CN111788052B - 生产木纤维板的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生产木纤维板如MDF板的方法。

Description

生产木纤维板的方法
本发明涉及一种生产木纤维板如MDF板的方法。
中密度纤维板(MDF)和高密度纤维板(HDF)的市场多年来不断增长。MDF和HDF板可像常规颗粒板那样加工。但是，由于它们的均匀结构，它们也适用于生产型材部件，并且它们的应用在家具构造中变得越来越广泛。
为了生产纤维板，将木材纤维分离成木颗粒，胶粘并压制成板。在这一工艺中使用各种类型的木材，其中主要使用针叶木，如杉木和松木。也可使用其它类型的木材，如榉木或桉木。
将用于纤维生产的木材剥皮并破碎成木片。此后，木片在碾磨装置，即所谓的精磨机中纤维分离成木颗粒。
精磨机可由彼此直接相邻的两个带有径向后角的金属圆盘组成。这些圆盘之一可运动，或两个圆盘可朝相反方向转动。精磨机通常在正压下运行。木片在这两个圆盘之间纤维分离，其中纤维的细度取决于圆盘之间的碾磨间隙。
木片的纤维分离消耗能量。精磨机中的能量消耗高达每吨木材400KW/h。纤维分离的能量成本可占MDF板的生产成本的高达20％。为了减少能量消耗，可对木片施以水热预处理。为此，木片通常在锅炉中在100至180℃的温度和最多10巴的压力下预处理。这种处理软化中间层并促进在精磨机中的纤维分离。
在下一步骤中，将粘合剂，如脲醛树脂(UF树脂)、由脲和三聚氰胺组成的混合树脂(MUF树脂)、酚醛树脂(PF树脂)或二异氰酸酯胶粘剂添加到木纤维浆中。粘合剂通常添加到仍湿的纤维中，但也可在干燥后加入。添加到湿纤维中通常在所谓的“喷吹线路”中进行。也可与粘合剂一起加入蜡。
此后，纤维在干燥器中干燥到大约7％至15％的残留湿含量。在后续步骤中，将粘合的纤维铺开以形成垫材并预压实(预压制)。此后，预压实的垫材在加热压机中在170至240℃的温度下压制成板。
通常，板随后必须打磨和抛光以获得光滑表面，其可上漆或配备装饰层。打磨步骤是必需的，因为板经常表现出由不均匀分布造成的不足的纤维结合和在其表面上的粗糙区域。
本发明的一个目的因此是提供一种生产木纤维板的方法，其减轻或完全避免上述缺点。特别地，目标是提供一种生产木纤维板的方法，其中降低打磨的复杂度和/或其中实现制成的木纤维板的更好内部纤维粘合和/或更光滑的表面和/或制成的木纤维板表现出更好的稳定性。另一目的是减轻水渗入纤维板。
这根据本发明使用表面活性剂实现。
尽管EP 2168738确实描述在木纤维板的生产中使用表面活性剂，但表面活性剂的用途在这种情况下是促进浸渍液渗入原木纤维板。由此实现预定的最终湿度。没有进一步规定所用表面活性剂的类型。
EP 2619016B1公开了一种生产木板的方法，其中在一个实施方案中，在压制木材饼之前加入添加剂。该添加剂可含有表面活性剂，但没有进一步规定表面活性剂。
"Advantages of Alkylpolyglycoside Surfactants in Mechanical Pulping",IPCOM000230969D描述了在用于造纸的木浆生产中使用烷基聚糖苷。
尽管如此，上述公开都没有助于实现上述目的。
但是，通过根据本发明的生产木纤维板的方法实现上述目的，所述方法包括下列步骤：
a)将木材破碎成木片，
b)在预蒸仓中在100至180℃的温度和1至10巴的压力下用蒸汽水热预处理木片，
c)在精磨机中在蒸汽存在下在150℃至200℃的温度和4.5至16巴的压力下将预处理过的木片研磨成细木颗粒，
d)胶粘和干燥细木颗粒，其中也可在胶粘前进行木颗粒的干燥，
e)由粘结的纤维形成垫材并预压实垫材，
f)将胶粘和干燥的木颗粒在170至240℃的温度下压制成木纤维板，
其中在一种或多种表面活性剂存在下进行预处理过的木片研磨c)成细木颗粒和/或胶粘(通常在所谓的喷吹线路中(d))和/或纤维的成型和预压实(e)。
进一步借助一种生产细木颗粒的方法实现该目的，其包括下列步骤：
a)将木材破碎成木片，
b)在预蒸仓中在100至180℃的温度和1至10巴的压力下用蒸汽水热预处理木片，
c)在精磨机中在蒸汽存在下在150℃至200℃的温度和4.5至16巴的压力下将预处理过的木片研磨成细木颗粒，
d)胶粘和干燥细木颗粒，其中也可在胶粘前进行木颗粒的干燥，并且其中任选将一种或多种表面活性剂随胶粘剂注入喷吹线路，
e)由粘结的纤维形成垫材并预压实垫材，其中任选将一种或多种表面活性剂喷到预压实垫材的上方或下方，和
任选地，f)将胶粘和干燥的木颗粒在170至240℃的温度下压制成木纤维板。
可在该方法的所有步骤中或仅在该方法的一个或多个步骤中进行表面活性剂的添加。例如，可在步骤d)中和/或在步骤e)中加入至少一种表面活性剂。
令人惊讶地，借助根据本发明的方法实现几个技术优点。
由于加入根据本发明的表面活性剂，木纤维板的表面令人惊讶地变得更疏水。木纤维板的表面也变得更光滑，并可缩短或甚至完全省去打磨。也在功能上改进后续涂布工艺。
最后，在使用根据本发明的方法时，木纤维板还表现出更有光学吸引力的外观和提高的稳定性。
在用于精磨机步骤时，可在预蒸仓中或在精磨机上游的进给螺杆中将表面活性剂添加到木片中。在用于胶粘步骤时，可将表面活性剂作为水溶液注入喷吹线路。表面活性剂的水溶液也用于喷到预压实垫材的上方或下方。
所用表面活性剂的量通常为绝干(bd)木材的0.05重量％至5重量％，优选0.1重量％至3重量％。
所用表面活性剂可以是阴离子型或非离子型的。也可使用多种不同的表面活性剂的组合。
优选使用含有非离子型表面活性剂的组合或单独的非离子型表面活性剂。
阴离子型表面活性剂可以是支化或未支化脂肪醇或羰基合成醇、支化或未支化脂肪醇氧基化物(oxylate)或羰基合成醇氧基化物的硫酸盐、磺酸盐或磷酸盐。萘醇或乙氧基化萘醇、芳基烷基醇或芳基烷基乙氧基化物的硫酸盐、磺酸盐或磷酸盐也有可能。
合适的阴离子型表面活性剂是具有支化或未支化C8-C20烷基链和2至50个氧化乙烯(EO)单元的脂肪醇醚硫酸盐。特别优选的是具有C8-C14烷基链和2至12个氧化乙烯单元的脂肪醇醚硫酸盐。
具有C8-C14烷基链和2至12个氧化乙烯单元的脂肪醇醚硫酸盐也合适。
非离子型表面活性剂可以是具有线性或支化、伯或仲烷基链的烷基醇烷氧基化物，或芳基烷氧基化物。优选的是式(I)的烷基或芳基烷氧基化物
Figure BDA0002639616700000041
其中
R1＝线性或支化、伯或仲C4–C24烷基苯基和萘基，
R2＝线性或支化C1–C16烷基，
R3＝H、苄基、线性或支化C1–C18烷基，
n＝1-200，
m＝0-80，
其中氧化烯单元可以任意所需顺序嵌段排列或统计排列。
另外可用的非离子型表面活性剂是具有3至20个氧化乙烯单元的支化或未支化C8至C15烷基乙氧基化物。
另外可用的非离子型表面活性剂是具有3至20个氧化乙烯单元的支化或未支化C8至C15烷基乙氧基化物。
非离子型表面活性剂可以是PO/EO嵌段共聚物。
在一个优选实施方案中，非离子型表面活性剂可以是基于C5糖或C6糖或其混合物的烷基聚糖苷，优选为通式(IIa)或(IIb)
R1O(R2O)b(Z)a(IIa)
R1O(Z)a(R2O)bH(IIb)
其中
R1＝线性或支化C4-C30烷基，
R2＝C2-C4亚烷基，
Z＝互相独立地为糖基，优选葡萄糖或木糖，
b＝0-12，
a＝1-15，分数也有可能。
在优选的烷基聚糖苷中，R1是线性或支化C8至C16烷基，b＝0且a＝1.1-4。
在本发明中，“木颗粒”、“木片”、“细木颗粒”、“纤维”被理解为是指细粒状的含纤维素的粒子。这包括例如木材和其它含纤维素的材料的纤维和碎屑。所有可获自植物的纤维材料可用作木颗粒和木纤维板的基础材料。例如，通常使用木材作为原材料，但合适的含纤维的粒子也可获自棕榈和一年生植物，如甘蔗渣或稻草。农业废弃物是另一来源。优选的基础材料是浅色木材类型，特别是杉木或松木，但也可使用更深色的木材类型，如榉木或桉木。
木质材料(含纤维素的原材料)在根据本发明的方法的步骤a)中破碎并任选洗涤。此后用蒸汽水热预处理木片。
在根据本发明的方法的步骤b)中，破碎的木质材料在预蒸仓(锅炉)中用蒸汽预处理。这优选在1至10巴的压力和100至180℃的温度下进行。确切的温度和压力取决于所用的各自的原材料。关于一年生植物的破碎，比破碎多年生植物如木材所需的温度低的温度通常足够。
在步骤c)中，将水热预处理的破碎木质材料转移到所谓的精磨机，在此将其研磨成细颗粒。精磨机通常是用于研磨纤维材料的具有旋转和任选固定的叶片或圆盘的研磨装置，并优选包含彼此紧邻的两个带有径向后角的金属圆盘。在这两个圆盘中，一个可运动且另一个可固定，但两个圆盘也可朝相反方向转动。精磨机通常在正压下运行。
预处理过的破碎木质材料的研磨也可在其它适合此用途的装置中进行。
用于MDF板的木纤维在精磨机中的生产通常在150至180℃，优选大约170℃的温度下进行。
可根据本发明在该方法中的各种点加入表面活性剂。第一种进料可能性是精磨机或精磨机上游的预蒸仓。所用表面活性剂的量为绝干(bd)木材的0.05重量％至5重量％，优选0.1重量％至3重量％。
在根据本发明的方法的步骤d)中，胶粘和干燥细木颗粒，其中也可在胶粘前进行木颗粒的干燥。在本发明的一个实施方案中，可在此时加入表面活性剂。
通常，通过精磨机中存在的正压经喷吹线路从精磨机中排出木颗粒。木颗粒随后可直接，即在仍湿的同时，在喷吹线路中胶粘。根据本发明进给表面活性剂的第二种可能性是喷吹线路。表面活性剂可作为水溶液通过注入喷吹线路中而添加。所用表面活性剂的量为绝干(bd)木材的0.05重量％至5重量％，优选0.1重量％至3重量％。此后，它们经过干燥器，在此将它们干燥到8至15％的残留湿含量。
在另一实施方案中，首先干燥木颗粒，然后在干态下胶粘并进一步加工。
根据本发明生产的木质材料可以是MDF、HDF、刨花板或OSB板。优选的是MDF和HDF板，特别优选的是MDF板。
MDF、HDF、OSB和颗粒板也被称为木料板。它们如下生产：将粘结的纤维或碎屑浇注成垫材，任选冷预压实它们和在加热压机中在170至240℃的温度下将它们压制成板。在该方法中的这一时刻，在本发明的一个实施方案中，也可加入表面活性剂，优选将表面活性剂作为水溶液喷到预压实垫材的上方或下方。
用作胶粘剂的粘合剂通常是用三聚氰胺部分增强的脲醛树脂、脲-三聚氰胺-甲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、酚-三聚氰胺树脂和酚醛树脂。使用异氰酸酯作为另一粘合剂，通常基于多亚甲基二异氰酸酯。
木颗粒可在喷吹线路中直接胶粘，即在仍湿的同时胶粘。但是，预干燥的木颗粒也可在混合机，优选连续运行的混合机中胶粘。在颗粒板和OSB的生产中特别优选在混合机中胶粘，在HDF和MDF板的生产中优选在喷吹线路中进行胶粘。另一可能的胶粘方法是所谓的干胶粘，其中用胶粘剂喷涂干燥的木颗粒。
如果木颗粒在喷吹线路中胶粘，它们随后经过干燥器，在此将它们干燥到8至15重量％的残留湿含量。
在根据本发明的方法的步骤e)中，随后将胶粘和干燥的木颗粒浇注成垫材，任选冷预压实和在加热压机中在170至240℃的温度下压制成板。
根据本发明进给表面活性剂的另一种可能的方式是在加热压机上游预压实纤维垫材。表面活性剂可作为水溶液喷到纤维垫材上方或下方。所用表面活性剂的量为绝干(bd)木材的0.05重量％至5重量％，优选0.1重量％至3重量％。
现在借助下列示例性实施例更详细解释本发明的几个方面。
对于所有试验，云杉木片在精磨机中纤维分离并在喷吹线路中使用表1中所示的胶粘剂配方胶粘。
木片在精磨机中在大约180℃的温度、大约9巴的压力和0.12mm的碾磨间隙下纤维分离。在精磨机上游的锅炉中的停留时间为3至4分钟。在碾磨过程中测量所需能量。
纤维分离能量的单位是kWh/t bd。Bd代表“绝干木材”。
表1
Figure BDA0002639616700000071
Figure BDA0002639616700000081
实施例1
粘结的纤维随后在干燥器中干燥到大约8重量％的湿含量，浇注以形成垫材，预压实和在220℃下压制成大约4mm厚的板。
MDF板具有含暗区的粗糙表面。
为了测试表面的疏水性，将一滴水滴到表面上，并测量该滴完全吸收到板中所需的时间。
在第二个试验中，(根据EN 319)测量板的横向拉伸强度；结果显示在表2中。
表2
MDF板 横向拉伸强度(N/mm<sup>2</sup>) 水滴吸收时间，sec
实施例1 0.88 68
实施例2
在实施例2中，云杉木片在C8-C10烷基聚糖苷存在下纤维分离。该表面活性剂作为含有基于木材量计1％活性表面活性剂的25％水溶液直接计量到精磨机中。
粘结的纤维随后在干燥器中干燥到大约8重量％的湿含量，浇注成垫材，预压实和在220℃下压制成大约4mm厚的板。
该板具有光滑、有光泽和均匀的表面(也见表3)。
表3
MDF板 横向拉伸强度(N/mm<sup>2</sup>) 水滴吸收时间，sec
实施例2 1.02 476
实施例3
在实施例3中，云杉木片在精磨机中纤维分离并在喷吹线路中胶粘在一起。同时，将含有基于木材量计0.5％活性表面活性剂的20％C8-C14烷基聚糖苷溶液注入喷吹线路。
粘结的纤维随后在干燥器中干燥到大约8重量％的湿含量，浇注成垫材，预压实和在220℃下压制成大约4mm厚的板。
该板具有光滑、有光泽和均匀的表面(也见表4)。
表4
MDF板 横向拉伸强度(N/mm<sup>2</sup>) 水滴吸收时间，sec
实施例3 1.21 780
实施例4
在实施例4中，云杉木片在精磨机中纤维分离并在喷吹线路中胶粘在一起。同时，将含有基于木材量计0.5％活性表面活性剂的C13羰基合成醇乙氧基化物+12EO单元的20％溶液注入喷吹线路。
粘结的纤维随后在干燥器中干燥到大约8重量％的湿含量，浇注成垫材，预压实和在220℃下压制成大约4mm厚的板。
该板具有光滑、有光泽和均匀的表面(也见表5)。
表5
MDF板 横向拉伸强度(N/mm<sup>2</sup>) 水滴吸收时间，sec
实施例4 0.98 346
实施例5
在实施例5中，云杉木片在精磨机中纤维分离并在喷吹线路中胶粘在一起。
粘结的纤维随后在干燥器中干燥到大约8重量％的湿含量，浇注成垫材并预压实。将20％C8-C14烷基聚糖苷溶液喷到预压实垫材上，其中使用基于木材量计0.4％的活性表面活性剂。此后，该垫材在220℃下压制成大约4mm厚的板。
该板的处理侧是光滑、有光泽和均匀的。未处理侧是粗糙和斑驳的(也见表6)。
表6
MDF板 横向拉伸强度(N/mm<sup>2</sup>) 水滴吸收时间，sec
实施例5，处理侧 1.26 720
实施例5，未处理侧 1.26 93
实施例6
在实施例6中，云杉木片在精磨机中纤维分离并在喷吹线路中胶粘在一起。同时，将含有基于木材量计0.7％活性表面活性剂的具有12个EO单元的脂肪醇醚硫酸钠盐的20％溶液注入喷吹线路。
粘结的纤维随后在干燥器中干燥到大约8重量％的湿含量，浇注成垫材，预压实和在220℃下压制成大约4mm厚的板。
该板具有光滑、有光泽和均匀的表面(也见表7)。
表7
MDF板 横向拉伸强度(N/mm<sup>2</sup>) 水滴吸收时间，sec
实施例6 1.07 423

Claims (16)

1.一种生产木纤维板的方法，包括下列步骤：
a)将木材破碎成木片，
b)在预蒸仓中在100至180℃的温度和1至10巴的压力下用蒸汽水热预处理木片，
c)在精磨机中在蒸汽存在下在150至200℃的温度和4.5至16巴的压力下将预处理过的木片研磨成细木颗粒，
d)胶粘和干燥细木颗粒，其中也可在胶粘前进行木颗粒的干燥，
e)由粘结的纤维形成垫材并预压实垫材，
f)将胶粘和干燥的木颗粒在170至240℃的温度下压制成木纤维板，
其中步骤d)至e)的至少一个在步骤d)和/或步骤e)中加入的一种或多种表面活性剂存在下进行。
2.根据权利要求1的方法，其中表面活性剂为阴离子型或非离子型表面活性剂。
3.根据权利要求1的方法，其中步骤c)中表面活性剂的量为绝干木材的0.05至5重量％。
4.根据权利要求2的方法，其中步骤c)中表面活性剂的量为绝干木材的0.05至5重量％。
5.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中将细木颗粒还原漂白。
6.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中木纤维板为中密度纤维板。
7.根据权利要求5的方法，其中木纤维板为中密度纤维板。
8.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中表面活性剂选自具有支化和/或未支化C8至C20烷基链和2至50个氧化乙烯单元的脂肪醇醚硫酸盐。
9.根据权利要求7的方法，其中表面活性剂选自具有支化和/或未支化C8至C20烷基链和2至50个氧化乙烯单元的脂肪醇醚硫酸盐。
10.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中表面活性剂选自通式(I)的烷基-和/或芳基烷氧基化物
Figure FDA0003780044440000021
其中
R1＝线性或支化、伯或仲C4–C24烷基苯基或萘基，
R2＝线性或支化C1–C16烷基，
R3＝H、苄基、线性或支化C1–C18烷基，
n＝1-200，
m＝0-80，
其中氧化烯单元可以任意所需顺序嵌段排列或统计排列。
11.根据权利要求7的方法，其中表面活性剂选自通式(I)的烷基-和/或芳基烷氧基化物
Figure FDA0003780044440000022
其中
R1＝线性或支化、伯或仲C4–C24烷基苯基或萘基，
R2＝线性或支化C1–C16烷基，
R3＝H、苄基、线性或支化C1–C18烷基，
n＝1-200，
m＝0-80，
其中氧化烯单元可以任意所需顺序嵌段排列或统计排列。
12.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中表面活性剂选自具有3至20个氧化乙烯单元的C8至C15烷基乙氧基化物。
13.根据权利要求7的方法，其中表面活性剂选自具有3至20个氧化乙烯单元的C8至C15烷基乙氧基化物。
14.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中表面活性剂选自通式(IIa)或(IIb)的烷基聚糖苷
R1O(R2O)b(Z)a(IIa)
R1O(Z)a(R2O)bH(IIb)
其中
R1＝线性或支化C6–C30烷基，
R2＝C2-C4亚烷基，
Z＝独立地为一个糖基，各自具有5或6个碳原子，
b＝0-12，
a＝1-10。
15.根据权利要求7的方法，其中表面活性剂选自通式(IIa)或(IIb)的烷基聚糖苷
R1O(R2O)b(Z)a(IIa)
R1O(Z)a(R2O)bH(IIb)
其中
R1＝线性或支化C6–C30烷基，
R2＝C2-C4亚烷基，
Z＝独立地为一个糖基，各自具有5或6个碳原子，
b＝0-12，
a＝1-10。
16.根据权利要求14的方法，其中R1为C8-C16烷基链，b＝0且a＝1-4。
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