DE2525376C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Form­ körpern aus cellulosehaltigem, vegetabilischem Fasermaterial in Form von Faserplatten bzw. Faserspanplatten gemäß dem Ober­ begriff des vorstehenden Patentanspruches 1.

Es ist seit langem bekannt, aus Holzabfällen, Stroh, Zucker­ rohrbagasse u. dgl. auf verschiedene Art Formkörper, wie soge­ nannte Faserplatten bzw. Faserspanplatten, herzustellen. In der Faserplattentechnik wird der holzähnliche Körper der Pflanzen nach verschiedenen Methoden in Einzelfasern zerlegt, welche dann im Naßverfahren, im Halbtrockenverfahren (Semi-Dry- Verfahren) oder im Trockenverfahren weiterverarbeitet werden.

So ist es aus der GB-PS 6 70 012, der FR-PS 5 31 409, der US-PS 23 81 205 sowie aus der Zeitschrift "Holz als Roh- und Werk­ stoff", 30 (1972), S. 9, 323, 324, bereits bekannt, Formkörper aus cellulosehaltigem, vegetabilischem Fasermaterial herzustel­ len, wobei gegebenenfalls Holzspäne beigemischt werden können oder das Fasermaterial mit organischen oder anorganischen Säuren versetzt werden kann. Aus der Furfuralgewinnung herstammendes cellulosehaltiges, vegetabilisches, weitgehend pentosanfreies Fasergut zu Formkörpern zu verarbeiten, ist jedoch bei diesem Stand der Technik nicht vorgesehen.

Bei dem Naßverfahren werden die Fasern in Wasser suspendiert, wobei ein Faserbrei gebildet wird, der in der Regel etwa 1% Fasern auf etwa 99% Wasser enthält. Bei dem Standard­ verfahren 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 Schwefelsäure oder in Kombination mit Aluminiumsulfat im sauren Bereich ausgefällt, wobei jedoch infolge des hohen Wasseranteils Abwasserprobleme erwachsen. Die notwendige Hydrophobierung erfolgt bei dieser Verfahrens­ weise durch Zugabe von Emulsionen oder Dispersionen von Paraffinen, Bitumen, Harzen od. dgl. Auch diese Emulsionen oder Dispersionen werden mit Aluminiumsulfat ausgefällt.

Beim Halbtrockenverfahren (Semi-Dry-Verfahren) wird dieselbe Prozedur angewendet, nur mit dem Unterschied, daß das naßgebil­ dete Vlies zunächst vorgetrocknet und in die Endpressung nicht im nassen Zustand, wie bei dem vorstehend erläuterten Naß­ verfahren, sondern im halbtrockenen Zustand gelangt. Bei beiden Fabrikationsmethoden werden bei der Endpressung Drücke von etwa 60 kg/cm² und Temperaturen von ca. 200°C angewendet. Das Halbtrockenverfahren erlaubt gegenüber dem Naßverfahren eine schnellere Endtrocknungszeit, was aber nur dann möglich ist, wenn der Faserbrei einen relativ hohen Anteil an Kunstharz­ bindemitteln enthält.

Schließlich kan man auch noch das Trockenverfahren zur Herstel­ lung von Faserplatten, Faserspanplatten oder Spanplatten anwen­ den, bei dem Holz oder Stroh zu kleinen Partikeln in Form von Spänen oder Häcksel zerkleinert werden, welche auf eine niedrige Feuchtigkeit getrocknet und danach mit Kunstharzen 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, imprägnierten Partikeln in Formen einstreut und dann unter Drücken und Temperaturen, die sich nach den verwendeten Chemikalien richten, verklebt oder verpreßt.

Nach allen bekannten Verfahren konnten bisher Faserplatten bzw. Faserspanplatten nur mit einem Zusatz von Harnstoff­ kunstharzen und einem eventuellen weiteren Zusatz von Hydro­ phobierungsmitteln hergestellt werden, um eine angemessene Widerstandsfähigkeit der Platten gegen Wasser und Feuchtig­ keitseinwirkung sowie eine zufriedenstellende Biegebruchfestig­ keit zu erzielen. Bei der Produktion von Hartplatten, insbeson­ dere bei höheren Qualitäten, wurden bisher Kunstharze auf Phenol-Kresol-Basis zugesetzt.

Auf der anderen Seite ist es bekannt, aus vegetabilischem Fasermaterial, 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 pflanzlichen Rohstoff durch chemische Umsetzung des Pentosans, 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% 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. Disper­ sion in dem faserigen oder feuchten Säurebestandteil, der nach dem Prozeß der Furfuralgewinnung zurückbleibt, befindet.

Für das bei der Furfuralgewinnung anfallende, noch etwa die Hälfte der ursprünglichen Menge Furfural enthaltende Faser­ material konnte bis jetzt eine wirtschaftliche Verwendung nicht gefunden werden, so daß es verworfen wurde und einen beträchtlichen Umweltverschmutzungsfaktor darstellt.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, das bei der Furfural­ gewinnung anfallende, weitgehend pentosanfreie, aber noch Furfural enthaltende Fasermaterial in wirtschaftlicher Weise zu einem hochwertigen und nützlichen Produkt zu verarbeiten.

Diese Aufgabe läßt sich überraschenderweise durch ein Verfahren gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 lösen, nach dem das genannte Fasermaterial zu beliebigen Formkörpern, wie Faserplatten bzw. Faserspanplatten, verarbeitet werden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 6.

Die erfindungsgemäße Herstellung kann nach dem Naßverfahren, dem Halbtrockenverfahren oder dem Trockenverfahren erfolgen. Bei Anwendung des Naßverfahrens geht man zweckmäßigerweise so vor, daß man der Fasergutaufschlämmung zur Erreichung eines pH-Wertes von 2,0 bis 4,5, vorzugsweise 3,0 bis 4,0, organische oder anorganische Säuren zugesetzt und daß beim Preßvorgang die Temperatur 140 bis 220°C beträgt. Ein solcher pH-Wert im sauren Bereich ist notwendig, damit das noch in und auf den Fasern vorhandene Furfural unter den Bedingungen des Pressens, d. h. bei den angegebenen Temperaturen und den üblichen Drücken, allmählich polymerisieren und als Polymerisat als Verklebungs- ud Hydrophobierungsmittel für die Fasern wirken kann. Als zuzusetzende Säuren sind vorzugsweise wasserlösliche organische Säuren, wie p- und p-Toluolsulfonsäure, Oxalsäure, Maleinsäure, Adipinsäure od. dgl., zu verwenden. Mineralsäuren sind eben­ falls verwendbar, jedoch liegen diese beim Pressen der Form­ körper feucht in diesen vor, so daß sie möglicherweise die Fasern angreifen könnten, so daß die milderen organischen Säuren vorzuziehen sind.

Ein weiteres Erfordernis bei dem erfindungsgemäßen Herstellungs­ verfahren ist, daß man der Fasergutaufschlämmung, bezogen auf die anwesende Furfuralmenge, 0,2 bis 5%, vorzugsweise 0,5 bis 1%, eines Aldehyds oder einer einen Aldehyd abgebenden Substanz als Härtungsmittel zusetzt, wobei z. B. Formaldehyd oder seine Polymerisationsprodukte oder Hexamethylentetramin verwendet werden.

Schließlich ist es noch angebracht, der Fasergutaufschlämmung zur Beschleunigung der angestrebten Polymerisation des vorhan­ denen Furfurals Furfuramid in einer Menge bis zu 100%, vorzugs­ weise 50%, des zugesetzten Härtungsmittels zuzusetzen. Die Beschleunigung der Polymerisation kann auch mit organischen Peroxiden, wie Benzoylperoxid, vorgenommen werden.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Herstellung der erfindungsgemäßen Formkörper, wie Faserplatten oder Faserspan­ platten, 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 beispielsweise 0,3 bis 0,7 vorgeformt und letztere nach erneutem Anfeuchten bei einer Temperatur von 180 bis 220°C und hohem Druck üblicher Größenordnung zu dem gewünschten Endprodukt verpreßt. In diesem Fall wird die Isolierplatte ohne die bei dem vorstehend erläuterten Naß­ verfahren genannten Zusatzstoffe auf übliche Weise erstellt, wobei das in und auf den Fasern vorhandene Furfural infolge der Abwesenheit von Säure und Härtungsmittel sowie infolge der bei dieser Preßstufe herrschenden milden Bedingungen, d. h. geringem Druck und verhältnismäßig niedriger Temperatur, weit­ gehend nicht polymerisiert, d. h. daß sich das Furfural in diesem Verfahrensstadium in einem reversiblen und plastifi­ zierbaren Zustand befindet und klebrige Eigenschaften erreicht, ähnlich dem B-Zustand bei Bakeliten. 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 anorga­ nischen Säuren in einer Menge enthält, daß nach vollständiger Durchfeuchtung das Fasergut einen pH-Wert von 2,0 bis 4,5, vorzugsweise 3,0 bis 4,0, erreicht. Ferner enthält die Anfeuch­ tungsflüssigkeit das im Zusammenhang mit dem Naßverfahren genannte Härtungsmittel in einer solchen Menge, daß nach voll­ ständiger Durchfeuchtung das Fasergut 0,2 bis 5%, vorzugs­ weise 0,5 bis 1%, des Härtungsmittels, bezogen auf die vor­ handene Furfuralmenge, enthält, sowie ferner zum Beschleunigen der Polymerisation des Furfurals Furfuramid in einer Menge bis zu 100%, vorzugsweise 50%, des zugesetzten Härtungsmittels. Auch in diesem Fall kann zusätzlich ein organisches Peroxid zugegeben werden. Selbstverständlich können bei der Herstellung einer Isolierplatte als Endprodukt die verhältnismäßig milden Temperatur- und Druckbedingungen durch eine längere Reaktions­ zeit kompensiert werden.

Den Polymerisationszustand des Furfurals bei den erfindungs­ gemäßen Herstellungsverfahren kann man durch einfache Lösungs­ versuche ohne weiteres verfolgen. Unpolymerisiertes Furfural ist nämlich leicht in Äthanol löslich, während diese Äthanol­ löslichkeit mit zunehmender Polymerisation abnimmt. So kann man bei Anwendung des Halbtrockenverfahrens nach Herstellung der Isolierplatte aufgrund der mittleren Äthanollöslichkeit des Furfurals ohne weiteres dessen noch reversiblen, plastifi­ zierbaren Zustand feststellen. Aus dem erfindungsgemäßen End­ produkt kann dagegen kein Furfural mehr mit Äthanol heraus­ gelöst werden, was anzeigt, daß dieses dann auspolymerisiert ist und sich im irreversiblen Zustand befindet.

Über die erläuterten Herstellungsverfahren hinaus ist es auch noch möglich, die erfindungsgemäßen Formkörper im Trocken­ verfahren herzustellen. Hierbei kann das bei der Furfural­ gewinnung anfallende Fasergut zunächst bei einer solchen Temperatur getrocknet werden, daß das Furfural höchstens bis zu dem noch reversiblen Zustand polymerisiert, so daß man durch Zerkleinern des dabei erhaltenen Produktes ein Schüttgut erhält, welches zur Herstellung der erfindungsgemäßen End­ produkte in Formen geschüttet, mit einer die Zusatzstoffe, wie sie im Zusammenhang mit dem Naß- und dem Halbtrocken­ verfahren beschrieben sind, enthaltenden Anfeuchtungsflüssig­ keit befeuchtet und in den Formen bei hoher Temperatur und hohem Druck, ähnlich wie bei der Endstufe des Halbtrocken­ verfahrens, verpreßt werden kann. Danach ist dann das Furfural bis zu dem irreversiblen Zustand polymerisiert. Selbstverständ­ lich 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 Plattenherstel­ lung erforderliche, aber eventuell gestörte Entwässerungs­ geschwindigkeit zu verbessern und zu steuern. Für den Fall, daß andere Fasermaterialien zugeschlagen werden, dient dann das noch Furfural enthaltende Ausgangsmaterial als Kunstharz­ bindemittelträger.

Durch die Erfindung ist es demnach möglich, Formkörper jeg­ licher Art, wie sogenannte Faserplatten, insbesondere Hart­ platten, aber auch Faserspanplatten, auf besonders wirtschaft­ liche Weise herzustellen, wobei eine besonders hohe Qualität mit ausgezeichneter Wasserfestigkeit und einer Biegebruch­ festigkeit von beispielsweise über 350 kg/cm² bei einer Dichte von 0,9 erzielt wird, wobei diese Werte je nach Rohstoff noch bedeutend besser sein können. Durch die restlose und vorteil­ hafte Auswertung der bei der Furfuralgewinnung anfallenden, bisher 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 Zusatzstoffe, wie Harzbindemittel u. dgl., verzichtet werden kann, und daß durch die Erfindung nicht nur äußerst nützliche und hochwertige Produkte erhalten, sondern darüber hinaus ein beträchtliches Müllproblem elegant gelöst wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispiels im einzelnen erläutert, das jedoch in keiner Weise eine Einschrän­ kung des Erfindungsbereiches bedeutet.

Beispiel

Aus dem Abfallprodukt der Furfuralgewinnung aus Weizenstroh, welches noch 6% Furfural, teilweise in reiner Form und teil­ weise in etwas oxydierter und polymerisierter Form, in den Fasern enthielt, wurde bei einer Trocknungstemperatur von höchstens 100°C in der Endphase eine Isolierplatte in einer Dicke von 20 mm hergestellt. Auf 226 kg dieses Plattenmaterials wurden 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.

Die auf diese Weise imprägnierte Isolierplatte wurde zu einer Hartplatte verpreßt, indem sie 10 Minuten lang bei einer Tem­ peratur von 200 bis 210°C einem Preßdruck von 1 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 genannte Enddruck wurde angewendet, als ein Feuchtigkeitsgrad der Platte von etwa 20% erreicht war.

Es wurde eine sehr harte Faserplatte erhalten, die innerhalb von 24 Stunden nur eine sehr geringe Wassermenge aufnahm.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus cellulose­ haltigem, vegetabilischem Fasermaterial in Form von Faser­ platten bzw. Faserspanplatten, die gegebenenfalls bis zu etwa 50% Holzspäne enthalten, im Naß-, Halbtrocken- oder Trockenverfahren, wobei man der Fasergutaufschlämmung gege­ benenfalls zur Erreichung eines pH-Wertes von 2,0 bis 4,5, vor­ zugsweise 3,0 bis 4,0, organische oder anorganische Säuren zusetzt, wobei beim Preßvorgang die Temperatur 100 bis 220°C beträgt und wobei man der Fasergutaufschlämmung 0,2 bis 5%, vorzugsweise 0,5 bis 1%, bezogen auf die Furfuralmenge, eines Aldehyds oder einer einen Aldehyd abgebenden Substanz als Härtungsmittel sowie Furfuramid in einer Menge bis zu 100%, vorzugsweise 50%, des zugesetz­ ten Härtungsmittels zusetzt, dadurch gekennzeichnet, daß man als Ausgangsmaterial das bei der Furfuralgewinnung anfal­ lende, noch Furfural enthaltende, weitgehend pentosanfreie Fasergut einsetzt, wobei man das vorhandene Furfural in einen unlöslichen und hochpolymerisierten Zustand überführt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man bei Anwendung des Halbtrockenverfahrens das vegetabilische Fasergut bei leichtem Preßdruck und einer Temperatur von maximal 100°C zu einer Isolierplatte verformt und diese nach Anfeuchten bei einer Temperatur von 180 bis 220°C und hohem Druck üblicher Größenordnung verpreßt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die organischen oder anorganischen Säuren in einer Menge in der Anfeuchtungsflüssigkeit enthalten sind, daß nach vollständiger Durchfeuchtung das Fasergut den pH-Wert von 2,0 bis 4,5, vorzugsweise 3,0 bis 4,0 aufweist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Aldehyd oder die einen Aldehyd abgebende Substanz als Härtungs­ mittel in der Anfeuchtungsflüssigkeit enthalten sind.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Furfuramid in der Anfeuchtungsflüssigkeit enthalten ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Härtungsmittel Formaldehyd oder seine Polymerisations­ produkte oder Hexamethylentetramin verwendet werden.