DE3044221A1 - METHOD FOR THE DIMENSIONAL STABILIZATION OF PRESS-COMPRESSED WOOD MATERIALS - Google Patents
METHOD FOR THE DIMENSIONAL STABILIZATION OF PRESS-COMPRESSED WOOD MATERIALSInfo
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Description
ROTGERSWERKE Aktiengesellschaft, D-6000 Frankfurt Pat-795-R ROTGERSWERKE Aktiengesellschaft, D-6000 Frankfurt Pat-795-R
Patentanmeldung
15Patent application
15th
Verfahren zur Dimensionsstabilisierung von preßverdichteten HolzwerkstoffenProcess for dimensional stabilization of compression-molded Wood-based materials
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Vergütung von Holzwerkstoffen, die durch ein Preßverfahren verdichtet worden sind.The invention relates to a method for remuneration of wood-based materials, which are compacted by a pressing process have been.
Die natürliche Dimensionsänderung von Holz und Holzprodukten bei wechselnden Holzfeuchtigkeiten ist ein Nachteil dieser
Werkstoffgruppe. Die Dimensionsstabilität kann durch konstruktive,
chemische und physikalische Maßnahmen verbessert werden. Dazu existieren in der Praxis und in der Literatur zahlreiche
Lösungsvorschiäge.
Als besonders wirtschaftliche Methode wird in der DE-PS
2 263 758 ein Verfahren zur Dimensionsstabilisierung von Holz bei Temperaturen zwischen 120 und 18O0C in einer Gasatmosphäre
bei Gasdrücken bis zu 15 bar beschrieben. BeiThe natural change in dimensions of wood and wood products with changing wood moisture levels is a disadvantage of this group of materials. The dimensional stability can be improved by constructive, chemical and physical measures. There are numerous proposed solutions in practice and in the literature.
As a particularly economical method 2263758 a method for the dimensional stabilization of wood at temperatures between 120 and 18O 0 C in a gas atmosphere at gas pressures up to 15 bar is described in DE-PS. at
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diesen Verfahrensbedingungen können innerhalb weniger Stunden Verbesserungen der Dimensionsstabilität um 50 - 70 % erzielt werden. Jedoch ist bei Massivhölzern die Gefahr der Rißbildung bei feuchtem Holz groß. Aus diesem Grund wird im Verfahren gemäß DE-OS 2 916 677 Holz mit einer Holzausgangsfeuchte unter 10 % eingesetzt und bei Temperaturen zwischen 160 und 24O0C in einer Gasatmosphäre unter Druck vergütet.Under these process conditions, improvements in dimensional stability of 50-70 % can be achieved within a few hours. However, in the case of solid wood, the risk of cracking when the wood is damp is great. For this reason, 2,916,677 timber is used with a timber output moisture content of below 10% and annealed at temperatures between 160 and 24O 0 C in a gaseous atmosphere under pressure in the process according to DE-OS.
Bei Holzwerkstoffen, die durch ein Preßverfahren verdichtet worden sind,wie Span- oder Faserplatten sowie Sperr- oder Schichtholz,ist der Nachteil der natürlichen Dimensionsänderung des Holzes in der Plattenebene nur noch sehr gering wirksam, aber senkrecht zur Plattenebene liegt bei Feuchtigkeitsaufnahme eine extrem hohe Dickenquellung von bis zu 30 % vor, die die natürliche Quellung von Holz weit übertrifft. Die Ursache für diese große Dickenquellung ist das Bestreben der Holzfasern und -laminate, in die Ausgangslage vor dem Verpressen und Verdichten zurückzukehren.In wood-based materials that have been compacted by a pressing process, such as chipboard or fiberboard, plywood or laminated wood, the disadvantage of the natural dimensional change of the wood in the plane of the board is only very slightly effective, but perpendicular to the plane of the board there is an extremely high thickness swelling when moisture is absorbed of up to 30 % , which far exceeds the natural swelling of wood. The reason for this great swelling in thickness is the tendency of the wood fibers and laminates to return to their original position before pressing and compacting.
Man hat daher versucht, eine Dimensionsstabilisierung von Spanplatten zu erzielen, indem man Holzspäne nach Verfahren gemäß DE-PS 2 263 758 oder DE-OS 2 916 677 mittels Wärme und Druck vergütet und aus diesen behandelten Spänen die Spanplatten herstellt.Attempts have therefore been made to stabilize the dimensions of To achieve chipboard by using wood chips according to the method according to DE-PS 2 263 758 or DE-OS 2 916 677 by means of heat and Compensates for pressure and uses these treated chips to manufacture chipboard.
Diese Arbeitsweise ist jedoch mit einer erheblichen Brand-. gefahr verbunden. Außerdem werden die Späne bei der Wärme-Druck-Behandlung spröde, so daß bei der Herstellung der Spanplatten Schwierigkeiten auftreten.However, this way of working is associated with a significant fire. associated with danger. In addition, the chips are used in the heat-pressure treatment brittle, so that difficulties arise in the manufacture of the chipboard.
im Verfahren gemäß DE-OS 1 453 382 werden kochfest verleimte Holzspanplatten mit feuchter Luft unter Druck bei i m The method according to DE-OS 1,453,382 to boiling glued wood-based panels with humid air under pressure at
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Temperaturen zwischen 70 und 15O0C behandelt. Aufgrund der notwendigen Behandlungsdauer von ein oder sogar mehreren Tagen ist dieses Verfahren äußerst unwirtschaftlich. Zudem ist die Reduzierung der Dickenquellung relativ geringfügig und muß noch durch zusätzliches Aufbringen eines Hydrophobierungsmittels . auf die Späne verbessert werden.Temperatures between 70 and 150 0 C treated. Due to the necessary treatment duration of one or even several days, this process is extremely uneconomical. In addition, the reduction in the swelling in thickness is relatively slight and has to be achieved through the additional application of a water-repellent agent. on the chips to be improved.
Es bestand demnach die Aufgabe, ein sicheres, wirtschaftliches Verfahren zu finden, zur Dimensionsstabilisierung von Holzwerkstoffen, die durch ein Preßverfahren verdichtet worden sind, mit dem man innerhalb kurzer Behandlungszeit eine optimale Quell festigkeit des behandelten Holzwerkstoffs erzielt.The task, therefore, was a safe, economical one To find a method for dimensional stabilization of wood-based materials that have been compacted by a pressing process with which an optimal swelling resistance of the treated wood-based material is achieved within a short treatment time.
Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß die durch ein Preßverfahren verdichteten Holzwerkstoffe bei Temperaturen von 160 - 22O0C in einer Gasatmosphäre behandelt werden, · die auf 4 bis 15 bar verdichtet worden ist.The object is that the compacted by a pressing wood materials at temperatures of 160 - 22O 0 C are treated in a gas atmosphere, · which has been compressed to between 4 and 15 bar.
Obwohl man ursprünglich annahm, daß unter den erfindungsgemäßen Verfahrensbedingungen die Verleimung der Holzwerkstoffe zerstört würde, daß die Handhabung vorgeformter Teile, verbunden mit einer gleichmäßigen Reklimatisierung, schwierig sein würde und daß durch ungleichmäßige Spannungen irreparable Verwerfungen entstünden, stellte es sich heraus, daß unter den erfindungsgemäßen Bedingungen Holzwerkstoffe wie Spanplatten und Schichthölzer leicht und problemlos vergütet werden können und daß die Formänderungen während des Behandlungsprozesses vernachlässigbar gering sein können. Durch die Vergütung bei hohen Drücken und Temperaturen wird der Zustand nach dem Verdichten des Holzwerkstoffs stabilisiert; das Rückfederungsbestreben der Fasern in den Ausgangszustand ist sehr stark reduziert. GleichzeitigAlthough it was originally believed that among the inventive Process conditions the gluing of the wood-based materials would be destroyed, that the handling of preformed parts, combined with a uniform reconditioning, difficult and that would be irreparable due to uneven tensions If there were distortions, it was found that, under the conditions according to the invention, wood-based materials such as chipboard and plywood can be remunerated easily and without problems and that the changes in shape during the Treatment process can be negligibly small. By tempering at high pressures and temperatures the state is stabilized after the wood-based material has been compacted; the tendency of the fibers to spring back in the initial state is very much reduced. Simultaneously
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ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED
werden die Holzfasern, wie in den Patentschriften DE-OS 2 916 677 und DE-PS 2 263 758 beschrieben* in ihrem Quellverhalten verbessert. Deshalb nimmt durch das beschriebene Verfahren auch die bei Sperrholz und Spanplatten schon relativ geringe Feuchteverformung in den Plattenebenen noch weiter ab. Dies ist ein Vorteil insbesondere bei großflächigen oder sehr langen Bauteilen.the wood fibers, as described in the patent specifications DE-OS 2 916 677 and DE-PS 2 263 758 * in their swelling behavior improved. Therefore, with the method described, the process for plywood and chipboard already increases relatively low moisture deformation in the plate levels even further. This is an advantage especially for large or very large areas long components.
Es ist ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß vergütete Holzwerkstoffe erhalten werden, deren Dickenquellung bei Feuchtigkeitseinfluß geringer ist als die Dickenquell ung von Holzwerkstoffen, die aus gemäß DE-PS 2 263 und DE-OS 2 916 677 behandelten Holzspänen hergestellt worden sind.It is a further advantage of the method according to the invention that tempered wood-based materials are obtained whose thickness swell under the influence of moisture is less than the swelling in thickness of wood-based materials, which are made in accordance with DE-PS 2,263 and DE-OS 2 916 677 treated wood chips have been produced.
Durch die erzielte Reduzierung der Dickenquellung lassen sich die Einsatmöglichkeiten maßhaltiger Profile auf Spanholzbasis verbessern und ausweiten. Denkbar ist die Herstellung von kunststoffummantelten Fensterprofilen auf der Basis von Schichtholz oder Spanplatten. Wegen des Abfalls der Biegefestigkeit der Holzwerkstoffe nach diesem Verfahren sind unter den Spanplatten die Typen mit hoher Biegefestigkeit wie z.B. die OSB-Platten bevorzugt.The reduction in the swelling in thickness achieved allows Improve and expand the possibilities of using dimensionally stable profiles based on chipboard. The production of plastic-coated window profiles based on Plywood or chipboard. Because of the decrease in the flexural strength of the wood-based materials after this process Among the chipboards, the types with high flexural strength such as OSB panels are preferred.
Eine wesentliche Voraussetzung für das Verfahren ist die Temperaturbeständigkeit der im Holzwerkstoff eingesetzten Bindemittel. Bevorzugt kommen hier Phenolharze zum Einsatz. Harnstoffharze können nicht verwendet werden.An essential prerequisite for the process is the temperature resistance of the wood material used Binder. Phenolic resins are preferably used here. Urea resins cannot be used.
HoTzwerkstoffe sind hinsichtlich der Rißbildung weniger · empfindlich als Massivhölzer. Deshalb kann der Wassergehalt im Bereich von 0 - 20 % variiert werden. Je größer die kleinste Holzdimension in der Regel die Plattendicke ist, um so niedriger sollte der Wassergehalt liegen. Die Formstabilität der vergüteten Platte ist immer umso besser, je niedriger die Holzfeuchte ist. AndererseitsWood materials are less sensitive to cracking than solid wood. Therefore the water content can be varied in the range of 0 - 20 %. As a rule, the larger the smallest wood dimension the board thickness, the lower the water content should be. The dimensional stability of the tempered board is always better, the lower the wood moisture content. on the other hand
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ist die Holzdimensionsstabilisierung bei hohen Feuchtegraden besser. Der optimale Bereich der Holzfeuchtigkeit liegt deshalb zwischen 4 und 12 %. wood dimensional stabilization is better at high levels of moisture. The optimal range of wood moisture is therefore between 4 and 12 %.
Die Holzwerkstoffe werden in einem Reaktionsgefäß in einer verdichteten Gasatmosphäre bei Temperaturen von 160 - 22O0C behandelt. Die Arbeitsdrücke liegen im allgemeinen zwischen 4 und 15 bar, insbesondere zwischen 6 und 12 bar.The wood materials are in a reaction vessel in a compressed gas atmosphere at temperatures of 160 - treated 22O 0 C. The working pressures are generally between 4 and 15 bar, in particular between 6 and 12 bar.
Die Behandlungsdauer liegt in der Regel zwischen 0,5 und Stunden; sie ist im allg<
Temperatur gewählt wird.The duration of treatment is usually between 0.5 and hours; it is in general <
Temperature is selected.
'" Stunden; sie ist im allgemeinen um so kurzer, je höher die '" Hours; in general, the higher the hours, the shorter the hours
Besonders gute Ergebnisse, insbesondere im Hinblick auf .die Vermeidung von Spannungen und Partialdruckgradienten, können ^5 erzielt werden, wenn man die bei der thermischen Behandlung aus dem Holz entweichenden Produkte im Reaktionsgefäß anreichert. Dies kann erreicht werden z.B. durch einen hohen Füllungsgrad des Reaktors, also durch ein niedriges Verhältnis von Reaktorvolumen zu Holzvolumen, vorzugsweise niedrigerParticularly good results, especially with regard to .the avoid tension and partial pressure gradient, can ^ 5 are achieved when enriches the escaping in the thermal treatment of the wood products in the reaction vessel. This can be achieved, for example, by a high degree of filling of the reactor, that is to say by a low ratio of reactor volume to wood volume, preferably lower
c als 7, und/oder durch einen Zusatz von Holzkondensat und/oder eines oder mehrerer Holzkondensat-Inhaltsstoffe. c as 7, and / or by adding wood condensate and / or one or more wood condensate ingredients.
Von dem im Holzkondensat vorhandenen Inhaltsstoffen,wie z.B. Ameisensäure, Essigsäure, Furfural, Furfurylakohol,Of the ingredients present in the wood condensate, such as e.g. formic acid, acetic acid, furfural, furfuryl alcohol,
" Methanol, oder auch Wasser, sind insbesondere Essigsäure und/oder Ameisensäure geeignet. Auch höhere.Alkancarbonsäuren, insbesondere mit bis zu 6 Kohlenstoffatomen, bzw. auch die Anhydride dergerrannte.n Säuren, z.B. Essigsäureanhydrid, kommen als Zusatz in Frage. Die Zusätze können dabei vor der Wärmebehandlung in den Reaktionsraum eingegeben werden, oder werden vorzugsweise während "Methanol, or even water, is especially acetic acid and / or formic acid are suitable. Also higher alkanecarboxylic acids, in particular with up to 6 carbon atoms, or also the anhydrides of the acids, e.g. acetic anhydride, are possible as additions. The additives can be entered into the reaction space before the heat treatment, or are preferably added during
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der Behandlung dem Reaktor von außen zugeführt. Eine weitere Möglichkeit besteht auch darin, das zu behandelnde Holz vor der Behandlung mit den Zusatzstoffen zu tränken.fed to the treatment of the reactor from the outside. Another possibility is also that to be treated Soak wood with additives before treatment.
Die Menge an Zusatzstoff ist im allgemeinen nicht kritisch. Die Summe der Partialdrücke sollte in der Regel 12 bar nicht überschreiten; es sollen auf keinen Fall Konzentrationen erreicht werden, bei denen bereits eine Teil kondensation der Zusatzstoffe im Reaktionsgefäß erfolgt.The amount of additive is generally not critical. As a rule, the sum of the partial pressures should not be 12 bar exceed; Under no circumstances should concentrations be reached at which there is already partial condensation the additives takes place in the reaction vessel.
Aus Sicherheitsgründen, und um einen oxidativen Holzabbau zu unterdrücken, soll die Sauerstoffkonzentration im Reaktionsgefäß 5 Volumenprozente nicht überschreiten. Um eine möglichst helle Tönung des behandelten Holzes sicherzustellen, ist es zweckmäßig, Sauerstoff ganz auszuschalten; man arbeitet dann in einer Inertgasatmosphäre, z.B. unter Stickstoff.For safety reasons and for oxidative wood degradation to suppress the oxygen concentration in the reaction vessel Do not exceed 5 percent by volume. To ensure that the treated wood is tinted as light as possible, it is advisable to switch off oxygen completely; one then works in an inert gas atmosphere, e.g. under nitrogen.
Als Reaktionsgefäß (Reaktor) wird vorzugsweise ein Autoklav aus korrosionsbeständigem Material, z.B. aus 1.4571- oder 1.4541-Stahl verwendet. Die Größe und Dimensionierung richtet sich dabei nach der Größe der einzusetzenden Hölzer. Die Wärmezufuhr erfolgt vorzugsweise über im Reaktionsgefäß eingebaute Heizschlangen durch überhitzten Wasserdampf von z.B. 40 bar. Zur Verbesserung des Wärmeaustausches vom Wärmeträger in die Gasatmosphäre und von der Gasatmosphäre in das Holz hat sich dabei eine Gasumwälzung im Reaktionsraum, z.B. mittels eines Ventilators oder eines Gebläses, als zweckmäßig erwiesen.The preferred reaction vessel (reactor) is an autoclave made of corrosion-resistant material, e.g. 1.4571 or 1.4541 steel is used. The size and sizing is aimed depending on the size of the woods to be used. The heat is preferably supplied via the reaction vessel built-in heating coils through superheated steam of e.g. 40 bar. To improve the heat exchange from the heat carrier in the gas atmosphere and from the gas atmosphere into the wood there is a gas circulation in the reaction chamber, e.g. by means of a fan or a blower, as proven expedient.
Das Entspannen und Abkühlen des Reaktors und seines Inhalts muß langsam erfolgen, um Produktschädigungen zu vermeiden.Relaxing and cooling the reactor and its contents must be done slowly to avoid product damage.
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Die jeweilige Zeitspanne ist produktabhängig. Bei Spanplatten in der Dicke 16 mn kann z.B. innerhalb von 15 Min. von 10 bar auf 1 bar entspannt und von 190tumlufttemperatur auf Zimmertemperatur abgekühlt werden.The respective time span depends on the product. For chipboard with a thickness of 16 mn, for example, 10 bar can be reached within 15 minutes relaxed to 1 bar and from ambient air temperature to room temperature be cooled down.
Buchenschichtholz in den Abmessungen 50 χ 100 χ 1000 mm (radial χ tangential χ axial), das aus mit Phenolharz verleimten 1,2 mm Schälfurnieren hergestellt war, wurde bei 1950C in N2 -Atmosphäre bei 10 bar Gesamtdruck des umgewälzten Gases behandelt. Die Anfangsfeuchtigkeit des Holzes betrug 5 %. Nach einer Behandlungsdauer von 2 1/2 h wurde der Reaktor innerhalb von 20 Min. entspannt und auf etwa 7O0C abgekühlt.Beech plywood in the dimensions 50 100 χ 1000 mm (radial χ tangential χ axial), which was made from 1.2 mm peeled veneers glued with phenolic resin, was treated at 195 ° C. in an N 2 atmosphere with a total pressure of 10 bar of the circulated gas. The initial moisture content of the wood was 5 %. After a treatment time of 2 1/2 hours, the reactor was within 20 min relaxed. And cooled to about 7O 0 C.
Tabelle 1 zeigt die Eigenschaften des so vergüteten Schichtholzes im Vergleich zu unvergütetem Buchenschichtholz. Die Quellung wurde jeweils bestimmt nach 14-tägiger Lagerung der Probekörper in Wasser bei 2O0C. Tabelle 1Table 1 shows the properties of the laminated timber treated in this way in comparison to unmodified beech laminated timber. The swelling was determined in each case after 14 days of storage of the specimens in water at 2O 0 C. Table 1
(Die Tabelle enthält statistische Mittelwerte)(The table contains statistical mean values)
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Buchenschichtholz, hergestellt aus 4 mm Schälfurnieren mit Phenolharzverleimung in dem Abmessungen 50 χ 100 χ 1000 mm wird wie in Beispiel 1 angegeben behandelt und untersucht. Die Ausgangsfeuchte der Platten war 8 %. Tabelle 2 zeigt die Eigenschaften des so vergüteten Schichtholzes im Vergleich zu unbehandeltem Buchenschichtholz.Beech plywood, produced from 4 mm peeled veneers with phenolic resin gluing in the dimensions 50 100 1000 mm, is treated and examined as indicated in Example 1. The initial moisture content of the panels was 8 %. Table 2 shows the properties of the plywood treated in this way in comparison to untreated plywood.
Eine handelsübliche mit Phenolharz verleimte Spanplatte in 16 mm Plattenstärke wurde 2 1/2 h bei 1950C und 10 bar Gasdruck in einer umgewälzten Stickstoffatomosphäre behandelt. Die Ausgangsfeuchte betrug 10 %. Tabelle 3 zeigt die entsprechenden Prüfwerte im Vergleich zu denen einer nicht behandelten Spanplatte.A commercially available chipboard, glued with phenolic resin and having a panel thickness of 16 mm, was treated for 2 1/2 hours at 195 ° C. and 10 bar gas pressure in a circulating nitrogen atmosphere. The initial moisture content was 10 %. Table 3 shows the corresponding test values in comparison with those of an untreated chipboard.
Querzugfestigkeit nach ο Transverse tensile strength according to ο
Kochtest V 100 (N/imr) 0,15 0,15Boil test V 100 (N / imr) 0.15 0.15
nach DIN 68763according to DIN 68763
οο
4 mm starke Hartfaserplatten werden 1 h bei 195 C in einer N2-Atmosphäre vergütet. Der Gesamtgasdruck liegt bei 10 bar. Die Anfangsfeuchtigkeit der Hartfaserplatten beträgt 10 JS. Tabelle 4 zeigt die entsprechenden Prüfwerte im Vergleich zu denen einer nicht vergüteten Hartfaserplatte.4 mm thick hardboard are tempered for 1 hour at 195 ° C. in an N 2 atmosphere. The total gas pressure is 10 bar. The initial moisture content of the hardboard is 10 JS. Table 4 shows the corresponding test values in comparison with those of a non-tempered hardboard.
Tabelle 4 . ·Table 4. ·
Die Vergütung einer Spanplatte mit orientierten Spänen (OSB-Typ) wurde bei 1950C, 10 bar N2-Atmosphäre 1 h behandelt. Die verwendete OSB-Platte ist vom 1-ply-Typ, d.h. es liegt nur eine einheitliche Schicht und Spanorientierung vor. Die Dicke beträgt 3,6 mm.The tempering of a chipboard with oriented chips (OSB type) was treated at 195 ° C., 10 bar N 2 atmosphere for 1 h. The OSB panel used is of the 1-ply type, ie there is only one uniform layer and chip orientation. The thickness is 3.6 mm.
Tabelle 5 zeigt die entsprechenden Prüfwerte im Vergleich zu denen einer nicht vergüteten OSB-Platte.Table 5 shows the corresponding test values in comparison with those of a non-tempered OSB panel.
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