DE19947856A1 - Faserplatte sowie Verfahren zur Herstellung von Faserplatten - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Faserplatte, die Zellulosefasern und ein Bindemittel aus einem aushärtbaren Polymer enthält, wobei die Zellulosefasern in der Faserplatte ganz oder teilweise aus Lebensmittelverpackungen auf Kartonbasis wiedergewonnen wurden. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Faserplatte mittlerer Dichte (MDF). Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung von Faserplatten nach der Erfindung.

Description

Vorliegende Erfindung betrifft eine Faserplatte, die zumindest Zellulosefasern und ein Bindemittel in Form eines Polymers enthält. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung solcher Faserplatten sowie die Anwendung von aus Lebensmittelverpackungen auf Kartonbasis wiederverwerteten Zellulosefasern zur Herstellung von Faserplatten, insbesondere von MDF- Faserplatten.

Sortierung nach der Rohstoffart und Wiederverwertung von unterschiedlichem Material, wie, z. B., Papier und Zellulosefasern, sind seit langer Zeit sowohl in der Industrie als auch in den Haushalten aktuell. Auch die Verpackungslaminate, die heute zur Verpackung flüssiger und hochviskoser Lebensmittel benutzt werden, sind in letzter Zeit Gegenstand des Wiederverwertungsdenkens geworden. Sie stellen jedoch besondere Ansprüche an Wiedergewinnungsprozesse, weil sie aus mehreren unterschiedlichen Schichten von sehr verschiedenen Materialtypen bestehen. In Abhängigkeit davon, welches Lebensmittelerzeugnis verpackt wurde, sind solche Verpackungslaminate unterschiedlich aufgebaut. Gewöhnlich bestehen jedoch größere Teile des laminierten Materials aus einem für die Steifheit sorgenden Kartonmaterial, das auf beiden Seiten mit einer flüssigkeitsdichten Plast- oder Kunststoffschicht - gewöhnlich aus Polyethylen geringer Dichte (LDPE) - versehen ist. Andere gewöhnlich vorkommende Kunststoffe oder Plastmaterialien sind Polyethylentherephthalat (PET), Polypropen (PP) und Polyethylen hoher Dichte (HDPE). Oft sind auch Schichten vorhanden, die verhindern sollen, daß Gase, wie, z. B., Sauerstoff aus der Umgebung des Verpackungsbehälters, durch das Laminat in das verpackte Erzeugnis eindringen. Solche Gassperrschichten können aus einem oder mehreren Polymeren wie beispielsweise Polyamid oder Ethylenvinylalkohol-Mischpolymer oder aus einem dünnen Metallfilm oder Metalloxidfilm oder Kombinationen von Polymer- und Metallschichten bestehen. Ein gewöhnliches Beispiel für eine Sperrschicht aus Metall ist Aluminiumfolie (Al-Folie).

Bisher wurden nur in der Papier- und Zelluloseindustrie solche Wiedergewinnungsprozesse entwickelt, bei denen Plast- und Metallschichten von den Kartonfasern in einem Naßprozeß so abgetrennt werden, daß man eine Naßmasse freier Kartonfasern erhält. Polymer- und eventuelle Metallschichten wurden abgesondert, um auf Mülldeponien gelagert oder entweder in der Zelluloseindustrie oder in einem dritten Bereich, wie, z. B., in der Zementindustrie, verbrannt zu werden. Metalle und insbesondere Aluminium haben jedoch eine Tendenz, bei Verbrennung gewisse Probleme zu bereiten und erfordern einen besonders angepaßten Verbrennungsprozeß. Um ein dauerhaftes Interesse für Wiedergewinnungsprozesse zu schaffen, ist es erforderlich, wirtschaftlich und umweltmäßig tragende Lösungen zur Behandlung aller in die Verpackungslaminate eingehenden Materialien zu entwickeln. Da sogenannter Flüssigkeitskarton des Typs, der bei Lebensmittelverpackungen für beispielsweise Milch, Saft und andere Getränke benutzt wird, notwendigerweise relativ lange Zellulosefasern hochveredelter Qualität - sogenannten chemischen Zellstoff, oft mit Beimischungen von CTMP-Zellstoff - enthält, ist es um so wichtiger, gerade für diesen Abfalltyp Wiedergewinnungslösungen zu finden. Aufgrund der geltenden Bestimmungen für Lebensmittel und anderer Qualitätsanforderungen ist die Verwendung neuer Fasern hoher Qualität bei Flüssigkeitskarton höchst wünschenswert und sogar notwendig. Dabei sieht man es als große Vergeudung von natürlichen Ressourcen an, wenn Lebensmittelverpackungen, die Flüssigkeitskarton enthalten, direkt zur Verbrennung verwendet werden, wie das heute überwiegend geschieht.

Ein Verfahren, das auf trockener Delaminierung und Abtrennung verschiedener Materialien in Kompositstoffen basiert, wurde in neuerer Zeit von einem Unternehmen mit Sitz in der Schweiz entwickelt, nämlich der Result Technology AG. Die Technologie des Unternehmens basiert darauf, daß verschiedene Materialien sich bei Einwirkung starker Schub- und Reibungskräfte unterschiedlich verhalten und daß diese Kräfte die Adhäsion und die zusammenhaltenden Kräfte zwischen den verschiedenen Materialien im Kompositstoff übersteigen, welche deshalb so delaminiert werden, daß die Materialien voneinander getrennt werden. Die Schubkräfte werden mit Hilfe einer großen Beschleunigung und starken turbulenten Luftströmen erzwungen, und dies bedeutet also, daß das Kompositmaterial nicht mechanisch zermahlen oder pulverisiert werden muß. Für Papierfasern ist dies wichtig, da deren Länge und Qualität auf diese Weise im großen und ganzen unverändert bleiben und die Fasern wieder für neue Hochqualitätsprodukte verwendet werden können. Die Prinzipien für diese Beschleunigungs- und Separationstechnologie sind u. a. in dem europäischen Patent EP-B-7S1831, in der internationalen Patentanmeldung WO 97/26994 sowie in der deutschen Patentanmeldung DE-A 196 37 550 beschrieben.

Mit dieser neuen Technologie können also die Papierfasern auf eine einfache und rationelle Weise von Polymeren und Metallmaterialien abgetrennt werden. Weiterhin können Polymere und Metallmaterialien in einem weiteren Verfahrensschritt unter Ausnutzung der gleichen Technologie voneinander getrennt werden, so daß man reines Metall und reine Polymere erhält, die unabhängig voneinander wieder verwendet oder verbrannt werden können. Damit diese neue Verfahrenstechnik rentabel wird, ist es jedoch erforderlich, daß die verschiedenen wiedergewonnenen Materialien Absatz finden und man die Wiedergewinnungsverfahren weltweit mit neuen Anwendungsbereichen verbindet. Laminate von Flüssigkeitskarton werden heute in den meisten Ländern auf der ganzen Welt benutzt, und es besteht Nachfrage für eine globale Wiederverwendungslösung für diese Materialien. In dem Maße, wie die Weltbevölkerung zunimmt, wird auch der Verbrauch von Flüssigkeitskarton anwachsen, da solche Verpackungsbehälter in vielen Ländern heute die einzige Möglichkeit darstellen, um bei guter Haltbarkeit Lebensmittel wirtschaftlich und umweltmäßig vorteilhaft zu befördern und zu verteilen, insbesondere in Ländern mit warmem Klima und allgemein schlechten wirtschaftlichen Ressourcen.

Die Faserplattenindustrie hat - insbesondere bei der Herstellung von Faserplatten mittlerer Dichte - sogenannten MDF-Platten mit einer Dichte zwischen etwa 600 und 800 kg/m³ - Verwendung für Zellulosefasern relativ hoher Qualität. (Auch gibt es MDF-Platten geringer Dichte (etwa 450-600 kg/m³) und dünne MDF- Platten (etwa 800-1000 kg/m³)). Insbesondere für die Herstellung von MDF-Platten sind wiedergewonnene Fasern herkömmlichen Typs ungeeignet, und man stellt die Zellulosefasern vor allem aus Forstindustrieabfällen in Form von Hackspänen, Furnierresten und Sägespänen her. Diese werden gemahlen, gereinigt und in einem energieaufwendigen Naßverfahren zu Pulpe verwandelt. Die Naßmasse muß dann getrocknet werden, bevor sie zur Herstellung von Faserplatten weiterverwendet werden kann. Die Fasermasse hat immer noch einen hohen Feuchtigkeitsgehalt, wenn ein Bindemittel aus einem aushärtbaren Polymer - gewöhnlich einem Harnstoff- Formaldehydharz - zugesetzt wird, um eine gleichmäßige Verteilung und Mischung des aushärtbaren Polymerharzes in der Fasermasse zu erreichen. Danach wird die Masse weiter getrocknet und zu einer Fasermatte geformt, die mit Hilfe von Druck und Wärme zu Faserplatten gepreßt wird.

Die Anwendung von Faserplatten und insbesondere MDF-Platten nimmt in der ganzen Welt ständig zu. Ihre guten Eigenschaften beim Bearbeiten - z. B. beim Sägen und Fräsen - aber auch die Möglichkeit des Färbens machen das Plattenmaterial für die Möbel- und Inneneinrichtungsindustrie besonders geeignet, insbesondere für Holzpaneele, Fußbodenbeläge, Schranktüren usw. Der weltweite Verbrauch an MDF- Platten hat seit 1989 jährlich um etwa 12,7% zugenommen, und die Herstellungskapazität ist von etwa 6 Millionen m³ im Jahre 1991 auf etwa 20 Millionen m³ im Jahre 1997 angewachsen. Bei einer MDF-Dichte von etwa 750 kg/m³entspricht dies etwa 15 Millionen Tonnen, was mit der gesamten Getränkekartonherstellung, die etwa 3 Millionen Tonnen ausmacht, verglichen werden müßte. Der Markt für solche Faserplattenmaterialien ist also sehr expansiv, und die Nachfrage bei Zellulosefasern relativ hoher Qualität wird deshalb auch künftig stark zunehmen.

Die Faserplattenindustrie hat lange daran gearbeitet, große umweltmäßige Probleme in Verbindung mit der Bindemittelrezeptur und dem Verleimen unter Druck bei Platten unterschiedlicher Qualität in den Griff zu bekommen. Man hat die Formaldehyd-Anwendung optimiert und eine Umweltgenehmigung nach deutschem E1-Standard bei Beibehaltung der Qualität der Faserplatten erhalten. Bei der Faser- und MDF-Plattenherstellung ist es sehr wichtig, daß das Fasermaterial in der gesamten Platte möglichst homogen ist. Dies setzt auch eine gleichmäßige Faserqualität und ein homogenes Gemisch aus Fasern und Bindemittel voraus.

Faserplatten spielen schon im Hinblick auf die Umwelt und die Ressourcen eine große Rolle, da bei ihnen Abfälle von der Holz- und Möbelindustrie genutzt und veredelt werden, indem diese in wertvolle Faserpaneele und Spanplatten verwandelt werden. Es ist jedoch für die Faserplatten- und MDF-Branche sehr wünschenswert, ihren Ruf und ihr Image hinsichtlich der Einwirkungen auf Gesundheit und Umwelt weiter verbessern zu können. Man hat daran gearbeitet, Verfahren zur Anwendung von Altfasern - sogenannten "urban fibres" - zu entwickeln, doch bisher konnte man wiedergewonnene Fasern nicht als Rohstoff für die MDF-Faser­ plattenherstellung anwenden. Die MDF-Industrie hat sich weiterhin mit relativ geringen Gewinnspannen auseinanderzusetzen, weshalb ein technischer Durchbruch für die Wettbewerbsführung sehr günstig sein könnte.

Es besteht also ein Bedarf für die Nutzung des oben beschriebenen neuen, einfachen und rationellen Wiedergewinnungsprozesses in Verbindung mit neuen Märkten und neuen Partnern für die Nutzung von sowohl wiedergewonnenen Kartonfasern als auch sonstigen im Kartonlaminat vorhandenen Materialien, und es besteht weiterhin ein Bedarf für die Verbesserung der Rentabilität und für die Erhöhung der Kapazität sowie für die Verbesserung des umweltmäßigen Ansehens der Faserplattenindustrie.

Da Faserplatten traditionell mit einem Ausgangsmaterial von Hack- und Sägespänen hergestellt wurden, war mit der Plattenherstellung ein Naßbreiprozeß verbunden. Das Ausgangsmaterial hatte einen hohen Feuchtigkeitsgehalt, was die Voraussetzung für das Hinzusetzen und Beimischen von Bindemittelharz vor dem Pressen war und dieses auch erleichterte.

Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine kostengünstige, umweltfreundliche und ressourcensparende Faserplatte - insbesondere eine MDF- Platte - von hoher Qualität zu schaffen.

Ein anderes Ziel der Erfindung besteht darin, ein neues Verfahren für die Herstellung von Faserplatten und Holzfaserplatten - insbesondere von Faserplatten mittlerer Dichte (MDF-Platten) - zu schaffen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, ein neues, integriertes, kostengünstiges, umweltfreundliches, ressourcensparendes und rationelles Verfahren zu schaffen, das die Wiedergewinnung von Flüssigkeitskartonfasern mittels Beschleunigung und turbulenten Luftströmen nach der Result®-Technologie mit der Herstellung von Faserplatten - insbesondere von MDF-Platten hoher Qualität - verbindet.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine neue Anwendung für Flüssigkeitskartonfasern zu schaffen, die mit Hilfe der neuen trockenen Delaminierungs- und Separationstechnologie mittels Beschleunigung und turbulenten Luftströmen wiedergewonnen werden.

Diese Ziele werden durch eine Faserplatte mit dem im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 angegebenen Kennzeichen sowie mittels der Verfahrensweise mit dem im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 8 angegebenen Kennzeichen erreicht. Variationen und bevorzugte Ausführungsformen der Faserplatte und der Verfahrensweise nach der Erfindung gehen aus den Nebenansprüchen 2-7 bzw. 9-18 hervor.

Weiterhin wird nach einem anderen Aspekt der Erfindung eine neue Anwendung von Flüssigkeitskartonfasern für Faserplatten nach Patentanspruch 19 ermöglicht.

Die oben genannte neue Wiedergewinnungstechnologie der "Result Technology AG" aus der Schweiz basiert also darauf, daß Faserschichten von sonstigen Komposit-/Laminat­ schichten delaminiert und Zellulosefasern von den übrigen im Kompositmaterial vorhandenen Materialien mittels eines trockenen, mechanischen Verfahrens abgetrennt werden, welches jedoch nicht beinhaltet, daß das Material in allzu kleine Teilchen zermahlen wird, die sich schwer abtrennen lassen. Durch eine Hochgeschwindigkeitsrotation des Kompositmaterials wird eine bimodale Verteilung von Material verschiedener Teilchengrößen erreicht. Wenn laminierte Materialien einer Beschleunigung und starken turbulenten Luftströmen (Luftwirbeln) ausgesetzt werden, reagieren die verschiedenen Materialien auf unterschiedliche Weise und nehmen nach der Behandlung im Beschleuniger unterschiedliche morphologische Zustände ein, da die Schubkräfte die verschiedenen Materialien in unterschiedlichen Richtungen delaminieren. Die Fasern werden voneinander und von benachbarten Schichten getrennt. Plastschichten tendieren dazu, sich zu dehnen und sich in Flockenform auseinanderzuziehen, während Metallschichten sich zusammenziehen und kugelige Formen annehmen. Auf Grund der unterschiedlichen Geometrie und Dichte der separierten Materialien sind sie dann mit Hilfe verschiedener Siebungs- und Luftabscheidungs­ methoden leicht voneinander zu trennen.

Das Kompositmaterial kann als Ausgangsmaterial für den Delaminierungsprozeß sowohl trocken als auch relativ feucht sein, z. B. einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 30% haben. In einem ersten Verfahrensschritt wird das Material mittels rotierender Schneidmesser oder dergleichen in kleine Stücke der Größenordnung 50 mm × 50 mm oder kleiner zerschnitten. Die kleinen Stücke werden dann in eine Beschleunigungseinheit, d. h. in eine Zentrifuge, einen vertikal aufgestellten Rotor o. dgl. gegeben. Die Beschleunigungseinheit umfaßt gewöhnlich verschiedene Einrichtungen und Funktionen zum Justieren und Einstellen verschiedener Beschleunigungen. Die Hochgeschwindigkeitsrotation ruft sehr turbulente Ströme hervor und bewirkt eine hohe Beschleunigung im äußeren Bereich der Einrichtung. Die starken Kräfte in den wirbelnden Luft strömen delaminieren die verschiedenen Schichten an den Schnittstellen und deformieren dann die Struktur der verschiedenen Komponenten zu verschiedenen geometrischen Formen und Abmessungen. Wichtige Parameter zur Regelung des Beschleunigungsprozesses sind die Art der Vorbehandlung und der Zerkleinerung des Materials, Rotationsgeschwindigkeiten, Druckverhältnisse, Luftströme sowie Abmessungen von Beschleunigungseinheit und dazu gehörender Ausrüstung. Die Einstellungen für den Delaminierungsprozeß müssen jedem einzelnen Material und jeder Kompositmaterialzusammensetzung angepaßt werden, weil die im Kompositmaterial befindlichen Materialien verschiedene Eigenschaften und Abmessungen (Dicken usw.) aufweisen. So wurde festgestellt, daß eine spezielle Wahl der verschiedenen Parameter zum Abtrennen einer Faserschicht von sonstigen Laminatschichten aus Plast - eventuell kombiniert mit Metallfolie - sich von den Parametern unterscheidet, die zum Abtrennen und Delaminieren dieser Plastschichten voneinander und von den eventuellen Metallschichten aktuell sind. Die Faserbindung kann sehr vorsichtig gelöst werden, wobei die Fasern voneinander und von benachbarten Schichten getrennt werden und die Beschleunigungseinheit als trockenes flaumartiges Fasermaterial verlassen. In einem späteren Schritt unter anderen Beschleunigungsverhältnissen werden verbliebene Plastschichten von eventuellen Metallschichten abgetrennt.

Das Abtrennen der verschiedenen Materialien voneinander erfolgt gewöhnlich vor allem durch Siebungs- und elektrostatische Trennungsmethoden. Das Abscheiden im fluidisierten Bett ist auch eine mögliche Alternative oder eine mögliche Ergänzung zu dem Siebungsvorgang. Nach Delaminierung des Flüssigkeitskartonlaminats kann eine Trennung vorteilhafterweise durch Absieben der Fasern vom sonstigen Material erfolgen, und in einem späteren Schritt können Polymere und Metalle durch Siebung und elektrostatische Aufladung voneinander getrennt werden.

Herstellungsverfahren für Faserplatten sind dem Fachmann wohlbekannt.

Beispielsweise wurden Verfahren zur Herstellung von MDF-Faserplatten sowohl von Sunds Defibrator als auch von Kværner entwickelt. Diese basieren auf dem gleichen Prozeßtyp und beinhalten im großen und ganzen übereinstimmende Verfahrensschritte, und bezüglich einer weiteren Beschreibung dieser bekannten Technologie sei auf ein Beispiel eines MDF- Herstellungsverfahrens verwiesen, das in Abb. 1 beschrieben wird.

Das genannte Bindemittel in Form eines aushärtbaren Polymers ist vorzugsweise ein Harnstoff- Formaldehydharz bekannten Typs mit E1-Zulassung, d. h. mit einem zugelassenen niedrigen Formaldehydgehalt, insbesondere für die Herstellung von MDF-Platten. Man ist allgemein der Ansicht, daß Harnstoff-Formaldehyd durch Querbindung aushärtet, aber auch andere physikalische Formen einer Bindung im Material wurden diskutiert. Das Bindemittel kann auch für die Herstellung härterer Faserplatten auf Phenol- Formaldehydharz oder Melamin-Formaldehydharz oder für gewisse andere Anwendungen auf Isocyanat enthaltenden Polymeren - z. B. des Typs PMDI (Methylendiisocyanat enthaltend) - zur gänzlichen Vermeidung von Formaldehyd basieren. Wegen der während des vergangenen Jahrzehnts heftigen Debatten über die gesundheitlichen Beeinträchtigungen durch Formaldehyd im Bereich von Wohnungen und Inneneinrichtungen verwendet man manchmal bevorzugt den zuletzt genannten Typ oder andere Typen von formaldehydfreien Bindemitteln.

Die Erfindung wird nun unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, wobei

Abb. 1 schematisch ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung von Faserplatten - insbesondere MDF- Platten - nach der bekannten Technologie,

Abb. 2 schematisch ein Beispiel für eine Faserplatte nach der Erfindung und

Abb. 3 schematisch eine bevorzugte Verfahrensweise nach der Erfindung darstellt.

Auch wenn die Erfindung unter Hinweis auf spezielle, in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsformen beschrieben wird, ist es für einen Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich, daß verschiedene Modifikationen und Variationen vorgenommen werden können, ohne von der Idee der Erfindung abzuweichen, die in den anschließend angeführten Patentansprüchen definiert ist.

So zeigt Abb. 1 unter der allgemeinen Bezeichnung 10 schematisch ein traditionelles Verfahren zur Herstellung von Faserplatten, insbesondere von MDF- Platten.

Holz wird einer Hackmaschine oder einem sogenannten "chipper" 11 zugeführt. Als Alternative können fertige Hackspäne und Späne verwendet werden, die bei Sägewerken und anderen Holzindustriebetrieben erhältlich sind. Hackspäne und Späne werden mit einem Sieb 12 gesiebt, um die Menge von Verunreinigungen - wie z. B. kleinen Steinen, Nägeln und anderen Gegenständen - in den Spänen zu verringern. Die gesiebten Hackspäne werden dann einer Spanwaschanlage 13 zugeführt, in der verbliebene Verunreinigungen, wie Kies usw., ausgewaschen werden. Eine Spanwaschanlage erleichtert nachfolgende Verfahrensschritte und trägt dazu bei, daß die Hackspäne nicht die Ausrüstung für den nächsten Vorgang, wo die Späne defibriert werden, verschleißen. Die Defibrierung 14 erfolgt, indem die Späne zum Aufweichen zuerst mit Dampf auf eine Temperatur von etwa 80°C erwärmt werden, was ein späteres Extrahieren von beispielsweise Resinharz erleichtert. Danach werden die Hackspäne mittels Förderschnecke und anschließendem Raffineur unter Druck zu Fasern zerkleinert. Die freigesetzten Fasern werden in einem Trockner 15 getrocknet und zu einem Faserspeicher 16 weitergeleitet. Vor ihrer Anwendung zum Pressen von Faserplatten müssen die Fasern durch einen Faserstreuer 17 (einen sogenannten "fiber­ sifter"), wo sie mit Polymerharz-Bindemittel gemischt werden. Die Fasern haben weiterhin einen relativ hohen Feuchtigkeitsgehalt, der eventuell beibehalten wird durch Zuführung von heißem Dampf, wodurch das Vermischen von Fasern und Polymerharz erleichtert werden kann. Die mit Harz gemischten Fasern werden dann zu einem Mattenformer 18 zum Vorbereiten des Pressens weitergeleitet, wonach die erhaltene Matte in einer Vorpresse 19 unter leichterem Druck und schwächerer Wärme vorgepreßt wird, um einen Teil der in den Fasern enthaltenen Feuchtigkeit zu verdampfen, in der Matte enthaltene Luft auszutreiben und die Fasermatte zu erwärmen. Auf diese Weise erhält man eine höhere Kapazität bei der anschließenden kontinuierlich arbeitenden Presse. Im nächsten Schritt wird die vorgepreßte Matte also durch eine kontinuierlich arbeitende Presse 20 geleitet und nach dem Pressen in einer Sägestation 21 zu Platten geeigneter Größe zersägt. Die gesägten Platten werden zu einer Kühleinrichtung 22 weitergeleitet, wo die vom Pressen heißen Platten abgekühlt werden, ohne daß sie anstoßen oder ihre Abmessungen infolge unkontrollierten Abkühlens verändern. Die gekühlten Faserplatten werden zeitweilig oder auch für eine längere Zeit bei 23 gelagert und vor der Auslieferung in einer Putzstation 24 geputzt und zu gewünschter Größe in einer Schneidestation 25 zersägt, wodurch das lieferfertige Faserplattenerzeugnis 26 erhalten wird.

Im allgemeinen ist die MDF- und sonstige Faserplattenherstellung relativ energieaufwendig, und es gehören zu dem Prozeß verschiedene Systeme und Einrichtungen zur Wiedergewinnung von Wärmeenergie.

Abb. 2 zeigt schematisch eine homogene Faserplatte mit der Bezeichnung 2a nach der Erfindung, insbesondere eine Faserplatte mittlerer Dichte (MDF). Die Abbildung zeigt, wie Fasern 2b von gleichmäßiger Qualität und Längenverteilung in einem homogenen Gemisch mit dem bindenden Harz 2c eines ausgehärteten Polymers vorliegen, ohne daß sogenannte Harzflecke infolge von Polymeransammlungen in der Faserplatte auftreten.

Abb. 3 zeigt schematisch mit der allgemeinen Bezeichnung 30 eine bevorzugte Verfahrensweise zur Herstellung von Faserplatten - insbesondere MDF-Platten nach der Erfindung.

Gesammelte Kartonabfälle von geleerten Lebensmittelverpackungen 31, die Laminatschichten aus Karton und z. B. Polyethylen und Aluminium enthalten, werden einer Einrichtung 32 zugeführt, in der sie zu kleinen Stücken gleichmäßiger Größe - z. B. von etwa 20 mm × 20 mm bis etwa 60 mm × 60 mm - zerschnitten werden. Die Einrichtung kann ein rotierendes Messer oder mehrere rotierende Messer umfassen, die schnell und effektiv die zugeführten Verpackungsbehälter zerschneiden. Die Verpackungslaminatstücke werden dann einem ersten Beschleuniger 33 - d. h. einem Hochgeschwindigkeitsrotor, einer Zentrifuge oder einer ähnlichen Einrichtung - zugeführt. In dem Beschleuniger, der zum Delaminieren von solchem laminierten Verpackungsmaterial ausgelegt ist, sind Luftstrom, Rotorgeschwindigkeit und Druckverhältnisse so einstellbar, daß die gewünschten Schubkräfte erzeugt werden und die Kartonfasern voneinander und von im Laminat benachbarten Schichten abgetrennt werden. Man erhält ein Gemisch von Polyethylen-/Aluminiumfolie und flaumartigen freigesetzten Fasern. Dieses Gemisch wird dann einer Siebungseinrichtung oder Siebungsstation 35 zum Abscheiden der Fasern von dem sonstigen Polymer- und Metallmaterial zugeführt. Ein Luftabscheider-Zyklon kann im Anschluß an den Beschleuniger oder als separater Verfahrensschritt 34 vor der Siebungsstation vorgesehen werden. Da die Fasern gegenüber dem Plast- und Metallmaterial ganz abweichende geometrische Form und hinsichtlich der Schwerkraft ganz andere Eigenschaften aufweisen, können die Fasern 36 abgeschieden und zu einem Fasersilo 42 weitergeleitet werden. Das zurückbleibende Plast- und Metallmaterial 37 - in diesem spezifischen Fall Polyethylen und Aluminium - kann zu einem zweiten Beschleuniger 38 weitergeleitet werden, in dem Luftstrom, Rotorgeschwindigkeit und Druckverhältnisse so eingestellt werden, daß die gewünschten Schubkräfte erzeugt werden und das Polyethylen zu dünnen Plastflocken ausgezogen wird, während das Aluminium sich zu kugeligen Teilchen zusammenzieht und somit aus der Polyethylenschicht delaminiert wird. Das Gemisch aus Plastflocken und Aluminiumteilchen wird danach einer Siebungseinrichtung 39 zugeführt, die gegebenenfalls mit einer (nicht dargestellten) Vorrichtung 39' zum elektrostatischen Abscheiden von Plast aus dem Metall kombiniert wird. Man erhält einen ersten Strom von Polyethylenflocken 40 und einen zweiten Strom von kugeligen Aluminiumteilchen 41. Die Polyethylen-Fraktion kann vorteilhafterweise verbrannt und damit zur Energieerzeugung für den energieaufwendigen Herstellungsprozeß für Faserplatten - insbesondere MDF-Platten - genutzt werden. Die Aluminium-Fraktion ist nahezu rein und kann vorteilhafterweise für die Wiederverwendung in der Aluminiumindustrie verkauft werden. Auf diese Weise erhält man eine ganzheitliche Lösung für die Wiedergewinnung von Lebensmittelverpackungen auf Kartonbasis. Für die Faserplattenherstellung ist es zudem auch nicht so wichtig, ob die wiedergewonnenen Fasern gebleicht sind, da Faserplatten meist gefärbt oder hinter Paneelen aus Furnier oder imprägniertem Dekorpapier verdeckt werden. Für gewisse Anwendungen von wiedergewonnenen Fasern ist die Verwendung gebleichter Fasern erforderlich, weshalb solche leichter verkäuflich sein können. Da Lebensmittelkartons meist bedruckt und mit einer Dekorschicht versehen werden, ist ungebleichter Karton gleichwertig anwendbar. Somit erzielt man eine weitere umweltgünstige Wirkung, wenn für die MDF- Plattenherstellung wiedergewonnene ungebleichte Lebensmittelkartonfasern genutzt werden.

Die trocken abgeschiedenen Fasern 36 können direkt - oder nach einer Lagerung - aus dem Silo 42 einer Mischstation in Form eines Umlaufrohrs 43 zugeführt werden, das von Luft mit relativ hoher Geschwindigkeit 44 durchströmt wird. Die Fasern können im Umlaufrohr zirkulieren, bis sie mit sonstigen Zusätzen homogen vermischt sind, wodurch man eine Fasermasse erhält, die dann zu Faserplatten gepreßt werden kann. Die Strömungsluft 44 hat vorzugsweise eine Geschwindigkeit von etwa 18-25 m/s, am besten etwa 20 m/s. Die sonstigen Zusätze bestehen vorzugsweise aus einem aushärtbaren Polymer oder Vorpolymer 45 des Typs Harnstoff-Formaldehyd mit E1-Zulassung und eventuell einem gewissen Gehalt an Melaminharz. Gegebenenfalls können die wiedergewonnenen Kartonfasern mit einem anderen Typ von MDF-Fasern 46 gemischt werden, um im Bedarfsfall die Eigenschaften des Endprodukts zielgerichtet zu steuern. Das Massegemisch aus Fasern und Polymer ist nahezu trocken, da den trockenen Fasern 36, gerechnet auf das ofengetrocknete Endprodukt, nur etwa 10-15 Masse-% - vorzugsweise etwa 12 Masse-% - aushärtbares Polymer 45 hinzugesetzt werden. Der Mischvorgang kann partieweise (in Batches) oder kontinuierlich durchgeführt werden. Die Mischeinrichtung ist als Misch- und Umlaufrohr ausgeführt und vorzugsweise für eine kontinuierliche Zufuhr von Fasern und Polymerharz und für eine kontinuierliche Entnahme homogen gemischter Fasermasse 47 eingerichtet. Die homogen gemischte Fasermasse 47 wird dann einer Mattenformungseinrichtung 18 zum Umformen der Fasermasse zu einer Fasermatte zugeführt. Die Fasermatte wird dann so weiterbehandelt, wie es im Zusammenhang mit Abb. 1 beschrieben wurde, nämlich in einer Vorpresse 19, einer kontinuierlich arbeitenden Presse 20, einer Sägestation 21 und einer Abkühlstation 22.

Wiedergewonnene Fasern von Verpackungen weisen im allgemeinen einen höheren pH-Wert als übliche MDF- Fasern auf. Dies hat im MDF-Herstellungsprozeß jedoch nie zu einem Problem geführt. Die Kompatibilität mit Harnstoff-Formaldehyd (UF)-Harz (Vorpolymer) vom E1-Typ wurde getestet, und Gelzeiten wurden bei Gemischen aus wiedergewonnenen Fasern und etwa 12 Masse-% UF gemessen. Es zeigte sich, daß bei gleichem Katalysatorzusatz die Gelzeiten im Vergleich zu Softwood-Fasern (Nadelbaumholz) beibehalten und in gewissen Fällen sogar kürzer wurden. Insbesondere, wenn ein UF-Harz des Typs MR, d. h. moisture resistant (flüssigkeitsresistentes) UF mit einem Melaminharzgehalt von etwa 2-20 Masse-% angewendet wurde, erhielt man stark verkürzte Gelzeiten, was darauf hindeutet, daß weitere Verfahrensvorteile in Form kürzerer Presszeiten und/oder verminderten Katalysatorzusatzes zum aushärtbaren Harz/Vorpolymer erreichbar sind.

Nach dem Mischen nach obigen Angaben in der Luftströmung in einem Umlaufrohr und nachfolgendem Pressen zu Faserplatten wurde festgestellt, daß Polymerharz-Flecke ganz vermieden werden konnten und das Gemisch somit fast ganz homogen war.

Ein Mischen von Fasern und Polymerharz im Trockenverfahren war nach der bekannten Technologie bisher nicht gut gelungen, da anscheinend immer Ansammlungen von Polymerflecken vorkommen. Nach bekannten Technologien hat man die Polymerharzlösung auf die trockenen Fasern gesprüht, wobei immer unschöne Polymerflecken entstehen. Zu 99% wird bei der gesamten MDF-Plattenherstellung deshalb mit einem Polymerzusatz zu nassen oder feuchten Zellulosefasern gearbeitet.

Andere Mischeinrichtungen sind nach der Erfindung denkbar, doch Vorrichtungen, die auf mechanischem Mischen von Fasern und Polymerharz basieren, wurden ausgeschlossen, weil sie nicht ausreichend gut funktionieren, d. h. nicht ausreichend homogen mischen. Das Mischen mittels Luftstrom-Methoden scheint die Lösung zu sein, um homogene Faser-Polymer-Gemische zu erhalten. Insbesondere und vorzugsweise wird durch ein Umlaufrohr strömende Luft nach obiger Beschreibung angewendet, da dies besonders gut funktioniert.

Gemische aus wiedergewonnenen Lebensmittelkartonfasern und gewöhnlichen Nadelholz- MDF-Fasern in einem Umlaufrohr mit strömender Luft wurden mit Mengen von etwa 10, 20, 80 bzw. 90 Masse-% MDF-Fasern getestet. Die aus den Gemischen gepreßten Faserplatten zeigten deutlich, daß das Beimischen anderer Typen von MDF-Fasern zur eventuellen Regelung der Eigenschaften der sich ergebenden Faserplatten sehr gut möglich ist.

Man erhält einen Prozeß zur Herstellung von Faserplatten und insbesondere MDF-Platten, der offensichtliche wirtschaftliche, umweltmäßige und qualitätsmäßige Vorteile bietet. Nach dieser Verfahrensweise kann der gesamte Naßfaserbehandlungsprozeß nach Abb. 1 bis zur Mattenformungsstation 18 hin durch lediglich einen trockenen Delaminierungsprozeß ersetzt werden, der sowohl kostengünstig als auch umweltfreundlich ist, weil er reduzierte Emissionen in Luft und Wasser bewirkt. Der Abwasserreinigungsbedarf wird stark verringert oder sogar eliminiert, da ein trockener Faserherstellungsprozeß angewendet wird. Auch der Energieverbrauch wird stark reduziert, weil kein Erwärmen von Dampf und keine Hackspanwäsche erforderlich sind. Die Luftemissionen verringern sich gemäß der Erfindung, weil keine Trocknung der wiedergewonnenen Kartonfasern erfolgt. Die alternative MDF-Faserherstellung wird außerdem umweltfreundlicher, da bei ihr wiedergewonnene Fasern verwendet werden und kein Abholzen neuen Waldes nötig ist.

Aus der obigen Beschreibung geht also hervor, daß die Erfindung auf einfache Weise und mit einfachen Mitteln die gesetzten Ziele erreicht und eine kostengünstige, umweltfreundliche und ressourcen­ sparende Herstellung von Faserplatten hoher Qualität ermöglicht. Aus der Erfindung ergibt sich außerdem ein wirtschaftliches und rationelles Verfahren zur Herstellung solcher Faserplatten sowie eine neue Verwendung für Zellulosefasern, die aus Lebensmittelverpackungen auf Kartonbasis wiedergewonnen wurden.

Claims (19)

1. Faserplatte (2a), die zumindest Zellulosefasern (2b) und ein Bindemittel (2c) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellulosefasern teilweise oder vorzugsweise ganz aus Lebensmittelverpackungen auf Kartonbasis wiedergewonnen wurden.

2. Faserplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel (2c) ein aushärtbares Polymer, das aus einer Gruppe, die Harnstoff-Formaldehydpolymer, Melamin-Formaldehyd­ polymer, Phenol-Formaldehydpolymer umfaßt, ausgewählt wurde, ein zu Isocyanat aushärtendes Polymer oder ein Gemisch aus einem von diesen Polymeren enthält.

3. Faserplatte nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel (2c) ein Harnstoff-Formaldehydharz enthält.

4. Faserplatte nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Faserplatte mittlerer Dichte (MDF) ist.

5. Faserplatte nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel (2c) ein Gemisch aus Harnstoff-Formaldehydpolymer und etwa 2-20 Masse-% Melaminharz ("UF MR") enthält.

6. Faserplatte nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel (2c) auf die Trockenmasse berechnet etwa 10-15 Masse-% - vorzugsweise etwa 12 Masse-% - der Faserplatte ausmacht.

7. Faserplatte nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellulosefasern und das Bindemittel homogen gemischt sind, so daß keine Ansammlungen von Bindemittel in der Faserplatte zu sehen sind.

8. Verfahren zur Herstellung einer zumindest Zellulosefasern und ein Bindemittel enthaltenden Faserplatte, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Zellulosefasern aus Lebensmittelverpackungen auf Kartonbasis (31) wiedergewonnen und danach mit einem Bindemittel (45) gemischt wird und daß die Mischung danach zu einem plattenförmigen Gegenstand zusammengepreßt wird.

9. Verfahren zur Herstellung einer Faserplatte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel (45) ein aushärtbares Polymer, das aus einer Gruppe, die Harnstoff-Formaldehydpolymer, Melamin-Formaldehyd polymer, Phenol-Formaldehydpolymer umfaßt, ausgewählt wurde, ein zu Isocyanat aushärtendes Polymer oder ein Gemisch aus diesen Polymeren enthält.

10. Verfahren zur Herstellung einer Faserplatte nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Bindemittel (45) ein Gemisch aus Harnstoff- Formaldehydpolymer und etwa 2-20 Masse-% Melaminharz ("UF MR") enthält.

11. Verfahren zur Herstellung einer Faserplatte nach einem der Ansprüche 8-10, dadurch gekennzeichnet, daß dem Bindemittel (45) Fasern (36) in einer Menge von auf die Trockenmasse berechnet etwa 10-15 Masse-% - vorzugsweise etwa 12 Masse-% - hinzugesetzt werden.

12. Verfahren zur Herstellung einer Faserplatte nach einem der Ansprüche 8-11, dadurch gekennzeichnet, daß die Fasern (36) nahezu trocken sind, wenn das Bindemittel (45) hinzugesetzt wird.

13. Verfahren zur Herstellung einer Faserplatte nach einem der Patentansprüche 8-12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wiedergewinnung von Zellulosefasern aus Lebensmittelverpackungslaminat auf Kartonbasis zumindest folgende Schritte umfaßt:

• a) die Faserschicht wird von den übrigen Laminatschichten delaminiert, und die Zellulosefasern werden von dem sonstigen in das Kartonmaterial eingehenden Material aus Polymer und eventuell Metall in trockenem Zustand abgetrennt (33),
• b) die Zellulosefasern werden von dem Gemisch aus separierten Fasern und sonstigem Material abgetrennt (34, 35),
• c) die trockenen Zellulosefasern (36) werden mit einem Bindemittel (45) gemischt (43),
• d) damit eine Faserplatte entsteht, wird das Gemisch zur Aushärtung des Bindemittels unter Wärmezufuhr und Druckausübung zusammengepreßt (20).

14. Verfahren zur Herstellung einer Faserplatte nach einem der Ansprüche 8-13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtendelaminierung und Abtrennung der Zellulosefasern von den sonstigen in das Kartonmaterial eingehenden Polymer- und gegebenenfalls Metallschichten durch Anwendung von Schub- und Wirbelkräften in einer Zentrifuge/Beschleunigungseinrichtung (33) erfolgt.

15. Verfahren zur Herstellung einer Faserplatte nach einem der Ansprüche 8-14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellulosefasern (36) von dem sonstigen abgetrennten Material durch Siebung und/oder Luftabscheidung (35, 34) abgetrennt werden.

16. Verfahren zur Herstellung einer Faserplatte nach einem der Ansprüche 8-15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellulosefasern (36) und das nicht ausgehärtete Bindemittel (45) homogen so gemischt werden (43), daß keine Ansammlungen von unvermischtem Bindemittel in der ausgehärteten Faserplatte zu sehen sind.

17. Verfahren zur Herstellung einer Faserplatte nach einem der Ansprüche 8-16, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellulosefasern mit dem Bindemittel mittels strömender Luft (44) in einem Umlaufrohr (43) gemischt werden.

18. Verfahren zur Herstellung einer Faserplatte nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die strömende Luft (44) eine Geschwindigkeit von etwa 18-25 m/s - vorzugsweise etwa 20 m/s - aufweist.

19. Verwendung von Zellulosefasern, die aus Lebensmittelverpackungen auf Kartonbasis wiedergewonnen wurden, zur Herstellung von Faserplatten - vorzugsweise von Faserplatten mittlerer Dichte (MDF).