EP0089013B1 - Verfahren zur Herstellung flächiger beliebig geformter Körper auf der Basis defibrierter Holzbestandteile - Google Patents

Verfahren zur Herstellung flächiger beliebig geformter Körper auf der Basis defibrierter Holzbestandteile Download PDF

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EP0089013B1
EP0089013B1 EP83102347A EP83102347A EP0089013B1 EP 0089013 B1 EP0089013 B1 EP 0089013B1 EP 83102347 A EP83102347 A EP 83102347A EP 83102347 A EP83102347 A EP 83102347A EP 0089013 B1 EP0089013 B1 EP 0089013B1
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Deutsche Fibrit Gesellschaft Ebers and Dr Mueller mbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27N—MANUFACTURE BY DRY PROCESSES OF ARTICLES, WITH OR WITHOUT ORGANIC BINDING AGENTS, MADE FROM PARTICLES OR FIBRES CONSISTING OF WOOD OR OTHER LIGNOCELLULOSIC OR LIKE ORGANIC MATERIAL
    • B27N5/00—Manufacture of non-flat articles

Definitions

  • the invention relates to a method for the particularly economical production of wood fiber materials, by means of which the end product is given a variety of properties not previously achieved.
  • the invention is based on a prior art mentioned in the preamble of claim 1.
  • the current market need for flat shaped bodies, sheets, sheets, etc. is covered by the various suitable materials and combinations that are manufactured and processed using a variety of process technologies.
  • Essential raw material sources for such materials are indigenous, regenerable woods, which are processed and properly processed depending on the requirements placed on the finished products and with regard to their specific properties.
  • the requirements that must be placed on these materials naturally arise primarily from economical producibility and possibly long-term stress when the parts are used sensibly.
  • the catalog of criteria for determining the suitability for use is complex and contains u. a. Requirements such as universal design, fire resistance, heat and water resistance with appropriate water absorption, frost-thaw resistance, root resistance, sound and thermal insulation, low density, high bending tensile strength and rigidity, high compressive and transverse tensile strength, laminability and / or paintability. Gas permeability, uniform surface appearance, pleasant feel and sound, physiological harmlessness, the ability to apply force and screw retention, safe reproducibility, long-term availability of raw materials and much more.
  • the known wet molding processes offer, on the one hand, excellently matted fiber dressings with the lowest binder contents, resulting in high strengths with great degrees of freedom in the design, on the other hand, they require energy-intensive pressing, drying and pressing processes, which are costly.
  • the finished products are consistently drawn on one side by dryer fabric structures.
  • wet-defibrated wood chips of local provenance retain sufficient residual water content during transport in the air flow from room temperature and normal relative humidity in order to remain sufficiently supple from the air flow in the molded state for optimal matting in a molding process.
  • This moisture content is not as troublesome for a preform obtained from the air flow by sieving during compression molding, if substances are present in the same phase which at least partially react with the water under the pressing conditions and bind excesses thereof.
  • the compression molding can take place without dryer fabrics or the like at low temperatures and without a cooling cycle.
  • the essence of the invention consists in the representation of economically producible, flat fibrous bodies according to processes which bring the advantages of known wet processes with those of known dry processes in such a way that the product cannot be associated with the respective known disadvantages, the raw material base being easily accessible and regenerable and is available in the long term.
  • Defibrated hardwood and / or coniferous wood can be used that mechanically fiberizes and / or those that are chemically digested and / or those that are additionally ground and / or those whose tissues are softened by pressure and / or heat, in a mixture, alone and / or with foreign fibers, which can be cellulose-containing and / or cellulose-free, synthetic and / or natural.
  • the atro- (“absolutely dry”) content should be in the range from 98 to 40% by mass, preferably 85 to 55% by mass, and 99 to 70% by mass, preferably 90 to 75, after transfer to an air stream % By mass.
  • the fiber material in the air flow and / or suitable mixing elements with binders such as aliphatic, cycloaliphatic, aromatic, araliphatic and / or heterocyclic isocyanates with at least two isocyanine groups, as described, for. B. from "Annalen der Chemie", volume 562, pages 75 to 136 are known.
  • binders such as aliphatic, cycloaliphatic, aromatic, araliphatic and / or heterocyclic isocyanates with at least two isocyanine groups, as described, for. B. from "Annalen der Chemie", volume 562, pages 75 to 136 are known.
  • Modifications by means of emulsifiers, accelerators, inhibitors or others are carried out according to the invention in addition to additions of further auxiliaries.
  • additives according to the invention are those substances which also bind water irreversibly, such as reactive tonic acid (hydraulic factors), pozzolans (hydraulic additives) in lime, pozzolana, mortar-hydrated pozzolans such.
  • the fiber preparation is thrown from an air stream onto a contoured sieve surface after or before the combination with all additives, the surface not being loaded from above in order to avoid undesirably high material input in shape-concave and insufficient material coverage in shape-convex areas due to trickling and / or scattering effects .
  • the forming sieve there is a permanent or intermittent vacuum behind the forming sieve, which alone or reinforced by mechanical measures and favors the fiber transport air for a temporary cohesion of the preform and a desirable pre-compression and matting.
  • a weight and / or volume metering of the fiber preparation takes place depending on the shape size and / or desired wall thickness and / or desired density and / or formal level of difficulty u. ⁇ . per work cycle of the preform screen instead, after each quantitative distribution of the fibrous material on the screen, this can be precompressed if necessary by suitable measures and then transferred to the press mold.
  • the compression molding takes place under economically favorable conditions at low temperatures and / or short pressing times without a cooling cycle in closed or largely closed tools without a drying sieve or the like, whereby the embossability of both partial surfaces with the desired structures is possible.
  • the mass passes into a gas stream and is quantitatively blown from below onto a molding sieve, which approximates the contours of the flat shaped body expected from the method of operation, whereby the air flow is at least temporarily supported by a vacuum zone on the side facing away from the molding surface.
  • the result is a preform which, depending on the dosage, has thicknesses of approx. 1.0 mm to approx. 350 mm with densities of approx. 10 kg / m 3 to approx. 150 kg / m 3 , which after separation of the blown air in the forming sieve sticks and from there it can be placed on an underside of the mold, which is heated to 40 ° C-290 ° C, preferably to 110 ° C-190 ° C. In 3 to 900 s, in particular in 20 to 375 s, at specific pressures of 1 to 130 bar, in particular 4 to 40 bar, the flat shaped body can be pressed and removed from the mold without cooling.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur besonders wirtschaftlichen Herstellung von Holzfaserwerkstoffen, durch das dem Endprodukt eine bisher nicht erzielte Eigenschaftenvielfalt verliehen wird.
  • Die Erfindung geht von einem im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannter Stand der Technik aus. Der derzeitige Marktbedarf an flächigen Formkörpern, Platten, Bahnen usw. wird aus den verschiedenen geeigneten Werkstoffen und -kombinationen, die nach vielfältigen Verfahrenstechniken hergestellt und verarbeitet sind, abgedeckt.
  • Wesentliche Rohstoffquellen für derartige Materialen sind einheimische, regenerierbare Hölzer, die in Abhängigkeit der an die Fertigprodukte gestellten Anforderungen und hinsichtlich ihres jeweils spezifischen Eigenschaftenbildes aufbereitet und sachgemäß verarbeitet werden. Anforderungen, die an diese Materialien zu stellen sind, ergeben sich naturgemäß primär aus wirtschaftlicher Herstellbarkeit und ggf. langfristiger Belastung bei sinnvollem Gebrauch der Teile.
  • Der Katalog der Kriterien für die Bestimmung der Gebrauchstauglichkeit ist vielschichtig und enthält u. a. Forderungen wie universelle Formgebung, Feuerwiderstand, Wärme- und Wasserbeständigkeit bei zweckgerechter Wasseraufnahme, Frost-Tauwechselbeständigkeit, Wurzelfestigkeit, Schall- und Wärmedämmvermögen, geringe Dichte, hohe Biegezugfestigkeit und -steifigkeit, hohe Druckund Querzugfestigkeit, Kaschier- 'und/oder Lackierbarkeit. Gasdurchlässigkeit, einheitliches Oberflächenbild, angenehmer Griff und Klang, physiologische Unbedenklichkeit, Möglichkeit zur Krafteinleitung und Schraubenhaltevermögen, sicher reproduzierbare Herstellbarkeit, langfristige Verfügbarkeit der Rohstoffe und vieles mehr.
  • Es hat sich gezeigt, daß die bekannten Verfahren zur Herstellung flächiger Formkörper auf z. B. Holzwerkstoffbasis bei Erfüllung der einen Anforderung in ihrem Verhalten bezüglich anderer Anforderungen einer Überprüfung nicht standhalten können. Der Fachmann hat sich daher lange mit Kompromissen, die sich aus scheinbar diametralen Forderungen ergaben, abfinden müssen, bzw. mußte das Gesamtniveau der Eigenschaften durch wirtschaftlich nicht immer angemessen hohe Veredlung der Produkte angehoben werden, um einigen wenigen Forderungen dann voll entsprechen zu können.
  • Die bekannten Naßanformverfahren bieten mit geringsten Bindemittelgehalten einerseits hervorragend verfilzte Faserverbände mit daraus resultierend hohen Festigkeiten bei großen Freiheitsgraden in der Formgestaltung, andererseits erfordern sie energieintensive Auspreß-, Trockenund Preßverfahren, welche kostenaufwendig sind. Zudem sind die Fertigprodukte einseitig durchweg durch Trockensiebstrukturen gezeichnet.
  • Die bekannten Trockenverfahren bieten bei vergleichbaren Bindemittelgehalten und ohne Inkorporation relativ kostspieliger Hilfsstoffe und - träger keine ausreichenden Faserverbände, so daß zur Erzielung guter Arbeitsergebnisse stets harzreiche Ansätze erforderlich sind. Außerdem sind modifizierende Zusätze, Vor- und/oder Zwischen- und/oder Nachbehandlingen wie Mattenzuschnitte, Feuchte- bzw. Dampfaufschlüsse, Imprägnierungen, Verweilzeiten für Kühlung und/oder Entspannung usw. notwendig.
  • Aus diesem Mangel ergibt sich die Aufgabe zur möglichst wirtschaftlichen Herstellung flächiger Faserstofformkörper, die eine möglichst große Bandbreite von verschiedenen technischen Anforderungen erfüllen.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß die im Anspruch 1 gekennzeichneten Maßnahmen vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüche gekennzeichnet.
  • Es wurde gefunden, daß naßdefibrierte Holzhackschnitzel hiesiger Provenienz beim Transport im Luftstrom von Raumtemperatur und üblicher relativer Feuchte einen ausreichenden Restwassergehalt behalten, um im aufgeschlossenen Zustand zur optimalen Verfilzung in einem Anformprozeß aus dem Luftstrom ausreichend geschmeidig zu bleiben. Dieser Feuchtegehalt ist für einen aus dem Luftstrom durch Absieben erhaltenen Vorformling beim Formpressen nicht wie üblich störend, wenn in gleicher Phase Stoffe anwesend sind, die zumindest teilweise bei den Preßbedingungen mit dem Wasser reagieren und Überschüsse davon binden.
  • Auch wurde gefunden, daß diese Stoffe als Bindemittel wirken können und deren Zugabe auf dem Weg vom Defibrieren zum Voranformen erfolgen kann, des weiteren, daß die Zusatzstoffe die Textur von Voranformlingen positiv zu beeinflussen vermögen und stärker konturierte Vorformlinge herzustellen sind, wenn die Anformungsrichtung nicht der Gravitation gehorcht.
  • Derart aufbereitete Faserstoffe mit den aus der Holzfaserwerkstoff- und Papierindustrie im weitesten Sinne bekannten Hilfsstoffen bleiben bis zum Verpressen verträglich und können mit verstärkenden und/oder verdünnenden und/oder anderen Füllstoffen, wie Flammschutzmittel, Pigmenten, Abfallstoffen usw., versetzt werden. Die Formpressung kann ohne Trockensiebe o. ä. bei niedrigen Temperaturen und ohne Kühlzyklus erfolgen.
  • Das Wesen der Erfindung besteht in der Darstellung wirtschaftlich herstellbarer, flächiger Faserstoffkörper nach Verfahren, die die Vorteile bekannter Naßverfahren mit denen bekannter Trockenverfahren derart in Einklang bringen, daß dem Produkt nicht die jeweiligen bekannten Nachteile zu eigen werden können, wobei die Rohstoffbasis leicht zugänglich, regenerierbar und langfristig verfügbar ist.
  • Geeignete Verfahrens- und Materialwahl führen zu wirtschaftlich herstellbaren Faserstoffformkörpern, die formmäßig beliebig gestaltet werden können, dabei mechanisch hochfest, lackier- und kaschierbar, naßfest und mit angenehmen Griff und Klang ausgestattet sind und gute mechanische Festigkeiten bei einem Höchstmaß an Wirtschaftlichkeit hinsichtlich der Rohstoffe, der Verfahren und dem Anspruch an die Werkzeuge aufweisen.
  • Allgemeine gültige Anforderungen wie die nach sicherheitstechnischen- und Umweltbedürfnissen werden mit diesen flächigen Formkörpern sowohl im Fahrzeug-, Flugzeug- und Schiffbau als auch und nur beispielsweise im Möbel- und Innenausbau überall dort erfüllt, wo die erfindungsgemäß vereinigten Eigenschaften von Vorteil sind.
  • Es können defibrierte Laub- und/oder Nadelhölzer Anwendung finden, die mechanisch zerfasert und/oder solche, die chemisch aufgeschlossen und/oder solche, die zusätzlich gemahlen und/oder solche, deren Gewebe durch Druck und/oder Hitze erweicht ist, in Abmischung, allein und/oder mit Fremdfasern, die Zellulosehaltig und/oder zellulosefrei, synthetisch und/oder natürlich sein können.
  • Der atro-(« absolut trocken ») Gehalt sollte vor Übergabe an einen Luftstrom im Bereich von 98 bis 40 Massen- %, bevorzugt 85 bis 55 Massen- % und nach Entnahme aus dem Luftstrom 99 bis 70 Massen- %, bevorzugt 90 bis 75 Massen- % liegen.
  • Erfindungsgemäß wird das Fasermaterial im Luftstrom und/oder geeigneten Mischorganen mit Bindemitteln wie aliphatischen, cycloaliphatischen, aromatischen, araliphatischen und/oder heterocyclischen Isocyanaten mit mindestens zwei Isocyan-Gruppen, wie sie z. B. aus « Annalen der Chemie », Band 562, Seiten 75 bis 136 bekannt sind, versetzt. Modifikationen mittels Emulgatoren, Beschleunigern, Inhibitoren oder anderen werden erfindungsgemäß neben Zusätzen von weiteren Hilfsmitteln durchgeführt.
  • Als weitere Zuschlagstoffe kommen erfindungsgemäß solche Stoffe in Betracht, die Wasser ebenfalls irreversibel binden, wie beispielsweise reaktionsfähige Tonsäure (Hydraulefaktoren), Puzzolane (hydrauliche Zuschläge) in Kalk, Puzzolan, mörtelhydratische Puzzolane wie z. B. Diatomenerde, Molererde, Si-Stoff und Si-Traß, anhydrische Puzzolane zusammen mit Kalziumhydroxid sowie handelsübliche Puzzolankalke, hydraulische Kalke, Romankalke, lufttrockene Tone, Trikalziumsilikat, Dikalziumaluminatferrit sowie latent hydraulische Stoffe, ferner Puzzolanzement, Tonerdeschmelzzement, des weiteren andere wasserhärtbare Stoffe wie Gipse und Anhydrit usw., die ggf. durch bekannte modifizierende Zusätze abgerundet sind.
  • Die Faseraufbereitung wird nach oder vor der Vereinigung mit allen Zusatzstoffen aus einem Luftstrom auf eine konturierte Sieboberfläche geschleudert, wobei die Oberfläche zur Vermeidung von unerwünscht hoher Stoffaufgabe in formkonkaven und zu geringer Stoffabdeckung in formkonvexen Bereichen durch Riesel- und/oder Streueffekte nicht von oben beladen wird.
  • Erfindungsgemäß befindet sich dauernd oder zwischenzeitlich hinter dem Formsieb ein Unterdruck, der allein oder verstärkt durch mechanische Maßnahmen und begünstigt durch die Faserstoff-Transportluft für einen temporären Zusammenhalt des Vorformlings und eine wünschenswerte Vorverdichtung und -verfilzung sorgt.
  • Eine Gewichts- und/oder Volumendosierung der Faserstoffaufbereitung findet in Abhängigkeit von Formgröße und/oder gewünschter Wandstärke und/oder angestrebter Dichte und/oder formalen Schwierigkeitsgrad u. ä. je Arbeitszyklus des Vorfomsiebes statt, wobei nach jeweils erfolgter quantitativer Verteilung des Faserstoffs am Sieb dieser ggf. durch geeignete Maßnahmen weiter vorverdichtet werden kann und dann der Preßform übergeben wird.
  • Die Formpressung findet unter wirtschaftlich günstigen Bedingungen bei niedrigen Temperaturen und/oder kurzen Preßzeiten ohne Kühlzyklus in geschlossenen bzw. weitgehend geschlossenen Werkzeugen ohne Trockensieb o. ä. statt, wodurch die Prägbarkeit beider Teiloberflächen mit gewünschten Strukturen möglich ist.
  • Flächige Formkörper auf der Basis regenerierbarer Rohstoffe in Trockenformen können wie folgt hergestellt werden :
    • Der in einem Defibrator nach Asplund hergestellte Nadel- und/oder Laubholzfaserstoff wird für Transport und/oder Reifung und/oder Abkühlung zwischengelagert und nach bekannten Verfahren vom um 5-80 Massen- %, vorzugsweise um 40-65 Massen- % seiner Feuchte befreit, so daß Rieselfähigkeit gegeben und eine Verhärtung der Einzelfaser, wie sie bekanntlich bei steigendem atro-Gehalt feststellbar ist, nicht eintreten kann.
  • Das derart vorbereitete Haufwerk wird beispielsweise von einem Beleimungsmischer oder einem anderen zur Auflockerung und/oder zum Weitertransport und/oder zur Beleimung geeigneten Gerät übernommen und mit Hilfs- und Zusatzstoffen wie z. B.
    • 0,01-10 Massen- % vorzugsweise 0,1-5 Massen- % Hydrophobierungsmittel
    • 0,01-10 Massen- % vorzugsweise 0,05-5 Massen- % Farbstoffe und/oder -pigmente
    • 0,001-2,0 Massen- % vorzugsweise 0,005-1,0 Massen- % Reaktionsbeschleuniger
    • 0,01-40 Massen- % vorzugsweise 1,0 bis 30 Massen- % Flammschutzmittel
    • 0,001-10 Massen- % vorzugsweise 0,01-2,0 Massen- % Trenn- und/oder Gleitmittel

    grundsätzlich beliebigen Mengen, vorzugsweise jedoch bis zur Menge der eingesetzten Holzfaserstoffe (atro) anorganische und/oder organische Füll- und/oder Abfall- und/oder Verstärkungsstoffe sowie
  • 0,3-18 Massen- % vorzugsweise 0,5-11,5 Massen- % eines handelsüblichen Polyurethanhärters wie modifiziertem 4,4 Diphenylmethandiisocyanat (MDI) und/oder einem seiner Prepolymeren versetzt.
  • Nach dem Durchsatz der aufgelockerten, modifizierten Holzfasermasse durch ein Gerät mit oben beschriebener Wirkungsweise, gelangt die Masse in einen Gasstrom und wird von unten quantitativ dosiert an ein Formsieb geblasen, das den Konturen des aus der Arbeitsweise erwarteten flächigen Formkörpers in Näherung gehorcht, wobei der Luftstrom zumindest zeitweise durch eine Unterdruckzone auf der der Anformfläche abgewandten Seite unterstützt wird.
  • Es entsteht so ein Vorformling, der je nach Dosierung Dicken von ca. 1,0 mm bis ca. 350 mm bei Dichten von ca. 10 kg/m3 bis ca. 150 kg/m3 aufweist, der nach Abtrennung der Blasluft im Formsieb haften bleibt und von dort auf eine Preßformunterseite, die auf 40 °C-290 °C, vorzugsweise auf 110 °C-190 °C aufgeheizt ist, abgelegt werden kann. In 3 bis 900 s, insbesondere in 20 bis 375 s, bei spezifischen Drücken von 1 bis 130 bar, insbesondere 4 bis 40 bar kann der flächige Formkörper verpreßt und ohne Abkühlung der Form entnommen werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren hat folgende Vorteile :
    • - wirtschaftliche Herstellung durch geringen Bindemittelgehalt und Energiebedarf und Vermeidung von Vorund Nacharbeit
    • - Freiheit in der Formgestaltung
    • - geringe Dichte bei hohen mechanischen Werten
    • - beidseitig beliebige Prägbarkeit und einheitliche Oberflächen
    • - angenehmen Griff und Klang.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung trocken gepreßter beliebig geformter Körper mit im Verhältnis zu ihrer Fläche geringer Wandstärke auf der Basis eines Formstoffs, bestehend aus defibrierter, mit faser- und/oder feuchtereaktiven Bindemitteln und gegebenenfalls Hilfsstoffen versetzter feuchter Holzfasern, dadurch gekennzeichnet, daß eine dosierte Menge des Formstoffs mit einem nach Entnahme aus dem Luftstrom gemessenen Feuchtegehalt von 1 bis 30 Massen- % bezogen auf alle Bestandteile des Körpers in einem die Gravitation kompensierenden Luftstrom an ein Vorformsieb herangebracht wird, das eine der gewünschten 3-dimensionalen Form des Preßlings entsprechende Oberflächenkontur besitzt, daß der Formstoff an dem Vorformsieb durch Erzeugung eines Unterdrucks von der der Formfläche des Siebes abgewandten Siebseite her zur Haftung gebracht wird und daß der Vorformling anschließend in siebfreien Werkzeugen ohne Kühlzyklus mit beidseitig glatten oder beliebig geprägten Oberflächen unter Beibehaltung der bei der Vorformung erzeugten Form gepreßt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel ein reaktiver, mehrfunktioneller Isocyanat enthaltender Stoff zugemischt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfsstoffe Flammschutzmittel, Hydrophobierungsmittel, Gleitmittel, Antistatika, Farbmittel, Trennmittel, Treibmittel, Korrosionsschutzmittel, Mittel zur Erhaltung der Rieselfähigkeit, Verstärkungsmittel, aktive und/ oder inerte Füllstoffe einzeln oder zu mehreren zugemischt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feuchte der Holzfasern so eingestellt wird, daß sie nach Entnahme aus de Luftstrom 10 bis 25 Massen- %, bezogen auf alle Bestandteile des Körpers, beträgt.
EP83102347A 1982-03-12 1983-03-10 Verfahren zur Herstellung flächiger beliebig geformter Körper auf der Basis defibrierter Holzbestandteile Expired EP0089013B1 (de)

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DE3208963A DE3208963C2 (de) 1982-03-12 1982-03-12 Trockenverfahren zur Herstellung stark konturierter Vorformlinge aus defibrierten beleimten Holzfasern

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