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Formkorper aus ce@luloseha@tigem, vegetabilischem Fasermateria@ und
Verfahren zu ihrer @erstellung Die @rfindung betrifft Formkorper, z.B. Faserplatten
bzw.
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Faserspanplatten, aus ce@luloseha@tigem, vergetabilischem Fasermaterial
sowie Verfahren zu ihrer Hersteilung.
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Es ist seit langem bekannt, aus Holzabfallen, Stroh, Zucker-@ohrbagasse
u. dg@. auf versch@edene Art Formkörper, wie sogenannte Faserplatten bzw. Faserspanplatten,
herzustellen. In der Faserplatten@echnik wird der holzahn@iche Körper der Pflanzen
nach verschiedenen Methoden in Einzelfasern zerlegt, welche dann im Naßverfahren,
im Ha@btrockenverfahren (Semi-Dry-Verfanren) oder im Trockenverfahren weiterverarbeitet
werden.
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dem Naßverfahren werden die Fasern in Wasser suspendiert, wobei ein
Faserbrel gebildet wird, der in der Regel etwa 1 % Fasern auf etwa 99 % Wasse@ enthält.
Bei den Standardverfahren werden diesem Faserbrei zum Zwecke der späteren Verklebung
der Fasern Kunstharzemulsionen oder -dispersionen, meistens auf Kresol-Phenol-Basis,
zugegeben, und diese Harze werden dann meist mit Schwefeisaure oder in Kompination
mit Aluminiumsulfat im sauren Bereich ausgef@llt, wopei jedoch infolge des hohen
Wasseranteils Abwasserprobleme erwachsen.
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Die no@wendige Hydrophobierung erfolgt bei dieser Verfahrensweise
durch Zugabe von Emulsionen oder Dispersionen von Pararfinen, @tumen, Harzen od.
d@i. Auch diese Emulsionen oder Dispersionen werden mit Aluminiamsul@at ausgefällt.
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Beim Halb@rockenverfahren (Semi-Dry-Verfahren) wird diese@be prozedur
angewendet, nur mit dem Unterschied, daß das naßgebildete Vlies zunachst vorgetrocknet
und in die Endpressung nicht im nassen Zustand, wie bei dem vo-rstehend erläuterten
Naßverfahren, sondern im halbtrockenen zustand gelangt. Bei beiden Fabrikationsmethoden
werden bei der Endpressung Drücke von etwa @0 kg/cm2 und Temperaturen von ca. 200°
C angewendet. Das Haibtrockenverfahren erlaubt gegenüber den Na@verfahren eine schnellere
Endtrocknungszeit, was aber nur dann möglich ist, wenn der Faserbrei einen relativ
hohen Anteil an Kunstharzbindemittein enthält.
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Schließlich kann man auch noch das Trockenverfahren zur Hersteklung
von Faserplatten, Faserspanplatten oder Spanplatten anwenden, bei dem holz oder
roh zu kleinen Partikein in Form von Spänen oder häcksel zerkleinert werden, weiche
auf eine niedrige Feuchtigkeit getrocknet und danach mit Kunstharze imprägniert
werden, und zwar werden hier z.B. Harnstoffharze als Imprägniermittel bei eventuell
gleichzeitiger Verwendung von Paraffinen als Hydrophobierungsmittel eingesetzt.
Die Plattenbildung erfolgt bei dieser Verfahrensweise, indem man die trockenen,
impragIlierten artikeln in formen einstreut und dann unter Drücken und Temperaturen,
die sich nach den
verwendeten Chemikalien richten, verklebt und
verpreßt.
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Mach allen bezahnten Verfahren konnten bisher Faserplatten bzw. Faserspanplatten
nur mit einem Zusatz von Iiarnstoifsunstnarzen und einem eventuellen weiteren Zusatz
von Hydrophobierungsmitteln hergestellt werden, um eine angemessene Widerstandsfähigkeit
der Platten gegen Wasser und Feuchtig-Seitseinwirkung sowie eine zutriedenstellende
Biegebruchfestigseit zu erzielen. Bei der Produktion von Hartplatten, insbesondere
bei höheren Qualitäten, wurden bisher Kunstharze auf Phenol-Kresol-Basis zugesetzt.
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Auf der anderen Seite ist es bekannt, aus vegetabilischem tasermaterial,
wie Getreidestroh u. dgl., das vorwiegend aus Cellulose, Polyosen, wie Xylan, Pentosan
und Lignin sowie daneben aus Harzen oder harzähnlichen Substanzen besteht, Furfural
zu gewinnen. Das Furfural, das eine für die chemische Industrie wichtige substanz
von wachsender Bedeutung ist, wird aus dem p@lanzlichen rohstoff durch chemische
Umsetzung des sentosans, dessen Gehalt in den Pflanzen mit durchschnittlich 10 bis
25 % angenommen werden kann, erhalten. Diese 10 bis 25 % Pentosan werden zwar durch
die chemische Umsetzung in Furfural umgewandelt, jedoch können in der Praxis nur
etwa 50 t,o dieses Furfurals fabrikationsmäßig erfaßt und als solches gewonnen werden,
während die andere Hälfte in und auf dem Restanten resorbiert verbleibt oder sich
in Lösung bzw. Dispersion in dem faserigen oder feuchten Saurebestandteil, der nach
dem Prozeß der Furfuralgewinnung zurückbleibt, befindet.
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Für das bei der Furfuralgewinnung anfallende, noch etwa die Hälfte
der ursprünglichen Menge Furfural enthaltende Fasermaterial konnte bis jetzt eine
wirtschaftliche Verwendung nicht gefunden werden, so daß es verworfen wurde und
einen beträchtlichen Umweltverschmutzungsfaktor darstellt.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, das bei der lurfuralgewinnung
anfallende, weitgehend pentosanfreie, aber noch Furfural enthaltende Fasermaterial
in wirtschaftlicher Weise zu einem hochwertigen und nützlichen produkt zu verarbeitell.
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Zur Lösung dieser aufhabe konnte überraschenderweise festgestellt
werden, aa. das genannte Fasermaterial zu beliebigen Formkorpern, wie Faserplatten
bzw. Faserspanplatten, verarbeitet werden kann.
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Diese Formkörper, wie Faserplatten bzw. Faserspanplatten, aus cellulosehaltigem
vegetabilischem Fasermaterial zeichnen sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß sie
aus weitgehend pentosanfreiem, furfuralhaltigem Fasergut bestehen oder dieses enthalten.
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bei den erfindungsgemäßen Formkörpern kann sicn der Faseranteil aus
etwa 70 % roten, langen lasern und etwa 30 ¼ sehr feinen kürzeren Fasern zusammensetzen,
wobei diese Zusammensetzung natürlich in Abhängigkeit von der gewünschten Beschaffenheit
des Endproduktes schwanken kann. dabei kannen die Formkörper zusätzlich bis zu etwa
30 <a' Holzspäne od. dgl. enthalten.
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Die Festigkeits- und Wasserbeständigkeitseigenschaften der Formkörper
werden bedeutend verbessert, wenn das Furfural in den Formkörpern in unlöslichem
und hochpolymerisiertem Zustand vorliegt.
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Gegenstand der Erfindung sind auch Verfahren zur Herstellung dieser
Formkörper. Diese, d.h. Faserplatten oder Faserspanplatten, werden erfindungsgemäß
dadurch hergestellt, daß man das bei der Furfuralgewinnung anfallende, noch Furfural
enthaltende, weitgehend pentosanfreie Fasergut in bekannter Weise zu Formkörpern
verarbeitet.
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Die erfindungsgemäße Herstellung kann nach dem Naßverfahren, dem Halbtrockenverfahren
oder dem Trockenverfahren erfolgen.
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Bei Anwendung des Naßverfahrens geht man zweckmäßigerweise so vor,
daß man der Fasergutaufschlämmung zur @rreichung eines
ph-Wertes
von 2,0 bis 4,0, vorzugsweise @,0 bis @,0, organische oder anorganische @äuren zusetzt
und das beim pfe@vorgang die Temperatur 140 bis 220° C beträgt. Ein solcher pH-wert
im sauren Bereich ist notwendig, damit das noch in und auf den Fasern vornandene
Furfural unber den Bedingungen des @ressens, d.h. bei den angegebenen Temperaturen
und den ub@ichen Drücken, a@lmäh@ich po@ymerisieren und als polymerisat als Verklebungs-und
Hydrophobierungsmittel für die Fasern wirken kann. @is zuzusetzende Sa@fen sind
vorzugsweise wasser@ösliche organisehe Säuren, wie p- und o-Toluoisulfonsaure, Oxalsä@re,
Maleinsaure, Adipinsaure od. dgl., zu verwen@en. Mineralsauren sind ebenfalls verwendbar,
jedoch liegen diese bein Pressen der Formkörper feucht in diesen vor, so das sie
möglicherweise die Fasern angreifen könnten, so daß die milderen organischen @äuren
vorzuzienen sin@.
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Ein weiteres Erfordernis bei dem erfindungsgemäßen Merstellungsverfahren
ist, daß man der Fasergutaufschlämmung, bezogen auf die anwesende Furfuralmenge,
0,2 bis 5 %, vorzugsweise 0,5 bis @ %, eines Aldehyds oder einer einen Aldehyd abgebenden
Substanz als Hartungsmittel zusetzt, wobei z.B. Forma@dehyd oder seine Polymerisationsprodukte
oder @examethylentetramin verwendet werden.
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Schließlich ist es noch angebracht, der Fasergutaufschlämmung zur
Beschleunigung der angestrebten Polymerisation des vorhandenen Furfurals Furfuramid
in einer Menge bis zu 100 %, vorzugsweise 50 %, des zugesetzten Härtungsmittels
zuzusetzen. Die Beschleunigung der Polymerisation kann auch mit organischen Peroxiden,
wie Benzoylperoxid, vorgenommen werden.
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Ein weiterer Gegenstand der erfindung ist die Herstellung der erfindungsgemäßen
Formkörper, wie Faserplatten oder Faserspanplatten, im Halbtrockenverfahren. Bei
dieser Verfahrensweise wird das vegetabilische Fasergut bei leichtem Preßdruck und
einer Temperatur von maximal 100° C zu einer Isolierplatte
mit einer
Wichte von bespielsweise 0,3 bis 0,7 vorgeformt und @etztere nach erneutem Ahfeuchten
bei einer Temperatur von 100 bis 220° C und hohem Druck üblicher Größenordnung zu
dem gewünschten Endprodukt verpreßt. In diesem Fall wird die isolierplatte ohne
die bei dem vorstehend er@äuterten Naßver@ahren genannten Zusatzstoffe auf übliche
Weise erstellt, wobei Abwesenheit von Säure und @@rtungsmittel sowie infolge der
bei @ieser Preßstufe herrschenden milden Bedingungen, d.h.
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geringem Druck und verhältnismäßig niedriger Temperatur, weitgehend
nicht polymerisiert, d.h. daß sich das Furfural in diesem Verfahrensstadium in einem
reversiblen und plastifizierbaren Zustand befindet und klebrige Eigenschaften erreicht,
ähnlich dem B-Zustand bei Sakeliten. Eine solche Isolierplatte wird dann nach Anfeuchten
auf einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 20 % bei höherer Temperatur und höherem Druck
verpreßt, wobei die Anfeuchtungsflüssigkeit die organischen oder anorganischen sauren
in einer Menge enthält, daß nacii vollständiger Durchfeuchtung das Fasergut einen
pH-Wert von 2,0 bis 4,5, vorzugsweise 3,0 bis 4,O, erreicht. Ferner enthält die
nfeuchtungsflüssigkeit das im Zusammenhang mit dem Naßverfahren genannte Härtungsmittel
in einer solchen Menge, daß nach vollständiger Durchfeuchtung das Fasergur 0,2 bis
5 %, vorzugsweise 0,5 bis l %, des Härtungsmittels, bezogen auf die vorhandene Burfuralmenge,
enthält, sowie ferner zuzii ßeschleunigen der Polymerisation des Furfurals Furfuramid
in einer Menge bis zu 100 , vorzugsweise 50 , des zugesetzten Härtungsmittels.
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Auch in diesem Fall lann zusätzlich ein organisches Peroxid zugegeben
werden. Selbstverständlich können bei der Herstellung einer Isolierplatte als Endprodukt
die verhältnismäßig milden Temperatur- und Druckbedingungen durch eine längere Reaktionszeit
kompensiert werden.
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Den Polymerisationszustand des Furfurals bei den erSindungsgemäßen
Herstellungsverfahren kann man durch einfache Lösungsversuche ohne weiteres verfolgen,
Unpolymerisiertes Furfural
ist nämlich leicht in Äthanol löslich,
während diese Äthanollöslichkeit mit zunehmender Polymerisation abnimmt. So kann
man bei Anwendung des Halbtrockenverfahrens nach Herstellung aer Isolierplatte aufgrund
der mittleren @thanollöslichkeit des urfurals ohne weiteres dessen noch reversiblen,
plastifizierbaren Zustand feststellen. us dem erfindungsgemäßen Zndprodukt kann
dagegen kein Furiural mehr mit Äthanol herausgelöst werden, was anzeigt, daß dieses
dann auspolymerisiert ist und sich im irreversiblen Zustand befindet.
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@ber die erläuterten Herstellungsverfahren hinaus ist es auch noch
möglich, die erfindungsgemäßen Formkörper im Trockenverfahren herzustellen. Hierbei
kann das bei der Furfuralgewinnung anfallende Fasergut zunächst bei einer solchen
Temperatur getrocknet werden, daw das Furfural höchstens bis zu dem noch reversiblen
Zustand polymerisiert, so das iiian durch Zerkleinern des dabei erhaltenen Produktes
ein Schüttgut erhält, welches zur Herstellung der erfindungsgemäßen Endprodukte
in Formen geschüttet, mit einer die Zusatzstoffe, wie sie im Zusammenhang mit dem
Naß- und dem Halbtrockenverfahren beschrieben sind, enthaltenden Anfeuchtungsflüssigkeit
befeuchtet und in den Formen bei hoher Temperatur und hohem Druck, ähnlich wie bei
der Endstufe des Halbtrockenveffahrens, verpreßt werden kann. Danach ist dann das
Furfural bis zu dem irreversiblen Zustand polymerisiert. Sebstverständlich kann
bei dieser Verfahrensweise, ebenso wie es auch beim Naßverfahren und beim Halbtrockenverfahren
der Fall ist, das Fasermaterial mit anderen Materialien, wie anderen Faserstoffen
oder Spänen, vermischt werden, um die für die Plattenherstellung erforderliche,
aber eventuell gestörte Entwässerungsgeschwindigkeit zu verbessern und zu steuern,
Für den Fall, dag andere Fasermaterialien zugeschlagen werden, dient dann das noch
Furfural enthaltende Ausgangsmaterial als Kunstharzbindemittelträger.
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Durch die Erfindung ist es demnach möglich, Formkörper jeglicher Art,
wie sogenannte Faserplatten, insbesondere Hartplatten, aber auch Faserspanplatten,
auf besonders wirtschaftliche Weise herzustellen, wobei eine besondere hone @ualität
mit ausgezeichneter Wasserfestigkeit und einer Biegebruch-@estigkeit von beispielsweise
über 550 kg/cm2 bei einer Dichte von O,'J erziei wird, wobei uicse Wertc je uucl;
@ohstoff nocji bedeutend besser sein können@ @urch die restlose und vorteil-@ufte
Auswertung de@ bei der Furfuralgewinnung anfallenden, @isher als Abfall zu betrachtenden
Fasermaterialien können die Fabrikationskosten gesenkt werden, wenn man darüber
hinaus in betracht zieht, daß auf die bisher bei der Faserplatten- und Faserspanplattenherstellung
notwendigen @usatzstoffe, wie Harzbindemittel U. dgl., verzichtet werden kann, und
daß durch die Erfindung nicht nur äußerst nützliche und hocawertige Produckte erhalten,
sondern darüber hinaus ein beträchtliches Müllproblem elegant gelöst wird.
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Die erfindung wird nachstehend anhand eines Beispiels im einzelnen
erläutert, das jedoch in keiner weise eine Einschränkung des Erfindungsbereiches
bedeutet.
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Beispiel Aus dem Abfallprodukt der Furfuralgewinnung aus Weizenstroh,
welches noch o % Furfural, teilweise in reiner Form und teilweise in etwas oxydierter
und polymerisierter Form, in den masern enthielt, wurde bei einer Trocknungstemperatur
von höchstens 1000 C in der endphase eine Isolierplatte in einer Dicke von 20 mm
hergestellt. Auf 226 kg dieses Plattenmaterials wurde im Spritzverfahren eine wässrige
Lösung aufgebracht, die von der trockenen Platte aufgesaugt wurde und die die folgende
Zusammensetzung hatte: 220 kg Wasser, 1,5 kg p-Toluolsulfonsäure, 1,0 kg Formaldehyd
in Form einer wässrig-methanolischen Lösung.
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Die auf diese Weise imprägnierte Isolierplatte wurde zu einer Hartplatte
verpreßt, indem sie 10 minuten lang bei einer Temperatur von 200 bis 210° C einem
Preßdruck von @ bis 5 kg/cm2 und 10 Minuten lang bei einer Temperatur von 200 bis
210° C einem Preßdruck von 40 kg/cm2 ausgesetzt wurde, wobei man den Preßdruck allmählich
ansteigen ließ, um ein frühzeitiges Herauspressen der Reaktionsflüssigkeit zu vermeiden
und um die Reaktion in Gang zu setzen. Der genann@e Enddruck wurde angewendet, als
ein Feuchtigkeitsgrad der Platte von etwa 20 % erreicht war.
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Es wurde eine sehr harte Faserplatte erhalten, die innerhalb von 24
Stunden nur eine sehr geringe Wassermenge aufnahm.
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Patentansprüche: