DE2439660A1 - Verfahren zur herstellung von pressplatten auf holzbasis - Google Patents
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Description
Verfahren zur Herstellung von Pressplatten auf Holzbasis
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Pressplatten
auf Holzbasis unter Verwendung von Harnstoff als Bindemittel. Ganz speziell betrifft die Erfindung ein Verfahren zur
Herstellung von Pressplatten vom sog. Span- oder Schnitzeltyp, wobei air Herstellung der Platten die verschiedensten Holzmaterialien
verwendet werden können, d.h. die verschiedensten Ausgangsstoffe auf Holzbasis, z.B. Hobelspäne, Sägespäne, Holzrinden
und Holzschalen, Holz-Abschälabfälle, Abfälle von Karton- und Papp-Senneidvorrichtungen
und dergleichen.
Es ist bekannt, bei der Herstellung von Pressplatten auf Holzbasis
die Holzkomponenten zu Platten mittels wärme-gehärteter Klebstoffe
oder Bindemittel zu verbinden. Bei den Klebstoffen handelt es sich dabei normalerweise um sog. synthetische Kunststoffe oder Harze,
die in den Holzrohstoff in Form sog. Vorkondensate eingeführt werden.
In der finnischen Patentanmeldung 2 097/71 wird des weiteren ein Verfahren zur Herstellung von Pressplatten beschrieben, bei dem
lediglich Harnstoff zum Zusammenbinden der Holzkomponenten verwendet
wird. Gleichzeitig mit der Erkenntnis, daß sich Harnstoff zum Verbinden der Holzkomponenten eignet, wurde erkannt, daß Harnstoff
die Entflammbarkeit der Holzplatten zu vermindern vermag, und zwar
in einem Grade, der von der verwendeten Harnstoffmenge abhängt. Die
Verwendung von Harnstoff hat gegenüber der Verwendung anderer Bindemittel den Vorteil, daß die Bindekomponente billiger ist und
gleichzeitig die Entflammbarkeit und Rauchbildung der Platten vermindert.
Nachteilig an der Verwendung von Harnstoff ist jedoch, daß die chemischen Reaktionen der sog. Bindestufen des Pressplatten-Herstellungsverfahrens
vergleichsweise langsam verlaufe^'So hat sich
gezeigt, daß die* Pressdauer, die bei Verwendung von Harnstoff als
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Bindemittel erforderlich ist etwa 5 mal so groß wie die Pressdauer
der üblichen anderen bekannten Verfanren.ist.
Der vorliegenden Erfindung lag die Erkenntnis zugrunde, daß sich die Pressdauer bei einem Harnstoff als Bindemittel verwendenden
Verfahren zur Herstellung von Pressplatten auf ilolzbasis stark vermindern läßt, wenn man den Harnstoff vor seiner Verwendung als
Bindemittel einer Vorbehandlung oder Vorreaktion unterwirft. Mit Ausnahme der Presstufe ist die Herstellung von Pressplaten auf
Holzbasis normalerweise ein kontinuierliches Verfahren. Die Pressstufe ist der sog. "Flaschenhals" des Verfahrens, d.h. die Stufe,
die die Geschwindigkeit mit der das Verfahren durchgeführt werden kann, bestimmt. Infolgedessen mußte es bei der Herstellung von
Pressplatten auf Holzbasis das Ziel sein, die Pressdauer zu verkürzen, um das Verfahren ökonomischer zu gestalten.
Das primäre Ziel der Presstufe besteht darin, das Rohmaterial der herzustellenden Platten in die gewünschte Form zu bringen und die
chemischen Reaktionen die zur Verbindung des Rohmaterials führen ablaufen zu lassen, undzwar durch Einwirkung von Wärme auf das zu
verpressende Material. Die Übertragung der aktivierenden Energie, die erforderlich für den Ablauf der Reaktionen ist, ist der langsam
ablaufende Prozeß, welcher infolgedessen die Geschwindigkeit des Ablaufes des Gesamtprozesses bestimmt.
Infolgedessen hängt die Dauer der Presstufe sowohl von der Energiemenge,
die zur Aktivierung der Reaktionen erforderlich ist, als auch von der Geschwindigkeit, mit welcher diese Energie auf das Rohmaterial
übertragen wird, ab. Im Prinzip kann die Aktivierungsenergie einer chemischen Reaktion, d.h. der Geschwindigkeitskoeffizient
der Reaktion bei einer bestimmten Temperatur auf katalytischem Wege beeinflußt werden. Die Geschwindigkeit, mit welcher die
Wärmeenergie in das zu verpressende Rohmaterial übertragen wird, läßt sich am besten durch die Temperaturdifferenz zwischen den
Pressplatten oder Druck ausübenden Platten und dem zu verpressenden Material beeinflussen.
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Die vergleichsweise lange Pressdauer, die bei dem Verfahren der
finnischen Patentanmeldung 2 Ö97/51 benötigt wird, ist das Ergebnis
der chemischen Natur der Methode. Die Reaktionen, aufgrund welcher Bindungen zwischen den Holzpartikeln erzeugt werden, sind
das Ergebnis vieler getrennter Reaktionen, wobei die Gesamtaktivierungsenergie,
die von allen Reaktionen verbraucht wird, ziemlich groß ist. ...
Durch das Verfahren der Erfindung-wird erreicht, daß die Pressdauer
bei der Herstellung von Pressplatten auf Holzbasis unter Verwendung von Harnstoff als Bindemittel stark verkürzt wird.
Gegenstand der Erfindung ist somit ein Verfahren zur Herstellung
von Pressplatten auf Holzbasis unter Verwendung von Harnstoff als Bindemittel, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man zur Beschleunigung
des Verfahrens den zur Herstellung der Platten verwendeten Harnstoff in einem Mischer oder Mischreaktor in Gegenwart eines
Katalysators bestehend aus einem wasserlöslichen Salz eines Niht-Edelmetalles,
einem wasserlöslichen Mono- oder Disaccharid öder einem organischen Amin oder einer Lösung hiervon, einer Vorreaktion
oder Aktivierung unterwirft, daß man die aktivierte Reaktionsmischung in an sich üblicher Weise in das zur Herstellung der Platten
verwendete Holz-Rohmaterial einführt, z.B. aufsprüht, und daß man die erhaltene Mischung bei einer Temperatur von 180 bis 2'5O°C
verpresst.
Das Verfahren der Erfindung ermöglicht die Verminderung der Gesamt*
aktivierungsenergie der Reaktionen durch Verwendung von Katalysatoren,
wobei der Geschwindigkeitskoeffizient der Reaktion bei Anwendung üblicher Presstemperaturen wesentlich erhöht wird und wobei
die Harnstoffreaktionen teilweise unter dem Einfluß von Wärme ablaufen, bevor der Harnstoff in das zu verpressende Rohmaterial
eingeführt oder aufgesprüht wird, wodurch die Zeitspanne, die für
diese Vorreaktionen erforderlich ist, von der Pressdauer selbst abgezogen werden kann.
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Die besten Ergebnisse werden durch eine Kombination dieser beiden Methoden erreicht, wobei die Reaktionsmischung ausgehend von Harnstoff
durch Erhitzen desselben in Gegenwart eines der beschriebenen Katalysatoren hergestellt wird, bevor sie in das Rohmaterial eingeführt
wird, das beispielsweise durch Aufsprühen der Reiktionsmischung auf das Rohmaterial erfolgen kann. Während die Pressdauer
bei dem bekannten Verfahren 1 bis 10 Minuten pro Plattendicke in Millimeter beträgt, liegt die Pressdauer beim Verfahren
der vorliegenden Erfindung bei 20 bis 50 Sekunden pro Plattendicke in Millimetern.
Die Vorreaktion oder die durch Vorreaktion des Harnstoffes erhaltene
Mischung läßt sich beispielsweise wie folgt bewirken bzw. wie folgt herstellen:
Der Harnstoff und der Katdysator werden in Wasser gelöst. Beispielsweise
stellt man eine Lösung her, die etwa 50 Gew.-$ Harnstoff enthält. Die Harnstoff-Katalysatorlösung wird dann solange
erhitzt, bis eine Ammoniakbildung erfolgt, welche den Zerfall des
Harnstoffes anzeigt. Die Zeitdauer der Erhitzung und die Endtemperatur
der Mischung hängen dabei voneinander und von dem verwendeten Katalysator ab. Zu dem Zeitpunkt der Ammoniakbildung wird die
Erhitzung unterbrochen und die Reaktionsmischung verwendet. Sie kann nach üblichen bekannten Sprühmethoden in das Holz-Rohmaterial
eingeführt werden, wobei durch das Versprühen Tröpfchen kleiner Größe erzeugt werden. Die erhaltene Mischung wird dann in üblicher
bekannter Weise zu Platten verformt, welche dann in eine Wärmepresse eingeführt werden, in welcher die chemischen Reaktionen
ablaufen, welche zu einer Verbindung der einzelnen Holzpartikel führen. Das Verpressen erfolgt dabei bei einer Temperatur von
180 bis 25O0C. Die im Einzelfalle günstigste Pressdauer hängt
von der Presstemperatur ab und liegt für einen Temperaturbereich
von 180 bis 25O0C bei etwa 50 Sekunden/mm bis 20 Sekunden/ mm.
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Die zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung geeigneten Katalysatoren
gehören drei chemisch verschiedenen Gruppen von Substanzen an. Die eine katalytisch wirksame Gruppe besteht aus in Wasser
löslichen Salzen von gewöhnlichen Metallen, d.h. nicht von Edelmetallen
und Kombinationen hiervon. Derartige Nicht-Edelmetalle sind Li, Na, K, Ca, Al, Mg, Zn, Fe, Co, Sn und Pb. Die zweite
Gruppe von Katalysatoren besteht aus in Wasser löslichen Mono- und Disacchariden oder aus Produkten, welche diese Saccharide enthalten,
z.B. Sulfitablaugen. Die dritte Gruppe von Katalysatoren besteht aus organischen Aminen, insbesondere tertiären Aminen,
z.B. Triäthylendiamin, Triäthylamin, Tetramethylendiamin, Hexamethylendiamin
und Hexamethylentetramin.
Es hat sich gezeigt, daß bereits ein Katalysatorzusatz von 0,1 Gew.-£, bezogen auf die trockenen Holzrohstoffe zu vorteilhaften
Ergebnissen führt. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, den Katalysator in Konzentrationen von etwa 1 bis 3 Gew.-i zu verwenden.
Sehr gute Ergebnisse werden des weiteren mit Lösungen der Katalysatoren erzielt, in welchem Falle die Gesamtmenge bei etwa
1 bis 3 Gew.-i liegt. Untersuchungen haben des weiteren gezeigt,
daß der Einfluß von verschiedenen Metallsalzen gleich oder ähnlich
ist, so daß es möglich ist, stets das in vorteilhaftester Weise zur Veifiigung stehende Salz oder das entsprechende Amiη oder Saccharid
zu verwenden.
Die folgenden Beispiele sollen das Verfahren der Erfindung näher
veranschaulichen.
Zunächst wurde eine 50 gew.-tige wäßrige Harnstofflösung hergestellt.
Der Lösung wurden dann 0,05 Teile MgCl2 (oder euch ein
anderes der beschriebenen Salze), bezogen auf die Menge des verwendeten
Harnstoffes zugesetzt. Die Lösung wurde dann unter Rühren solange erhitzt, und zwar bis zu der Temperatur und nicht auf eine
höhere Temperatur, bei welcher die Zersetzung des Harnstoffes be-
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gann. Der Zersetzungs- oder Zerfallspunkt wird durch das Freisetzen von Ammoniak angezeigt. Unmittelbar darauf wurde die
Reaktionslösung in Sägespäne eingesprüht. Das Material wurde dann in Plattenform gebracht, worauf das Material bei 20O0C verpreßt
wurde. Die Menge an Harnstoff,die in das Holz-Rohmaterial eingeführt wurde, lag bei etwa 20%, bezogen auf das Holz-Rohmaterial.
Die Pressdauer betrug 40 Sekunden pro Plattendicken Millimeter.
Volumengewicht =800 kg/m3 Seiten-Zugfestigkeit »3,5 kp/cm'
Dicken-Quellung, 2 Stunden * S%
Das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren wurde wiederholt, mit
der Ausnahme jedoch, daß eine entsprechende Menge Monosaccharid oder Sulfitablauge mit einem Gehalt an Monosacchariden als Katalysator verwendet wurden.
Volumengewicht »800 kg/m Seiten-Zugfestigkeit -4,0 kp/cm2
Dicken-Quellen, 2 Stunden * 41
Das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren wurde wiederholt, mit der Ausnahme jedoch, daß als Katalysator Hexamethylentetramin
verwendet wurde. Es wurden Platten der gleichen Eigenschaften wie in BHspiel 2 beschrieben erhalten.
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Das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren wurde wiederholt, mit der Ausnahme jedoch, daß die Presstemperatur bei 22O°C lag und
die Pressdauer 30 Sekunden/mm betrug.
Die Characteristika der Platten entsprachen dem Characteristika
der Platten des Beispieles 2.
Dies Beispiel veranschaulicht die Verwendung einer Katalysatorini schung.
Bezogen auf die Harnstoffmenge einer 50 gew.-Hgen wäßrigen Lösung
von Harnstoff wurden dieser 0,025 Gew.-Teile ZnCl, und eine entsprechende Menge von Saccharides (Zuckersubstanzen) in Form
einer Sulfitablauge zugesetzt. Die erhaltene Katalysatorlösung wurde dann wie in Beispiel 1 beschrieben weiterverarbeitet. Diesmal
betrug die Pressdauer 20 Sekunden/mm bei einer Presstemperatur von 22O°C.
Platten-Characteristika:
Volumengewicht = 800 kg/m3
Seiten-Zugfestigkeit * 5,0 kp/cm
Dicken-Quellung, 2-Stunden = 31.
509810/076 4·
Claims (8)
- 243966ÜΓ A T I! ι," ΐ Λ Ν Ό P R IJ C H ],[ 1 .' Verfahren zur Herstellung von Pressplatten auf ilolzbasis unter Verwendung von Harnstoff a Js Bindemittel, dadurcii gelennzei (hnet, daiö .nan zur Beschleunigung des Verfahrens den >:ut iler'-tf 1-lung dor l'latten verwendeten Harnstoff in einem Mischer in Gegenwart eiues Katalysators bestehend aus einem wasserlöslichen ;->alz eine:-= \'i cht-Fide Inetal les , einem wasserlöslichen Mono- odei Iiisaccharid oder einem organischen Ami η oder einer Lösung hiervon einer ν jr ieat\t ion unterwirft, daß man die aktivierte11 eaivtions misciiung in an sich bekannter lveise i τι das ;.ur ilci-h teilung der Platten verwendete liolz-Rohmateri al einfüh'it und daß ■nan die ernaltene Mis ciiung bei einer Temperatur von 1Rt) bis2 5«I0C vet} resst.
- 2. Verfahren nacn Anspruch 1, dadurcii gekennzeichnet, daß man den Harnstoff in I-orm einer wäßrigen Lösung in iJegenvvart des Katalysators unter Rühren der Lösung Dis zum Beginn der durch Ammoniakbildung angezeigten Zersetzung des Harnstoffes erhitzt und daß man unmittelbar hierauf die aktivierte Lösung in das Holz-Rohmaterial einführt.
- 3. Verfahren nacn Anspruch 2, dadurcii gekennzeichnet, daß man eine 40 bis 70 gew.-!ige wäßrige Lösung von Harnstoff in Gegenwart des Katalysators erhitzt.
- 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurcii gekennzeichnet, daß man eine 40 bis 7ü gew.-Sige wäßrige Lösung von Harnstoff in Gegenwart von üis 7u 0,2 Gew.-Teilen Katalysator, bezogen auf das Gewicht de.c; Harnstoffes erhitzt.
- 5. Verfahren n.-ich Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeicnnet, daß man als r.t llysator ein wasserlösliches Salz des Lithiums, · .Natriums, Kiliums, Calciums, Aluminiums, Magnesiums, Zink;-,509810/0764BAD ORIGINALEisens, Cobalts, Zinns oder Bleis oder Mischungen derartiger Salze verwendet.
- 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man als Katalysator eine Sulfitablauge mit einem Gehalt an einem in Wasser löslichen Mono- oder Disaccharid verwendet.
- 7. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Katalysator ein tertiäres Amin verwendet.
- 8. Verfanren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man als Katalysator Triäthylendiamin, Triethylamin, Tetramethylendiamin, Hexamethylendiamin oder Hexamethylentetramin verwendet.509810/0764
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