DE2553459A1 - PROCESS FOR MANUFACTURING WOOD-BASED MATERIALS - Google Patents
PROCESS FOR MANUFACTURING WOOD-BASED MATERIALSInfo
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Description
Als Leim für die Herstellung von Holzspanplatten und Spanholzwerkstoffen verwendet man überwiegend Harnstoff-Formaldehyd-Harze, ferner Melamin-Formaldehydharze, Gemische aus Harnstoff- und Melaminharzen, Mischkondensate von Harnstoff, Melamin und Formaldehyd oder Phenolharze» Alle diese Bindemittel können während ihrer Verarbeitung Formaldehyd abgeben, so daß in den Fabriken, besonders in der Nähe der Heißpressen und in den Lagerräumen für frisch hergestellte Erzeugnisse die zulässige maximale Arbeitsplatzkonzentration (MAK) an Formaldehyd überschritten wird.As a glue for the production of chipboard and chipboard materials one uses predominantly urea-formaldehyde resins, also melamine-formaldehyde resins, mixtures of urea and Melamine resins, mixed condensates of urea, melamine and formaldehyde or phenolic resins »All these binders can release formaldehyde during processing, so that in factories, the maximum permissible workplace concentration, especially in the vicinity of the hot presses and in the storage rooms for freshly manufactured products (MAK) of formaldehyde is exceeded.
Die Spanholzwerkstoffe können außerdem in verarbeitetem Zustand in geschlossenen Räumen noch viele Monate, in ungünstigen Fällen sogar mehrere Jahre solche Mengen Formaldehyd abspalten, daß es unzumutbar ist, in solchen Räumen zu wohnen oder sich länger darin aufzuhalten.In the processed state, the chipboard materials can also last for many months in closed rooms, in unfavorable cases even for several years release such amounts of formaldehyde that it is unreasonable to live in such rooms or to stay in them for longer to stop.
Über die Formaldehydanreicherung der Raumluft bei der Verarbeitung von Aminoplastharzen und über die nachträgliche Formaldehydabspaltung aus mit solchen Harzen hergestellten Holzwerkstoffen liegen viele Veröffentlichungen vor. Verwiesen sei auf Petersen, Reuther, Eisele und Wittmann: "Zur Formaldehydabspaltung bei der Spanplattenerzeugung mit Harnstoff-Formaldehyd^Bindemitteln", Holz als Roh- und Werkstoff, Bd. 30 (1972), Bd. 31 (1973), Bd. (1974), mit weiteren Schrifttumshinweisen.About the formaldehyde enrichment of the room air during processing of amino resins and the subsequent elimination of formaldehyde There are many publications available from wood-based materials produced with such resins. Reference is made to Petersen, Reuther, Eisele and Wittmann: "On the elimination of formaldehyde in chipboard production with urea-formaldehyde binders", Wood as raw and material, Vol. 30 (1972), Vol. 31 (1973), Vol. (1974), with further references to literature.
Um dem Problem der Formaldehydabspaltung speziell bei Harnstoffharzen zu begegnen, hat man Harze mit geringerem Formaldehydgehalt entwickelt. Mit diesen formaldehydarmen Harzen, deren Molverhältnis Harnst of f/Formaldehyd|bei etwa 1:1,4 liegt, konnte das Formaldehydproblem verringert, jedoch nicht gelöst werden. Überdies haben 326/75To address the problem of formaldehyde elimination, especially with urea resins Resins with a lower formaldehyde content have been developed to counter this. With these low-formaldehyde resins, their molar ratio Urine f / formaldehyde | is around 1: 1.4, the formaldehyde problem could reduced but not resolved. In addition, 326/75
/2 709825/0 36 9/ 2 709825/0 36 9
0.Z.31 6950.Z.31 695
diese Harze schlechtere Klebeeigenschaften als formaldehydreiche Leime. Nach dem gegenwärtigen Wissen ist es nicht möglich, Harze mit brauchbaren Klebeeigenschaften unter dem genannten Molverhältnis herzustellen.these resins have poorer adhesive properties than formaldehyde-rich glues. According to current knowledge, it is not possible to use resins with useful adhesive properties below the stated molar ratio to manufacture.
Eine andere Möglichkeit, die Formaldehydabspaltung zu bekämpfen, ist der Zusatz formaldehydbindender Stoffe. Harnstoff ist nicht nur das preiswerteste, sondern auch das wirksamste derartige Mittel. Andere Formaldehydbinder sind z.B. Melamin, eiweißreiche Mehle und Phenol. Alle formaldehydbindenden Zusätze zu den Leimflotten und/oder den Spänen haben aber unerwünschte Nebenwirkungen: So verzögern sie z.B. die Weiterkondensation und damit die Aushärtung des Leimes. Auch die Qualität des fertigen Spanholzwerkstoffs kann durch die formaldehydbindenden Zusätze merklich verschlechtert werden. Die so hergestellten Spanplatten spalten zwar sehr wenig Formaldehyd ab, ihre Querzugfestigkeit, Quellung und auch die Wasseraufnahme erreichen Werte, welche die Einsatzmöglichkeiten des Spanholzes stark einschränken. Daher konnte sich das Verfahren, auf die Späne oder einen Teil davon/z.B. Harnstoff, aufzubringen, nicht durchsetzen. Ein solches Verfahren, bei dem als Träger für den Harnstoff feinteilige Holzbestandteile verwendet werden, ist in der DT-OS 1 65Ü5 1Ö7 beschrieben.Another way to combat formaldehyde release, is the addition of formaldehyde-binding substances. Urea is not only the cheapest, but also the most effective of these Middle. Other formaldehyde binders include melamine, protein-rich flours and phenol. All formaldehyde-binding additives to the glue liquor and / or the chips have undesirable side effects: For example, they delay further condensation and thus the Hardening of the glue. The quality of the finished chipboard material can also be noticeable due to the formaldehyde-binding additives be worsened. The chipboards produced in this way release very little formaldehyde, their transverse tensile strength and swelling and the water absorption also reach values which severely limit the possible uses of the chipboard. Therefore could the method to which the chips or a part thereof / e.g. Urea, to raise, not to enforce. Such a method in which finely divided wood components are used as a carrier for the urea are used, is described in DT-OS 1 65Ü5 1Ö7.
Es wurde nun gefunden, caß man Holzwerkstoffe mit verminderter Formaldehydabspaltung durch Verpressen von mit härtbaren Formaldehydharzen als Leim versehenen Holzbestandteilen, wobei zur Bindung freien oder freigesetzten Formaldehyds formaldehydbindende Mittel zugesetzt und mit verpreßt werden, erhält, wobei die vorerwähnten Nachteile nicht auftreten, und daß man auch mit forrflaldehydreichen Leimen "formaldehydarme" Holzwerkstoffe herstellen kann, wenn man die Holzbestandteile vor, während oder nach dem Beleimen mit Cellulosefasern, z.B. Holz- bzw. Papiercellulosefasern, mischt, die mit formaldehydbindenden Mitteln behandelt und gegebenenfalls getrocknet worden sind.It has now been found that wood-based materials with reduced elimination of formaldehyde can be obtained by pressing with formaldehyde resins which can be hardened wood components provided as glue, with free or released formaldehyde binding formaldehyde Means are added and pressed with, is obtained, the aforementioned disadvantages not occurring, and that one is also rich in formaldehyde Glues to produce "low-formaldehyde" wood-based materials can, if the wood components before, during or after gluing with cellulose fibers, e.g. wood or paper cellulose fibers, mixes that have been treated with formaldehyde-binding agents and optionally dried.
Die formaldehydbindenden Mittel, z.B. Harnstoff, löst man zweckmäßig in Wasser; um möglichst viel davon in Lösung zu bringen,The formaldehyde-binding agents, e.g. urea, are expediently dissolved in water; in order to bring as much of it as possible into solution,
709825/0369709825/0369
- Jf - O.Z. 31 695- Jf - OZ 31 695
kann dieses auf 50 bis 7O0C erwärmt werden. Die gegebenenfalls wärme bis heiße Lösung (mit Harnstoff kann ein Gehalt bis zu 60$ erreicht werden) vermischt man in geeigneten Maschinen mit dem Cellulosefaserstoff. Dabei kann z.B. 10 bis 100, vorzugsweise 50 bis 100$ Harnstoff, bezogen auf das Pasergewicht, auf die Fasern gebracht werden. Den beladenen Faserstoff trocknet man auf die betriebsübliche Spanfeuchte zurück. Der formaldehydbindende Stoff wird durch dieses Verfahren offenbar so auf den Fibrillen der aufgerissenen Cellulosefasern fixiert, daß er schwer löslich wird. Die Schwerlöslichkeit wird durch die Verwendung von delignierten hemicellulosearmen oder hemicellulosefreien Cellulosefasern, welche schwer mit Wasser benetzbar und schwer quellbar sind, in besonderem Maße bewirkt. Besonders geeignet sind Fasern, die bei der Papier-, Pappe- und Zellstoffherstellung als Abfallstoffe anfallen, auch wenn sie noch andere Stoffe enthalten.this can be heated to 50 to 7O 0 C. The possibly warm to hot solution (a content of up to 60 $ can be achieved with urea) is mixed with the cellulose fiber in suitable machines. For example, 10 to 100, preferably 50 to 100 $ urea, based on the fiber weight, can be applied to the fibers. The loaded pulp is dried back to the normal chip moisture content. The formaldehyde-binding substance is apparently fixed to the fibrils of the torn cellulose fibers by this process in such a way that it becomes sparingly soluble. The poor solubility is brought about to a particular extent by the use of delignified, low-hemicellulose or hemicellulose-free cellulose fibers which are difficult to wet with water and are difficult to swell. Fibers that arise as waste materials in the manufacture of paper, cardboard and cellulose are particularly suitable, even if they also contain other substances.
Zur Erklärung der Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man sich vorstellen, daß die Feuchte, welche mit dem Holzleim auf die Späne gebracht wird, bei Raumtemperatur den Harnstoff auf den Cellulosefasern nicht anlöst„ Erst in der feuchtheißen Atmosphäre, welche sich während des Heißverpressens in den Werkstoffkuchen bildet, wird ein Teil des auf den Cellulosefasern fixierten Harnstoffs angelöst. Dieser bindet dann große Mengen des von dem schon weitgehend ausgehärteten Leim abspaltenden Formaldehyds. Der Rest des auf den Cellulosefasern abgelagerten Harnstoffs wird als Formaldehydbinder dann wirksam, wenn von den Spanplattenbindemitteln im weiteren Verlauf noch Formaldehyd abgegeben wird.To explain the effectiveness of the method according to the invention one can imagine that the moisture, which is brought to the chips with the wood glue, is the urea at room temperature does not dissolve on the cellulose fibers Forms material cake, part of the urea fixed on the cellulose fibers is dissolved. This then binds large ones Amounts of formaldehyde released from the already largely hardened glue. The rest of the deposited on the cellulose fibers Urea becomes effective as a formaldehyde binder when the particle board binders are still used in the further course Formaldehyde is released.
Zur Beurteilung der erfindungsgemäßen Wirkungen ist folgendes vorauszuschicken: Die während des Pressens entweichende Menge Formaldehyd kann nach der in der obengenannten Veröffentlichungsreihe (Teil I) beschriebenen Foliensackmethode bestimmt werden. Danach wiirde festgestellt, daß bei formaldehydarmen Leimen (Molverhältnis H:F = 1:1,4) etwa 25$ an Cellulosefasern angelagerterTo assess the effects of the present invention, the following is applicable to be sent in advance: The amount of formaldehyde escaping during pressing can be determined using the foil bag method described in the above-mentioned series of publications (Part I). According to this, it was found that with glues low in formaldehyde (molar ratio H: F = 1: 1.4) about 25 $ attached to cellulose fibers
Λ 709825/0369 Λ 709825/0369
O.ζ. 31 695O.ζ. 31 695
Harnstoff, bezogen auf die eingebrachte Leimmenge, genügen, um die freiwerdende Formaldehydmenge auf ein Viertel des ursprünglichen Wertes zu reduzieren. Bei der Verwendung von formaldehydreichen Leimen (Molverhältnis bis 1:1,8) benötigt man bis zu einem Drittel Harnstoff, bezogen auf die Harzmenge, um die Formaldehydabspaltung in gleicher Weise zurückzudrängen.Urea, based on the amount of glue introduced, is sufficient to to reduce the amount of formaldehyde released to a quarter of the original value. When using formaldehyde-rich Glues (molar ratio up to 1: 1.8) require up to a third of urea, based on the amount of resin, in order to split off formaldehyde to push back in the same way.
Andere formaldehydbindende Stoffe, wie z.B. Melamin oder Phenol, sind weniger wirksam als Harnstoffj jedoch tritt der geschilderte Erfolg mit Hilfe der Erfindung im Prinzip ebenfalls ein»Other formaldehyde-binding substances, such as melamine or phenol, are less effective than urea, but the above occurs Success with the help of the invention is in principle also a »
Die an Cellulosefasern angelagerten formaldehydbindenden Mittel bleiben auch in dem fertigen und verarbeiteten Spanholz wirksam. So kann man z„B. mit der sog. FESYP-Perforator-Methode.an Spanplatten, welche mit an Cellulosefasern angelagertem Harnstoff hergestellt wurden, eine nachträgliche Formaldehydabspaltung von weniger als 0,01$ messen. (FESYP = Federation Europeenne desThe formaldehyde-binding agents attached to cellulose fibers also remain effective in the finished and processed chipboard. So you can, for example, with the so-called FESYP perforator method on chipboard, which were produced with urea attached to cellulose fibers, a subsequent elimination of formaldehyde measure less than $ 0.01. (FESYP = Federation Europeenne des
des Fabricantsof the manufacturer
Syndicats/des Panneaux de Particules) Die Bestimmung des Formaldehyds im Holzwerkstoff nach der FESYP-Perforator-Methode ist z.B. in einem Entwurf der British Standards Institution vom 2.Dezember 1971 (BS l8ll) beschrieben. Danach werden aus dem lufttrockenen Werkstoff kleine Quader zurecht^gesägt und jeweils zu mehreren in einem Flüssigkeitsextraktor (Soxhlet-Extraktor) mit Toluol extrahiert, und das beladene Toluol seinerseits mit Wasser gewaschen. Das Wasser wird dann jodometrisch auf Formaldehyd untersucht.Syndicats / des Panneaux de Particules) The determination of formaldehyde in wood-based material according to the FESYP perforator method is e.g. in a draft of the British Standards Institution dated December 2, 1971 (BS 1811). Then small cuboids are sawn to size from the air-dry material and each extracted to several in a liquid extractor (Soxhlet extractor) with toluene, and the loaded toluene in turn with Water washed. The water is then iodometric for formaldehyde examined.
Das hier beschriebene Verfahren hat zwei Vorteile: Einmal verzögert die schlechte Benetzbarkeit der Fasern die Feuchteaufnahme der Spanplatten. Zum anderen geben die Cellulosefasern die formaldehydbindenden Mittel erst dann frei, wenn die Feuchte des Spanholzes so ansteigt, daß auch hohe Formaldehydmengen freiwerdenj es ist nämlich bekannt, daß zwischen der nachträglichen Formaldehydabspaltung und der Umgebungsfeuchte ein unmittelbarer Zusammenhang besteht»The procedure described here has two advantages: Once delayed the poor wettability of the fibers the moisture absorption of the chipboard. On the other hand, the cellulose fibers give the Formaldehyde-binding agents are only released when the moisture content of the chipboard increases to such an extent that high amounts of formaldehyde are also released namely, it is known that there is an immediate difference between the subsequent elimination of formaldehyde and the ambient moisture There is a connection »
/5 709 825/0369 / 5 709 825/0369
- «Τ- O. Z. 31- «Τ- O. Z. 31
.C..C.
Das erfindungsgemäße Verfahren wurde an handelsüblichen Harnstofformaldehydharzen und modifizierten Melamin-Harnstoff-Pormaldehydharzen untersucht, die in besonderem Maße Formaldehyd abspalten. Diese Harze, soweit es sich um Harnstoffharze handelt, besitzen gewöhnlich ein Mo!verhältnis von Harnstoff zu Formaldehyd wie 1:1,4 bis 1:1,8. Sie werden im allgemeinen durch Kondensation von Harnstoff und Formaldehyd in schwach saurer bis schwach alkalischer Lösung erhalten und liegen gewöhnlich als 50-bis 72$ige wäßrige Lösungen oder als wasserlösliche Pulver vor. Sie werden je nach Verfahrensgrundlage im allgemeinen in einer Flottenkonzentration von 35 bis 60fo verarbeitet (alle Angaben Gewichtsprozent).The process according to the invention was investigated using commercially available urea-formaldehyde resins and modified melamine-urea-formaldehyde resins, which release formaldehyde to a particular extent. These resins, insofar as they are urea resins, usually have a molar ratio of urea to formaldehyde of from 1: 1.4 to 1: 1.8. They are generally obtained by condensation of urea and formaldehyde in weakly acidic to weakly alkaline solution and are usually in the form of 50 to 72 strength aqueous solutions or as water-soluble powders. Depending on the process, they are generally processed in a liquor concentration of 35 to 60fo (all data are percentages by weight).
Es ergibt sich aus dem oben Gesagten, daß die günstige Wirkung der Erfindung auch bei anderen Harzen, die Formaldehyd abspalten können, eintritt, da es nur auf die Wechselwirkung von freiem Formaldehyd und formaldehydbindenden Mitteln ankommt.It follows from what has been said above that the beneficial effect of the invention also applies to other resins which release formaldehyde can occur, as it is only the interaction of free formaldehyde and formaldehyde-binding agents that matters.
Vergleichende Untersuchungen über die Wirksamkeit erfindungsgemäßer Zusätze wurden mit vier verschiedenen, handelsüblichen-Harnstoff-Formaldehydleimharzen und einem Melamin-Harnstoff-Formaldehydleimharz angestellt.Comparative studies on the effectiveness of the invention Additives were made with four different, commercially available-urea-formaldehyde glue resins and employed a melamine-urea-formaldehyde glue resin.
Die wesentlichen Eigenschaften dieser Harze sind in der nachfolgenden Übersicht dargestellt:The essential properties of these resins are as follows Overview shown:
/6 709825/0369/ 6 709825/0369
o.z. 31 695o.z. 31 695
mPa»s750-1000
mPa »s
Harnstoff:Form
aldehydMolar ratio
Urea: form
aldehyde
FormaldehydMelamine: urea
formaldehyde
mPa's400-600
mPa's
mPa»s750-1000
mPa »s
mPa*s2500-5OOO
mPa * s
mPa»s45Ο-6ΟΟ
mPa »s
20°CViscosity at
20 ° C
nate6 mo
nate
einer 15$ Anmionium-
chloridlösung
bei 200CGel time at $ 10
a $ 15 Anmionium
chloride solution
at 20 ° C
nate2 mo
nate
nate3 mo
nate
nate2 mo
nate
Die vorstehend beschriebenen Leimharze wurden mit den üblichen Hilfsstoffen nach den in der nachstehenden Tabelle .2 enthaltenen Mischungsverhältnissen zu Leimflotten verarbeitet.The glue resins described above were mixed with the usual Auxiliary materials according to those contained in Table .2 below Mixing ratios processed to glue liquors.
/7/ 7
709825/0369709825/0369
O.Z. 31 695O.Z. 31 695
Ansatz ABCDEApproach ABCDE
50$igParaffin emulsion
50 $
Lösung 15:85Ammonium chloride
Solution 15:85
Summe 133 133 144 130 119Total 133 133 144 130 119
Harzgehalt 50$ 50$ 50$ 50$ 52,;Resin content $ 50 $ 50 $ 50 $ 52;
bed^lOO0^ 7^ Sek* ?2f Sek° 71 Sek> 9^ Sekt 58 Sek# Harz auf atro^ ^^ §,5$ 8,5$ 8,5$ 12,0$bed ^ lOO 0 ^ 7 ^ sec * ? 2f sec ° 71 sec> 9 ^ sparkling wine 58 sec # resin on atro ^ ^^ § , $ 5 $ 8.5 $ 8.5 $ 12.0
Delignierte Cellulosefasern, wie sie bei der Zerfaserung von Holz und anderen verholzten Pflanzentellen in einem Defibrator für die Papier-, Pappe- und Faserplattenherstellung anfallen^, wurden mit l6 bis 100$ ihres Eigengewichts mit Harnstoff in der Weise versetzt, daß man jeweils 20 bis 700C heiße Lösungen von Harnstoff in Wasser mit einer Konzentration von 40 bis 60% in einer Mischmaschine auf die Fasern brachte. Diese Mengenverhältnisse konntenDeligned cellulose fibers, such as those obtained from the defibrillation of wood and other woody plant parts in a defibrator for the manufacture of paper, cardboard and fibreboard, were mixed with urea from $ 16 to $ 100 of their own weight in such a way that 20 to 70 percent of their own weight were added 0 C hot solutions of urea in water with a concentration of 40 to 60% applied to the fibers in a mixing machine. These proportions could
^ In Scheiben-Naß-Separatoren, in Scheibenrefinern, beim Dampfexplosionsverfahren (Masonite-Verfahren) ■ und anderen ähnlichen Verfahren anfallende Fasern sind ebenso geeignet^ In wet disc separators, in disc refiners, in the steam explosion process (Masonite process) Fibers obtained from and other similar processes are also suitable
/8 709825/0369/ 8 709825/0369
- g - O.Z. 31- g - O.Z. 31
auch dann eingehalten werden, wenn man Abfallfasern verwendete, an welche schon andere Stoffe (z.B. Füllstoffe, Klebestoffe, Farbstoffe) angelagert waren.are also adhered to when using waste fibers to which other substances (e.g. fillers, adhesives, dyes) were attached.
Die Feuchte der mit Harnstoff-Lösung vermischten Fasern betrug
zwischen 45 und 60$ ihres atro-Gewichts. In einem für Holzspäne
üblichen Trockenprozeß reduzierte man die Feuchte auf unter 6%. Der so erhaltene, mit Harnstoff beladene Faserstoff wurde in den
in der nachfolgenden Tabelle 3 angegebenen Mengenverhältnissen mit getrockneten Spänen in einem üblichen Mischer vermischt.
Gleichzeitig oder danach wurden Späne und beladene Fasern mit einem in der Tabelle 2 aufgeführten Bindemittelansatz beleimt.
Anschließend schüttete man das beleimte Gemisch zu einem Spänekuchen und verpreßte diesen in einer Versuchspresse unter Druck
und Hitze zu einer Spanplatte. Für die einzelnen Versuche variierte man die Preßdaten in den Bereichen der industriellen Spanplattenfertigung.
Preßtemperatur: l40 - 2200CThe moisture content of the fibers mixed with urea solution was between 45 and 60 $ of their dry weight. In a drying process customary for wood chips, the moisture was reduced to below 6%. The fibrous material loaded with urea obtained in this way was mixed in the proportions given in Table 3 below with dried chips in a conventional mixer. At the same time or thereafter, chips and loaded fibers were glued with a binder mixture listed in Table 2. The glued mixture was then poured into a chip cake and pressed in a test press under pressure and heat to form a chipboard. For the individual experiments, the press data were varied in the areas of industrial chipboard production.
Press temperature: l40 - 220 0 C
Preßzeit: 0,14 - 0,40 Min pro Millimeter Platten-Press time: 0.14 - 0.40 min per millimeter of panel
rohdickeraw thickness
Verdichtungsdruck: 1,8 - 3#5 N/mmCompaction pressure: 1.8 - 3 # 5 N / mm
Durchheizungsdruck: 0,5 - 1,8 N/mmThrough heating pressure: 0.5 - 1.8 N / mm
Die ausgekühlten Spanplatten schliff man auf gleiche Dicke und unterzog sie dann den üblichen Untersuchungen. In der Tabelle 3 sind einige Untersuchungsergebnisse auszugsweise zusammengefaßt.The cooled chipboard was sanded to the same thickness and then subjected to the usual tests. In table 3 some test results are summarized in extracts.
/9 709825/0369 / 9 709825/0369
O. Z. 31O. Z. 31
σ co ooσ co oo
1) 2) )1) 2))
Bestimmung nach der Foliensack-Methode " " " Fesyp-PerforatormethodeDetermination by the foil bag method "" "Fesyp perforator method
AI.
A.
tO.51j -
t
1 2.5
1
> D,
> D
) yp) yp
3) Harnstoff an Späne angelagert (zum Vergleich)3) urea attached to chips (for comparison)
cn cn cocn cn co
.*> cn co. *> cn co
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