DE838214C

DE838214C - Verfahren zur Herstellung von Formkoerpern, insbesondere Platten

Info

Publication number: DE838214C
Application number: DEP44153A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Alfred Nowak
Original assignee: ALFRED NOWAK DR ING
Current assignee: ALFRED NOWAK DR ING
Priority date: 1948-06-09
Filing date: 1949-05-28
Publication date: 1952-05-05
Also published as: GB671948A; FR987816A; BE489432A; AT171275B

Description

Verfahren zur Herstellung von Formkörpern, insbesondere Platten Es sind bereits verschiedene Verfahren zur Herstellung von Formkörpern mit einer Dichte von o,2 bis i,i bekannt, bei welchen ohne Zuhilfenahme artfremder Bindemittel das holzeigene Lignin als Bindestoff verwendet wird. So wurde z. B. vorgeschlagen, cellulosehaltige Materialien mit direktcm oder indirektem Dampf so hoch zu erhitzen, bis das Lignin derart verändert wird, daß es hei der lleißpresyung bei einer Temperatur von über t70' und gleichzeitiger Druckeinwirkung von mindestens .4o kg/cm2 als Bindemittel wirksam wird und so die Herstellung fester, w.asseral>weisender Platten ermöglicht. Hierzu sind allerdings eine vorherige Kochung oder Dämpfung bei etwa 200 .bis 27o° und ein hoher Druck erforderlich, wobei durch eine anschließende plötzliche Entspannung die Aktivierung des Lignins erhöht werden dürfte. Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, daß es sehr viel Dampf verbraucht und hohe Temperaturen sowie Drücke erforderlich sind, die wieder die Lignocellulose überaus stark angreifen und hydrolysieren, wodurch die mechanische Festigkeit der Platten sowie die Ausbeute bedeutend herabgesetzt werden.
Ein anderer Vorschlag geht dahin, die Lignocellulose nach mäßiger oder stärkerer Vordämpfung, Zerfaserung usw. als Vlies in der Heißpresse auf über 18o°, meistens über 200°, zu erhitzen, wodurch das Fließen des Ligni,ils erzwungen wird. Auch bei diesem Verfahren treten die gleichen Nachteile wie beim erstgenannten Verfahren ein.
Um bei der Vonbehandlung der Lignocellulose wie auch bei der Heißpressung die schädlichen Temperaturen von über 170° zu vermeiden, wurde bereits das Lignin auf chemischem Wege in seinem thermoplastischen Verhalten dadurch geändert, d@aß man während der Aufbereitung .des Faserbreis ein das Lignin plastifizierendes Mittel, wie z. B. Phenol, Kresol, Anilin, Harnstoff, Tmio'harnstoff usw., zusetzte.
Schließlich ist es bereits bekannt, das Lignin ohne Verwendung von Plastifizierungsmitteln durch alkalischen Abbau so zu verändern, daß es als Bindemittel verwendet werden kann. So wird in der Papiertechnik durch alkalischen Holzaufsc:hluß das Li.gnin vollständig gelöst und kann aus der sog. Schwarzlauge zum .größten Teil durch Ansäuern wieder ausgefällt werden, wobei .aber in allen Fällen ein Verlust an Lignin eintritt, wenn es einmal w-asserlösl@idh gemacht worden ist.
Leber die alkail-isahe Behandlung von Li;gnocelllulose liegt eine Reihe von Arbeiten vor, wobei das Lignin vollständig, teilweise oder nur möglichst wenig gelöst werden soll. Eine teilweise Ligninlösung wird z. B. gemäß einem Vorschlag dadurch erreicht, daß mit einer 4- bis io%igen Natronil.auge gekocht wird. Dies entspricht einem Verbrauch an Natronlauge rvon 25 bis 70% der Holztrockensubstanz. Dabei werden 26 bis 40% der ursprünglichen Menge der Halibce111ulosebestandtei'le oder, da diese 50% der Holztrockensubs.tanz betragen, 13 bis 20% der Halztrockensubstanz gelöst. Dabei ist es unvermeidlich, daß ein Teil des Lignins in Lösung geht und damit als Bindemittel verlorengeht.
Weiterhin sind Verfahren zur Herstellung von Preßmassen bekannt, idie aus Lignocelllulose erzeugt werden, dessen Lignin, ohne daß es in Lösung geht, plastifiziert wird. Es werden hierfür 1 bis io% Alkali, auf Trockenholzsubstanz gerechnet, verwendet" und die Lignocellulose in dieser verdünnten Lauge .bei Temperaturen behandelt, die sehr unterschiedhdh sind und für die beii jedem ,dieser beiden Verfahren ein .bestimmter Wert (135 bis 2o0'° Ibzw. r85 Abis 2od°,, entsprechend einem Druckbereich als iSattdämpf gerechnet von 2,2 bis 14,9 atü bzw. 10,5 bis r14,9 atü) als optimal angegeben wind. Der Aufschlußvorgang sa11 so durchgeführt werdien, daß ein pH-Wert nach der Kochung von 5 ,bis 6 erzielt wird. Dann wird das behandelte Gut, wenn es nicht schon vorher zerkleinert war, pulverisiert undi ibei Dri ecken über Zoo atü und bei Temperaturen von 185 'bis 200° zu Formlingen verpreßt. ;Dabei, werden aus Hartholzsägespänen lfei Verwendung von 6% Alkali und Kochen bei 195' die besten Resultate erzielt. Nach Pulverisieren und Verpressen ibei 21o kg/cm2 und 1&5'a wenden PreBlliinge mit einer Bruchfestigkeit w-on rund 7ookg/cm2 hergestellt. Die Dichte der Preßkörper ist nicht angegeben, ist aber in Anbetracht des Preßdrucks von über Zoo kg/cm2 mit ungefähr 1,4 g/cm3 anzunehmen. Auf eine Vergleichsdichte ,von 1 umgerechnet, würde dies eine Bruchfestigkeit n-on 3oo kg/cm2 ergeben. Eigene Versuche .haben gezeigt, daß diese Festigkeitswerte auch für Hartholz sehr hoch angegeben sind und normalerweise 50o kg/cm2 selben übersteigen:, während bei Verwendung von `Weichholz, z. B. Fichte" keine höheren Fesbigkeiten als 20o kg/cm2 erzielt werden können.. Auf Dichte 1 umgerechnet sied daher maximal -25o kg/cm2 für Hartholz und iao kg/cm2 für Weichholz zu erreichen und dies auch nur bei Anwendung von Preß,drücken von über eoo kg/cm2, während', nie drigere'Preßdrücke von unter 5o kg/cm2 überhaupt keine Biedüng bewirken. Diese Preßmasseprodukte sind auf Grund der angegebenen Eigenschaften schlechter als die handelsüblichen BakeLtpreßmassen, so daß auch tabsäcHich eine industrielle Auswertung ,dieser Verfahren nicht erfolgt ist.
Es wuxde nun gefunden, daß eine P'lastifivierung b-rnv. Aktiilvierung des Lignins der Lignocelluilose ohne Lösung durch Behandeln mit schwachen Alkalien dann zu Formkörpern überraschend hoher Festigkeit führt, wenn nicht bloß genau definierte Auf schluGbedingungen eingehalten werden, sonfdern auch die Lignocellulose vor dein Aufschluß nur grob unter möglichster Schonung der Fasern zerkleinert und nach dem Aufschluß zu möglichst unverletzten Fasern zerfasert wird.
Das erfi,ndung@sgemäße Verfahren zu-r von Formkörpern, insbesondere Platten aus Lignocellulosefase.rn ohne'Binidem;ittel;zusatz, besteht also darin, daß unter möglichster Schonung der Faser grob zerkleinerte '.Lignocellu#lose mit verdünnter Lauge, deren Alkaligehalt 2 bis .4 Gewichtsprozent der trockenen Hdlzsubstanz entspricht, m@ibtelis direkten Dampfes von 7,5 bis 8,5 atü, gerechnet als Saudampf entsprechend einem Temperaturbereich von 172 bis 176g°; während 1 bis 4 Stunden behandelt und 'das aufgeschlossene Produkt, welches einen PH-Wert n'Gn 5,5- bis 7 aufweist, schonend, d. h. bis zur möglichst unverletzten Einzelfaser, zerfasert wird. Der erhaltene 'Faserbrei wri-rd, sodann in üWeicher Weise gegebenenfalls nach, Zusatz von wasserabweisenden Stoffen entweder m-it oder ohne Zusatz non Säuren oder Alaun entwä&-ert, worauf das so erhaltene Faservlies 1>,-i einer Temperatur unter it7ö°', vorizugs-,vei,se 160 bis 1"70', und einem Druck unter 4o atü, vonzugsweiise 255 atü, in der Formpresse verformt wird.
Das entwässerte Faservlies kann aber auch ohne Pressung getrocknet wenden,, wie dies bei der Herstellung von Dämmplatten üblich ist oder bei tieferen Temperaturen gegebenenfalls ,sogar an der Luft getrocknet ,undi dann heiß ge,wadzt oder gepreßt werden, entsprechend der Hersteqilu.ng war gebundenen Pappen, Kartons od. dgl. Weiterhin kann der Stoff in der Stärke eines Papiers entwässert und über heißen `Talzen getrocknet werden.

Bei, dem erfindungsgemäßen Verfahren ist das Zinnalten der angegebenen Alkalimenge, Tempe-

raturen, Drücke und Zeiten von besonderer Bedeu-

bung, da sonst die Qualität der erzeugten Produkte

wesentlich lierabresetzt werden würde. So würde

eine l?r.liöliuntg der ang=egebenen Alkalimenge etwa

auf (i% der trockenen Holizsubstanz, wie bei eilrein

der erwähnten Vorsch,liä!ge, bereits ein schwaches

\\'asserlösilichweriden des Ligniins und somit einen

Verlust an Bindemitteln bewirken, andererseits

iwiir:(leit geringere Mengen Alkali eitlen zu tiefen

pH-\\'ert und -damit einen Angriff auf die Cel'luliose

xIwirken, was eWie Verminderung der Ausbeute

und der Fest,i,"keit der erzielten Formkörper zur

Folge .hätte. Eine tiefere Temperatur als ange-

geben ergibt eine deutliche Verminderung der

Aktivierung des Liggnins, was in erheblich sidi.lech,

teren \\'erten der Festigkeit und \VasserIrestänidig-

keit der hergestellten Formkörper zum Ausdruck

kommt. Hingeren fiffirt eine Temperaturerhöhung

zti wesentlich dunkleren, unansehnlicheren Produk-

ten, (yline daf3 die Festigkeitse@iigenschaften der dar

aus hen@estellten Formkörper verbessert würden.

Dies spielt selilrawe rstä n(llich bei der Erzeugung

von I'rfßtnassen, die an und für siali zum über-

ivicgenclen Teil als s;cliwarze 'lassen hergestellt

werden, keine 1Zi@lle, ist aller bei der Erzeugung

vom z. l>. Faserplatten für eile Quailität derselfien

aussch-la-ebend: das gleiche ,gilt für den Auf-

schliel3ungsdruck. .\ticli eine Erhöhung der Auf-

schließuiigsZeit verursacht eine Verminderung des

il?n i(l-I#n-\\'crtes und damit nvi@eider eiinen Angriff auf

:die @ellulcrse, ivas wieder eine Herabsetzung des

Festi@@keitswertes der Formkörper .verursacht. Am

Stelle vci:i Alkali kann jedes Produkt vernvendet

w-,rilen, <las lre:i Erhitzung auf die angegebene

"l,eni:lrerattir Alkali abspaltet oder @Sätiren bindet"

wie Na., C03. Ca(OH)." Ca COs tisw.

Eine Gegenüberstellung der angegebenen Auf-

sclilußbedingungen mit den bei den zuletzt erwährtt-

t;ii bekannten Verfahren verwendeten Aufscihluß-

bedinguaigen zur t?rzeiugutig von Preßmussen er

gid>t, elaß frei cl@i.esen hckanitten Verfahren im alil-

gemeinen zerkleinerte 1_ignocell.ulose mnit mehr Al-

kali (6%) so aufgeschlossen wird, daß ein tieferer

pH-\\'ert (3 bis 6) erzielt wird, woraus man

schließen kann, :daß ein Teil des Lignins gelöst, und

wieder ausgefällt werden soll und somit nicht

»in situ« bleibt. Die Erzielung eines tieferen End-

lih-\\'ertes bei .\nwendung von mehr Alkali ist nur

bei Verwendung von Hartholz möglich, weshalb bei

diesen bekannten Verfahren auch nur Hartholl'z-

säges@isine verweit<let werden, da Hartholz im all-

gemeinen frei :der I?rlii,tztitig mehr organische Säuren

abspaltet als \\'eic'hliolz.

17:ine rrlalünutng für dic Tatsache,,daß eine Lignin-

aktiwieruitg frei der lIerstellung von, Formkörpern

aus mi;@gl.ichst umverletzten Fasern einen derart

güiisti:gem 13indvn;.,@settc^ktgibt, während die Bini-

dung ,leI:ignins frei anders zerMeinerten Ligiu>-

cellnloseprodukten, wieliolzmelil,Sägespäneti usw.,

unbefriedigend ist, kann vielleicht so gegeben wer-

den. (Maß eine Bindung der Teilchen nur dann ein-

treten kann, wenn das 13iindemittel, in diesem Fall

(las eilte ie Lignin. möglichst gleichmäßig auf der

Oberfläche der Teilchen .verteilt sst. Die Hauptineniäe des Li,gniilns befindet sich in- der Mittellamelle, das ist die äußerste Haut der Einzelfaser. Das dort » 1!n S-ttu« aktin:ierte Lignin wind dann tvolU als Binidemitte'1 zur Wirkung kommen, wenn die Lignocefulose so zerkleünert wirdb daß die Mittellamelle die Oberf$ädhe der .neuen Teilchen bildet, d. h. wenn Iris zur möglichst unverletzten Einzelfaser zerfasert .wird. Bei jeder VermaMung der hg,nocelliulose ist d iie Oberfläche des Holzmehls oder der Sägespäne in keiner Weise mit der Mittellamelle idecitisc-h. Das Lignnin kann daher auch nur zu einem geringen Teil als Bindemitteil in Funktion treten.

Erfindungsgemäß wird das nach. dem Alkaliaufschluß gewonnene Produkt in üblichen Zerfaserurngsmaschi:nen zu mögP,ichst unverletzten Einzelfasern zerfasert und mit oder ohne Zugabe einer Säure oder Alaun, wobei es gegeibenenfallts von Vorteil ist, zur Erhöhung der Wasserfes,tigkeiti in üblicher Weise einen wasseraibweiisenden Stoff in einer `Menge von i bis maximal 2% zuzusetzen, entwässert. Als w-asseraibm-e@isenden Stoff kann ein Erdölprodukt, wie Paraffin, Ceresin, Erdöl, Biturnen oder Montanwachs cd, dgl., verwendet werden.
Nach der Entwässerung auf einer Lang- oider R.undsiebinaschine oder einem Formkasten wind das Faservlies durch- Heißpressen zu Faserplatten oder durch Trocknen bzw. Trocknen und Heißwalzen zu Platten von der Stärke eines Papiers bis zu der einer starken Dämmplatte geformt. Beim Heißpressen bei einer Preßtemperatur von 17o°, am besten i60 Iris i1710°" und einem Preßidiruck unter 4o atü, am besten 25 atü, wenden Platten. erzeugt, die mechanische 'Festiükeiiten und Wasserfestigkeiten aufweisen., die mit keinem anderen Verfahren mit oder dhne Bindemittel erzielt werden.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es mögliiclh, aus Lignocellulose, dessen LLignin durch eine alkalische Behandlung aktiviert wurde, Formkörper, insbesondere Platten aus Fasern herzustellen, die in der Qualität d.ie :bisherigen Produkte mit und ohne Bindemittef eindeutig übertreffen, wiährend d'ie bekannten iPreßmassen, die nur mit dem eigenen Lignin ,gebunden sind, in keiner Weise an die Oualität der handelsüblichen, andere Bindemittel enthaltenden Preßmasse.n heranreichen.
Beispiel ' ioo kg absolut trockene Fichtenhackspäne werden nach ausreichendem Evakuieren: mit iooo I 0,3%iger Natronlauge i Stunde unter Einblasen von direktem Dampf von 8 atü behiindelt. Die Kochlauge hat nach beendeter Kochung einen pH-Wert von 6,1. Dias Kochprodukt wird nun schonend -zerfasert, so daß :die 'Faser nicht zerstört wird. Nach Zusatz ivon a % Bitumeneinuilsion und Ansäuern mit Alaunlösung auf PH 5 wird zu einem Faservlies entwässert und dieses bei 25 atü und i60° i i einer Presse zu einer harten Faserplatte folgender Eigenschaften verpreßt:

Biegefestigkeit . . . . . . . . . . 618o kg/cmE '

W,asseraufnahnw in

i24.' !Stunden . . . . . . . . 150/0

Quellüng in 04 Stunden ... 90/0

Dichte . .. .. ............ . 1,0.

Demgegenüber zeigen die besten am Markt befindlichen Faserplatten, die unter Zusatz von BindemitteIng wie Phendl , Har.nstoflaharzen usw., hergestellt sind, Festigkeiten von durchschnittlich 5oo kg irnd eine Wasseraufnahme von 15 bis 20°/0 1>e1 einer Dtiohde von i,o.
Neben der HersteJliung von Platten kann die im Beispiel beschriebene aufgeschlossene und schonend zerfaserte Fasermasse auch, zu Formkörpern beliebiger Form entwässert und verpreßt werden, wobei .unter .Forrnkönpern im Sinne der nur solche verstanden werden sollen., die noch vol,1 erhaltene und möglichst unverletzte Lignocellu,losefasern enthalten, womit zum Ausdruck kommt, daB Preßl>u@lver oder Preßmassen, deren Lignocelllulose zu Mehl zermahlen wunde, nicht unter den hier gemeinten Begriff Formkörper fallen.

Claims

PATENTANSPRUCH: Verfahren, zur Herstellung von insbesondere Platten, aus mit %-erdiinnten alkali, sehen Lösungen bei erhöhter Temperatur und erhöhtem' Druck gewonnenen Lignocellulosen ohne Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, daB man von grob zerkleinerter Lignocellulase ausgeht, die in an sich bekannter Weise mit Natronlauge, deren Alkaltigchalt 2 bis 4 Gewichtsprozeit der Trockenholzsubstanz entspricht, und Dampf 110n 17"5 biss 8"5 atü (172 bis 176,T°) aufgeschlossen wird, worauf das Produkt unter mög#lschst weitgehender Erhaltung der Einzel= faser schonend zerfasert, in Üblicher Weise errtwässert und, mit wasserabweisenden Stoffen versetzt, unter Wärme und gegebenendalls Druck verformt wird.