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Material zur Uerminderuno der Formaldehyd-Abspaltunci
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Die Erfindung betrifft zu den Ausgangsrohstoffen, die zur Herstellung
von Holzspanplatten benötigt werden, trocken beimengbares Material, das zur weitgehenden
Verminderung der nachträglichen Abgabe von Formaldehydgas dient, das aus den bei
der Herstellung der Spanplatten verwendeten Harnstoff-Formaldehyd-Harzen stammt,
sowie ein erfahren zur Herstellung dieses Materials.
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Insbesondere bei der Spanplattenherstellung, bei der die Holzspäne
weitgehend mit Harnstoff-Formaldehyd-Harz verleimt werden, kommt es immer wieder,
insbesondere unter dem Einfluß von Feuchtigkeit, zu einer nachträglichen Formaldehyd-Abspaltung.
Das Formaldehydgas wirkt hierbei nicht nur durch seinen stechenden Geruch unangenehm,
sondern kann auch in höheren Konzentrationen oder bei Einwirkung über einen längeren
Zeitraum hinweg ernste Gesundheitsschäden
verursachen. Da jedoch
derartige Formaldehyd-Abspaltungen gerade aus mit Harnsto ff-Formaldehyd-Konensaten
verleimten Spanplatten über Jahre anhalten können, genügen bereits kleine ppm-Mengen,
um möglicherweise solche Wirkungen hervorzurufen. Es stellt sich daher die Aufgabe,
derartige Formaldehyd-Abspaltungen weitgehend einzudämmen beziehungsweise zu vermeiden.
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An sich wäre diese Aufgabe, zumindest hinsichtlich des Weges der einzuschlagen
ist, und der Materialien, die zu verwenden sind, bereits gelöst. So wird beispielsweise
nach der DE-OS 16 53 167 vorgeschlagen, den Spankuchen zum Pressen von Holzspanplatten
bis zu 10 Gew.°Ó des verwendeten Leimes an Stoffen beizugeben, die in der Lage sind,
Formaldehyd zu binden. Es werden in dieser Schrift auch derartige Stoffe benannt.
Angeführt sind hier: Polyacrylsäureamid, Harnstoff, Guanidin, Hydroxylamin, Athylendiamin,
Anilin, Phenol, Resorcin, Dibutylthioharnstoff und Diphenylmethandisocyonat. Diese
Stoffe liegen teilweise in pulverförmiger Form, teilweise gasförmig und teilweise
auch in Lösungen vor. In der angezogenen Vorveröffentlichung wird vorgeschlagen,
diese Stoffe pulverförmig den Holzspänen beizumengen.
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Es hat sich gezeiyt, daß die pulverförmige Beimengung dieser formaldehydbindenden
Stoffe nicht den gewünschten Erfolg bringt, weil bei den im Fabrikationsprozeß nicht
zu vermeidenden Vibrationen diese pulverförmigen Bestandteile durch den Spankuchen
hindurch rieseln und sich am Boden der Spanplattenform absetzen. Damit ist Jedoch
nur ein ganz geringer Teil des Querschnitts dieser Spanplatten mit diesen formaldehydbindenden
Mitteln durchsetzt, womit die Wirkung dieser Mittel illusorisch wird. Außerdem wird
der Bindemechanismus zwischen den einzelnen Spänen beeinträchtigt und damit auch
die Festigkeit, zumindest auf der Seite, die zuvor den Boden der Plattenform bildete.
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Einem weiteren Vorschlag nach der DE-AS 27 40 27 nach, soll den Spänen
eine wässrige Dispersion zugegeben werden, die ebenfalls solche formaldehydbindenden
Mittel enthält. Auch diese Lösung führte jedoch nicht zum Erfolg, da sich die formaldehydbindenden
Mittel zwar nach Abdampfen des Lösungsmittels auf den Holzspänen ablagern, aber
auch, nach dem Trocknen, der Schwerkraft folgend, sich wiederum am Boden des Spankuchens
ablagern. Verbleibt die Dispersion auf den Holzspänen, so behindert der allseitige
Überzug der Holzspäne mit der Dispersionsflüssigkeit die Verleimung der Späne miteinander,
womit eine nicht annehmbare Festigkeitseinbuße verbunden ist. Außerdem würde dann
auch durch den hohen Wassergehalt des zu verpressenden Materials Ausschuß entstehen.
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Weiter bekannt nach der DE-AS 20 18 151 ist ein Verfahren zur Herstellung
eines trockenen, faserigen Materials, bestehend aus den faserigen Trägermaterialien
und diesen angelagerten pulverförmigen Zusatzstoffen, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß die Zerfaserung der Trägermaterialien trocken in Anwesenheit der pulverförmigen
Zusatzstoffe erfolgt. Dieser Weg wurde zumindest im Labor sehr erfolgreich begangen,
um solche formaldehydbindende pulverförmige Stoffe an Fasern, insbesondere an organischen
Fasern, anzulagern. Diese beladenen Fasern konnten dann, ohne daß eine Entmischung
befürchtet werden mußte, den Holzspänen zur Bildung von Holzspanplatten zugefügt
werden. Da auch keine Änderung der optimalen Feuchtigkeit durch diese Zugabe erfolgte,
war auch, dies allerdings überraschenderweise, keine Festigkeitseinbuße zu verzeichnen.
Überraschenderweise deshalb, weil davon ausgegangen werden mußte, daß die Beifügung
dieser Fasern ebenfalls die Verleimung behindert.
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Tatsächlich ist dies jedoch nicht der Fall, vorausgesetzt die Fasern
weisen einen entsprechenden Feinheitsgrad auf.
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In der industriellen Fertigung ergaben sich jedoch auBerordentliche
Schwierigkeiten bei der Verbindung der formaldehydbindenden Mittel mit den feinen
Fasern. Insbesondere traten die Schwierigkeiten bei dem Mittel auf, das zweckmäßigerweise
aus wirtschaftlichen Gründen verwendet wird, bei Harnstoff. Bereits nach sehr kurzer
Betriebsdauer waren in aller Regel die verwendeten Mahlwerke zum Zerfasern der Trägermaterialien
verstopft und die gegeneinander bewegten Teile dermaßen miteinander verklebt, daß
größte Schwierigkeiten bestanden, sie wieder in brauchbaren Zustand zu bringen.
Zurückzuführen ist dies wohl darauf, daß die organischen Fasern zusammen mit dem
Harnstoff unter Einwirkung von Feuchtigkeit ein Kondensationsprodukt bilden, das
zu diesen Verklebungen beziehungsweise Verharzungen führt.
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Zu lösen war daher letztlich die Aufgabe, wie der auf wirtschaftliche
Art und Weise als formaldehydbindendes Mittel zu verwendende Harnstoff an derartige
faserige Trägermaterialien auch in industriellem Maßstab anzulagern war. Erreicht
wurde dies nach der Erfindung dadurch, daß einem getrockneten, zu einem mit Pralleinbauten
versehenen Mahlwerk führenden Luftstrom kristallisierter Harnstoff solange zugegeben
wird, bis das Mahlwerkinnere eine dichte Harnstoffstaub-Atmosphäre aufweist und
daß anschließend daran kontinuierlich d-ie organischen Fasern zusammen mit der dem
gewünschten Verhältnis entsprechenden Menge Harnstoff zugegeben werden.
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Nicht mehr also wie bisher werden einfach die verbindenden Materialien
einer Mühle unter Beachtung der jeweiligen Mengen zugeführt, sondern es wird vor
Arbeitsbeginn dafür gesorgt, daß das Mühleninnere vollkommen trocken und mit einer
Harnstoffstaub-Atmosphäre gefüllt ist, bevor ebenfalls trockene Fasern durch einen
getrockneten Luftstrom der Mühle zusammen mit weiterem Harnstoff zugeführt werden.
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Bereits das weitgehende Vermeiden von Feuchtigkeit beim
Produktionsvorgang
erbrachte schon einen außerordentlichen Erfolg beziehungsweise eine Möglichkeit
zu durchgehendem 24-Stunden-Betrieb. Verbessert wird das Ergebnis noch dadurch,
daß der Luftstrom und die Mühle durch Beifügen kühler Gase, vorzugsweise gasförmigem
Stickstoff, gekühlt werden. Dadurch können sich auch keine Oxidationsprodukte mehr
bilden, da dies zum einen durch die Schutzgasatmosphäre und zum anderen durch die
Kühlung unterbunden wird.
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Je nach dem eingesetzten Material genügt es auch, wenn lediglich in
bekannter Weise nur die Mühle über einen von kühlem Gas oder einer kühlen Flüssigkeit
durchströmten Kühlmantel gekühlt wird.
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Zweckmäßigerweise werden hierbei als Mahlwerke die zu mahlenden Stoffe
stark beschleunigende Mühlen einaesetzt, wie Rotorzerkleinerer, Schlagscheiben-,
Planscheiben-, Prallstiftmühlen, insbesondere aber Pralltellermühlen. Das Ergebnis
sind an organische Fasern angelagerte Harnstoffkristalle, wobei - so darf vermutet
werden - die Bindung dieser Harnstoffkristalle an die organischen Faser-Schnittstellen
durch Elektrovalenz-Kräfte und van-der-Waals-Kräfte erfolgt. Diese Kräfte können
sich tatsächlich auch zwischen den Fasern und den Harnstoffkristallen auswirken,
weil die freien Schnittstellen bereits bei ihrer Entstehung von den Kristallen belegt
werden. Dies deshalb, weil in erfindungsgemäßer Weise vor Arbeitsbeginn das Mahlwerkinnere
eine Harnstoffstaub-Atmosphäre aufweisen soll, also bereits bei Mahlbeginn die Fasern
und damit auch die freien Schnittstellen sich in dieser dichten Harnstoffstaub-Atmosphäre
befinden. Wäre dies nicht der Fall, würden die freien Schnittstellen sofort von
Gasmolekülen belegt werden, so daß die oben beschriebenen Bindekräfte nicht zur
Bindung der Harnstoffkristalle dienen könten.
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Zweckmäßigerweise wird das Gewichtsverhältnis von Fasern zu Harnstoff
zwischen 1:0,3 und 1:0,8 gelegt, dasjenige der Fasern Mit angelagertem Harnstoff
zu der Harnstoff-Formaldehyd-Harz-Menge zwischen 1:2 und 1:20.
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Schematisch ist auf der beigefügten Zeichnung die Durchführung des
Verfahrens dargestellt. Einem Mahlwerk M wird über einen trockenen Luftstrom 1 einerseits
kristalliner Harnstoff 2 und andererseits Faserstoff 3 zugeführt. Das Gemisch wird
gemäß dem Pfeil 4 aus der Mühle ausgetragen.
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Vor Arbeitsbeginn wird lediglich kristalliner Harnstoff 2 durch den
getrockneten Luftstrom 1 dem Mahlwerk zugeführt, bei geschlossener Auslaßöffnung
4. Dadurch bildet sich innerhalb des Mahlwerks eine dichte Harnstoffstaub-Atmosphäre,
in die dann das faserige material gemäß dem Pfeil 3, gemeinsam mit der gewünschten
Menge Harnstoff gemäß dem Pfeil 2, zugeführt wird. Dadurch werden tatsächlich die
sich beim Mahlen ergebenden freien Schnittstellen der Fasern von Harnstoffkristallen
belegt, die dort durch Elektrovalenz-<räfte und van-der-Waals-Kräfte gehalten
werden.
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Tatsächlich hat die Praxis auch gezeigt, daß die Beladung der Fasern
auch bei starken Vibrationen erhalten bleibt und daß auch, durch das Anklammern
der Fasern an den Holzspänen, stets der gesamte Querschnitt der zu bildenden Spanplatten
mit diesen formaldehydbindenden Materialien durchsetzt wird.
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In der Praxis haben sich folgende Mischungen zwischen organischen
Fasern und Harnstoffkristallen bewährt: 1. 1000 Gewichtsteilen getrockneter Zellulose,
der gewonnen wurde aus dem Harnstoff der Abwasserklärung von Papier-und Zellstoffabriken,
werden 500 Gewichtsteilen Harnstoff zugegeben und in der oben beschriebenen Art
und Weise zusammen vermahlen. Es bildet sich als Ergebnis ein watteähnlicher Stoff,
an dem fest die eingegebenen Harnstoffkristalle
angelagert sind.
Dieser watteähnliche Stoff kann unschwer den Holzspänen in den üblichen Verarbeitungsmaschinen
beigegeben werden.
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2. 1000 Gewichtsteilen zerfasertem Holzschliff oder zerfaserten Holzabfällen,
die wiederum aus der Abwasserklärung stammen, werden 600 Gewichtsteilen Harnstoff
beigegeben.
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Auch hier wird nach der gleichen Behandlung, gegebenenfalls in einer
engeren Einstellung des Mahlspaltes des zu verwendenden Mahlwerkes, die gleichen
Ergebnisse, wie sie oben beschrieben sind, erzielt.
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3. Auch bei trockenen Holzabfällen ergibt sich das gleiche gute Ergebnis,
wenn 1000 Gewichtsteilen derartiger zerfaserter Holzabfälle 550 Gewichtsteile Harnstoffkristalle
beigemengt und wie beschrieben bearbeitet werden.
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Es ist auf jeden Fall festzuhalten, daß damit erstmals ein Material
angegeben ist, das mit den bereits vorhandenen Maschinen zur Herstellung von Spanholz
verarbeitet werden kann und eine nachträgliche Formaldehyd-Abspaltung aus Harnstoff-Formaldehyd-Kondensat
verleimten Holzspanplatten mit Sicherheit auch über die gesamte Standzeit der Holzspanplatten
verhindert.
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