DE3728123A1 - Verfahren zur herstellung von zerfasertem zellulosematerial, insbesondere holzfasern, fuer die herstellung von faserplatten - Google Patents
Verfahren zur herstellung von zerfasertem zellulosematerial, insbesondere holzfasern, fuer die herstellung von faserplattenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstel
lung von zerfasertem Zellulosematerial, insbesondere
Holzfasern, bis zu einer Faserlänge von 20 mm, welches
mit einem hohen Anteil an hitzehärtbarem Harz versehen
ist. Die beleimten Holzfasern sind geeignet zur Herstel
lung von dekorativen Formteilen, wobei sie zunächst zu
einer Fasermatte geformt und dann bei hoher Temperatur
verpreßt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren geht von den bekannten
Verfahren aus, bei denen zunächst Holzschnitzel mit Was
serdampf erweicht und anschließend, z.B. zwischen zwei
Mahlscheiben, zu Holzfasern mit einer Länge bis zu 20 mm
zerkleinert werden. Auf die feuchten Holzfasern wird da
nach eine wäßrige alkalische Lösung eines hitzehärtbaren
Harzes aufgebracht und die beleimten Holzfasern z.B. mit
Heißluft bis zu einer Restfeuchte unter 15 Gew.-% ge
trocknet (EP-B-00 81 147). Bei der Durchführung dieses
bekannten Verfahrens besteht allerdings die Gefahr, daß
beim Trocknen die beharzten Teilchen an der Wand des
Trockenrohres verkleben und im Extremfall das Trockenrohr
verstopfen, wodurch leicht Selbstentzündung eintritt.
Es ist auch bekannt, die Holzfasern nach der Zerfase
rungsstation in einem Wasserdampf-Luftstrom zu führen,
einen Großteil des Dampfstromes von den Holzfasern vor
dem Harzauftrag zu entfernen, auf die vom restlichen
Dampfstrom in einer Blasanlage mitgenommenen Faserteil
chen die wäßrige Harzlösung aufzubringen und danach die
beleimten Holzfasern zu trocknen (DE-A-36 09 506). Dieses
Verfahren zeigt zwar den Vorteil, daß aufgrund des vorher
reduzierten Dampfanteils bei der Trocknung relativ wenig
Energie erforderlich ist. Jedoch besteht bei diesem Ver
fahren die Gefahr, daß sich die Harzlösung unzureichend
mit den Holzfasern durchmischt und eine unerwünschte Vor
verdichtung eintritt, wodurch bei der Weiterverarbeitung
der beleimten Holzfasern nach dem Trocknen Probleme auf
treten können. Durch schlechte Durchmischung der Holzfa
sern mit dem Harz entstehen Harztropfen, welche in der
fertigen Platte Leimnester bilden. Diese führen zu uner
wünschten optischen und technischen Qualitätsminderungen.
Diese Nachteile des bekannten Verfahrens sind besonders
gravierend, wenn relativ große Harzmengen bezogen auf die
Holzfasermenge eingesetzt werden sollen, wie es bei
spielsweise nach der EP-B-00 81 147 vorgesehen ist. Ein
weiterer Nachteil besteht darin, daß bei den großen Harz
mengen nach der EP-B-00 81 147 die in der Figur der
DE-A-36 09 506 mit 28 bezeichnete Leitung mit Harz und
Faserteilchen zusetzen würde.
Ausgehend von dem aufgezeigten Stand der Technik ist es
deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren anzugeben,
welches selbst bei Zugabe von großen Mengen an Harz, be
zogen auf die Menge der Faserteilchen, ein gleichmäßiges
Vermischen der Faserteilchen mit dem Harz gewährleistet
und bei dem die Gefahr einer Verstopfung des Trockenroh
res durch miteinander verklebte Faserteilchen und daraus
resultierender Selbstentzündung nicht mehr vorhanden ist.
Gleichzeitig soll es einen kostengünstigen Transport der
Faserteilchen gestatten, d.h. mit geringem apparativen
Aufwand durchführbar sein, und mit einem verhältnismäßig
geringen Energieaufwand auskommen, wobei trotz der großen
Menge an zugesetztem Harz nur geringe Dampfmengen erfor
derlich werden. Die Kombination aller dieser vorteilhaf
ten Eigenschaften wurde bisher von keinem Verfahren er
reicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren
mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Die ab
hängigen Ansprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen des
Verfahrens an. Gegenstand der Erfindung ist ferner eine
dekorative Platte, umfassend eine Kernschicht und eine
ein- oder beidseitige dekorative Schicht, bei der die
Kernschicht aus den nach Anspruch 1 hergestellten Faser
teilchen besteht. Die Platte ist ein flächenhafter Kör
per, dessen Oberflächenform und Oberflächenstruktur dem
Anwendungszweck angepaßt ist und der z.B. auch gebogene
Form aufweisen kann. Vorzugsweise ist die Platte ein Kör
per mit im wesentlichen ebener Fläche. Ihre Dicke liegt
insbesondere im Bereich von 0,5 bis 30 mm. Platten dieser
Art sind insbesondere in der EP-B-0 0 81 147 beschrieben.
Die erfindungsgemäße Platte hat zweckmäßigerweise eine
kratzfeste Oberfläche wie in EP-A-0 1 66 153 und
EP-A-02 16 269 beschrieben.
Unter zerfasertem Zellulosematerial sind insbesondere fa
serförmige Holzpartikel zu verstehen. Sie werden aus
Holzarten hergestellt, die eine Zerfaserung erlauben,
z.B. aus Nadelholz, wie Fichten- oder Kiefernholz, oder
Laubholz, wie Kastanien- oder Buchenholz. Weiterhin kön
nen zusätzlich zu den Holzfasern Zellulosefasern und
industrielle Holz-, Papier- und Zelluloseabfälle, z.B.
auch Holzmehl oder Holzschliff, verwendet werden; ebenso
sind Abfälle aus holzverarbeitenden Werkstätten geeignet.
Es ist auch möglich, einen Teil der Holzfasern, der Zel
lulosefasern bzw. der Holzabfälle, vorzugsweise bis zu
20 Gew.-%, durch Kunststoffabfälle, z.B. in Form von Fa
sern oder Granulat, zu ersetzen. Das Holz wird gewaschen,
um Metall-, Stein- oder Sandspuren zu entfernen, danach
in einer Mühle zu Holzschnitzeln zerkleinert.
Die Holzschnitzel werden in einem Digestor (Dampfkessel)
mit Wasserdampf unter Wasserdampfdruck von 1 bis 10 bar
in wenigen Minuten erweicht und anschließend, z.B. zwi
schen zwei Mahlscheiben in einem Raffineur, zu Holzfasern
zerkleinert.
Die auf diese Weise aufgeschlossenen Holzfasern haben
eine Länge von 0,3 bis 20 mm, eine mittlere Länge von 0,5
bis 3 mm und einen mittleren Durchmesser von 0,025 bis
0,05 mm. Der Durchmesserbereich liegt zwischen 0,01 und
1 mm, in Abhängigkeit des verwendeten Rohholzes und der
Zerfaserungsbedingungen. Länge und Durchmesser der ver
wendeten Zellulosefasern liegen in dem gleichen Dimen
sionsbereich.
Die aus der Zerfaserungsmaschine austretenden Faserteil
chen werden in heißem Wasserdampfstrom in einer Blasanla
ge unter erhöhtem Druck, vorzugsweise bei 2 bis 10 bar,
insbesondere 4 bis 6 bar, in turbulenter Strömung weiter
transportiert.
Die Zugabe des hitzehärtbaren Harzes erfolgt in wäßriger,
vorzugsweise alkalischer Lösung, welche in die Blasanlage
eingesprüht wird. Durch die turbulente Strömung, hervor
gerufen durch eine entsprechend kleine Dimensionierung
des Blasrohres ("blow line") und eine angelegte Druckdif
ferenz über die Länge des Blasrohres, findet eine optima
le Mischung zwischen Harz und Faserteilchen statt, selbst
bei sehr großen Mengen an Harz, welche 200 bis 1 000 g,
insbesondere 300 bis 600 g, je 1000 g Trockenfasern be
tragen können. Das hitzehärtbare Harz ist vorzugsweise
ein Phenol-Formaldehyd-Harz, wie es zur Herstellung von
dekorativen Bauplatten (EP-B-00 81 147) üblich ist.
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Blas
anlage im Bereich nach der Harzzugabe vorzugsweise bis
zur Abtrennung vom Wasserdampf von außen zu kühlen, so
daß sich eine dünne Schicht aus Kondenswasser auf der In
nenwand der Blasanlage abscheidet. Hierzu reicht es aus,
wenn die Temperatur der Wandung der Blasanlage um wenige
Grad abgesenkt wird, als zweckmäßig hat sich eine Tempe
raturabsenkung um 5 bis 20°C erwiesen. Damit wird das An
haften der beharzten Faserteilchen an der Innenwand der
Blasanlage wirksam verhindert.
Das Gemisch aus Wasserdampf und beharzten Faserteilchen
wird von der Blasanlage zu einer Einheit geführt, wo die
beharzten Faserteilchen vom Wasserdampf entfernt werden.
In dieser Stufe wird der Wasserdampf vorzugsweise voll
ständig abgetrennt. Die Faserteilchen besitzen danach
noch einen Wassergehalt von 15 bis 35 Gew.-%, insbesonde
re 18 bis 25 Gew.-%. Diese Stufe wird vorteilhafterweise
in einem Zyklonenseparator bei Atmosphärendruck, insbe
sondere ohne Energiezufuhr, durchgeführt, jedoch sind
prinzipiell auch andere Einrichtungen geeignet, mit denen
Systeme aus Feststoffteilchen, wie z.B. Staub, und Gase
voneinander getrennt werden können. Solche Einrichtungen
sind beispielsweise Vorrichtungen, die nach dem Prinzip
der Schwerkraft oder Zentrifugalkraft arbeiten und/oder
aus Filtern oder mechanischen Separatoren aufgebaut sind
(vgl. Perry′s Chemical Engineers′ Handbook, 6th ed.
(1985), McGraw-Hill Book Company, "DUST-COLLECTOR DE-
SIGN", 20-81 bis 20-89). Der abgetrennte Wasserdampf wird
aus Gründen der Energieersparnis wieder in den Verfah
rensablauf eingeführt und zweckmäßigerweise zur Erwärmung
und zum Einweichen der noch zu zerfasernden Holzschnitzel
verwendet. Auch überschüssiges härtbares Harz kann zusam
men mit dem Wasserdampf abgetrennt werden und einer er
neuten Verwendung zugeführt werden.
In der nachfolgenden Trockenstufe wird der Endfeuchtig
keitsgehalt von kleiner als 12 Gew.-%, insbesondere 3 bis
10 Gew.-%, erreicht. Hierzu werden die Faserteilchen
zweckmäßigerweise durch ein mit Warmluft beheiztes
Trockenrohr geblasen, wobei sie durch den Luftstrom fein
verteilt werden. Die Warmluft weist vorzugsweise eine
Temperatur von 60 bis 110°C auf. Die getrockneten Fasern
verlassen die Trockenstufe beispielsweise über einen wei
teren Zyklonenseparator oder eine ähnliche Einrichtung
und werden der Weiterverarbeitung zugeführt, insbesondere
zur Herstellung von dekorativen Bauplatten, wie sie bei
spielsweise in der EP-B-00 81 147 beschrieben sind.
Das Verfahren zeigt in überraschender Weise eine Kombi
nation von Vorteilen. So wird die Anwesenheit von Wasser
dampf im Trockner weitgehend verhindert, wodurch der
Energiebedarf relativ niedrig ist. Auch die Brandgefahr
ist deutlich verringert. Weder in der Blasanlage noch im
Trockner besteht die Gefahr, daß sie durch anhaftendes
Material in ihrer Funktion gestört werden. Das Verfahren
benötigt keinen großen apparativen Aufwand, zusätzliche
Einheiten zum Mischen und/oder Fördern der Faserteilchen
sind nicht erforderlich. Die nach der Trockenstufe erhal
tenen Fasern sind nicht agglomeriert, so daß sie sich
problemlos zu verpreßbaren Fasermatten formen lassen.
Die Erfindung wird durch das nachfolgende Beispiel und
die Figur näher erläutert. Die Figur zeigt schematisch
den Verfahrensablauf.
In einen Behälter 1 werden kontinuierlich Holzhackschnit
zel mit etwa gleicher Gewichtsmenge an Wasser vermischt
und im Kessel 2 mit Heißwasserdampf behandelt. Nach einer
Verweilzeit von wenigen Minuten werden die erweichten
Hackschnitzel zu einem Raffineur 3 weitertransportiert,
wo sie zwischen zwei Mahlscheiben zu Holzfasern zerklei
nert werden. Die Holzfasern werden mit Heißwasserdampf in
einer Blasanlage 4 weitergeleitet, in welche hitzehärtba
res Phenol-Formaldehyd-Harz in wäßriger alkalischer Lö
sung über den Harzinjektor 5 eingesprüht werden. Im nach
folgenden Teil wird die Blasanlage 4 von außen mit Wasser
(Kühlungsmantel 6) gekühlt. Die erhaltene Mischung aus
Wasserdampf und beharzten Holzfasern gelangt danach in
einen Zyklonenseparator 7 unter Atmosphärendruck. Hier
wird der Wasserdampf entfernt und über die Leitung 8 zum
Hackschnitzelbehälter 1 zur Erhitzung der Holzteilchen
zurückgeführt. Die mit Harz beschichteten bzw. impräg
nierten Holzfasern werden zur restlichen Trocknung durch
eine Zellenschleuse 9 in ein Trockenrohr 10 geleitet,
welches sie mit einer Restfeuchte von 7 Gew.-% verlassen.
Durch die Trocknerluft werden die Holzfasern in einen
Zyklonenseparator 11 weitergefördert und über eine Zel
lenschleuse zu einer Formungsstation 12 transportiert,
wo sie auf ein Band abgelagert und zu einer Fasermatte
vorverdichtet werden.
Claims (10)
1. Verfahren zur Herstellung von zerfasertem Zellulo
sematerial, vorzugsweise Holzfasern, insbesondere bis zu
einer Faserlänge von 20 mm, welches mit einem hohen An
teil an hitzehärtbarem Harz versehen und insbesondere zur
Herstellung von faserhaltigen Formteilen geeignet ist,
wobei das hitzehärtbare Harz in wäßriger, vorzugsweise
alkalischer Lösung zu einer Mischung aus Faserteilchen
und Wasserdampf hinzugefügt wird und Wasserdampf von den
beharzten Faserteilchen in einem Trockner entfernt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß aus der Mischung von Wasser
dampf und Faserteilchen nach der Harzzugabe der Wasser
dampf entfernt wird und die Faserteilchen anschließend in
einer Trockenstufe auf einen Feuchtigkeitsgehalt von
kleiner als 12 Gew.-%, insbesondere 3 bis 10 Gew.-%, ge
trocknet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Entfernung des Wasserdampfs mit einem Zyklonen
separator erfolgt, vorzugsweise ohne Energiezufuhr.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Trockenstufe mit Warmluft erfolgt, vor
zugsweise bei einer Temperatur von 60 bis 110°C.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das hitzehärtbare Harz in wäßriger
Lösung auf die in einem Wasserdampfstrom geführten Faser
teilchen aufgebracht wird, die Mischung aus beharzten
Faserteilchen durch ein von außen gekühltes Rohr trans
portiert wird, danach der Wasserdampf völlig entfernt
wird und anschließend die Trockenstufe durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Wasserdampfstrom mit den Faser
teilchen unter erhöhtem Druck, vorzugsweise von 2 bis
10 bar, insbesondere 4 bis 6 bar, in turbulenter Strömung
gefördert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die zugefügte Harzmenge (Trockenge
wicht) 200 bis 1000 g, vorzugsweise 300 bis 600 g, je
1000 g Faserteilchen (Trockengewicht) beträgt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der abgetrennte Wasserdampf zur Er
wärmung der noch zu zerfasernden Holzschnitzel eingesetzt
wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Faserteilchen nach der Trocken
stufe von der Trockenluft abgetrennt werden, vorzugsweise
in einem weiteren Zyklonenseparator.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Zerfaserung des Zellulosemate
rials Zelluloseteilchen, insbesondere Holzschnitzel, un
ter Dampfdruck bis auf eine maximale Faserlänge von 20 mm
zerkleinert werden, daß die erhaltenen Faserteilchen in
Mischung mit Wasserdampf unter erhöhtem Druck, vorzugs
weise bei 2 bis 10 bar, insbesondere 4 bis 6 bar, in ei
ner Blasanlage weitertransportiert werden und daß die
wäßrige Harzlösung in die Blasanlage eingesprüht wird.
10. Dekorative Platte, umfassend eine Kernschicht und
ein- oder beidseitig dekorative Oberflächenschichten, da
durch gekennzeichnet, daß die Kernschicht aus den nach
Anspruch 1 hergestellten Holzfasern besteht, welche mit
einem hitzehärtbaren Kunstharz in der Hitze verpreßt
sind.
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