DE19647240B4

DE19647240B4 - Holzfaserplatte und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE19647240B4
Application number: DE1996147240
Authority: DE
Inventors: Matthias TRÖGER; Ulrich SCHÖPF; Uwe Lange
Original assignee: Fritz Homann & Co KG GmbH
Current assignee: Homatherm GmbH
Priority date: 1996-11-15
Filing date: 1996-11-15
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2016-11-16
Also published as: DE19647240A1; JP2001506549A; EP0880430A1; WO1998022267A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung von Holzfaserplatten, bei dem Holzfasern nach einem einen Zerfaserungsprozeß abschließenden Refiner-Verfahren und einem sich daran anschließenden Dampfaustrag in einem Zyklon mit Bindemitteln vermischt, mit einer Streuvorrichtung auf einer Formstation ausgebracht, hinsichtlich Breite und Flächengewicht geformt und nach Aktivierung der Bindemittel zur Bildung einer Platte in der Dicke geformt und ausgehärtet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeitsgehalt der Holzfasern bis nach dem Formvorgang unverändert bleibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Holzfaserplatten, bei dem Holzfasern nach einem einen Zerfaserungsprozeß abschließenden Refiner-Verfahren und einem sich daran anschließenden Dampfaustrag in einem Zyklon mit Bindemitteln vermischt, mit einer Streuvorrichtung auf einer Formstation ausgebracht, hinsichtlich Breite und Flächengewicht geformt und nach Aktivierung der Bindemittel zur Bildung einer Platte in der Dicke geformt und ausgehärtet werden. Des weiteren betrifft die Erfindung eine nach diesem Verfahren hergestellte Holzfaserplatte.
Bei der Herstellung von Faserplatten unterscheidet man grundsätzlich zwischen Papierfaser- bzw. Zellulosefaser-, Mineralfaser- und Holzfaser-Ausgangsmaterialien.
Holzfaserplatten werden zur Zeit nach zwei grundsätzlich verschiedenen Verfahren hergestellt. Dabei handelt es sich zum einen um das sogenannte Naßverfahren, nach welchem Holzweichfaserplatten und Holzhartfaserplatten (HDF) hergestellt werden, zum anderen um ein Holzfasertrockenverfahren, nach welchem sogenannte MDF- bzw. HDF-Platten gefertigt werden.
Gemeinsam ist den Holzfaserplattenherstellungsverfahren die Herstellung der Holzfasern. Dies erfolgt üblicherweise derart, daß zunächst Holzhackschnitzel mit einer Zerfaserungsanlage zu Holzfasern zerfasert werden. Man spricht von thermisch-mechanischem Aufschluß, wobei nach thermischem Aufschluß eine mechanische Zerfaserung der Holzhackschnitzel unter Druck unter Temperatureinwirkung erfolgt. In einem sogenannten Refiner werden die gekochten bzw. gedämpften Hackschnitzel über eine Schnecke einem Mahlscheibenpaar zugeführt und nach dem Zerfasern ausgebracht. Üblicherweise erfolgt in einem Zyklon die Trennung von Dampf und Holzfasern, die aufgrund des thermisch-mechanischen Aufschlusses als Mischung aus dem Refiner heraustreten.
Bei dem inzwischen klassischen Naßverfahren werden die Holzfasern mit Flüssigkeit, üblicherweise Wasser, Leim und dergleichen zu einem Brei vermengt. Dieser Brei wird in Formstationen, üblicherweise mit einer Langsiebentwässerungsvorrichtung, ausgebracht, geformt und in einer Presse verdichtet und getrocknet. Bei der Herstellung von Holzweichfaserplatten wird das Wasser mit Mangelwalzen teilweise ausgepreßt und das restliche Wasser mit Überström- oder Düsentrocknern verdunstet. Die Presse für das Herstellen von Holzhartfaserplatten weist zumindest in einer der Pressenflächen siebartige Öffnungen für den Dampfaustritt auf. Somit kann die in dem Naßfaserbrei befindliche Feuchtigkeit über die Oberfläche und die Kanten entweichen. Zu diesem Zweck muß das zu trocknende Faservlies selbstverständlich eine gewisse Zeit in der Presse verweilen, so daß das Herstellungsverfahren langwierig wird. Die Verweildauer in den bei der Holzweichfaserplattenherstellung verwendeten Trocknern ist aufgrund der geringen Wärmeübergänge in die Platte sehr hoch. Durch den Zusatz von Flüssigkeit, dem Erfordernis der Aufbringung von sehr viel Energie zum Ausdampfen der Flüssigkeit und der langen Verweildauer in der Trocknungsphase werden die Naßherstellungsverfahren für Holzfaserplatten vergleichsweise unwirtschaftlich.
Aus diesem Grunde wurde, zumindest um den Zeitfaktor beträchtlich zu reduzieren und ein kontinuierliches Plattenherstellungsverfahren bereitzustellen, das Trockenverfahren entwickelt. Dieses unterscheidet sich von den Naßverfahren dadurch, daß die Fasern vor der Ausbringung zur Formung beleimt und getrocknet werden. Nach der Trocknung werden die Fasern ausgestreut und nach der Formung in einer Presse ausgehärtet, die nun nicht mehr die Ausdampföffnungen in der Pressenfläche aufweisen muß. Die Ausdampfung der geringen Restfeuchte erfolgt hier über die Seitenkanten. Die Verweildauer des Fasermaterials in der Trocknungspresse ist folglich erheblich kürzer. Somit reduziert sich die Produktionszeit ab dem Ausstreuen beträchtlich. Jedoch ist die Vortrocknung der Fasern vor dem Aushärten nach wie vor erforderlich.

Ein Verfahren zur Herstellung von Faserplatten im Trockenverfahren ist beispielsweise aus der DE 33 90 039 T1 bekannt geworden. Bei dem hier beschriebenen Verfahren wird ein Holzzellstoff enthaltendes Fasermaterial zu Fasern zerkleinert, die getrocknet und zu einem Faserfilz geformt werden, der heißgepreßt wird. Die Bindung zwischen den Fasern wird durch ein Bindemittel hergestellt, das vor oder nach dem Trocknen zugesetzt werden kann. Dabei wird das Bindemittel bevorzugterweise vor dem Trocknen zugesetzt, und Fasern und Bindemittel werden getrocknet, so daß der Feuchtigkeitsgehalt wesentlich unter demjenigen des zum Heißpressen geeigneten Materials liegt. Nach dem Trocknen wird dem Fasermaterial Feuchtigkeit in einem solchen Maße zugesetzt, daß der zum Heißpressen geeignete Feuchtigkeitsgehalt erhalten wird, wodurch das Haftvermögen des Bindemittels, das während des Trocknens größtenteils verloren geht, wieder hergestellt wird. Ferner ist aus der DE 10 89 540 B ein Verfahren zur Gewinnung einer Matte aus gegebenenfalls mit Bindemitteln versetzten Lignocellulosefasern für die Herstellung von Holzfaserplatten bekannt. Die aus einem Zerreibungsprozeß gewonnenen Fasern werden gemäß diesem Verfahren in mehrere Fraktionen verschiedener Größe getrennt und die Fraktionen mit dem optimalen Gehalt an langen Einzelfäden in einem Luftstrom gegen eine perforierte Trennwand getrieben. Dabei entsteht unter der Trennwand ein Regen von Fasern, die sich zufällig und ungeordnet zu einer Matte niederschlagen und verfilzen. Ein weiterer Stand der Technik ist aus der WO 88/02417 A1 bekannt. Beschrieben ist hier ein Verfahren zur Herstellung von Produkten, bei dem Fasern aus einem Lignocellulosematerial hergestellt, geformt und anschließend zu dem besagten Produkt gepreßt werden. Zur Formung des aus Fasern gebildeten Produktes wird dabei je nach Ausführungsbeispiel entweder das Naß- oder das Trockenverfahren vorgeschlagen.

Ein Nachteil beider beschriebener Verfahren besteht in dem großen erforderlichen Energieaufwand zur Fasertrocknung, sei es im Trockenverfahren nach dem Zerfasern oder im Naßverfahren nach dem Formen. Ein weiterer Nachteil ist der ungünstige Wasserhaushalt, insbesondere beim Naßverfahren. Durch die breiige Konsistenz ergibt sich beim Naßverfahren zwangsläufig eine untere Grenze für die Rohdichte, die nicht unterschreitbar ist. Darüber hinaus ergibt sich eine obere Grenze hinsichtlich der Dicke der im Naßverfahren hergestellten Platten, da die Wärmezufuhr nur über die Oberflächen der Platten erfolgt und ab einer bestimmten Dicke somit, zumindest bei vernünftigem Energieaufwand, keine vollständige Durchtrocknung mehr möglich wäre. Aufgrund der Randbedingungen ist die Wärmeleitfähigkeit auch begrenzt, das heißt es ergeben sich λ-Werte ≥ 0,045 W/mK. Bei den nach dem Trockenverfahren hergestellten Platten muß der Feuchtegrad sehr exakt eingestellt werden, da ansonsten bedingt durch das Trocknungsverfahren Reißer oder Platzer an der Platte auftreten. Die Entfeuchtung kann nur durch Verdampfen erfolgen, so daß das in der Platte befindliche Wasser durch die hohe Temperatur und den hohen Druck bis auf eine über der Siedetemperatur bei atmosphärischem Druck liegende Temperatur erhitzt wird. Ein weiterer Nachteil der im Trockenverfahren hergestellten Platten besteht in der ungünstigen Bindemittelverteilung, die üblicherweise nach einer Blasrohrbeleimung erfolgen muß, da ansonsten ein ausreichender Plattenverbund nicht mehr gewährleistet werden kann. Darüber hinaus können bei beiden Verfahren nur wasserlösliche Bindemittel verwendet werden.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Holzfaserplatten anzugeben, welches hinsichtlich der Parameter Energieaufwand, Wasserverbrauch und Zeitsteuerung bei der Herstellung wirtschaftlich und hinsichtlich der Dichte und der sich daraus ergebenden technischen Eigenschaften wie Wärmedämmung, Druckbelastbarkeit und dergleichen sehr genau einstellbar ist. Darüber hinaus sollen auch nicht wasserlösliche Bindemittel verwendet werden können.

Zur technischen Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung vorgeschlagen ein Verfahren zur Herstellung von Holzfaserplatten, bei dem Holzfasern nach einem einen Zerfaserungsprozeß abschließenden Refiner-Verfahren und einem sich daran anschließenden Dampfaustrag in einem Zyklon mit Bindemitteln vermischt, mit einer Streuvorrichtung auf einer Formstation ausgebracht, hinsichtlich Breite und Flächengewicht geformt und nach Aktivierung der Bindemittel zur Bildung einer Platte in der Dicke geformt und ausgehärtet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeitsgehalt der Holzfasern bis nach dem Formvorgang unverändert bleibt.

Es hat sich überraschend herausgestellt, daß bei Anpassung anderer Verfahrensschritte weder eine Faserbefeuchtung zur Einstellung eines Naßverfahrens noch eine Fasertrocknung nach der Dampftrennphase im Anschluß an das Refiner-Verfahren erforderlich sind. Die wie aus dem Refiner erhaltenen Fasern, wobei sich von selbst versteht, daß diese vom Dampf getrennt sind, können nach Mischung mit einem Bindemittel ausgestreut, geformt und getrocknet werden. Der Wasserhaushalt wird praktisch nicht belastet, da keine weitere Feuchtigkeit zugeführt werden muß. Unter dem Energiegesichtspunkt muß weder ein künstlich zugeführtes Feuchtigkeitsniveau getrocknet werden, noch muß die in den Fasern enthaltene Restfeuchte vor dem Aushärten ausgetrocknet werden. Unter dem Gesichtspunkt der Zeitsteuerung bei der Fertigung ergeben sich erhebliche Vorteile gegenüber den Naßverfahren, die nahe an den Bereich der Trockenverfahren heranreichen, so daß kontinuierliche Fertigungen möglich sind.

Daß die Fasern hinsichtlich des Feuchtigkeitsgehalts unverändert sind, heißt im Sinne der vorliegenden Erfindung, daß keine aktiven Maßnahmen zur Einstellung eines bestimmten Feuchtigkeitsniveaus durchgeführt werden müssen. Sofern die Fasern nach der Zerfaserung gelagert oder sonstwie bereitgehalten werden, und dabei geringfügige Feuchtigkeitsgehaltsveränderungen auftreten, ist das für die Durchführung des Verfahrens ohne Bedeutung.

Mit Vorteil wird vorgeschlagen, daß die Bindemittel mit den Fasern trocken vermischt werden. Hierdurch ergibt sich eine sehr gute Verteilung. Alternativ ist es auch möglich, feuchte Bindemittel einzubringen und zu verteilen. Mit ganz besonderem Vorteil wird unter ökologischen Gesichtspunkten vorgeschlagen, natürliche bzw. naturnahe Bindemittel zu verwenden. Das Verfahren läßt sich sehr exakt steuern und erheblich beschleunigen, wenn gemäß einem vorteilhaften Vorschlag der Erfindung dampfaktivierbare Bindemittel verwendet werden.

Während des Formvorgangs nach dem Ausstreuen des Faser-/Bindemittelgemisches können Vorpressungen erfolgen, um in großer Exaktheit die gewünschten Dichteverhältnisse einzustellen.

Die Aktivierung der Bindemittel erfolgt in vorteilhafter Weise mittels Dampf, der den ausgestreuten Fasermaterialstrang durchströmt. Diese Durchströmung gewährleistet eine vollständige Bindemittelaktivierung.

Bezüglich der Aushärtung bzw. Trocknung wird mit der Erfindung in besonders vorteilhafter Weise vorgeschlagen, daß das ausgestreute und vorgeformte Fasermaterial von einem Trocknungsmedium durchströmt wird. Mit Vorteil wird vorgeschlagen, Heißluft quer zu den Hauptoberflächen des vorgeformten Materials durchströmen zu lassen. Mit Vorteil kann während des Durchströmens ein Preßvorgang erfolgen, der der Kalibrierung der Holzfaserplatte dient.

Mit der Erfindung wird ein einfaches, wirtschaftliches und hinsichtlich der Erlangung technologischer Eigenschaften sehr exakt steuerbares Verfahren bereitgestellt, mit welchem Dämmplatten mit Dichten weit unter 150 kg/m³ herstellbar sind, das heißt bis um 60 kg/m³. Darüber hinaus lassen sich geradezu beliebige Dicken erstellen, wenn eine Durchströmtrocknung erfolgt. Die Platte kann mit natürlichen bzw. naturnahen Bindemitteln wie Lignin, Damarharzen und dergleichen hergestellt werden, so daß auch wasserunlösliche Bindemittel verwendbar sind. Es lassen sich Wärmeleitfähigkeiten (λ) unter 0,040 W/mK einstellen. Die Druckbelastbarkeiten können sehr hoch gesetzt werden, so daß die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Platten auch zur Dämmung begehbarer oder sonstwie lasttragender Bereiche eingesetzt werden können.

Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, während unterschiedlicher Verfahrensstufen Additive einzumischen, um beispielsweise Brandklassenerfordernisse erfüllen zu können.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist gegenüber den herkömmlich bekannten Holzfaserplatten-Herstellungsverfahren äußerst wirtschaftlich, ermöglicht die Herstellung eines hinsichtlich Dicke, Dichte und technologischer Eigenschaften völlig neuen Plattentyps und läßt sich unter ökologischen Gesichtspunkten variieren.

Die Erfindung betrifft auch eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Holzfaserplatte, welche sich von bisher bekannten Holzfaserplatten erheblich unterscheidet. Diese Platte kann hinsichtlich der Dichte stark variiert werden und auch sehr geringe Dichten annehmen. Darüber hinaus können sehr große Dicken eingestellt werden. Die Dämmeigenschaften lassen sich sehr exakt einstellen, ebenso wie die Druckbelastbarkeitseigenschaften.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung anhand der einzigen Figur. Dabei zeigt die
Figur ein Flußdiagramm zur Erläuterung eines Ausführungsbeispieles des Herstellungsverfahrens.
Holzhackschnitzel 1 werden in an sich bekannter Weise einer Zerfaserung 2 unterworfen, wobei nach thermischen Aufschluß eine mechanische Zerfaserung der Holzhackschnitzel 1 unter Druck und Temperatureinwirkung erfolgt. In dem sogenannten Refiner 2 werden die Hackschnitzel 1 über eine Schnecke einem Mahlscheibenpaar zugeführt und nach dem Zerfasern ausgebracht. Anschließend erfolgt der Dampfaustrag in der Station 3, was üblicherweise durch einen Zyklon erfolgen kann, in welchen die Trennung von Dampf und Holzfasern erfolgt. Die Fasern werden dann in einem Faserspeicher 4 bevorratet.
Es ist wichtig, festzustellen, daß weder eine Fasertrocknung noch eine Anfeuchtung erfolgt. Die Fasern werden gelagert und weiterverarbeitet, wie sie aus dem Refiner kommen, ohne daß Maßnahmen zur Veränderung oder Beeinflussung des Feuchtegehalts erfolgen.
Mittels einer Bandwaage 5 werden die erforderlichen Holzfasermengen erfaßt, die vom Faserspeicher 4 einem Mischer 11 zugeführt werden. Gleichzeitig werden aus den Vorräten 6, 7 und 8 die Bindemittel A, B und C zugeführt. Die Bindemittelmengen werden mittels Bandwaagen 9 erfaßt, ggf. können einzelne Bindemittel auch weiterverarbeitet werden, beispielsweise innerhalb einer Feinmühle 10. Die Angabe der Anzahl von Bindemitteln und der Art der Weiterverarbeitung erfolgt nur beispielhaft und kann beliebig bedarfsgemäß variiert werden. Auch weitere Additive können an dieser Stelle beigemischt werden.
In dem Mischer 11 erfolgt die Mischung der refinerfeuchten Holzfasern mit den erforderlichen Bindemitteln.
In einer Streu- und Formstation 12 erfolgt die Materialstreuung und -formung. Unter Formung versteht sich unter anderem eine Seitenkantenbildung, eine gleichförmige Ausbreitung und ggf. eine Vorpressung.
In einer darauffolgenden Stufe 13, beispielsweise einem Dämpfer, erfolgt die Bindemittelaktivierung mittels Dampf, Heißluft oder sonstigen Aktivierungsmedien. Dies geschieht vorzugsweise mittels Durchströmung.
In der Trocknerzone 14 erfolgt eine Vorpressung und eine Druchtrocknung der gebildeten Platten. Dies kann beispielsweise mittels Heißluftdurchströmung erfolgen, wozu beispielsweise an dieser Stelle eine Presse verwandt werden kann, die wenigstens eine der Preßoberflächen in Form eines Siebes aufweist.
Die fertiggetrocknete Platte wird anschließend in einer Station 15 formatiert bzw. konfektioniert.

1: Hackschnitzel
2: Zerfaserung, Refiner
3: Dampfaustrag
4: Faserspeicher
5: Bandwaage Holzfasern
6: Bindemittel A
7: Bindemittel B
8: Bindemittel C
9: Bandwaagen
10: Feinmühle
11: Mischer
12: Materialstreuung und -formung
13: Dämpfer
14: Trocknerzone
15: Plattenformatierung

Claims

Verfahren zur Herstellung von Holzfaserplatten, bei dem Holzfasern nach einem einen Zerfaserungsprozeß abschließenden Refiner-Verfahren und einem sich daran anschließenden Dampfaustrag in einem Zyklon mit Bindemitteln vermischt, mit einer Streuvorrichtung auf einer Formstation ausgebracht, hinsichtlich Breite und Flächengewicht geformt und nach Aktivierung der Bindemittel zur Bildung einer Platte in der Dicke geformt und ausgehärtet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeitsgehalt der Holzfasern bis nach dem Formvorgang unverändert bleibt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bindemittel einen trockenen Zustand aufweisen und mit den Holzfasern trocken vermischt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß natürliche Bindemittel verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wasserunlösliche Bindemittel verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ausgestreute und mit Bindemitteln vermischte Holzfasermaterial zur Aktivierung des Bindemittels mit Dampf durchströmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während des Formvorgangs wenigstens eine Vorpressung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das ausgebrachte und geformte Holzfasermaterial zur Trocknung von einem Trocknungsmedium durchströmt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Trocknungsmedium Heißluft verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während der Aushärtung wenigstens eine Kalibrierpressung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aushärtung mittels Kontaktwärmeübertragung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Aushärtung in einer Presse mit wenigstens einer siebartigen Preßfläche erfolgt.
Holzfaserplatte, hergestellt nach dem Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9.
Holzfaserplatte nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß diese eine Rohdichte zwischen 60 und 150 Kg/m³ aufweist.
Holzfaserplatte nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der λ-Wert der Platte < 0,40 W/mK ist.