DE10124638A1

DE10124638A1 - Verfahren zur Herstellung von mit Tanninformaldehydharzen gebundenen Holzspan-und Holzfaserplatten

Info

Publication number: DE10124638A1
Application number: DE2001124638
Authority: DE
Inventors: Edmone Roffael
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-05-18
Filing date: 2001-05-18
Publication date: 2002-11-21

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Lignocelluloseplatten aus Gebrauchtholzspan- und Faserplatten, insbesondere aus dem Aminoplastharzen gebundenen Gebrauchtspan- und Faserplatten beschrieben, wobei die Gebrauchtspan- und Faserplatten mit Tanninlösung bei Temperaturen zwischen 70 DEG C und 200 DEG C chemisch oder chemo-mechanisch aufgeschlossen, anschließend getrocknet und heiß gepresst werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Lignocelluloseplatten aus Gebrauchtholzspan- und Faserplatten, insbesondere aus mit Aminoplastharzen gebundenen Gebrauchtspan- und Faserplatten mit Tanninformaldehydharzen als Bindemittel.

Für die Herstellung von Holzspan- bzw. Faserplatten werden üblicherweise Holzspäne bzw. Holzfasern mit einem Bindemittel beleimt, anschließend zu Spanmatten bzw. Fasermatten gestreut und darauf folgend unter Wärme und Druck zu Spanplatten bzw. Faserplatten verpresst. Die Span- bzw. Faserplatten können ggf. nach dem Pressen heiß gestapelt werden. Als Rohstoff für die Herstellung von Holzspan- und Holzfaserplatten lassen sich Rundholz, Industrierestholz und Gebrauchtholz einsetzen. Auch Gebrauchtspan- und faserplatten können hierfür verwendet werden.

Als Bindemittel für die Herstellung von Span- bzw. Faserplatten können neben den Säure härtenden Harnstoffformaldehydharzen, alkalisch härtenden Phenolformaldehydharzen und Klebstoffen auf Basis von Diisocyanaten auch Extrakte bestimmter Rinden- und Holzarten, die unter dem Sammelbegriff "Tannine" zusammengefasst sind, eingesetzt werden. Für die Herstellung von Span- und Faserplatten sind unter den Tanninen die so genannten kondensierten Tannine besonders geeignet. Es handelt sich bei den kondensierten Tanninen um Extrakte aus Hölzern und Rinden tropischer und subtropischer Baumarten. Auch Extrakte aus Fichten- und Kiefernrinde lassen sich ebenfalls verwenden.

Für die Herstellung von Holzspanplatten wird den Tanninen i. d. R. Formaldehyd oder Formaldehyd abgebenden Stoffen als Vernetzer zugegeben. Durch die Reaktion der Tannine mit dem Formaldehyd gehen die Tannine von dem löslichen Zustand in den unlöslichen Zustand über, sodass die eigentlichen Bindemittel die Tannin- Formaldehydharze sind. Die Idee, Klebstoffe auf Basis von Tannin- Formaldehydharzen als Bindemittel einzusetzen, liegt mehr als 40 Jahre zurück (Dalton 1950, 1953, Narayanamurti 1958 und Plomley et al. 1957, 1964). Die zitierten Arbeiten bildeten die Grundlagen für die Verwendung von Tanninformaldehydharzen als Bindemittel in Holzwerkstoffen. Danach können Extraktstoffe bestimmter Rinden und Hölzer mit Formaldehyd kondensiert werden. Die sich nach der Kondensation bildenden Tanninformaldehyd-Polymerisate können für die Herstellung von Holzwerkstoffen als Bindemittel eingesetzt werden. Basierend hierauf konnten einzelne Betriebe an verschiedenen Stellen der Welt Sperrholz und Spanplatten produzieren, die Tanninformaldehydharze im Bindemittelsystem enthalten. Inzwischen ist auch bekannt geworden, die Tannine mit bestimmten Ligninsulfonaten bzw. Sulfitablaugen als Streckmittel zu kombinieren (DE-PS 31 23 999 A1). Auch die Kombination von Tannin mit Stärke ist bekannt. Es ist des Weiteren auch bekannt, zur Verringerung der Viskosität von Tanninformaldehydharzen die Tannine mit Harnstoff zu versehen oder Harnstoff während der Extraktion von Rinden zuzusetzen.

Bei der Herstellung von mitteldichten Faserplatten wird üblicherweise das Bindemittel nach dem Zerfasern des Holzes auf die nassen Fasern in ein Blasrohr (blow-line) eingedüst. Diese Vorgehensweise hat den Vorteil, dass sich auf den Fasern keine Flecken bilden. Dieser Verfahrensweise haftet jedoch der Nachteil an, dass der Bindemittelaufwand beim Einsatz von Säure härtenden Harnstoffformaldehydharzen erheblich höher liegt als bei einer Beleimung der Fasern nach ihrem Trocknen, da im blow-line Teile des Bindemittels durch eine Voraushärtung dem Bindevorgang während des Pressens verloren gehen.

Der Einsatz von Tanninformaldehydharzen als Bindemittel setzte zögernd ein, da die mit dem Einsatz der Tanninformaldehydharze verbundenen Probleme bis jetzt weitgehend ungelöst blieben. Hierzu gehören die hohe Viskosität der Harze im technischen Konsistenzbereich (40-60% Stoffdichte), die relativ kurze Tropfzeit infolge der hohen Reaktivität und die Neigung der Tanninformaldehydharze, bereits vor dem Pressen in technischen Anlagen vorzuhärten. Diese Nachteile zum einen und die in der Vergangenheit nahezu unbegrenzte Verfügbarkeit von wohlfeilen Bindemitteln auf Erdölbasis zum anderen haben die Weiterentwicklung dieser Harzsysteme erheblich verzögert. Erst die Verknappung und Verteuerung der Bindemittel auf Erdölbasis in den siebziger Jahren hat das Interesse an den Tanninen bzw. Tanninformaldehydharzen geweckt, da es sich hier um aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnene Stoffe handelt.

Die Tannine können bei Raumtemperatur mit dem Formaldehyd reagieren und Tanninformaldehydharze bilden. Es hat sich herausgestellt, dass die Tanninformaldehydharze im technisch relevanten Konsistenzbereich (40. . .60%) eine sehr hohe Viskosität aufweisen, die ihre Verarbeitung in den üblichen Beleimungsanlagen problematisch macht. Ferner ist eine gleichmäßige Verteilung des Bindemittels beim Versprühen von Leimflotten höherer Viskositäten nicht immer gewährleistet. Die Ursache für die hohe Viskosität ist die Reaktion zwischen Tannin und Formaldehyd.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren für die Bindung von Holzspänen bzw. Holzfasern mit Tannin bzw. mit Tanninformaldehydharzen zu entwickeln, das die obengenannten Nachteile vermeidet, ohne die Klebefähigkeit der Tannine bzw. der Tanninformaldehydharze zu beeinträchtigen, sondern zu verbessern. Darüber hinaus war es ferner das Ziel, keine Nachteile in Kauf zu nehmen, wie z. B. eine Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften der mit dem Tannin bzw. den Tanninformaldehydharzen hergestellten Holzwerkstoffe.

Es wurde nun überraschend gefunden, dass dieses Ziel erreicht werden kann, wenn man bei der Herstellung von Span- und Faserplatten nicht wie üblich von frischem Holz als Rohstoff, sondern von Gebrauchtspan- und Faserplatten ausgeht und wie folgt verfährt:

1. Gebrauchtspan- und/oder -faserplatten werden in wässeriger, vorzugsweise verdünnter Tanninlösung im Temperaturbereich zwischen 70°C und 180°C diskontinuierlich oder kontinuierlich chemo-thermo-mechanisch oder chemisch aufgeschlossen. Der Aufschluss kann in einem Druckautoklaven oder in einem Refiner oder Extruder stattfinden. Der Aufschluss kann soweit getrieben werden, dass auch Bestandteile des in den Fasern vorhandenen Lignins in Lösung gehen. Während des Aufschlusses kann der pH-Wert sauer oder alkalisch eingestellt werden.
2. Die nach dem Aufschluss erhaltenen Lignocellulosen werden - ohne ausgewaschen zu werden - bis zu einer Feuchte zwischen 2 und 100% getrocknet, wobei die Trocknung im Rohr erfolgen kann. Die Entfeuchtung kann gegebenenfalls teilweise durch Entwässerung erfolgen. Die bei der Entwässerung anfallende tanninhaltige Flüssigkeit kann für den Aufschluss wiederverwendet werden.
3. Die getrockneten Fasern werden anschließend zu Lignocelluloseplatten unter oder ohne Zugabe von Formaldehyd oder Formaldehyd abgebenden Stoffen heiß gepresst. Auch andere geeignete Vernetzungsmittel wie Glyoxal können hierfür eingesetzt werden. Selbstverständlich können auch Hackschnitzel aus Rundholz, Industrierestholz und Gebrauchtholz teilweise mit den Gebrauchtspan- und Faserplatten aufgeschlossen werden.

Auf diese Weise kann der aus Gebrauchtspanplatten oder Gebrauchtfaserplatten durch Hydrolyse entstehende Formaldehyd in situ mit den Tanninen reagieren und mithin das Tannin während des Aufschlusses mindestens zum Teil in Tanninformaldehydharz überführen, das gleichmäßig auf die Fasern verteilt wird, da das Bindemittel in äußerst verdünnter Form auf die Lignocellulosen aufgebracht wird. Ferner wird das in Gebrauchtspan- und -faserplatten vorhandene Bindemittel durch den Aufschluss aktiviert, sodass der Aufwand an Tannin für die Bindung der Lignocellulosen um 10 bis 50% geringer sein wird als bei der konventionellen Herstellungsweise von Span- und Faserplatten der Fall ist, Selbstverständlich können die aus Gebrauchtspan- und Faserplatten hergestellten Lignocellulosen mit anderen in konventioneller Wiese erzeugten Späne und/oder Fasern zusammengemischt werden. Die Mischung kann vor oder nach dem Trocknen erfolgen.

Das Gewichtsverhältnis Tanninlösung zu Gebrauchtspan- oder Gebrauchtfaserplatten (Flottenverhältnis) kann 1 : 1 bis 10 : 1 betragen, vorzugsweise 4 : 1. Dies richtet sich nach der Beschaffenheit des aufzuschließenden Materials. Bei Gebrauchtspanplatten lässt sich das Verhältnis erheblich bis zu 2 : 1 reduzieren, bei Gebrauchtfaserplatten muss das Verhältnis meistens höher als 2 : 1 liegen, um einen gleichmäßigen Aufschluss der Gebrauchtfaserplatten zu bewirken. Da die Reaktivität der kondensierten Tannine in den verschiedenen pH-Bereichen unterschiedlich ist, kann während des Aufschlusses der pH-Wert durch Zugabe von Alkalien oder Säuren optimiert werden. Als Alkali können Natriumhydroxid oder Amine eingesetzt werden. Als Säuren können Mineralsäuren wie Schwefelsäure oder Salzsäure verwendet werden, auch organische Säuren wie Essig- und Ameisensäure oder Ligninsulfonsäure können hierfür eingesetzt werden. Selbstverständlich können nach dem Trocknen den Spänen und/oder den Fasern weitere Bindemittel wie Phenolformaldehydharze und Diisocyanate (PMDI) zugesetzt werden.

Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung erläutern ohne sie einzuschränken:

Beispiel 1

Gebrauchtfaserplatten, die ein Harnstoffformaldehydharz in Mengen von 12% als Bindemittel enthalten, wurden mittels einer Hammermühle zu Proben von einer mittleren Größe von etwa 1 cm × 3 cm × 0,4 cm zerkleinert, anschließend wurden die Zerkleinerungsprodukte in einem Druckautoklaven mit verdünnter Tanninlösung bei einem Flottenverhältnis (Verhältnis von Tanninlösung zu Trockenmasse der Fasern) von 5 : 1 bei einer Temperatur von 130°C für eine Stunde aufgeschlossen. Der pH- Wert der Tanninlösung wurde vor dem Aufschluss durch Zugabe von Natriumhydroxid auf 9 eingestellt. Nach dem Aufschluss wurden die erhaltenen Fasern - ohne ausgewaschen zu werden - auf eine Feuchte von etwa 2% getrocknet und anschließend mit Formaldehyd in Mengen von 1% (bezogen auf Trockenmasse der Fasern) besprüht und zu Matten gestreut. Die Matten wurden anschließend bei einer Temperatur von 190°C zu mitteldichten Faserplatten von einer Sollrohdichte von 0,75 gepresst. Die hergestellten Platten entsprachen in ihren physikalisch technologischen Eigenschaften den einschlägigen Industrienormen (DIN). Die Platten wiesen trotz der Formaldehydzugabe extrem niedrige Formaldehydabgabewerte auf. Nach der Flaschenmethode gemäß der Europäischen Norm (EN) 717.3 lag die Formaldehdabgabe der hergestellten Platten bei 10 mg/l 000 g Platte. Durch die Lagerung für 2 Wochen bei Normaltemperatur sank der Wert auf 5 mg/1000 g Platte.

Beispiel 2

Gebrauchtfaserplatten, die ein Harnstoffformäldehydharz in Mengen von 12% als Bindemittel enthalten, wurden mittels einer Hammermühle zu Proben von einer mittleren Größe von 1 cm × 3 cm × 0,4 cm zerkleinert, anschließend wurden die Zerkleinerungsprodukte in einem Autoklaven bei einer Temperatur von 70°C für 2 h mit einer Tanninlösung aufgeschlossen. Der pH-Wert der Tanninlösung wurde vor dem Aufschluss auf 4 eingestellt, für die Einstellung des pH-Wertes wurde Schwefelsäure zugegeben. Das Flottenverhältnis Tanninlösung : Trockenmasse der Platten war 3 : 1. Nach dem Aufschluss wurden die Fasern entwässert und anschließend auf einen Feuchtegehalt von 2% getrocknet und ohne Zugabe von Formaldehyd zu Faserplatten mit einer Rohdichte von 1 g/cm³ heiß gepresst. Die Formaldehydabgabe solcher Platten lag bei einer Prüfung nach der Flaschenmethode unmittelbar nach dem Pressen gemäß EN 717.3 bei 1 mg/1000 g Platte.

Literaturverzeichnis

Dalton, L. K. 1950: Tanninformaldehyde resin as adhesive for wood. Australien Journal of Applied Science 1, 54-70
Dalton, L. K., 1953: Resins from Sulphited Tannins as Adhesives for Wood. Australien Journal of Applied Science 4, 136-145
Narayanamurti, D. und P. R. Rao, 1957: Plywood Adhesives from Mangrove Barks. Proceedings of the Mangrove Symposium, 110-113
Narayanamurti, D. und N. R. Das, 1958: Tannin-Formaldehyde Kleber Kunststoffe 48, 459- 462
Plomley, K. F., Gottstein, I. W. und W. E. Hillis, 1957: Tannin-Formaldehyde Adhesives. Forest Products Newsletter CSIRO No. 234, 6-8
Plomley, K. F., Gottstein, I. W. und W. E. Hillis, 1964: Tannin-Formaldehyde Adhesives for Wood. I. Australien Journal of Applied Science 15, 171-182

Claims

1. Verfahren zur Herstellung Tannin gebundener Lignocellulose-Platten aus Gebrauchtspan- und Faserplatten dadurch gekennzeichnet, dass Zerkleinerungsprodukte aus gebrauchten Platten mit Tanninlösungen in Konzentration zwischen 1% und 30% im Temperaturbereich zwischen 70°C und 200°C aufgeschossen, getrocknet, zu Matten gestreut und heiß gepresst werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass den Tanninen Sulfitablaugen als Streckmittel beigegeben werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass dem Tannin Stärke als Streckmittel beigegeben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass gebrauchte mit Aminoplastharzen gebundene Span- und Faserplatten aufgeschlossen werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass gebrauchte Span- und Faserplatten mit Klebstoffen auf Basis von Diisocyanaten aufgeschlossen werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass Fasern und Späne aus Holz mit aufgeschlossen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Trocknen Formaldehyd als Vernetzer beigegeben wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete Tannin ein Extrakt der Fichtenrinde ist.

9. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert der Tanninlösung während des Aufschlusses zwischen 2-13, vorzugsweise zwischen 4-10 eingestellt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Flottenverhältnis Tanninlösung : Lignocelluloseplatte zwischen 6 : 1 und 3 : 1 liegt.

11. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass während des Aufschlusses Teile des in den Fasern vorhandenen Lignins in Lösung gehen.

12. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Aufschluss der entstehende Faserstoff vor dem Trocknen entwässert wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1 und 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Entwässerungsflüssigkeit für den Aufschluss gemäß Anspruch 1 wieder eingesetzt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Aufschluss kontinuierlich erfolgt.

15. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass dem Tannin vor dem Pressen als formaldehydabspaltender Stoff ein Aminoplastharz verwendet wird.

16. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass als formaldehydabspaltender Stoff ein Phenolformaldehydharz verwendet wird.

17. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Lignocellulose nach Aufschluss und Trocknung einen Feuchtegehalt zwischen 100% und 2% hat.