DE2439660B2 - Verfahren zur Herstellung von Preßplatten auf Holzbasis - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Preßplatten auf HolzbasisInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Preßplatten auf Holzbasis unter Verwendung von
Harnstoff als Bindemittel, durch Einführung des Bindemittels in das Holzmaterial und Verpressen der
erhaltenen Mischung bei einer Temperatur von 180 bis 2500C.
Bei den erfindungsgemäß hergestellten Preßplattcn
handelt es sich um sogenannte Spanplatten, die aus den verschiedensten Holzmaterialien gewonnen werden,
z. B. aus Hobelspänen, Sägespänen, Holzrinden, HoIzabschälabfällen und Abfällen von Karton- und
Papp-Schneidvorrichtungen.
Bei der Herstellung von Preßplatten auf Holzbasis werden bekanntlich die HolzkomDonenten mit Hilfe
von Bindemitteln, z. B. wärmehartenden Klebstoffen, zu
Platten verbunden. Bei den Klebstoffen handelt es sich dabei in der Regel um synthetische Kunststoffe oder
Harze, die in den Holzrohstoff in Form von Vorkondensaten eingeführt werden. So werden z. B. gemäß GB-PS
9 76 491 Harnstoff-Formaldehyd-Vorkondensate verwendet, die in Gegenwart eines Katalysators sowie
eines Zuckers als Streckmittel gewonnen sind. Daß auch Sulfitablaugen Zucker, nämlicn Mono- und Disaccharide
enthalten, ist z.B. aus Sandermann, Grundlagen der Chemie und chemischen Technologie des Holzes,
Leipzig 1956, S. 285, bekannt. Die Verwendung von Harnstoff-Formaldehyd-Vorkondensaten als Bindemittel bei der Preßspanplattenherstellung wird z. B.
auch in U 11 m a η η »Enzyklopädie der technischen
Chemie«, München-Berlin 1953, 3. Band, S.479-480, beschrieben. Gemäß US-PS 36 49 397 werden für den
gleichen Zweck ein Harnstoff-Formaldeivikonzentrat
neben Harnstoff verwendet und das Harnstoff-Formaldehydharz beim Erhitzen gebildet.
Diese bekannten Bindemittel auf Formaldehydharzbasis vermögen jedoch nicht voll zu befriedigen, da sie
vergleichsweise teuer sind und zu entflammbaren Produkten führen. Zur Vermeidung dieser Nachteile
wird gemäß finnischer Patentanmeldung 2097/71 lediglich Harnstoff als Bindemittel für die Holzmaterialien eingesetzt, und zwar in kristalliner Forin, als
Lösung oder als Schmelze. Neben dem überraschenden Befund, daß Harnstoff für sich allein die Holzkomponenten hervorragend zu binden vermag, wurde auch
erkannt, daß Harnstoff die Entflammbarkeit und Rauchbildung der erzeugten Platten in einem von der
Harnstoffkonzentration abhängigen Grade vermindert, wobei als weiterer Vorteil die erzielte Verbilligung
hinzukommt.
Nachteilig an der alleinigen Verwendung von Harnstoff bei der Preßplattenherstellung ist jedoch, daß
die eine Bindung der Holzmaterialien bewirkenden chemischen Reaktionen vergleichsweise langsam ablaufen und die Preßdauer etwa 5mal so lang ist wie bei
anderen bekannten Verfahren.
Mit Ausnahme der Preßstufc erfolgt die Herstellung
von Preßplatten auf Holzbasis normalerweise kontinuierlich und die Preßstufe bestimmt daher die Geschwindigkeit und damit auch die Wirtschaftlichkeit des
Verfahrens.
Während der Preßslufe wird das Rohmaterial durch Druck- und Wärmeeinwirkung in die gewünschte Form
gebracht und die Übertragung der Aktivierungsenergie, die für den Ablauf der chemiv.hen Reaktionen
erforderlich ist, stellt den langsam ablaufenden Prozeß da-. Die Geschwindigkeit, mit welcher die Wärmeenergie in das zu verpressende Rohmaterial übertragen
wird, läßt sich zwar bis zu einem gewissen Grad durch die Temperaturdifferenz zwischen den Preßplalten und
dem zu verpressenden Material beeinflussen, doch ist die vergleichsweise lange Preßdauer beim Verfahren
nach dem finnischen Patent 53 550 das Ergebnis der Natur der chemischen Reaktionen, auf Grund welcher
Bindungen zwischen den Holzpartikcln erzeugt werden.
Dabei sind viele getrennte Reaktionen beteiligt und die Gesamtaktivierungsenergic, die von allen Reaktionen
verbraucht wird, ist ziemlich groß.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ausgehend von einem Verfahren des aus der finnischen Patentschrift
53 550 bekannten Typs die Preßdauer bei der Herstellung von Preßplattcn auf Hol/basis unter Verwendung
von Harnstoff als Bindemittel stark zu verkürzen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß die angegebene Aufgabe dadurch lösbar ist, daß der
Harnstoff vor seiner Verwendung als Bindemittel einer Vorbehandlung oder Vorreaktion unterworfen wird.
Das erfindungsgemäßc Verfahren ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Harnstoff vor dem Einsatz als Bindemittel in einem Mischer in Gegenwart eines
Katalysators bestehend aus einem wasserlöslichen Salz eines Nicht-Edelmetalis, einem wasserlöslichen Mono-
oder Disaccharid oder einem organischen Amin oder einer Lösung hiervon zu einem aktivierten Reaktionsgemisch umgesetzt wird.
Durch die Erfindung wird erreicht, daß die Gesamtaktivierungsenergie
der chemischen Reaktionen durch Verwendung von Katalysatoren vermindert und der Geschwindigkeitskoeffizient der Gesamtreaktion bei
Anwendung üblicher Preßtemperaturen wesentlich erhöht wird, wobei die Harnstoffreaktionen teilweise
unter dem Einfluß von Wärme ablaufen, bevor der Harnstoff in das zu verpressende Rohmaterial eingeführt
oder aufgesprüht wird, so daß die für diese Vorreaktionen erforderliche Zeitspanne bei der Preßdauer
selbst eingespart wird. Das erfindungsgemäße Verfahren ist somit dem aus der finnischen Patentschrift
53 550 bekannten Verfahren in bezug auf Reaktionsdauer weit überlegen, wobei die Vorteile, durch die sich
das bekannte Verfahren auszeichnet, vollständig erhalten bleiben.
Die Preßdauer, die beim bekannten Verfahren I bis 10 Minuten pro Plattendicke in Millimeter beträgt, liegt jo
beim Verfahren der Erfindung bei 20 bis 50 Sekunden pro Plattendicke in iVlillimctern.
Die Vorreaktioti zur Hersle-'-"jng des aktiven
Harnstoff-Reaktionsgemische- erfolgt in vorteilhafter Weise dadurch, daß der Harnstoff in Form einer
wäßrigen Lösung in Gegenwart des Katalysators unter Rühren der Lösung bis zum Beginn der durch
Ammoniakbildung angezeigten Zersetzung des Harnstoffes erhitzt und daß unmittelbar hierauf die aktivierte
Lösung in das Holzrohmaterial eingeführt wird.
Die Erhitzungsdauer und die Endtemperatur der Harnstoff-Katalysatorlösung hängen dabei voneinander
sowie vom Typ des verwendeten Katalysators ab. Die erhaltene aktivierte Lösung kann z. B. nach üblichen
bekannten Sprühmethoden in das Holzrohmaterial eingeführt werden. Die dabei erhaltene Mischung wird
dann in üblicher bekannter Weise zu Platten geformt, die dann in eine Wärmepresse eingeführt werden, in
welcher die zu einer Verbindimg der einzelnen
Holzpartikcl führenden chemischen Reaktionen ablaufen. Die Beziehungen zwischen Preßtemperatur und
Preßdauer sind dergestalt, daß für Temperaturen von 180 bis 2500C eine Preßdauer von etwa 50 bis 20
Sekunden/mm erforderlich ist.
In vorteilhafter Weise wird eine 40- bis 7Ogew.-°/oige,
z. B. 50gew.-%ige, wäßrige Lösung von Harnstoff in Gegenwart des Katalysators erhitzt. Gemäß einer
besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verfährt man in der Weise, daß man eine 40- bis
70gew.-%ige wäßrige Lösung von Harnstoff in Gegenwart von bis zu 0,2 Gew.-Teilen Katalysator, bezogen
auf das Gewicht des Harnstoffs, erhitzt.
Die zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung geeigneten Katalysatoren gehören drei chemisch
verschiedenen Gruppen von Substanzen an. Gemäß der ersten vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens der
Erfindung verwendet man als Katalysator ein wasserlösliches Salz des Lithiums, Natriums, Kaliums, Calciums,
Aluminiums, Magnesiums, Zinks, Eisens, Cobalts, Zinns oder Bleis oder Mischungen derartiger Salze.
Gemäß der zweiten vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung verwendet man als Katalysator
eine Sulfitablauge mit einem Gehalt an einem in Wasser löslichen Mono- oder Disaccharid. Gemäß der
dritten vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung verwendet man als Katalysator ein tertiäres
Amin. Als besonders vorteilhafte Amine haben sich Triäthylendiamin, Triethylamin, Tetramethylendiamin,
Hexamethylendiamin und Hexamethylentetramin erwiesen.
Es hat sich gezeigt, daß bereits ein Katalysatorzusatz von 0,005 Gew.-Teilen, bezogen auf das Gewicht des
\ inmstoffes, entsprechend 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 0,05 — 0,15 Gew.-Teilen, entsprechend etwa 1 bis 3 Gew.-%,
bezogen auf die trockenen Holzrohstoffe zu verwenden. 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 Verfugung stehende Salz oder das entsprechende Amin oder Saccharid zu
verwenden.
Die folgenden Befiele sollen das Verfahren der
Erfindung näher veranschaulichen.
Zunächst wurde eine 50gew.-°/oige wäßrige Harnstofflösung hergestellt. Der Lösung wurden dann 0,05
Gew.-Teile MgCb (oder auch 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 begann. Der Zersetzungsoder Zerfallspunkt wird durch das Freisetzen von
Ammoniak angezeigt. Unmittelbar darauf wurde die Reaktionslösung in Sägespäne eingesprüht. Dus Material
wurde dann in Plattenform gebracht, worauf das Material bei 200°C 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 Millimeter Plattendicke.
Platten-Characteristika:
Volumengewicht = 800 kg/m'
Querzugfestigkeit = 3,5 kp/cm2
Dicken-Quellung, 2 Stunden = 5%
Das in Beispiel I beschriebene Verfahren wurde wiederholt, mit der Ausnahme jedoch, daß eine
entsprechende Menge Monosaccharid oder Sulfitablauge mit einem Gehalt an Monosacchariden als
Katalysator verwendet wurden.
Platten-Characteristika:
Volumcngewiehl
Querzugfestigkeit
Dicken-Quellen, 2 Stunden
Querzugfestigkeit
Dicken-Quellen, 2 Stunden
= 800 kg/m"
= 4,0 kp/cm2
= 4%
= 4,0 kp/cm2
= 4%
Das in Beispiel I beschriebene Verfahren wurde wiederholt, mit der Ausnahme jedoch, daß als
talysator Hexamethylentetramin verwendet wurde,
wurden Platten der gleichen Eigenschaften wie in ispiel 2 beschrieben erhalten.
Das in Beispiel 1 beschriebene Verfahren wurde :derholt, mit der Ausnahme jedoch, daß die
:ßtemperatur bei 220°C lag und die Preßdauer 30
cunden/mm betrug.
Die Characterislika aer Platten entsprachen den aracterif.ika der Platten des Beispiels 2.
Beispiel 5
Dieses Beispiel veranschaulicht die Verwendung
Dieses Beispiel veranschaulicht die Verwendung
einer Katalysalormischung.
Bezogen auf die Harnstoffmenge einer 50gew.-%igen wäßrigen Lösung von Harnstoff wurden dieser 0,025
Gew.-Teile ZnCIi und eine entsprechende Menge von Sacchariden (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 2200C.
Platten-Characteristika:
Volumengewicht = 800 kg/m3
Querzugfestigkeit = 5,o kp/cm2
Dicken-Quellung, 2 Stunden = 3%.
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung von Preßplatten auf
Holzbasis unter Verwendung von Harnstoff als Bindemittel, durch Einführung des Bindemittels in
das Holzmaterial und Verpressen der erhaltenen Mischung bei einer Temperatur von 180 bis 250°C,
dadurch gekennzeichnet, daß der Harnstoff vor dem Einsatz als Bindemittel in einem
Mischer in Gegenwart eines Katalysators bestehend aus einem wasserlöslichen Salz eines Nicht-Edelmetalls, einem wasserlöslichen Mono- oder Disaccharid oder einem organischen Amin oder einer
Lösung hiervon zu einem aktivierten Reaktionsgemisch umgesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Harnstoff in Form einer wäßrigen
Lösung in Gegenwart des Katalysators unter Rühren der Lösung bis zum Beginn der durch
Ammoniakbildung angezeigten Zersetzung des Harnstoffs erhitzt und daß unmittelbar hierauf die
aktivierte Lösung in das Holz-Rohmaterial eingeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine 40- bis 70gew.-%ige wäßrige
Lösung von Harnstoff in Gegenwart des Katalysators erhitzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine 40- bis 70gew.-%ige wäßrige
Lösung von Harnstoff in Gegenwart von bis zu 0,2 Gew.-Teilen Katalysator, bezogen auf das Gewicht
des Harnstoffs, erhitzt wird.
5. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator ein wasserlösliches Salz des Lithiums, Natriums, Kaliums, Calciums,
Aluminiums, Magnesiums, Zinks, Eisens, Cobalts, Zinns oder Bleis oder Mischungen derartiger Salze
verwendet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator eine
Sulfitablauge mit einem Gehalt an einem in Wasser löslichen Mono- oder Disaccharid verwendet wird.
7. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator ein tertiäres
Amin verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Katalysator Triethylendiamin,
Triäthylamin, Tetramethylendiamin, Hexamethylendiamin oder Hexamethylentetramin verwendet wird, so
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| BHN | Withdrawal |