-
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von verleimten Faserplatten aus recycelten Fasermaterial, wobei dieses recycelte Fasermaterial aus mit Aminoplastharzen hergestellten Recyclingfaserstoffen ist und in beschriebener Art und Weise vorbehandelt wird. Darüber hinaus wird eine entsprechend hergestellte Faserplatte, insbesondere eine MDF, HDF oder LDF Platte, bereitgestellt.
-
Stand der Technik
-
Die Herstellung von Faserplatten, z.B. mitteldichten Faserplatten, erfolgt üblicherweise derart, dass Holzzerkleinerungsprodukte in Form von Holzhackschnitzeln oder anderen Zerkleinerungsformen, nach dem Waschen mit Wasser zur Entfernung eventuell vorhandener Sandpartikel, bei Temperaturen von 80°C bis 90°C für etwa 10 Minuten bis 15 Minuten eingeweicht werden. Nach Entwässerung, z.B. mit Hilfe einer Stopfschnecke, erfolgt das Aufschließen der Holzzerkleinerungsprodukte mit Hilfe eines thermo-mechanischen Verfahrens, auch als TMP-Verfahren bekannt, oder mittels eines chemo-thermo-mechanischen Verfahrens (CTMP-Verfahren). Andere Verfahren schließen diesen Schritt der thermischen Vorbehandlung nicht ein. Nach dem Aufschluss erfolgt die mechanische Zerfaserung z.B. im Refiner oder Extruder, wobei Aufschluss und Zerfaserung auch gleichzeitig erfolgen können. Dies erfolgt ebenfalls üblicherweise unter Druck. Nach der Zerfaserung unter Druck kann eine zweite Zerfaserungsstufe ohne Druck erfolgen. Durch den Aufschluss wird das Holz zerfasert und es entstehen Holzfasern und Holzfaserbündel.
-
Durch den Aufschluss aus dem Holz entstehen weiterhin organische Abbauprodukte, wie flüchtige organische Säuren, hier insbesondere Ameisen- und Essigsäure, Ligninbruchstücke und niedermolekulare Kohlenhydrate, die an den Fasern mehr oder weniger stark anhaften bzw. vorliegen.
-
Üblicherweise werden die oben erhaltenen Fasern getrocknet und mit Klebstoff beleimt, wobei eine Trocknung optional sein kann. Die Fasern werden dann zu Matten gestreut und entsprechend bei hohen Temperaturen mit dem Klebstoff verpresst, um Faserplatten, z.B. MDF aber auch HDF oder LDF zu erhalten. Die Beleimung erfolgt dabei üblicherweise durch Aufdüsen des Klebstoffes bzw. Bindemittels. Klebstoff und Bindemittel werden vorliegend synonym verwendet.
-
Für die Herstellung von Faserplatten, insbesondere MDF, kommen neben den säurehärtenden Aminoplastharzen wie Harnstoffformaldehydharzen (UF-Harze) und Melamin-Harnstoffformaldehyd-Harzen (MUF-Harze), auch alkalischhärtende Phenolformaldehydharze (PF-Harze) sowie Klebstoffe auf Basis von Isocyanaten, z.B. polymere Diphenylmethandiisocyanate (PMDI) zum Einsatz. Ebenfalls werden Tanninformaldehydharze zur Herstellung der Faserplatten verwendet. Gemische dieser genannten Klebstoffe finden ebenfalls Anwendung.
-
In verschiedenen Arbeiten wird dargestellt, dass sich die aus dem Holz durch den Aufschluss entstehenden Abbauprodukte aktiv an der Ausbildung der physikalisch-technologischen Eigenschaften der hergestellten Faserplatten beteiligen. So beschreibt Dix B., 2011, Einfluss der beim thermomechanischen Holzaufschluss entstehenden Abbauprodukte auf die Festigkeiten und Emissionen von mitteldichten Faserplatten (MDF), Teil 1: TMP und CTMPO aus Kiefern- und Buchenholz, Holztechnologie 52 (5):22-27, Teil 2: Mitteldichte Faserplatten, Holztechnologie 52 (6), 22-28, entsprechende Beobachtungen. Es wurde z.B. festgestellt, dass sich ein Auswaschen der Faserstoffe mit Wasser oder Harnstoff auf die Ausbildung der physikalisch-technologischen Eigenschaften, insbesondere die Dickenquellung und die Querzugfestigkeit der mit UF-Harzen als Bindemittel hergestellten MDF, negativ auswirken. Dieses wird zurückgeführt auf das Entfernen der in Folge des Holzaufschlusses entstehenden Abbauprodukte des Holzes durch den Auswaschschritt. Dix führt weiterhin aus, dass die Auswirkung der entstehenden Abbauprodukte des Holzes je nach Aufschlussverfahren (hier wurden TMP- und CTMP-Verfahren getestet) und der Bindemittel unterschiedlich sein kann. Im Falle eines PMDI Bindemittels beschreibt Dix, dass der Einfluss des Auswaschens auf die physikalisch-technologischen Eigenschaften nicht eindeutig sei. So konnten entweder nur geringfügige Auswirkungen beobachtet werden oder eine Verschlechterung.
-
Dix untersuchte frisch entrindete Hackschnitzel der Kiefer und Buche, die mittels TMP-Verfahren oder CTMP-Verfahren aufgeschlossen wurden. Es zeigt sich in der Literatur, dass bisher nur der Einfluss der Entfernung der Abbauprodukte des Holzes selbst auf die physikalisch-technologischen Eigenschaften der hergestellten Faserplatten untersucht wurde. Angaben über den Einfluss der Entfernung der Abbauprodukte von Faserstoffen aus bindemittelhaltigen Gebrauchtfaserplatten oder Produktionsreststoffen der Faserplattenherstellung auf die physikalisch-technologischen Eigenschaften der daraus hergestellten Faserplatten sind bislang nicht beschrieben.
-
Tatsächlich unterscheiden sich solche Produktionsreststoffe sowie Gebrauchtfaserplatten von bindemittelfreien Holzschnitzeln grundlegend. In solchem Material liegt das Bindemittel im kondensierten Zustand vor, das heißt das Bindemittel ist weitgehend wasserunlöslich. Diese Produktionsreste der Faserplattenproduktion aber auch die Gebrauchtfaserplatten enthalten meist ein Bindemittel auf Basis von Aminoplastharzen, wie UF-Harzen oder MUF-Harzen. Diese Materialien werden im Folgenden auch als Recyclingfaserplatten bezeichnet. Recyclingfaserplatten sind Sekundärrohstoffe im Sinne des Kreislaufwirtschaftsgesetzes. Hierbei wird unterschieden zwischen Recyclingfasern, die aus Recyclingfaserplatten gewonnen werden, und nativen Fasern, die aus dem frischen Holz stammen. Die Recyclingfasern, auch als Recyclingfaserstoffe bezeichnet, sind solche, die Aminoplastharze aufweisen. Es ist wünschenswert, solche Faserstoffe als recyceltes Fasermaterial in Faserplatten wieder zu nutzen. Solche Recyclingfaserplatten und Recyclingmaterialien werden üblicherweise ebenfalls einer thermo-mechanischen oder chemo-thermo-mechanischen Behandlung unterworfen. Hier erfolgt mindestens ein Teilabbau dieser Harze, eine Beeinflussung dieser Bestandteile bei der späteren Herstellung der Faserplatten mit recyceltem Fasermaterial ist beschrieben. So beschreiben Roffael, E., Behn, C. und Schneider, T., 2017, Recycled fibres from waste fibreboards as a partial substitute of virgin fibres in MDF, Proceedings of the International Panel Products Symposium Llandudno, Wales, 4th-5th October2017, 63-75, ISBN 978-1-84220-154-1, dass die Mitverwendung von recycelten Fasern aus den Gebrauchtfaserplatten einen negativen Einfluss auf die Querzugfestigkeit der hergestellten MDF hat, dieses ist unabhängig davon, ob ein UF-Harz oder ein UF-Harz, das einen Anteil von PMDI aufweist, verwendet wird.
-
Aus der
WO 97/38833 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Lignocellulosekompositmaterial bekannt. Hier wird das lignocellulosehaltige Material einer Behandlung mit Wasser oder Dampf bei 40°C bis 120°C, auch als hydrothermale Behandlung bezeichnet, gleichzeitig oder mit anschließender Behandlung mit hoher Scherkraft unterworfen.
-
Die
WO 98/24605 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von faserigem oder teilchenförmigem Material zur Herstellung von Verbundmaterialien aus recyceltem Verbundmaterial. Auch hier wird das Material einer Behandlung mit Wasser oder Dampf bei 40°C bis 120°C unterworfen, gleichzeitig oder anschließend zu einer Behandlung mit hoher Scherung, wie z.B. einem Refinder oder Extruder.
-
Es ist wünschenswert, Verfahren bereitzustellen, mit denen Faserplatten enthaltend recyceltes Fasermaterial, die hervorragende physikalische-mechanische Eigenschaften aufzeigen.
-
Beschreibung der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von verleimten Faserplatten aus recycelten Fasermaterial, wobei dieses recycelte Fasermaterial aus mit Aminoplastharzen hergestellten Recyclingfaserstoffen ist mit den Schritten:
- a) Zerfaserung der Recyclingfaserstoffe mit Aminoplastharzen durch i) mechanische, ii) thermo-mechanische oder iii) chemo-thermo-mechanische Behandlung und Zerfaserung, um ein recyceltes Fasermaterial zu erhalten;
- b) Waschen des zerfaserten Recycling-Fasermaterials;
- c) gegebenenfalls Trocknen der ausgewaschenen zerfaserten Recycling-Fasermaterial;
- d) Beleimen des zerfaserten ausgewaschenen und gegebenenfalls getrockneten Recycling-Fasermaterials und Verpressen des zerfaserten ausgewaschenen Recycling-Fasermaterials mit Klebstoff unter Wärmebehandlung;
zur Herstellung verleimter Faserplatten enthaltend Recycling-Fasermaterial.
-
Es zeigte sich überraschend, dass sich die Entfernung der Abbauprodukte des Aufschlusses aus dem Recyclingmaterial, nämlich Gebrauchtfaserplatten oder Produktreststoffen, vorteilhaft auf die Herstellung der Faserplatten insbesondere in Bezug auf die Feuchtebeständigkeit und Hydrolyseresistenz gemäß DIN EN 622-5:2010-03 auswirkt. Wie dargestellt erlaubt das Auswaschen der Fasern zum Erhalt von Recyclingfasermaterial ein Entfernen der auswaschbaren Abbauprodukte, um so Faserplatten enthaltend recyceltes Fasermaterial bereitzustellen, insbesondere MDF Platten, mit hoher Feuchtebeständigkeit und Hydrolyseresistenz. Hierbei konnte gezeigt werden, dass es nicht darauf ankommt, ob die Herstellung der verwendeten Gebrauchtfaserplatten nach dem TMP- oder CTMP-Verfahren erfolgte. Darüber hinaus ist auch das verwendete Aminoplastharz in dem Recyclingmaterial nicht entscheidend. Es konnte dargestellt werden, dass sowohl Recyclingmaterial mit UF-Harzen als auch mit MUF-Harzen geeignet sind.
-
Die erfindungsgemäß hergestellten Faserplatten, wie MDF Platten aber auch HDF oder LDF Platten, zeichnet sich durch eine hervorragende Feuchtebeständigkeit und Hydrolyseresistenz aus, die den Anforderungen der oben genannten Norm entspricht.
-
Das Waschen des zerfaserten Recyclingfasermaterials führt dazu, dass dieses zerfaserte Recyclingfasermaterial zur Herstellung der feuchtebeständigen und hydrolyseresistenten Faserplatten eingesetzt werden kann.
-
In einer Ausführungsform ist das Verfahren dabei eines, wobei das Zerfasern im Schritt a) ein Zerfasern in einem Refiner ist.
-
Das heißt, das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich einfach in bekannte Herstellungsverfahren von Faserplatten integrieren. Bestehende Anlagen müssen lediglich durch diesen Waschschritt ergänzt werden. In einer alternativen Ausführungsform erfolgt die Zerfaserung in einem Extruder gemäß bekannten Verfahren. Erfindungsgemäß folgt nach dem Zerfasern, z.B. im Extruder oder im Refiner, der Waschschritt, auch als Auswaschschritt oder Auswaschen bezeichnet. Dieses kann z.B. dadurch erfolgen, dass das recycelte Fasermaterial mit Hilfe eines Filters abgetrennt wird und der erhaltene Filterkuchen, auch als Pulpe bezeichnet, mehrfach, z.B. einmal, zweimal oder mindestens dreimal, gewaschen wird.
-
Das nach Zerfasern erhaltene recycelte Fasermaterial kann dabei eines sein, das unmittelbar im feuchten Zustand dem Auswaschschritt zugeführt wird. Alternativ kann das recycelte Fasermaterial eines sein, dass nach dem Zerfasern getrocknet und anschließend wieder befeuchtet wird, um dann ausgewaschen zu werden.
-
Das Auswaschen des zerfaserten Recyclingfasermaterials erfolgt üblicherweise in Wasser bzw. wässrigen Lösungsmitteln. Das Auswaschen selbst kann bei Temperaturen zwischen 15°C und 100°C erfolgen. In einer Ausführungsform erfolgt das Auswaschen bei Temperaturen zwischen 80°C und 100°C. Die Auswaschtemperatur kann sich auch dadurch ergeben, wie dieser Schritt in den laufenden Herstellungsprozess der Fasermatten integriert wird.
-
In einer anderen Ausführungsform erfolgt die Zerfaserung mittels thermo-mechanischer Zerfaserung bei 150°C bis 190°C im Refiner.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Verfahren eines, bei dem die Herstellung der verleimten Faserplatten derart erfolgt, dass die Zerfaserung in einem Extruder geschieht. Übliche Temperaturen im Extruder liegen dabei bei 90°C bis 110°C, wie 98°C bis 102°C.
-
In einer weiteren Ausführungsform ist das Verfahren eines, bei dem das Zerfasern und das Auswaschen der Fasern zum Erhalt des zerfaserten Recyclingfasermaterials aufeinanderfolgend im Extruder erfolgt.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren kann dabei eines sein, bei dem das Ausgangsmaterial alleine zu recycelndes Material ist. In einer weiteren Ausführungsform kann dem Zerfaserungsschritt eine Mischung aus zu recycelndem Fasermaterial und nativem Fasermaterial zugeführt werden. Alternativ kann ein Vermischen des nativen zerfaserten Zerkleinerungsproduktes und des ausgewaschenen Recyclingfasermaterials vor dem Streuen oder während des Streuens der Faserplatte erfolgen.
-
Geeignete Klebstoffe (Bindemittel) sind solche auf Basis von Isocyanaten, insbesondere ein polymeres Isocyanat, wie ein polymeres Diphenylmethandiisocyanat (PMDI). Darüber hinaus können auch Tanninformaldehyharze (TF-Harze), Melamin-Harnstoff-Harze (MUF-Harze) oder UF-Harze eingesetzt werden. Darüber hinaus sind ebenfalls Mischungen dieser genannten Klebstoffe möglich, wie Mischungen aus einem Klebstoff auf Basis von Isocyanaten, insbesondere polymeren Diisocyanat und Tanninformaldehydharz, einer Mischung aus Melamin-Harnstoff-Harz und Klebstoff auf Basis von Isocyanaten, wie polymeren Diisocyanat.
-
Das heißt, es können übliche Klebstoffe zur Herstellung von Faserplatten eingesetzt werden. Das Herstellungsverfahren muss nicht speziell angepasst werden.
-
In einer Ausführungsform sind die hergestellten Faserplatten dabei solche aus einer Mischung von recycelten Fasermaterial und nativen Fasern. Unter dem Ausdruck „nativen Fasern“ wird vorliegend verstanden, dass die eingesetzten Fasern aus Hackschnitzeln von Frischholz stammen.
-
Das Beleimen des zerfaserten ausgewaschenen Recyclingfasermaterials, das gegebenenfalls als Mischung mit zerfaserten nativen Fasern vorliegt und das anschließende Verpressen mit dem Klebstoff unter Wärmebehandlung erfolgt gemäß üblichen Verfahren. Das Aufbringen der Klebstoffe erfolgt ebenfalls gemäß üblicher Verfahren z.B. über die blow line oder ein Blasrohr.
-
In einem weiteren Aspekt werden so hergestellte Faserplatten, insbesondere MDF- und HDF-Platten aber auch LDF-Platten aus den Recyclingfaserstoffen bereitgestellt.
-
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand von Beispielen weiter erläutert, ohne auf sie beschränkt zu sein.
-
Beispiel 1:
-
Gebrauchte Aminoplast-gebundene Faserplatten (Recyclingfaserplatten) wurden thermo-mechanisch (TMP-Verfahren) aufgeschlossen. Das Auswaschen erfolgte mittels Wasser und wurde wiederholt
-
Es wurden Faserplatten mit hoher Dichte (HDF-Platten) gemäß bekannten Verfahren hergestellt und die physikalisch-mechanischen Eigenschaften bestimmt. Dargestellt sind Platten, die mit Recycling-Fasern ohne und mit Auswaschen dieser mit Wasser unter gleichen Bedingungen hergestellt wurden. Es zeigte sich hier deutlich, dass das Auswaschen des recycelten Fasermaterials aus Recycling-Faserplatten die Querzug- und die Kochfestigkeit der hergestellten Faserplatten (V 5) erheblich verbessert und die Feuchtebeständigkeit steigert.
-
Beispiel 2:
-
In einem weiteren Versuch wurden Gebrauchtfaserplatten chemo-thermo-mechanisch (CTMP-Verfahren) aufgeschlossen. Die gewonnenen Recycling-Fasern wurden mit (V 11) und ohne (V 9) vorherigem Auswaschen mit Wasser getrocknet, bevor als Klebstoff PMDI zur Beleimung verwendet wurde und HDF (MDF mit hoher Dichte)heißgepresst wurden. Die Ergebnisse sind in der Tabelle 2 dargestellt.
-
Aus den Angaben in der Tabelle 2 lässt sich entnehmen, dass das Auswaschen der Fasern die Kochfestigkeit der hergestellten Faserplatten erheblich verbessert. Wenn die Faserplatten aus ungewaschenen recycelten Fasern (V 9) eine Kochfestigkeit von 0,03 N/mm2 aufweisen, erreichen die aus gewaschenen recycelten Fasern hergestellten Faserplatten (V 11) eine Kochfestigkeit von 0,21 N/mm2.
-
Das Auswaschen, welches mit einer Entfernung der Abbauprodukte der recycelten Fasern und insbesondere wohl auch der in den recycelten Fasern vorliegenden Bindemittelbestandteil umfasst, wirkt sich positiv auf die Querzugfestigkeit und die Kochfestigkeit der hergestellten Faserplatten aus.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- WO 9738833 A1 [0009]
- WO 9824605 A1 [0010]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- DIN EN 622-5:2010-03 [0013]
