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Verfahren zur Herstellung von Faserformkörpern aus
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pflanzlichem cellulosehaltigem Material sowie eine Einrichtung zur
Durchführung dieses Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Herstellung von Faserformkörpern aus pflanzlichem cellulosehaltigem Material,
das sich von festem Stammholz unterscheidet, wobei das cellulosehaltige Material
entschmutzt, zerkleinert, in einem wässrigen Medium eingeweicht, mit Wasser gewaschen
und zerfasert wird, die anfallenden Fasern entwässert und unter Verwendung von Bindemitteln
zu Faserformkörpern verpreßt werden, sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses
Verfahrens.
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Seit vielen Jahren werden in der holzverarbeitenden Industrie ansstelle
von reinen Holzbrettern Ersatzprodukte, wie Spanplatten, verwendet. Bei der Spanplattenherstellung
dienen als Ausgangsstoffe Gemische von in Spanern hergestellten Flachspänen und
in Hobel- und Fräsmaschinen als Abfall entstehenden Holzspänen. In Spanern durch
Schneiden in Faserrichtung hergestellte Späne werden 0,2 bis 0,5 mm dick, 20 bis
30 mm lang und 5 bis 10 mm breit gehalten; vor der Verarbeitung erhalten sie durch
künstliches Trocknen einen Trockenheitsgrade von 95 bis 97 t. Der Zusammenhalt der
Späne in der Platte wird in Verbindung mit einem Heißpreßvorgang durch Bindemittel
z.B. aus härtbarem Harnstoff-, melamin- oder Phenolharzen herbeigeführt. In der
Regel werden für 1 kg trockenes Spanmaterial 70 bis 100 g Festharzanteil verwendet.
Derartige Spanplatten zeichnen sich durch günstige physikalische Eigenschaften,
wie z.B.
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eine günstige Biegefestigkeit, Formstabilität usw. aus.
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In jüngster Zeit ist jedoch in der Spanplattenindustrie eine ernste
Situation im Hinblick auf den in der Welt entstandenen HoLumancJeL -ingetreten.
Dieser Elolzmangel wird im Verlaufe der nächsten Jahre noch beachtlicher, da bereits
im Jahre 1960 für das Jahr 1985 eine Zunahme des Verbrauchs von Stammholz um mindestens
45 % für Preßplatten, wozu Holzwolleplatten, Holzfaserplatten und Holzspanplatten
zählen,
und um 250 % für Papier aller Arten vorausgesagt wurde.
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Im Hinblick auf den immer bedrohlicher werdenden Holzmangel wurde
nun nach Holzersatzstoffen gesucht, die zu Formkörpern weiterverarbeitet werden
können.
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So ist es beispielsweise bekannt, eine Spanplatte aus Stengeln einjähriger
Pflanzen, beispielsweise aus Stroh, Mais oder ausgepreßten Zuckerrohrstengeln herzustellen.
Dabei werden Pflanzenstengel vor dem Verleimen und Verpressen in Späne zerschnitten
und gleichzeitig auf der Stengeloberfläche aufgerauht. Das Zerspanen und Aufrauhen
führt zu langen schlanken Spänen mit einer rauhen Oberfläche, an der der Leim sehr
gut haften soll.
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Es hat sich jedoch gezeigt, daß derartig gefertigte Platten nicht,
den heutzutage gestellten Anforderungen genügen.
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Auf der anderen Seite ist es bekannt, aus pflanzlichem cellulosehaltigem
Material, wie Getreidestroh und dergleichen, das vorwiegend aus Lignin, Pentosan,
Cellulose, SiO2 und Harzen oder harzähnlichen Substanzen besteht, Furfurol zu gewinnen.
Dieses Produkt erlangt in der chemischen Industrie ansteigende Bedeutung und wird
aus dem pflanzlichen Rohstoff durch chemische Umsetzung des Pentosans, dessen Gehalt
in den Pflanzen mit durchschnittlich 10 bis 30 % angenommen werden kann, erhalten.
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Diese 10 bis 30 % Pentosan werden zwar durch die chemische Umsetzung
in Furfurol umgewandelt, können jedoch nicht vollständig aus dam Rohmaterial ertgetnt
und weiterverarbeitet werden. Das gilt allenfalls für etwa 50 % des gebildeten Furfurols,
während der Rest in oder an dem Ausgangsmaterial verbleibt. Es ist bereits vorgeschlagen
worden,
dieses Fasermaterial eines Furfurol-Gehalts von etwa 15 % zu Faserplatten bzw. Faserspanplatten
zu verarbeiten. Das kann nach dem Naßverfahren, Halbtrockenverfahren oder dem Trockenverfahren
erfolgen. So wird beispielsweise bei dem Naßverfahren so vorgegangen, daß man der
Faseraufschlämmung zur Erreichung eines pH-Wertes von 2,4 bis 4,5 organische oder
anorganische Säure zusetzt und beim Preßvorgang eine Temperatur von 140 bis 3200C
wählt. Die genannten Bedingungen sind für die allmähliche Polymerisation des Furfurols
von wesentlicher Bedeutung, um das entstehende Polymerisat als Verklebungs-und Hydrophobierungsmittel
für die in der Faserplatte enthaltenen Fasern wirken zu lassen. Das Herstellungsverfahren
derartiger Platten wird dadurch komplizierter, daß zu dem Ausgangsprodukt noch verschiedene
Additive hinzugegeben werden, wie Härtungsmittel, katalytisch wirkende Substanzen
usw. Auch bei diesen Erzeugnissen werden keine zufriedenstellenden physikalischen
Eigenschaften erreicht, was möglicherweise darauf zurückzuführen ist, daß bei der
Vielzahl der chemischen Reaktionen, der das pflanzliche Ausgangsmaterial bis zum
fertigen Produkt unterliegt, die innere Festigkeit der einzelnen Fasern zerstört
wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren
so auszubilden, daß die Herstellung von Faserformkörpern, insbesondere von Faserplatten
aus pflanzlichem cellulosehaltigem Material unter Beibehaltung der inneren Festigkeit
der Fasern möglich wird und Faserformkörper verbesserter Eigenschaften erhältlich
sind.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß das cellulosehaltige
Material bei etwa 5 bis 400C in einem wässrigen alkalischen Medium eingeweicht und
dann bis zu einem Malgrad SR von 9 bis 35 zerfasert wird, das
derartig
zerfaserte Material nach der Entwässerung mit einem härtbaren, sich in sprühfähigem
Zustand befindenden Bindemittel in einer Menge von 5 bis 15 Gew.-% - bezogen auf
das Gesamtgewicht aus dem Fasermaterial und dem Bindemittel (abzüglich Lösungsmittel
bzw. Dispersionsmittel) - feinstbesprüht und das besprühte Fasermaterial zuerst
kalt- und dann vor Gebrauch zu dem gewünschten Formkörper heißverpreßt oder sogleich
heißverpreßt wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren können als Ausgangsmaterial vielfältige,
sich von festem Stammholz unterscheidende pflanzliche cellulosehaltige Materialien
zur Anwendung kommen. So eignen sich hierfür im allgemeinen Rückstände von einjährigen
Pflanzen, Dauerpflanzen, Laubholz, Kork und Rinde. Unter einjährigen Pflanzen sind
solche Pflanzen zu verstehen, die einen Wachstums zyklus durchlaufen haben und im
Endstadium des Wachsens einen günstigen Cellulosegehalt aufweisen.
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So können beispielsweise Maistflanzenrückstände, Bagasse bzw. Megass
(gepreßtes Zuckerrohr), Schilf, Bambus, Espartogras sowie Getreidestroh zur Anwendung
kommen.
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Von großer Bedeutung ist insbesondere das Stroh von Reis, Roggen,
Weizen, Hafer und Gerste. Diese Ausgangsmaterialien werden daher bevorzugt bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren zur Anwendung gebracht, so daß dieses nachfolgend beispielhaft
anhand der Verarbeitung von Stroh beschrieben werden soll.
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Das regelmäßig in Form von Ballen angelieferte Stroh wird zunächst
in eirem zylion gesichtet d von Verunreinigungen, wie Staub und Lehm, in üblicher
Weise befreit. Das so behandelte Stroh wird dann in einem Häcksler in kleine Stücke
geschnitten, gewaschen und dann in einem wässrigen alkalischen Medium in einem Temperaturbereich
von 5 bis 40"C, vorzugsweise bei etwa Raumtempe-
ratur, eingeweicht.
An das alkalische Medium werden keine besonderen Anforderungen gestellt. Es sollte
lediglich keine zu hohe Konzentration an alkalischem Bestandteil haben. Als alkalischer
Bestandteil kommen z.B. die Hydroxide der Alkali- und Erdalkalimetalle in Frage,
wie insbesondere Natrium-, Kalium-, Calcium-und Bariumhydroxid. Das alkalische Medium
hat dabei vorzugsweise eine etwa 2 - 5 gew.-%ige Konzentration an diesen Hydroxiden.
Besonders bevorzugt wird eine wässrige Natriumhydroxidlösung. Geeignet sind jedoch
auch solche Alkali- und Erdalkalimetallsalze, die in wässriger Lösung infolge hydrolytischer
Erscheinungen einen pH-Wert über 7 entstehen lassen. Dazu zählen beispielsweise
Natrium- und Kaliumcarbonat.
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Das Einweichen in einen wässrigen alkalischen Medium ist als ein
wesentliches Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens aufzufassen. Zwar wurde gelegentlich
auch das Einweichen in einem sauren Medium, vorzugsweise bei erhöhter Temperatur,
vorgeschlagen. Diese Verfahrensweise führt jedoch dazu, daß die innere Struktur
der Fasern ungünstig beeinflußt wird, was sich wiederum auf die Qualität der angestrebten
Faserplatten nachteilig auswirkt. Insbesondere ist es von Bedeutung, daß bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren die Alkalität nicht zu stark und die Aufweichungstemperatur
möglichst niedrig gewählt wird. Das geschieht auch im Hinblick auf die durchschnittliche
chemische Zusammensetzung für verschiedene Stroharten, die in der nachfolgenden
Tabelle wiedergegeben werden:
Lignin Pentosan Cellu- Alkohol/ Wasser-
Gesamt- SiO2 lose Benzol- Lösli- asche Lösliches ches % % % % % % % Roggen 15,8
29 35 3,2 11 3,6 0,4 Weizen 15,1 28 33 2,5 14 5,8 5,0 Hafer 16,2 28 34 2,7 12 5,4
4,6 Gerste 15,5 26 32 4,5 15 6,3 5,5 (nach Wettstein) Aus dieser Tabelle ist ersichtlich,
daß die genannten Stroharten einen Siliciumdioxidgehalt zwischen Q,4 und 5,5 % zeigen.
Dieser Gehalt ist für die Qualität der erfindungsgemäß erhaltenen Faserplatten von
beachtlicher Bedeutung. Es ist daher anzustreben, diesen Siliciumdioxidgehalt nicht
durch die Behandlung in dem alkalischen Medium herabzusetzen. Das würde jedoch zweifelsfrei
bei einer zu starken Konzentration des alkalischen Stoffs in dem Behandlungsmedium
sowie bei einer erhöhten Temperatur der Fall sein. Des weiteren sollte das Einweichen
nur so lange fortgesetzt werden, bis die wasserlöslichen Anteile so weit aus dem
zerkleinerten Stroh ohne wesentliche Herabsetzung des Siliciumdioxidgehalts herausgelöst
werden, daß die Bindung zwischen den einzelnen Fasern des zerkleinerten und aufgeweichten
Strohs in für die nachfolgende Zerfaserung günstiger Weise gelockert wird. Bei der
oben wiedergegebenen Verfahrensweise ist es schließlich auch von Bedeutung, daß
der Lignin- und Pentosangehalt der Ausgangsmaterialien im wesentlichen konstant
bleibt.
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Das in der obenbeschriebenen Weise aufgeweichte cellulosehaltige
Material muß vor der Weiterverarbeitung von den noch anhaftenden Anteilen des alkalischen
wässrigen Mediums befreit werden. Das erfolgt beispielsweise durch Waschen in Stoffgruben,
Holländern, Diffuseuren, Waschkästen usw.
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Die anschließende Zerfaserung erfolgt dann in den für eine derartige
technische Maßnahme gebräuchlichen Vorrichtungen, wobei jedoch diese so eingestellt
sind, daß sie nicht nur die z.B. beim Stroh in Hackschnitzelform zusammenhängenden
Faserbündel aufschlagen, sondern gleichzeitig noch für eine Verkürzung der Fasern
sorgen.
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Dabei haben sich z.B. Kollergänge oder Raffiniervorrichtungen in Form
einer Scheibenmühle als vorteilhaft erwiesen. Scheibenmühlen oder Scheibenrefiner
sind in ihrer neuesten Entwicklung für die Zerfaserung von vorbehandelten Holzhackschnitzeln
zu Holzstoff und dergleichen von großer Bedeutung geworden. Sie erweisen sich auch
bei dem erfindungsgemäßen Verfahren als vorteilhaft. Als Scheibenmühlen oder Scheibenrefiner
bezeichnet man alle Mahlmaschinen, bei denen als Mahlgeschirre nich eine Messerwalze
oder ein Messerkegel, sondern plattenförmige kreisrunde Scheiben verwendet werden.
Im allgemeinen arbeitet eine solche Mühle mit einer feststehenden Mahlscheibe als
Grundwerk gegen eine umlaufende Scheibe mit veränderlich einstellbarem Abstand.
Die Feineinstellung des Abstandes der Festgegen die Läuferscheibe ist sehr genau
möglich.
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Die erfindungsgemäß gleichfalls mit Vorteil,verwendbaren Kollergänge
werden in zweifacher Weise aufgebaut, nämlich einmal mit umlaufender Mahlbahn und
fester gemeinsamer Läuferachse. Die Läufer drehen sich dabei, wodurch die umlaufende
Mahlbahn in Bewegung ge-
setzt wird. Mehr in Gebrauch sind jedoch
Kollergänge mit feststehender Mahlbahn und umwälzenden Kollergangsteinen aus Basaltlava.
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Als besonders günstig hat sich die Verwendung von Scheibenrefinern
bei der Durchführung des Sprout-Waldron-Verfahrens erwiesen, bei dem Hackschnitzel
aus pflanzlichem cellulosehaltigem Material zunächst in besonders konstruierten
neuartigen Maschinen (Anderson-Faserpresse, Pressafiner) gepreßt und dann mittels
Scheibenrefinern fertig zerfasert werden.
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Zusammenfassend läßt sich zu den bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
eingesetzten Vorrichtung zum Zerfasern feststellen, daß sie beliebiger Konstruktion
sein können, sofern lediglich sichergestellt wird, daß nicht nur eine Auftrennung
der Faserbündel gewährleistet wird, sondern zudem auch noch eine - wenn gewünscht
- Verkürzung der Fasern durchführbar ist.
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Auf jeden Fall ist es zur erfolgreichen Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens erforderlich, ein cellulosehaltiges Material so weit zu zerfasern, daß
es einen Mahlgrad SR zwischen 9 und 35 erhält. Dabei hat es sich als vorteilhaft
erwiesen, mindestens zwei unterschiedlich stark zerfaserte Materialien zu einer
Mischung eines Mahlgrades SR von 9 bis 35 zu vereinigen. Dabei können verschiedene
Zerfaserungsprodukte, z.B. aus Gersten- und Weizenstroh, vereinigt werden.
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Der Mahlgrad SR ist der Schopper-Riegler-Grad.
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Dieser Schopper-Riegler-Grad wurde für einen in seinen Abmessungen
genau festgelegten Apparat ausgearbeitet, mit dem Faserstoffe auf ihre Entwässerungsfähigkeit,
ausgedrückt als Schopper-Riegler-Grad = OSR (Mahlungs-
grad bzw.
Mahlgrad), geprüft werden. Dieses Prüfverfahren wird in der Praxis wegen seiner
einfachen Handhabung und seiner praktisch verwertbaren Ergebnisse häufig angewandt.
Mit zunehmend "schmieriger" Beschaffenheit des Faserstoffs steigt der Schopper-Riegler-Grad
an; er ist unabhängig von der Geschwindigkeit, in der sich ein Faserfilz auf dem
Sieb bildet, und von dessen Filtrationswiderstand. Auf jeden Fall ist bei der Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens dafür zu sorgen, daß das zerfaserte Gemisch in
den vorgenannten Mahlgradbereich fällt, was vorzugsweise dadurch erreicht werden
kann, daß unterschiedlich zerfaserte Teilchen in solchem Verhältnis gemischt werden,
daß der Mahlgrad SR in den vorgenannten Bereich fällt. Ein Produkt eines solchen
Mahlgrades ist zur Weiterverarbeitung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geeignet.
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Die nach dem Zerfasern anfallende Faserstoffsuspension wird dann
zweckmäßigerweise bis zur Grenze der Fließbarkeit eingedickt bzw. konzentriert.
Eine weitere Entfernung von Wasser ist durch Entwässern zu erreichen.
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Die Feuchtigkeitsmenge, die der Entwässerung zugänglich ist, wird
zu einem Teil im wesentlichen durch molekulare Kräfte an der Oberfläche oder auch
in Innenflächen der Fasern festgehalten - dieser Teil entspricht mengenmäßig etwa
dem durch Chemisorption gebundenen.
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Ein anderer, größerer Teil füllt die Kapillarräume in und zwischen
den Zellen, in den Klüften der Zellwände oder in den Kapillarzwickeln zwischen den
Berührungsstellen von Faserzellen. Die Entfernung dieses Wassers kann erfolgen:
1. mechanisch a) durch Kraft- bzw. Beschleunigungsfelder, b) durch Druck und Deformation,
c) durch Kapillarsog;
2. thermisch durch Verdunstung des Wassers
infolge Einwirkung von Wärme.
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Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens hat es sich
als zweckmäßig erwiesen, die Entwässerung in Absetzkästen in erster Linie unter
der Wirkung der Schwerkraft durchzuführen, wobei allerdings auch Unterdruck unter
das Material angelegt werden kann. Auch können die obengenannten Möglichkeiten der
Entfernung des Wassers miteinander kombiniert werden.
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Die Entwässerung wird mit besonderem Vorteil durchgeführt, wenn zentrifugiertes
zerfasertes Material auf einem vibrierenden Siebband transportiert wird, das durch
Anlegen eines Schwachstroms geringfügig aufgeheizt und durch einen ventilierten
Trocknungstunnel geführt wird. Dabei wird vorzugsweise ein Temperaturbereich von
30 bis 500C eingehalten. Durch diese Verfahrensweise bleiben die angestrebten physikalischen
Eigenschaften der Fasern erhalten.
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Das so hergerichtete zerfaserte cellulosehaltige Material, das weitgehend
getrocknet worden ist, in der Regel auf einen Wert von etwa 3 % Wassergehalt, wird
dann vorzugsweise in einem Mischer beliebiger Konstruktion mit dem Bindemittel vermischt.
Als Mischer eignet sich beispielsweise der Lödige EK-Mischer.
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In den Mischer wird ein sprühfähiges, sich in einem hochfluiden Zustand
befindendes Bindemittel feinstdispergiert eingesprüht. Bei diesem Bindemittel darf
es sich demzufolge nicht um ein Bindemittel handeln, das bei der üblichen erstellung
von Holzspanplatten in mehr oder weniger stark viskoser Form zur Anwendung kommt.
So sind Bindemittel geeignet, die eine Viskosität nach 4 DIN 53 210 bei 20"C von
ca. 13 - 19 Sekunden Auslaufzeit zeigen, was einer dynamischen Viskosität bei 20"C
von ca. 9,2 - 10,2 entspricht. Unter Bindemittel wird im Sinne der Erfindung ein
solches Bindemittel verstanden, das einen härtbaren Harzbestandteil darstellt oder
einen solchen enthält. So haben sich beispielsweise wässrige Dispersionen von Harnstoff-,
Melamin- oder Phenolformaldehydharzen oder Polyisocyanaten, die dem vorgenannten
Viskositätserfordernis genügen, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren als geeignet
erwiesen. In jedem Fall handelt es sich bei dem eigentlichen Bindemittel um ein
Erzeugnis, das im Laufe der Zeit oder unter erhöhten Temperaturen in kurzer Zeit
härtbar ist.
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Als besonders geeignet haben sich Melaminformaldehydharze in Form
von Vorkondensaten erwiesen. Nachfolgend werden die Kenndaten zweier derartiger
Melaminformaldehydharze genannt, die im Handel als Madurit MW905 und Madurit SMW
460 erhältlich sind.
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1) (MW905): Kenndaten einer 50%-igen wässrigen Lösung Viskosität:
Auslaufzeit 4 DIN 53 211 bei 200C: 13 - 16 Sekunden, dynamische Viskosität bei 200C:
ca. 28 cP (mPas); pH-Wert: bei 200C 9,2 - 10,2; Dichte: bei 200C (/mol) 1,210 -
1,220; Wasserverdünnbarkeit: bei 20°C 1 : 0,6 - 1 : 1,1; Trübungszeit: bei 100"C
80 - 110 Minuten; Härtungszeit: bei 100"C 115 - 170 Minuten.
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Dieses Produkt ist bei sachgemäßer kühler Lagerung ca.
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12 Monate haltbar. Dd das harz hyyroskopisch ist, ist es möglichst
trocken und gut verschlossen zu lagern.
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Verleimungen auf der Basis dieses Produktes entsprechen der Qualität
AW 100 gemäß DIN 68705 und V 100 gemäß DIN 68761. Selbstverständlich kann der vorgenannte
Wassergehalt in einem gewissen Umfang verändert werden, jedoch unter der Bedingung,
daß dem Erfordernis der Sprühfähigkeit in hochfluiden Zustand entsprochen wird.
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Als geeignetes Melaminformaldehydharz hat sich auch ein solches erwiesen,
das in Handel unter der Bezeichnung Madurit SMW 460 erhältlich ist. Dieses Produkt,
bei dem es sich ebenfalls um eine wässrige Dispersion eines Melaminformaldehydvorkondensats
handelt, zeigt eine Viskosität nach 4 DIN 53 211 bei 20°C von 17 - 19 Sekunden,
eine Dichte in g/Milliliter bei 20°C von 1,230 - 1,234, einen pH-Wert bei 20°C von
9,0 - 9,5, eine Verdünnbarkeit in destilliertem Wasser bei 20°C von 1 : 0,8 - 1
: 1,0 und einen Festkörpergehalt von 58 + 1%. Die Lagerstabilität beträgt allerdings
nur 3 Wochen, weshalb es möglichst wenige Tage nach seiner Herstellung verarbeitet
werden sollte.
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Die für die Durchführung des erfindungsgeinäßen Verfahrens geeigneten
Bindemittel werden - bezogen auf das Gesamtgewicht des reinen Fasermaterials und
des Bindemittels - in einer Menge von 5 - 15 Gew.% eingesetzt, wobei der Bereich
von 10 - 12 Gew.% sich als besonders vorteilhaft erwiesen hat. Das Illit den Bindemitteln
bespruhte Produkt liegt überraschenderweise in fast trokkener Form vor, da das neben
dem eigentlichen Bindemittel vorliegende Wasser von dem celluloschaltigen Pasermaterial
aufgenommen wird. Das bindemittelbehandelte Produkt wird nun in eine Preßvorrichtung
eleejet)en, wo es entweder zur Erzielung der angestrebten Stärke des Faserformkörpers
zumächst kalt verpreßt wird und später
kurz vor dem Gebrauch aufgrund
seiner vorliegenden Elastizität in die gewünschte Form gebracht wird, um dann heißverpreßt
zu werden. Das Kaltverpressen erfolgt in einem Temperaturbereich von etwa 15 bis
250C, vorzugsweise bei Raumtemperatur, sowie einem Druck von bis zu etwa 40 kp/cm2,
vorzugsweise bei einem Druck von etwa 30 kp/cm2. Das Heißverpressen, bei dem im
wesentlichen die Aushärtung des Bindemittels, d.h. die chemische Vernetzung einsetzt
und abläuft, kann in wenigen Minuten bei einem erhöhten Druck und stark erhöhter
Temperatur durchgeführt werden. Dabei hat es sich gezeigt, daß ein Heißverpressen
während einer Zeit von 3 - 6 Minuten, bei einem Druck von 30 - 70 kp/cm2 und einer
Temperatur von 1500C - 1900C vorteilhaft ist. So haben sich beim Heißverpressen
unter Anwendung einer wässrigen Melaminharzdispersion folgende Preßbedingungen in
etwa als geeignet erwiesen: Preßdauer 4 Minuten, Druck 50 kp/cm2, Temperatur 1700C.
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Selbstverständlich läßt sich das mit dem Bindemittel behandelte cellulosehaltige
Fasermaterial auch unmittelbar durch Heißverpressen zu einem Faserformkörper heißverpressen,
was insbesondere dann empfehlenswert ist, wenn das Bindemittel nur eine geringe
Lagerbeständigkeit aufweist.
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Die Durchführbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens wird regelmäßig
auch nicht dadurch beeinträchtigt, daß neben den cellulosehaltigen Materialien noch
weitere Bestandteile in dem nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhaltenen Produkt
enthalten sind. Dabei kann es sich z.B. um folgende Stoffe handeln: Farbstoffe,
feinste Holzspäne, Aushärtungsbeschleuniger, Asbest-, Glimmer- und Kunststoffasern,
wie Polyesterfasern.
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Es steht im Belieben des Fachmanns, diejenigen Additive in solchen
Mengen einzusetzen, daß die angestrebten Eigenschaften des Verfahrensproduktes nicht
oder nur unwesentlich beeinträchtigt werden. Das kann anhand einiger weniger, den
Rahmen eines zumutbaren Arbeitsaufwandes nicht überschreitender Versuche durch den
Fachmann ermittelt werden.
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Die letztlich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlichen Formkörper
können beliebiger Gestalt sein.
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Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung
von Faserplatten. Der mit der Erfindung erzielbare technische Fortschritt ist insbesondere
darin zu sehen, daß nach der gegebenen Lehre bisher unverwertbare Rückstände als
nunmehr wertvolle Rohstoffe in ein neues Produkt vielfältiger Anwendungsmöglichkeiten
überführt werden können, indem die vorstehend genannten cellulosehaltigen Materialien
bei der Herstellung von Platten, Brettern, Türen, Wänden, Decken, Fußböden, Wandverkleidungen
und dergleichen, bei der Herstellung von Möbelstücken, beim Bau von Schiffen und
beliebigen anderen Transport- bzw. Beförderungsmitteln usw. in vorteilhafter Weise
zur Anwendung kommen können.
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Die obengenannten Artikel zeichnen sich durch vorzügliche physikalische
wie auch chemische Eigenschaften aus. So konnten beispielsweise bei einer erfindungsgemäß
hergestellten Faserplatte die folgenden physikalischen Eigenschaften festgestellt
werden: Biegefestigkeit: 24,6 N/mm2 (DIN 52362) Querzugfestigkeit bei Platten-Normtyp
V20: 0,64N/cm2 und bei V100: 0,2 N/mm2 (DIN 68763)
Sämtliche Werte
gelten für eine Platte, die unter den bevorzugten Verfahrensbedingungen nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren unter Verwendung von Weizenstroh als cellulosehaltigem
Material und unter Verwendung des vorstehend unter 1) angeführten Melaminformaldehydharz-Bindemittels
hergestellt wurden. Die Stärke der Faserplatte beträgt dabei 7,5 mm.
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Im folgenden soll eine für die Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens besonders geeignete Einrichtung anhand der beigefügten Zeichnung, die
ein Fließbild wiedergibt, beschrieben werden.
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Der cellulosehaltige Rohstoff, der zuvor in einem Zyklon gesichtet
und von Verunreinigungen, wie Staub und Lehm, in üblicher Weise befreit wurde, wird
in einen Häcksler 1 überführt, in dem er in geeignete kleinere Stücke zerschnitten
wird. Das zerschnittene Material wird mittels eines Förderbandes 2 einem Behälter
3 zugeführt, in dem ein Waschen erfolgt. Das gewaschene Material gelangt über ein
Förderband 4 in einen Behälter 5, in dem sich ein wässriges alkalisches Medium einer
Temperatur von 5 bis 400C, vorzugsweise von Raumtemperatur, findet. Dieses alkalische
Medium kann z.B. eine wässrige 1 %-ige Natronlauge darstellen. In dem wässrigen
alkalischen Medium erfolgt ein Einweichen des eingebrachten Materials, das anschließend
über eine Leitung 23, eine leistungsstarke Pumpe 6 und über eine Leitung 24 einem
mit einem Rührer versehenen Waschkasten 7 zugeführt wird. In diesem Waschkasten
wird das cellulosehaltige Material vor der Weiterverarbeitung von den noch anhaftenden
Anteilen des alkalischen wässrigen Mediums befreit. Frisches Wasser wird dem Waschkasten
7 über eine Leitung 44 zugeführt, während über eine Leitung 43 der Abzug verbrauchten
Waschwas-
sers erfolgt. Das aufgeweichte und gewaschene cellulosehaltige
Material tritt über die Leitung 25 in eine Pumpe 8 ein, die es über die Leitung
26 in eine Vorrichtung 9 zur Grobzerfaserung pumpt. Die anhaftenden Flüssigkeitsreste
werden über eine Leitung27, eine Pumpe 10, eine Leitung 28 und 29 einer Scheibennühle
11 zugeführt, während das grobzerfaserte Material über eine Leitung 40 direkt in
die Scheibenmühle 11 gelangt. Das feinzerfaserte Material wird dann mit der anhaftenden
Flüssigkeit über eine Leitung 30, eine Pumpe 12 und eine Leitung 31 auf ein Sieb
14 überführt, durch das die anhaftende Flüssigkeit abläuft, die dann über eine Leitung
38, eine Pumpe 13 und eine Leitung 39 wieder in den Behälter 5 zur chemischen Behandlung
überführt wird. Des weiteren sind Abzweigungsleitungen 41 und 42 vorgesehen, durch
die abgezweigte Flüssigkeit entweder wieder der Scheibenmühle 11 oder dem Waschkasten
7 zugeführt wird. Das von dem Sieb 14 abgezogene Material gelangt über eine Leitung
32, eine Pumpe 15 und eine Leitung 33 in einen mit einem Rührwerk ausgestatteten
Behälter 16, in den über eine Leitung 34, falls erforderlich, bereits zerfasertes
Material eingebracht wird, um den erfindungsgemäß einzuhaltenden Mahlgrad SR von
9 bis 35 einzustellen. Von diesem Behälter 16 wird das auf den genannten Mahlgrad
eingestellte Material in eine Zentrifuge 17 überführt, in der der Feststoffgehalt
des Materials durch Abzentrifugieren von Wasser auf etwa 80 % erhöht wird. Anschließend
wird dieses Material geringeren Wassergehaltes über einen Auslaß 18 auf einen Trichter
36 überführt, von dem es über eine Leitung 37 auf ein Schütteltransportband 19 in
Form eines vibrierenden Siebbandes gelangt. An das Schütteltransportband 19 ist
ein Schwachstrom angelegt, um dieses geringfügig aufzuheizen, vorzugsweise auf einen
Temperaturbereich von 30 bis 500C. Das Schüttel-
transportband
19 wird durch einen ventilierten Trocknungstunnel geführt und zeigt hinter dem Trocknungstunnel
einen Abstreifer 21, durch dessen Einwirkung das in der Regel auf einen Wert von
etwa 3 % Wassergehalt gebrachte cellulosehaltige Material in einen Lagerbehälter
22 gelangt. Das derartig hergerichtete zerfaserte cellulosehaltige Material wird
dann in einer nicht in der Zeichnung gezeigten Vorrichtung mit einer ausreichenden
Menge Bindemittel vermischt und anschließend - wie beschrieben - kalt- und dann
vor Gebrauch zu dem gewünschten Formkörper heißverpreßt oder sogleich heißverpreßt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren soll nun anhand eines Ausführungsbeispiels
noch näher erläutert werden.
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Beispiel: 30 kg frisches Weizenstroh wurden in einem Zyklon des Lödige-Typs
gesichtet und von Verunreinigungen, wie Staub und Lehm, befreit. Dann wurde das
Stroh mittels eines Häckslers des Lödige-Typs in kleine Stücke einer durchschnittlichen
Länge von 45 mm zerschnitten, gewaschen und in einen Behälter in eine 2 %-ige Natriumhydroxidlösung
gegeben und darin bei Raumtemperatur 4 Stunden belassen. Das auf diese Weise zur
Zerfaserung vorbereitete Produkt wird gefiltert, mit reinem Wasser gewaschen und
in drei verschiedenen Chargen in eine Scheibenmühle des Sprout-Waldron-Typs gegeben,
wobei bei den verschiedenen Chargen ein Scheibenabstand von 38 mm, 25 mm bzw. 12
mm gewählt wurde. Die drei zerfaserten Chargen wurden anschließend vermischt und
lie-
ferten einen Mahlgrad SR von 22. Nach einer üblichen Entwässerung
und Trocknung auf einen Wassergehalt von ca.
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3 % wurde das zerfaserte cellulosehaltige Material in einem Mischer
des Lödige EX-Typs mit dem in der Beschreibung als Melaminformaldehydharz-Bindemittel
1 angeführten Bindemittel in einer Menge von 360 g besprüht, so daß das besprühte
Produkt letztlich davon 10 Gew.-% - bezogen auf das Gesamtgewicht des reinen Fasermaterials
und des reinen Bindemittels - enthielt.
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Dieses Produkt wurde dann in einer Preßvorrichtung des Siempelkamp-Typs
bei Raumtemperatur und einem Druck von 30 kp/cm2 kaltverpreßt und anschließend in
aufgerollter Form zum Versand hergerichtet. An der Gebrauchsstelle wurde es dann
während 4 Minuten bei einem Druck von etwa 50 kp/cm2 und einer Temperatur von 1700C
zu der gewünschten Faserplatte heißverpreßt.
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L e e r s e i t e