bringen, was an gesichts der Tatsache ihrer oft erheblichen gegenseitigen chemischen Unverträglichkeit schwierig ist; letztere führt oft zu unerwünschten Reaktionen (Ausfällen, Ko agulieren usw.) und hat schon die Anwendung manchen guten Mittels verhindert und dadurch Entwicklung und Fortschritt verzögert.
Zu den bereits erwähnten Faktoren (gleichmässige Verteilung und gleichzeitige Anwendung geeigneter, aber nicht miteinander verträglicher Mittel) stellt sich als weiteres und sehr wichtiges Problem, die einzelnen Imprägnierungsmittel auch in der jeweils notwendigen Menge auf das Grundmaterial aufzubringen, obwohl einzelne Mittel sich nur in ganz geringem Masse in Wasser oder sonstigen Mitteln lösen lassen. Zum Beispiel wird für die Schutzimprägnierung von Holz einschliesslich Holzspanplatten der Zusatz von Fluoriden in einer gewichtsmässigen Menge gefordert, die bei der Fertigung von beispielweise Spanplatten nach den bisherigen Verfahren dem Material in der zulässigen Lösungsmenge nicht zugeführt werden konnten, da geeignete Fluoride sich nur in grosser Wassermenge (z. B.
100 : 4,3 NaF bei 200 C) lösen lassen.
Die gleiche Schwierigkeit besteht auch bei der Flammschutzbehandlung, wobei einzelne Schutzmittel ebenfalls nur eine sehr geringe Löslichkeit besitzen.
Zusätze solcher Holz- und Flammschutzmittel in Pulverform erbrachten nicht die erforderliche gleichmässige Verteilung und wirkten sich ausserdem nachteilig auf die Bindung und die Festigkeitswerte des Endproduktes aus, so dass diesem Verfahren eine praktische Bedeutung versagt blieb.
Zweck der vorliegenden Erfindung g ist es, obige Nachteile und Schwierigkeiten zu beseitigen.
Demgemäss ist Gegenstand der Erfindung:
I. ein Verfahren zur Herstellung von Formteilen, insbesondere Platten, aus Spänen pflanzlicher Herkunft, wobei man letztere mit Binde- und/oder Imprägnierungsmitteln behandelt, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man die Späne mit einer Flotte aus einer Lösung, Dispersion oder Emulsion mindestens der Binde- oder der Imprägnierungsmittel zusammenbringt, zentrifugier, trocknet und schliesslich weiterverarbeitet; sowie
II. eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine Schubzentrifuge aufweist, in deren Innenraum mindestens eine zur Einbringung des zu zentrifugierenden Gutes dienende Zuführung angeordnet ist.
Das kurzzeitige Zusammenbringen der Späne mit der Flotte kann beispielsweise unter Verwendung einer mit der Flotte gefüllten Wanne oder dgl. erfolgen, in die die Späne eingebracht und aus der sie unmittelbar darauf wieder entnommen werden, um der Zentrifuge zugeführt zu werden. Auch ein Überbrausen der in einem flachen Behälter befindlichen Späne mit der Flotte wäre möglich, wenn die Späne anschliessend alsbald in die Zentrifuge gebracht werden. Derartige, einfach erscheinende Verfahren sind aber für einen kontinuierlichen Betrieb des vorliegenden erfindungsgemässen Verfahrens nicht zu empfehlen. Es wird vielmehr bevorzugt, die Späne kontinuierlich in eine fliessende Flotte einzubringen, mit der zusammen die Späne in die Zentrifuge strömen. Man kann auch die Späne kontinuierlich lufttrocken, z.
B. mit einem Gebläse oder mittels einer Schüttelrinne, in die Zentrifuge einbringen und dort auf sie die Flotte aufgeben.
Dadurch, dass die Späne mit einer Lösung, Dispersion oder Emulsion der Behandlungsmittel in Berührung kommen, wird eine weitaus gleichmäsisigere Aufbringung der Mittel erzielt als bei dem bisher vorzugsweise üblichen Aufsprühen oder Aufdüsen. Gegenüber einem regelrechten Tränken, d. h. längeren Einweichen der Späne in einer Lösung, hat das neue Verfahren den Vorteil, dass die Zeit, während der die Späne mit der Lösung in Berührung kommen, wesentlich kürzer ist als bei einem Einweichvorgang . Hierdurch wird die Feuchtigkeitsaufnahme wesentlich herabgesetzt und damit auch die Anforderungen an den der Behandlung folgenden Trocknungsprozess.
Wenn man zur Herstellung der Flotte lediglich Imprägnierungsmittel, z. B. Schutzmittel gegen pflanzliche und tierische Schädlinge oder gegen Feuer, oder Mittel zur Veränderung der physikalischen Eigenschaften (z. B.
Hydrophobierungs- und Quellschutzmittel), verwendet, kann man nach Trocknung der Späne die Behandlung mit dem für die Herstellung von Platten usw. erforderlichen Kleb- oder Bindemittel in der bisher üblichen Weise in einem dem Trockner nachgeschalteten Mischer durchführen. Als Kleb- und Bindemittel kommen Leime und synthetische Klebstoffe, z. B. Harnstoff-, Melaminoder Phenol-Formaldehydharze und thermoplastische Kunstharzleime, in Betracht, wobei bei durch Zusatz von härteren härtbaren synthetischen Harzen dem Mischer die harzbildende Komponente und der zu ihrer Aushärtung gegebenenfalls erforderliche Härter zugeführt werden können.
Das Verfahren kann mit einer Zentrifuge üblicher Bauart durchgeführt werden, was allerdings zu einer diskontinuierlichen Arbeitsweise führt, die man im modernen Betrieb gern vermeidet. Letzteres lässt sich durch Verwendung von Zentrifugen mit oszillierendem Boden, sog. Schubzentrifugen, erreichen, bei denen die Zentrifugentrommel senkrecht oder waagrecht angeordnet sein kann, das Behandlungsgut nahe dem Boden zugeführt wird und durch die Oszillation des Bodens eine Bewegung in Richtung zum Rand der Zentrifuge ausführt.
Dies ermöglicht einen kontinuierlichen Betrieb der Zentrifuge. Während des Wanderns der Masse entlang der Wandung der Zentrifugentrommel wird die flüssige Phase weitgehend entfernt und es wird dann am Rand der Zentrifuge die für die weitere Verarbeitung bestimmte Masse entnommen.
Bei Verwendung einer sog. Stufen-Schubzentrifuge, bei der der Zentrifugenkorb sich vom Boden zum Rand stufenförmig erweitert, wird der zusätzliche Vorteil erzielt, dass das Späne-Material, und dies gilt insbesondere für feine Späne, beim Übergang von einer Stufe zur nächsten eine Umwälzung und dadurch eine Mischung erfährt. Ausserdem bewirkt die von Stufe zu Stufe grössere Umfangsgeschwindigkeit eine verbesserte Befreiung der Späne von der flüssigen Phase.
Die Verwendung vonn Schubzentrifugen ermöglicht eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens. Anstatt nämlich sämtliche Behandlungsmittel der zur Einführung der Späne in die Zentrifuge dienenden Lösung, Emulsion oder Dispersion zuzusetzen, kann man eine Aufteilung der Mittel auf zwei und mehr Behandlungsabschnitte vornehmen.
Man verwendet dabei zur Herstellung der Einbring Flotte nur einzelne Behandlungsmittel, bringt diese Späne enthaltende Flotte nahe dem Zentrifugenboden in die Zentrifuge ein und führt weitere Behandlungsmittel an einer oder mehreren Stellen, jeweils nahe der Zentrifugenwand d im Abstand vom Zentrifugenboden bzw. von einander der an der Zentrifugenwand entlangwandernden Späne-Masse zu. Dies kann bei Stufen Schubzentrifugen unter Aufteilung der Einbringungsstellen auf die einzelnen Stufen des Zentrifugenkorbs erfolgen.
In die Zentrifuge kann an beliebiger Stelle und vorzugsweise im letzten Behandlungsabschnitt Warm- oder Heissluft eingeführt werden, um die Entfernung der flüssigen Phase zu beschleunigen und/oder einen Trocknungsvorgang einzuleiten.
Die Späne werden vorzugsweise in eine fliessende Lösung, Dispersion oder Emulsion der Behandlungsmittel eingebracht, und die die Späne enthaltende Flotte die für die Späne als Trans, po, nttnittel dient, wird unmittelbar darauf der Zentrifuge zugeführt.
Hiermit wird die Zeit, während der die Lösung usw. die Späne benetzt, auf ein Minimum reduziert und jede unnötige Aufnahme von Feuchtigkeit durch die Späne verhindert. Dies lässt sich am besten dadurch verwirklichen, dass die Stelle, an der die Einbringung der Späne in die Lösung usw. erfolgt, so nahe, wie es aus konstruktiven Gesichtspunkten möglich ist, an die Zentrifuge herangelegt wird.
Die Benetzung der Späne beginnt bereits in der Zu führ-Rinne; sie wird dadurch vervollkommnet, dass die Flüssigkeit in der Zentrifuge mittels der Zentrifugalkraft durch die Späne-Masse hindurchgetrieben wird.
Die Konzentration der Behandlungsflüssigkeit wird praktisch so bemessen, dass nach Entfernung der in der Zentrifuge abgeschleuderten Flüssigkeit von dem in ihr gelösten oder dispergierten Behandlungsmittel so viel auf den Spänen verbleibt, wie im einzelnen Fall zur Erreichung der gewünschten Wirkung erforderlich ist.
Wenn beispielsweise die Zentrifuge so betrieben wird, dass, auf das Späne-Gewicht berechnet, 70 O/o Flüssigkeit auf den Spänen verbleiben, muss diese Flüssigkeitsmenge diejenige Menge an z. B. Fäulnis- oder Flammschutz Irnprägnierungsmitteln enthalten, die für die betreffende Späne-Menge erforderlich ist.
Die in der Zentrifuge abgetrennte Lösung usw. kann im Umlaufverfahren immer wieder zur Behandlung weiteren Späne-Materials verwendet werden, wobei dafür Sorge zu tragen ist, dass die Lösung usw. durch Zufuhr von Behandlungsmitteln laufend auf die erforderliche Konzentration gebracht wird.
Es wurde bereits erwähnt, dass eine getrennte Behandlung der Späne mit Imprägnierungsmitteln und Bindemitteln so durchgeführt werden kann, dass man das erfindugsgemässe Verfahren lediglich für die Behandlung mit Imprägnierungsmitteln benutzt und für die Aufbringung der Bindemittel, z. B. Leim oder synthetische Harze, bzw. harzbildende Komponenten und Härtern, in der bisher üblichen Weise mittels Aufsprühen oder Aufdüsen in einem Mischer arbeitet. Man kann auch den Härter in der Zentrifuge, und zwar mit der Flotte oder getrennt davon zugeben und im Mischer die Späne lediglich mit der harzbildenden Komponente behandeln.
Man kann aber auch, um die Vorteile des erfindungsgemässen Verfahrens voll auszunutzen, die gesamte Bindemittelbehandlung in die Zentrifuge verlegen. Hierbei ist es vorteilhaft, bei der Verwendung von durch Zusatz von Härtern härtbaren synthetischen Har zen den Härter mit der Flotte oder getrennt davon in die Zentrifuge einzuführen und die harzbildende Kom ponente erst an einer weiteren Stelle auf die an der Zentrifugenwand entlangwandernde Späne-Masse zu geben.
Bei diesem Verfahren kann man eine Vereinfachung dadurch erzielen, dass man als sauren Härter, wie er z.B. für Harnstoff-Formaldehydharze erforderlich ist, ein saures Salz benutzt, das gleichzeitig als Flammschutzmittel wirkt, z. B. Dihydroammoniumphosphat.
Hierdurch erspart man den Zusatz eines besonderen Härtungsmittels.
Die getrennte Aufbringung einzelnener Imprägnie rungs- und Bindemittel ist vor allem dann angezeigt, wenn sie aus Gründen einer gegenseitigen Unverträglichkeit, die sich in Ausfällungen oder Koagulationen zeigen könnte, nicht gemeinsam in einer Flotte angewandt werden können. In manchen Fällen wird auch eine bestimmte gewünschte Reihenfolge der Anwendung der einzelnen Behandlungsmittel für eine getrennte Aufbringung derselben sprechen. So wird man in der Regel die Behandlung mit einem Bindemittel der Imprägnierbehandlung folgen lassen wollen.
Die getrennte Behandlung mit Härtemitteln und harzbildenden Komponenten bei der Verwendung mit Härtemitteln härtbarer synthetischer Harze hat den weiteren Vorteil, dass man eine bessere Verleimung der einzelnen Späne erzielt als bei gleichzeitigem Zusatz beider Bestandteile. Wenn nämlich der Härter zuerst auf die Holzoberfläche gelangt, bildet er dort einen Film , der mit der später aufgebrachten harzbildenden Komponente auf der Holzoberfläche reagiert, bevor letztere in das Holz eindringen ( absinken ) könnte, wodurch der Aushärtungsvorgang beeinträchtigt würde.
Durch diese Arbeitsweise wird nicht nur die Verklebung verbessert, sondern auch die Zeit, die für die anschliessende Aushärtung des Harzes in einer beheizten Presse benötigt wird, beachtlich verkürzt. Die Verbesserung der Verklebung beruht u. a. darauf, dass man die Verwendung von Pufferungsmitteln, wie sie bisher bei gleichzeitiger Verwendung von Härter und harzbiidender Komponente zur Verhinderung vorzeitiger Harzbildung (Auskondensation bzw. -polymerisation) notwendig war, entbehrlich wird.
Im Falle der Behandlung mit Beleimungsmitteln sehr geringer Viskosität oder sehr niederer Konzentration können, auch zur Vermeidung der Gefahr des Eindringens bzw. Absinkens von Bindemitteln in die Spanoberflächen, der Flotte Verdickungsmittei, wie Polyvinylalkohol oder wasserlösliche Celluloseäther, zugesetzt werden.
Besonders wirkungsvoll ist das erfindungsgemässe Verfahren, wenn man der Emulsion, Lösung oder Dispersion der Behandlungsmittel noch Stoffe zusetzt, die infolge ihrer glättenden oder schmierenden Eigenschaften die Haftung des Behandlungsgutes an der Zentrifugenwand vermindern. Insbesondere werden mit Vorteil solche Stoffe hierzu verwendet, die selbst als Binde-, Hydrophobier- oder Flammschutzmittel oder für irgendeine andere Behandlung geeignet sind. Als Beispiele für solche Mittel seien Harnstoff, Biuret, Dimethylolharnstoff, Thioharnstoff oder deren halogenierte Derivate genannt.
In solchen Fällen, in denen die vorstehend genannten Stoffe nicht verwendet werden können, weil sie mit anderen Behandlungsmitteln, beispielsweise mit den als Bindemittel eingesetzten Phenolharzen reagieren würden, können Resorcin oder Resorcin-Harnstoffgemische verwendet werden.
Mit diesen Zusätzen können darüberhinaus noch andere erwünschte Wirkungen erzielt werden, z. B. pH Anderungen, sowie fungizide und bakterizide Wirkungen.
Kleinere Harnstoffmengen, z. B. etwa 0,5 Gew.- /o, werden der Flotte zwar häufig zugesetzt, beispielsweise zum Zwecke der Bindung freiwerdenden Formaldehyds; der mit grösseren Mengen Harnstoff und ähnlich wirkender Zusätze erzielte Effekt beruht hingegen auf mechanischen Ursachen. Man kann nach diesem bevorzugten Verfahren Imprägnierungen von einer Intensität erzielen, wie sie in dieser Höhe für manche Zwecke nicht erforderlich sind. Hieraus ergibt sich die Möglichkeit, z. B. Spanplatten aus mehreren Schichten aufzubauen, von denen die Aussenschichten aus Spänen bestehen, die gemäss dieser bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung imprägniert worden sind, während die Innenschichten in bisher üblicher Weise hergerichtet werden können.
Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel für die erfindungs, gemäss zu verwendende Schubzentrifuge und ihre Arbeitsweise (Fig. 1), sowie für die besondere Form der Schubzentrifuge, bei der mehrere Behandlungsmittel nacheinander und ausserdem Warm- bzw.
Heissluft eingeführt werden (Fig. 2).
In Fig. 1 bzeichnet 1 die Schubzentrifuge mit der Siebtrommel 2, Achse 3 und dem in Achsrichtung sich hier und herbewegenden Boden 4. Durch die in der Nähe des Zentrifugenbodens endende Rinne 5 strömt die Flotte in Richtung 6. Durch den Trichter 7 werden die Späne in die Flotte eingebracht.
Während die Flotte in Richtung 8 abgeschleudert wird, wandert die sich an der Innenwand der Trommel 2 bildende Späneschicht infolge der Einwirkung des oszillierenden Bodens 4 langsam in Richtung 9 zum Rand (Ausgang) der Trommel 2, um von dort bei 10 entnommen zu werden.
Fig. 2 zeigt eine gleichartige Zentrifuge, bei der ausser der für die Zuführung der die Späne enthaltenden Rinne 5 zwei weitere Rohre 11 und 12 angeordnet sind, die in Abstand von der Rinne 5 und voneinander Behandlungslösungen der an der Zentrifugenwand befindlichen Späne-Masse zuführen. Bei 13 ist eine Zuführung für Warm- bzw. Heissluft dargestellt.
Die Zeichnungen lassen erkennen, dass der Trichter, aus dem die Späne laufend in die von der fliessenden Flotte durchströmte Rinne fallen, unmittelbar vor dem Eintritt der Rinne in den Zentrifugenraum angeordnet ist, so dass der Weg, den die Späne in der Flotte verbringen, und damit die Zeit, während deren sie mit der Flotte zusammengebracht sind, möglichst kurz sind.
Die Ausführungsform nach Fig. 2 eignet sich zum Beispiel für die Verfahrensvariante, bei der Härter und harzbildende Komponente getrennt voneinander und nacheinander auf die an der Zentrifugenwand entlangwandernde Späne-Masse aufgegeben werden.
Ausführungsbeispiele
1. Späne mit einer Anfangsfeuchte von 20 O/o werden mit einer Flotte bestehend aus
82,1 Gew.-T. Wasser
0,4 Gew.-T. Fluornatrium
0,5 Gew.-T. Harnstoff
17,0 Gew.-T. Dihydroammoniumphosphat einer Zentrifuge zugeführt und so geschleudert, dass auf 100 Gew.-T zugeführter Späne 80 Gew.-T Lösung verbleiben. Damit verfügt das Material über einen gleichmässigen Feuchtigkeitsgehalt von 100 O/o (einschliesslich der gelösten Substanzen). Dieses Material wird dann z. B. in einem Düsenrohrtrockner auf etwa 3-5 0/0 Feuchtigkeit getrocknet und dann der Beleimung zugeführt und in bekannter Weise mit einem Harnstoffund/oder Melaminformaldehydharz (Festkörpergehalt 60 O/o) ohne jeden Härterzusatz mit 10 O/o des Spangewichts besprüht.
Der Phosphatzusatz ersetzt in diesem Falle durch seinen sauren Charakter den Härter. Diese Späne werden in bekannter Weise vorgeformt und der Heissverpressung zugeführt.
Für eine Hydrophobierung müssten beispielsweise noch 5 O/o einer 450/oigen Paraffin-oder Chlorparaffin Emulsion dem Harzanteil untermischt werden. 1 qm einer aus den so behandelten Spänen gefertigen 20 mm dicken Spanplatte mit einer Rohwichte von 0,425 besitzt den nach DIN 68800 vorbeugenden Schutz gegen InselQten und Pilzbefali (PIV) und ist t nach den neuen Vorschriften zu DIN 4102 schwer entflamm- bar . Um je nach Spanform und Holzart einer etwaigen Versprödung entgegenzuwirken, kann der Schutzmittellösung ein mehrwertiger Alkohol - etwa Sorbit in einer geringen Prozentmenge - zugesetzt werden.
Der hier erwähnte Harnstoffanteil dient nicht nur als weiteres Flammschutzmittel, sondern auch als Reaktionsvermittler für eine verstärkte Bindung (Adhäsion).
2. 30 Gew.-T. stark alkalisches beliebig mit Wasser verdünnbares flüssiges Kresol-Resolharz (Festkörpergehalt 50-52 O/o) wird mit
67,5 Gew.-T. Wasser verdünnt und darin
1,0 Gew.-T. Hexamethylentetramin und
0,4 Gew.-T. Natriumfluorid aufgelöst und
1,1 Gew.-T. Pentachlorphenolnatriumlösung (20 g in 100 ecm Waser) zugesetzt, dann mit Spänen zusammen in einem Strom einer Schubzentrifuge zugeführt und während d des Zentrifu- gierungsvorgangs durch Zusatz von Lösungen mit sauren Salzen oder verdünnten Säuren auf einen pH-Wert von 4 gebracht, so dass das Harz ausfällt und auf den Spänen oder Fasern niedergeschlagen wird.
Durch entsprechende Regulierung der Tourenzahl der Zentrifuge und des Festkörpergehaites des Harzes so, dass etwa 6 0/0 Festkörper auf Spänen oder Fasern verbleiben, ergibt sich ein Material, welches nach einer gewissen Trocknung und Vorverformung direkt zu Platten heiss verpresst werden kann, die sowohl voll witterungsbeständig wie auch gegen Termiten im ganzen Querschnitt geschützt sind.
3. Späne mit einer Anfangsfeuchte von 25 /o werden mit einer Flotte bestehend aus
70,0 Gew.-Anteilen Wasser
16,0 Gew.-Anteilen Dihydro ammoniumphosphat
12,5 Gew.-Anteilen Harnstoff
0,5 Gew.-Anteilen fluornatrium
1,0 Gew.-Anteilen Sorbit 1:1 in Wasser einer Zentrifuge zugeführt und so geschleudert, dass 100 Gew. Teile der zugeführten Späne 100 Gew. Teile Lösung aufnehmen, so dass die Späne zusätzlich 70 Teile Wasser und 30 Teile feste Substanz enthalten.
Dieses Material wird dann auf 5-70/0 Feuchtigkeit getrocknet, der Beleimung zugeführt und in bekannter Weise mit Harnstoff und/oder Melaminformaldehydharz (Festkörpergehalt ca. 60 0/o) mit einem geringen Zusatz (0,5-1,0 o/o) einer flüchtigen Säure (z. B. Ameisensäure) mit 15 O/o des Spangewichtes besprüht.
Diese Späne können als Aussen- bzw. Deckschicht verwendet und mit herkömmlichen Spänen für die Innenschicht der Heissverpressung zugeführt werden.
Solche Platten erfüllen den Test für die Schwerentflammbarkeit, haben eine hohe Bruchfestigkeit und erfüllen alle üblichen physikalischen Daten.
Werden Kresol-, Resolharze verwendet, so wird vom Harnstoftzusatz 1/4-1/3 durch Resorcin ersetzt.
Das hier für die Behandlung von Holzspänen beschriebene Verfahren ist auch für die Behandlung von Holzfasern für die Herstellung von Faserplatten anwendbar, wobei die für die Verwendung von Stufen-Schubzentrifugen erwähnte Umwälzung bzw. Mischung des behandelten Materials sich besonders vorteilhaft auswirkt.
Process for the production of molded parts, in particular panels, from chips of vegetable origin and device for carrying out the process
The invention relates to a method for producing molded parts, in particular plates, from chips of vegetable origin, the latter being treated with binding and / or impregnating agents, and a device for carrying out the method. Shavings of vegetable origin include, for example, those made from straw, bagasse (sugar cane waste), flax shives and kenaf shives, i.e. H. lignocellulosic substances, understand. It is preferably wood chips. The chips can be present in coarser or finer form, also as so-called wood wool.
Such chips are provided in a known manner with binding and impregnating agents of various types for the production of panels and other molded parts by applying these agents in solutions, dispersions or emulsions by means of application rollers or in rotating mixers by spraying or nozzles.
The substances to be applied have also been blown dry in powder form onto moistened base material. The use of pressure or vacuum for the purpose of impregnation occurs mainly in the case of coarse material or larger bodies.
In the manufacture of chipboard in particular, spraying and nozzling of binding or gluing and impregnating agents using periodically or continuously operating mixers has proven successful over the years and has been widely used.
In all of these processes, it is desirable to apply the various additives in a single operation or at the same time (submixing process).
Treatment according to the methods described above has so far proven to be sufficient in particularly stored cases.
Now, however, due to the ever increasing demands placed on the finished product z. B. with regard to its protection against rot, moisture absorption, inflammation, etc., the need for a more complete, more intensive and more even application of the treatment agent. This cannot be achieved in the required perfection by means of the methods previously used; so is a completely even distribution, for example without z. B. individual smaller untreated gaps remain, cannot be achieved with absolute certainty and thus also not the guarantee of the required technical properties, which must be the same at every single point of the finished product made from the treated chips.
However, it is necessary to reduce the scatter in the technical values of the materials as much as possible, namely by homogenizing these substances. This is of particular importance in the endeavor to develop ever lighter and even porous materials. While it was previously possible to guarantee minimum technical values through weight and mass, a reduction in weight or mass naturally requires a qualitative improvement in the material, which must primarily be achieved through homogenization.
The first prerequisite for this is that the binding and impregnating agents are distributed as evenly as possible for the materials in question. It is evident that these can most easily be achieved by the method of immersion or soaking. However, there are limits to this measure and well-known experts also have a drinking treatment - especially z. B. in the production of chipboard -, both for procedural reasons and anxs economic reasons as impracticable; here plays a considerable role z.
B. the elimination of the large amounts of water, which - at least after the first available method of evaporation in the dryer - has proven to be both uneconomical and inexpedient because of the effects on the material properties. In addition, the deposits of the substances dissolved in the water that remain on the wood surface after the water has evaporated impair the quality of the subsequent gluing.
Apart from this question of the most evenly possible distribution of funds, there are still other considerable problems for a complete treatment of the basic material. First of all, it is an important task that has been found to be particularly suitable for the individual purposes (gluing, binding, protection against rot and flame, water repellency)
To bring agents to joint use, which is difficult in view of their often considerable mutual chemical incompatibility; The latter often leads to undesirable reactions (failures, coagulation, etc.) and has already prevented the use of some good remedies and thus delayed development and progress.
In addition to the factors already mentioned (even distribution and simultaneous use of suitable but incompatible agents), another and very important problem is to apply the individual impregnation agents to the base material in the required amount, even though the individual agents are only slightly different Let the mass dissolve in water or other means. For example, for the protective impregnation of wood, including chipboard, the addition of fluorides in an amount by weight is required which, for example, in the manufacture of chipboard according to the previous methods, could not be added to the material in the permitted amount of solution, since suitable fluorides can only be found in large amounts of water (e.g.
100: 4.3 NaF at 200 C) let dissolve.
The same difficulty also arises with the flame retardant treatment, with individual protective agents likewise only having a very low solubility.
Additions of such wood and flame retardants in powder form did not produce the required uniform distribution and also had a detrimental effect on the bond and strength values of the end product, so that this process was of no practical importance.
The purpose of the present invention is to eliminate the above drawbacks and difficulties.
Accordingly, the subject of the invention is:
I. a process for the production of molded parts, in particular plates, from shavings of vegetable origin, the latter being treated with binding and / or impregnating agents, which is characterized in that the shavings with a liquor of a solution, dispersion or emulsion at least Binding or impregnating agents are brought together, centrifuged, dried and then processed further; as
II. A device for carrying out this method, which is characterized in that it has a pusher centrifuge, in the interior of which there is at least one feed used for introducing the material to be centrifuged.
The brief bringing together of the chips with the liquor can, for example, take place using a bath or the like filled with the liquor, into which the chips are introduced and from which they are immediately removed again in order to be fed to the centrifuge. It would also be possible to shower the chips in a flat container with the liquor if the chips are then immediately brought into the centrifuge. Such processes, which appear simple, are not to be recommended for continuous operation of the present process according to the invention. Rather, it is preferred to continuously introduce the chips into a flowing liquor with which the chips flow into the centrifuge. You can also air dry the chips continuously, e.g.
B. with a fan or by means of a vibrating chute, bring it into the centrifuge and give up the liquor there on it.
The fact that the chips come into contact with a solution, dispersion or emulsion of the treatment agents means that the agents are applied much more evenly than with the previously customary spraying or nozzles. Compared to a regular soaking, i.e. H. longer soaking of the chips in a solution, the new method has the advantage that the time during which the chips come into contact with the solution is significantly shorter than with a soaking process. This significantly reduces the absorption of moisture and thus also the requirements for the drying process following the treatment.
If you only use impregnating agents, z. B. Protective agents against plant and animal pests or against fire, or agents for changing the physical properties (e.g.
Hydrophobing and swelling inhibitors), used, after the chips have dried, the treatment with the adhesive or binding agent required for the production of boards etc. can be carried out in the conventional manner in a mixer connected downstream of the dryer. Glues and synthetic adhesives are used as adhesives and binders, e.g. B. urea, melamine or phenol-formaldehyde resins and thermoplastic synthetic resin glues, in which the resin-forming component and the hardener which may be required for their hardening can be added to the mixer by adding harder, hardenable synthetic resins.
The process can be carried out with a centrifuge of the usual type, which, however, leads to a discontinuous mode of operation, which is often avoided in modern operations. The latter can be achieved by using centrifuges with an oscillating bottom, so-called pusher centrifuges, in which the centrifuge drum can be arranged vertically or horizontally, the material to be treated is fed near the bottom and, due to the oscillation of the bottom, moves towards the edge of the centrifuge .
This enables the centrifuge to operate continuously. During the migration of the mass along the wall of the centrifuge drum, the liquid phase is largely removed and the mass intended for further processing is then removed at the edge of the centrifuge.
When using a so-called step pusher centrifuge, in which the centrifuge basket expands in steps from the bottom to the edge, the additional advantage is achieved that the chip material, and this applies in particular to fine chips, is circulated when passing from one step to the next and thereby experiences a mixture. In addition, the peripheral speed, which is greater from step to step, improves the removal of the liquid phase from the chips.
The use of pusher centrifuges enables a particularly advantageous embodiment of the method according to the invention. Instead of adding all the treatment agents to the solution, emulsion or dispersion used to introduce the chips into the centrifuge, the agents can be divided into two or more treatment sections.
Only individual treatment agents are used to produce the introduction liquor, this liquor containing chips is brought into the centrifuge near the bottom of the centrifuge and further treatment agents are introduced at one or more points, each near the centrifuge wall d at a distance from the bottom of the centrifuge or from each other at the Chip mass moving along the centrifuge wall. In the case of pusher centrifuges, this can be done by dividing the introduction points into the individual stages of the centrifuge basket.
Warm or hot air can be introduced into the centrifuge at any point and preferably in the last treatment section in order to accelerate the removal of the liquid phase and / or to initiate a drying process.
The chips are preferably introduced into a flowing solution, dispersion or emulsion of the treatment agent, and the liquor containing the chips, which serves as a transport medium for the chips, is immediately fed to the centrifuge.
This reduces the time during which the solution etc. wets the chips to a minimum and prevents any unnecessary absorption of moisture by the chips. This can best be achieved by placing the point at which the chips are introduced into the solution, etc., as close to the centrifuge as possible from a structural point of view.
The wetting of the chips begins in the feed channel; it is perfected by the fact that the liquid in the centrifuge is driven through the swarf mass by means of centrifugal force.
The concentration of the treatment liquid is measured in such a way that after the liquid thrown off in the centrifuge has been removed from the treatment agent dissolved or dispersed in it, as much remains on the chips as is necessary in the individual case to achieve the desired effect.
If, for example, the centrifuge is operated in such a way that, calculated on the chip weight, 70% liquid remain on the chips, this amount of liquid must be the same as the amount of e.g. B. rot or flame retardant impregnation agents contain, which is necessary for the amount of chips in question.
The solution, etc. separated off in the centrifuge can be used again and again in the circulation process for the treatment of further chip material, whereby care must be taken that the solution etc. is continuously brought to the required concentration by adding treatment agents.
It has already been mentioned that a separate treatment of the chips with impregnants and binders can be carried out so that the process according to the invention is only used for the treatment with impregnants and for the application of the binders, e.g. B. glue or synthetic resins, or resin-forming components and hardeners, works in the conventional manner by spraying or nozzle in a mixer. You can also add the hardener in the centrifuge, with the liquor or separately, and treat the chips in the mixer only with the resin-forming component.
However, in order to fully utilize the advantages of the process according to the invention, the entire binder treatment can also be moved to the centrifuge. It is advantageous when using synthetic resins that can be hardened by the addition of hardeners to introduce the hardener with the liquor or separately into the centrifuge and only add the resin-forming component to the swarf moving along the wall of the centrifuge at another point .
In this process, a simplification can be achieved by using an acidic hardener such as e.g. is required for urea-formaldehyde resins, an acid salt is used, which also acts as a flame retardant, z. B. dihydroammonium phosphate.
This saves the addition of a special hardening agent.
The separate application of individual impregnation agents and binders is particularly advisable when they cannot be used together in one liquor for reasons of mutual incompatibility, which could result in precipitations or coagulations. In some cases, a certain desired sequence of application of the individual treatment agents will speak in favor of a separate application of the same. As a rule, you will want to follow the impregnation treatment with a binder.
The separate treatment with hardening agents and resin-forming components when using synthetic resins hardenable with hardening agents has the further advantage that the individual chips are glued together better than when both components are added at the same time. When the hardener first reaches the wood surface, it forms a film there that reacts with the resin-forming component applied later on the wood surface before the latter could penetrate (sink) into the wood, which would impair the hardening process.
This procedure not only improves the bond, but also considerably shortens the time required for the subsequent curing of the resin in a heated press. The improvement of the bond is based u. a. on the fact that the use of buffering agents, as was previously necessary with the simultaneous use of hardener and resin-forming component to prevent premature resin formation (condensation or polymerization), is unnecessary.
In the case of treatment with gluing agents of very low viscosity or very low concentration, thickening agents such as polyvinyl alcohol or water-soluble cellulose ethers can be added to the liquor to avoid the risk of binding agents penetrating or sinking into the chip surface.
The process according to the invention is particularly effective when substances are added to the emulsion, solution or dispersion of the treatment agent which, due to their smoothing or lubricating properties, reduce the adhesion of the material to be treated to the centrifuge wall. In particular, those substances are advantageously used for this purpose which are themselves suitable as binders, water repellants or flame retardants or for any other treatment. Examples of such agents are urea, biuret, dimethylolurea, thiourea or their halogenated derivatives.
In those cases in which the substances mentioned above cannot be used because they would react with other treatment agents, for example with the phenolic resins used as binders, resorcinol or resorcinol-urea mixtures can be used.
In addition, other desirable effects can be achieved with these additives, e.g. B. pH changes, as well as fungicidal and bactericidal effects.
Smaller amounts of urea, e.g. B. about 0.5 wt / o, are often added to the liquor, for example, for the purpose of binding released formaldehyde; the effect achieved with larger amounts of urea and similarly acting additives, however, is based on mechanical causes. With this preferred method, it is possible to achieve impregnations of an intensity which, at this level, are not necessary for some purposes. This gives the possibility of z. B. to build chipboard from several layers, of which the outer layers consist of chips that have been impregnated according to this preferred embodiment of the present invention, while the inner layers can be prepared in the usual manner.
The drawing shows an exemplary embodiment for the pusher centrifuge to be used according to the invention and its mode of operation (FIG. 1), as well as for the special shape of the pusher centrifuge, in which several treatment agents are used one after the other and also hot or
Hot air are introduced (Fig. 2).
In Fig. 1, 1 denotes the pusher centrifuge with the sieve drum 2, axis 3 and the bottom 4 moving here and there in the axial direction. Through the channel 5 ending near the bottom of the centrifuge, the liquor flows in the direction 6. Through the funnel 7, the chips are introduced into the fleet.
While the liquor is thrown off in the direction 8, the layer of chips forming on the inner wall of the drum 2 moves slowly in the direction 9 to the edge (exit) of the drum 2 as a result of the action of the oscillating bottom 4, in order to be removed from there at 10.
2 shows a centrifuge of the same type in which, in addition to the one for feeding the chute 5 containing the chips, two further tubes 11 and 12 are arranged, which feed treatment solutions to the swarf mass located on the centrifuge wall at a distance from the chute 5 and from each other. At 13 a supply for warm or hot air is shown.
The drawings show that the funnel, from which the chips continuously fall into the channel through which the flowing liquor flows, is arranged immediately in front of the entrance of the channel into the centrifuge room, so that the path that the chips spend in the liquor and so that the time during which they are brought together with the fleet is as short as possible.
The embodiment according to FIG. 2 is suitable, for example, for the process variant in which the hardener and resin-forming component are applied separately from one another and one after the other onto the swarf mass moving along the centrifuge wall.
Embodiments
1. Chips with an initial moisture content of 20 O / o are made with a liquor consisting of
82.1 parts by weight water
0.4 part by weight Fluorosodium
0.5 part by weight urea
17.0 parts by weight Dihydroammonium phosphate fed to a centrifuge and spun in such a way that for every 100 parts by weight of chips fed in, 80 parts by weight of solution remain. This means that the material has a uniform moisture content of 100% (including the dissolved substances). This material is then z. B. dried in a nozzle tube dryer to about 3-5 0/0 moisture and then fed to the gluing and sprayed in a known manner with a urea and / or melamine formaldehyde resin (solids content 60 O / o) without any hardener addition with 10 O / o of the chip weight.
In this case, the addition of phosphate replaces the hardener due to its acidic character. These chips are preformed in a known manner and fed to the hot pressing.
For hydrophobization, for example, 5% of a 450% paraffin or chlorinated paraffin emulsion would have to be mixed into the resin component. 1 sqm of a 20 mm thick chipboard made from the treated chips with a gross weight of 0.425 has preventive protection against islands and fungi (PIV) according to DIN 68800 and is flame retardant according to the new DIN 4102 regulations. In order to counteract any embrittlement, depending on the chip shape and type of wood, a polyhydric alcohol - such as sorbitol in a small percentage - can be added to the protective agent solution.
The urea component mentioned here serves not only as an additional flame retardant, but also as a reaction mediator for a stronger bond (adhesion).
2. 30 parts by weight highly alkaline liquid cresol resole resin (solids content 50-52 O / o) that can be diluted with water as required is mixed with
67.5 parts by weight Water diluted and in it
1.0 part by weight Hexamethylenetetramine and
0.4 part by weight Dissolved sodium fluoride and
1.1 parts by weight Pentachlorophenol sodium solution (20 g in 100 ecm water) was added, then fed together with the chips in one stream to a pusher centrifuge and brought to a pH value of 4 during the centrifuge process by adding solutions with acidic salts or dilute acids, so that the Resin precipitates and is deposited on the chips or fibers.
By correspondingly regulating the number of revolutions of the centrifuge and the solid body content of the resin so that about 6 0/0 solid bodies remain on chips or fibers, a material results which, after a certain drying and pre-deformation, can be hot-pressed directly into panels that are both full weather-resistant and protected against termites in the entire cross-section.
3. Chips with an initial moisture content of 25 / o are made with a liquor consisting of
70.0 parts by weight of water
16.0 parts by weight dihydro ammonium phosphate
12.5 parts by weight urea
0.5 part by weight of sodium fluorine
1.0 part by weight of sorbitol 1: 1 in water is fed to a centrifuge and spun in such a way that 100 parts by weight of the supplied chips absorb 100 parts by weight of solution, so that the chips contain an additional 70 parts of water and 30 parts of solid substance.
This material is then dried to 5-70 / 0 moisture, supplied to the gluing and in a known manner with urea and / or melamine-formaldehyde resin (solids content approx. 60 0 / o) with a small addition (0.5-1.0 o / o ) a volatile acid (e.g. formic acid) with 15% of the chip weight sprayed.
These chips can be used as the outer or top layer and fed to the hot pressing with conventional chips for the inner layer.
Such panels meet the flame retardancy test, have a high breaking strength and meet all the usual physical data.
If cresol or resol resins are used, 1 / 4-1 / 3 of the urea additive is replaced by resorcinol.
The method described here for the treatment of wood chips can also be used for the treatment of wood fibers for the production of fiberboard, the circulation or mixing of the treated material mentioned for the use of stage pusher centrifuges having a particularly advantageous effect.