EP1799412A1 - Verfahren zur verminderung der abgabe von flüchtigen organischen verbindungen (voc) aus holz und holzzerkleinerungsprodukten und aus daraus hergestellten holzwerkstoffen, insbesondere holzspanplatten - Google Patents

Verfahren zur verminderung der abgabe von flüchtigen organischen verbindungen (voc) aus holz und holzzerkleinerungsprodukten und aus daraus hergestellten holzwerkstoffen, insbesondere holzspanplatten

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EP1799412A1
EP1799412A1 EP05813055A EP05813055A EP1799412A1 EP 1799412 A1 EP1799412 A1 EP 1799412A1 EP 05813055 A EP05813055 A EP 05813055A EP 05813055 A EP05813055 A EP 05813055A EP 1799412 A1 EP1799412 A1 EP 1799412A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wood
strands
chips
treated
alkali
Prior art date
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EP05813055A
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English (en)
French (fr)
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EP1799412B1 (de
Inventor
Edmone Roffael
Thomas Schneider
Brigitte Dix
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Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Publication date
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Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • 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
    • B27N1/00—Pretreatment of moulding material
    • B27N1/003—Pretreatment of moulding material for reducing formaldehyde gas emission
    • 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
    • B27N3/00—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres
    • B27N3/08—Moulding or pressing
    • B27N3/10—Moulding of mats
    • B27N3/12—Moulding of mats from fibres

Definitions

  • VOC volatile organic compounds
  • the invention relates to a process for reducing the emission of volatile organic compounds (VOCs) from wood and from wood pulp products such as wood shavings, wood strands, wood fibers and wood veneers, in particular from softwood, and from wood-based materials produced therefrom.
  • VOCs volatile organic compounds
  • the volatile organic compounds are classified according to their boiling point or vapor pressure as very volatile organic compounds (WOCs), volatile organic compounds (VOCs) and semi-volatile organic compounds (SVOCs).
  • WOCs very volatile organic compounds
  • VOCs volatile organic compounds
  • SVOCs semi-volatile organic compounds
  • To the volatile organic compounds (VVOC) include compounds having a boiling point below 50 0 C. These include formic acid and formaldehyde.
  • volatile organic compounds (VOC) are those volatile subsumed organics with boiling points between about 50 0 C and 260 0 C.
  • the VOCs include acetic acid and terpenes.
  • the VOC are air pollutants, certain VOC cause eg odor nuisance and can have toxicological effects on living things.
  • the VOCs are mainly derived from the ingredients (extractives) of the wood or its transformation products and, where appropriate, the degradation products of the main components of the wood (lignin, celluloses, hemicelluloses).
  • the VOCs include wood components such as ⁇ -pinene, ⁇ -pinene, ⁇ 3 -caren, which mainly escape from the wood of the coniferous trees.
  • Modification products of the ingredients include pentanal, hexanal, etc. From the hemicelluloses, acetic and formic acid can be formed.
  • softwoods contain ingredients (extractives) such as resins and fats, which lead to the formation of volatile organic terpene compounds and aldehydes such as pentanal and hexanal.
  • Hardwoods release mainly acetic and formic acid.
  • the chemical composition and amount of VOC depends on many factors, in particular the type of wood, the treatment of the wood, the storage period and the storage conditions of the wood or its shredded products, as well as from the drying conditions. Furthermore, in wood-based materials, the binder influences the emission of VOCs.
  • Volatile organic compounds can escape from the wood and the wood comminution products and wood-based materials produced therefrom.
  • wood materials made from wood chippings such as wood shavings, wood strands, wood fibers and wood veneers by known methods, volatile organic compounds are released during manufacture, after production and when used.
  • wood-based materials such as Oriented Strand Boards (OSB), which are mainly produced in Europe from mostly un-stored softwoods such as pine and Douglas fir, can still produce large amounts of volatile organic compounds after production.
  • OSB Oriented Strand Boards
  • the nature and extent of the emission of VOCs from wood-based materials is additionally determined, inter alia, by the type of wood and, in particular, by the production technology and the binder used.
  • PF resins alkaline curing phenol-formaldehyde resins
  • volatile organic compounds having unsaturated carbon-to-carbon bonds can react with the atmospheric oxygen under ambient conditions.
  • VOCs oxygen
  • O 2 oxygen
  • the wood shredded products or the wood-based materials odor-intensive compounds can be obtained. fertilize arise.
  • OSB Oriented Strand Boards
  • the odor can be particularly unpleasant and concise. This is particularly true when the wood, as is usually the case, is used without prior storage for wood-based material production.
  • VOC volatile organic compounds
  • the object is achieved in that wood and / or wood shredded products are treated with suitable chemical substances that react with the wood and / or the wood shred products, in particular with the moisture of the wood or with the water in the wood.
  • suitable chemical substances that react with the wood and / or the wood shred products, in particular with the moisture of the wood or with the water in the wood.
  • the adjusting by reaction with the wood moisture pH should be above 7, in particular above 9.
  • Possible suitable substances which cause such a reaction are bases such as sodium hydroxide (NaOH), basic salts such as sodium carbonate (Na 2 COs), sodium sulfite (Na 2 SO 3 ) and tri-sodium phosphate (Na 3 PO 4 ) , Even gases such as ammonia, which lead to pH values higher than 7 after a reaction with water, can be used for this purpose.
  • the pH can be adjusted due to a reaction of the alkali with the ingredients or free or liberated wood acids below the theoretically expected by reaction of the alkali with the moisture content of wood.
  • other agents well known to those skilled in the art may be used to effect an increase in the pH of the wood.
  • the treatment of the wood or its shredded products can be carried out for the production of wood-based materials before or after storage of the wood.
  • the lignocelluloses can be washed after the aforementioned treatment and before the gluing with water or with aqueous solutions.
  • the treatment is usually carried out at room temperature and under atmospheric pressure.
  • alkali such as sodium hydroxide
  • PF resins alkaline phenol-formaldehyde resins
  • Schmidt-Hellerau (1968) investigated the influence of the addition of a 50% sodium hydroxide solution to the binder immediately prior to gluing or after drying the shavings of the extractable sweet chestnut on the physical-technological properties of particleboard made from it (Schmidt-Hellerau , Ch., 1968: Possibilities for Improving the Quality of Phenolic Chipboards, Holz-Zentralblatt 94: 1327).
  • alkali in amounts up to 20% (based on wood) to the already alkaline PF resins had the aim to increase the alkali balance of the binder topipepuffem acids in the highly acidic Kastanienholzs Georgnen.
  • the alkali is added to the wood or wood chips before drying and gluing and not to the binder (e.g., phenolic resin).
  • the binder e.g., phenolic resin
  • Roffael and Parameswaran (1984) have beech wood with 6% ammonia solution at 100 0 C for 3 hours in an autoclave and then washed the chips until neutral. This treatment led to an increase in the nitrogen content in the wood and to the buffering of the acids contained therein as well as to a partial degradation of the hemicelluloses (Parameswaran, N. and Roffael, E., 1984: state of knowledge and investigation results on the effect of ammonia on wood chips. and Material 42: 327-333).
  • the wood or wood crushing products may be both conifers and hardwoods. Even mixtures of these two wood types are possible.
  • the wood shavings and strands of conifers come from.
  • the wood-based materials produced from the lignocellulose-containing materials can be chipboard, such as OSB.
  • the plates produced can be one or more layers. Furthermore, the other layers may also contain other lignocelluloses such as straw or bark.
  • binders include phenol-formaldehyde resin (PF resin), diisocyanate-based adhesive (PMDI), melamine-urea-phenol-formaldehyde resin (MUPF resin) and / or tannin-formaldehyde resin (TF resin), or a mixture thereof.
  • PF resin phenol-formaldehyde resin
  • PMDI diisocyanate-based adhesive
  • MUPF resin melamine-urea-phenol-formaldehyde resin
  • TF resin tannin-formaldehyde resin
  • the wood-based materials produced from the treated lignocellulose-containing materials may additionally be post-treated with alkali, such as sodium hydroxide, sodium sulfite, trisodium phosphate and sodium carbonate and mixtures thereof after production.
  • alkali such as sodium hydroxide, sodium sulfite, trisodium phosphate and sodium carbonate and mixtures thereof after production.
  • the aftertreatment can also be done by ammonia gas.
  • the method according to the invention can also include a further alkali treatment after drying.
  • the treatment according to the invention of the wood or of the wood shredded products can take place before or after storage of the wood.
  • the wood or the wood shredded products may optionally be washed with water or aqueous solutions.
  • the alkali compounds such as sodium hydroxide, sodium sulfite or sodium carbonate used to increase the pH can be applied or impregnated by spraying or by other known methods on the wood or the wood crushing products.
  • the value of the incorporated compound to increase the pH in a range of 0.1% to 2% solids on atro chips.
  • the invention aims to develop a simple method for reducing the release of volatile organic compounds (VOC) from wood and wood chippings and from wood-based materials produced therefrom.
  • VOC volatile organic compounds
  • the core and sapwood strands were sprayed in one case with 2% sodium sulfite solution and in another case with 2% sodium hydroxide solution.
  • the dosage of sodium sulfite or sodium hydroxide was in each case at 1, 5% solids based on absolutely dry (atro) strands.
  • the treated strands were air dried without being washed. As a reference served on the air dried untreated core and sapwood strands of pine.
  • VOC volatile organic compounds
  • Table 2 Influence of treatment of pine core and sapwood strands (Pinus sylvestris L) with sodium sulphite (1.5% solids on dry beach) on the concentrations ( ⁇ g / m 3 ) of volatile organic compounds (VOC) after 5 h , 24 h and 48 h in a 23 liter test chamber at 23 ° C and 50% relative humidity (degree of loading: 0.5 m 2 / m 3 , air exchange rate: 0.5 h "1 )
  • part of the core and sapwood strands were treated with sodium hydroxide solution.
  • the treatment was carried out by first loading the strands in a gluing drum with 7.5% sodium hydroxide solution (dosage 1.5% solids based on absolutely dry (atro) strands). Subsequently, the strands were dried in a drying oven at a temperature of 5O 0 C to a moisture content of about 6%.
  • the untreated core or sapwood strands were each precoated in a gluing drum with an amount of water corresponding to the above-mentioned sodium hydroxide solution dosage. Subsequently, the strands were dried in a drying oven at a temperature of 5O 0 C to a moisture content of about 6%.
  • OSB Oriented Strand Boards
  • VOC emissions were determined after storage for 24 hours in a 1 m 3 test chamber at 23 ° C and 50% relative humidity.
  • the loading level of the test chamber was 0.5 ⁇ rVm 3
  • the air exchange rate was 0.5 h-1.

Landscapes

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Description

Verfahren zur Verminderung der Abgabe von flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) aus Holz und Holzzerkleinerungsprodukten und aus daraus hergestellten Holzwerkstoffen, insbesondere Holzspanplatten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung der Emission von flüchtigen organischen Verbindungen (volatile organic Compounds, VOC) aus Holz und Holzzerkleinerungsprodukten, wie Holzspänen, Holzstrands, Holzfasern und Holzfurnieren, insbesondere aus Nadelholz, und daraus hergestellten Holzwerkstoffen.
Bei den flüchtigen organischen Verbindungen werden nach dem Siedepunkt bzw. Dampfdruck very volatile organic Compounds (WOC), volatile organic Compounds (VOC) und semi-volatile organic Compounds (SVOC) unterschieden. Zu den leicht flüchtigen organischen Verbindungen (VVOC) zählen Verbindungen mit einem Siedepunkt unter 500C. Hierzu gehören Ameisensäure und Formaldehyd. Als flüchtige organische Verbindungen (VOC) werden all diejenigen flüchtigen organischen Stoffe subsumiert, deren Siedepunkte zwischen etwa 500C und 2600C liegen. Zu den VOC gehören Essigsäure und Terpene.
Die VOC sind Luftschadstoffe, bestimmte VOC rufen z.B. Geruchsbelästigungen hervor und können toxikologische Wirkungen auf Lebewesen haben. Die VOC entstammen hauptsächlich den Inhaltsstoffen (Extraktstoffe) des Holzes oder ihren Umwandlungsprodukten sowie gegebenenfalls den Abbauprodukten der Hauptbestandteile des Holzes (Lignin, Cellulosen, Hemicellulosen). Zu den VOC gehören Inhaltsstoffe des Holzes wie α-Pinen, ß-Pinen, Δ3-Caren, die vorwiegend aus dem Holz der Nadelbäume entweichen. Abwandlungsprodukte der Inhaltsstoffe sind z.B. Pentanal, Hexanal usw. Aus den Hemicellulosen können Essig- und Ameisensäure gebildet werden. Insbesondere Nadelhölzer enthalten Inhaltsstoffe (Extraktstoffe) wie Harze und Fette, die zur Bildung von flüchtigen organischen Terpenverbindungen und Aldehyden wie Pentanal und Hexanal führen. Laubhölzer geben hauptsächlich Essig- und Ameisensäure ab. Die chemische Zusammensetzung und Menge der VOC hängt von zahlreichen Faktoren ab, insbesondere von der Holzart, der Aufbereitung des Holzes, der Lagerungsdauer und den Lagerungsbedingungen des Holzes bzw. dessen Zerkleinerungsprodukten sowie von den Trocknungsbedingungen. Weiterhin beeinflusst bei Holzwerkstoffen das Bindemittel die Emission an VOC.
Flüchtige organische Verbindungen können aus dem Holz und den Holz¬ zerkleinerungsprodukten und daraus hergestellten Holzwerkstoffen entweichen. Bei Holzwerkstoffen, die aus Holzzerkleinerungsprodukten wie Holzspänen, Holzstrands, Holzfasern und Holzfurnieren nach bekannten Verfahren hergestellt werden, werden während der Herstellung, nach der Herstellung und bei ihrer Anwendung flüchtige organische Verbindungen freigesetzt. Insbesondere Holzwerkstoffe wie Oriented Strand Boards (OSB), die in Europa überwiegend aus meist ungelagerten Nadelhölzern wie Kiefer und Douglasie hergestellt werden, können nach der Herstellung immer noch große Mengen an flüchtigen organischen Verbindungen abgeben.
Wie erwähnt wird die Art und der Umfang der Emission an VOC aus Holzwerkstoffen unter anderem durch die Holzart und des Weiteren insbesondere durch die Herstellungstechnologie und das verwendete Bindemittel zusätzlich mitbestimmt. So führt z.B. die Verleimung von Holzspänen mit alkalisch härtenden Phenolformaldehydharzen (PF-Harzen) zu erhöhter Bildung von Essigsäure, da das Alkali die Acetylgruppen der Hemicellulosen im Holz abspaltet, die zur Bildung von Essigsäure führen (vgl. Roffael, E., Miertzsch, H. und Schröder, M. 1990: Zum Mechanismus der Bildung von flüchtigen Säuren bei der Verleimung mit alkalisch härtenden Phenolformaldehydharzen. Holz-Zentralblatt 116 (111): 1684-1685). Weitere industrieübliche Bindemittel für die Herstellung von Span- und Faserplatten sind säurehärtende Harnstoff-Formaldehydharze (UF-Harze), Klebstoffe auf Basis von Diisocyanaten (PMDI) und Tannin-Formaldehydharze (TF-Harze).
Insbesondere flüchtige organische Verbindungen mit ungesättigten Kohlenstoff-zu¬ Kohlenstoff-Bindungen können unter ambienten Bedingungen mit dem Luftsauerstoff in Reaktion treten. Durch Reaktion bestimmter VOC mit Sauerstoff (O2) oder anderen Oxidationsmitteln können, insbesondere während der Lagerung des Holzes, der Holzzerkleinerungsprodukte oder der Holzwerkstoffe, geruchsintensive Verbin- düngen entstehen. Bei bestimmten Holzwerkstoffen wie Oriented Strand Boards (OSB), die in Europa meist aus Nadelholz hergestellt werden, kann der Geruch besonders unangenehm und prägnant sein. Dies trifft insbesondere zu, wenn das Holz, wie es meist der Fall ist, ohne vorherige Lagerung für die Holzwerkstoffherstellung eingesetzt wird.
Aus den genannten Gründen war es die Aufgabe dieser Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, das den Umfang an flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) aus Holz, Holzzerkleinerungsprodukten und Holzwerkstoffen bei der Herstellung von Holzwerkstoffen, wie Holzspanplatten, reduziert.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass Holz und/oder Holzzerkleinerungsprodukte mit geeigneten chemischen Stoffen behandelt werden, die mit dem Holz und/oder den Holzzerkleinerungsprodukten, insbesondere mit der Feuchte des Holzes bzw. mit dem Wasser im Holz reagieren. Vorzugsweise sollte der durch Reaktion mit der Holzfeuchte einstellende pH-Wert oberhalb von 7, insbesondere oberhalb von 9 liegen. Mögliche geeignete Stoffe, die eine solche Reaktion, insbesondere eine alkalische Reaktion hervorrufen, sind Basen wie Natriumhydroxid (NaOH), basische Salze wie Natriumcarbonat (Na2COs), Natriumsulfit (Na2SO3) und Tri- Natriumphosphat (Na3PO4). Auch Gase wie Ammoniak, die nach einer Reaktion mit Wasser zu pH-Werten höher 7 führen, können hierfür herangezogen werden. Im Holz bzw. in den wässrigen Extrakten des Holzes kann sich der pH-Wert aufgrund einer Reaktion des Alkalis mit den Inhaltsstoffen bzw. freien oder frei werdenden Holzsäuren unterhalb des durch Reaktion des Alkalis mit der Holzfeuchte theoretisch zu erwartenden Werts einstellen. Natürlich können auch andere, dem Fachmann wohl bekannte Mittel, verwendet werden, die eine Erhöhung des pH-Wertes im Holz bewirken. Die Behandlung des Holzes bzw. dessen Zerkleinerungsprodukte kann für die Herstellung von Holzwerkstoffen vor oder nach einer Lagerung des Holzes erfolgen. Die Lignocellulosen können nach der vorgenannten Behandlung und vor dem Beleimen mit Wasser oder mit wässrigen Lösungen gewaschen werden. Die Behandlung erfolgt in der Regel bei Raumtemperatur und unter atmosphärischem Druck. Die Zugabe von Alkali wie Natriumhydroxid zum Bindemittel bei der Herstellung von mit alkalischen Phenolformaldehydharzen (PF-Harzen) hergestellten Holzwerkstoffen aus lignocellulosehaltigen Materialien ist bekannt. So untersuchte z.B. Schmidt- Hellerau (1968) den Einfluss der Zugabe von einer 50%-igen Natriumhydroxidlösung zum Bindemittel unmittelbar vor der Verleimung bzw. nach dem Trocknen der Späne der extraktstoffreichen Edelkastanie auf die physikalisch-technologischen Eigenschaften der daraus hergestellten Spanplatten (Schmidt-Hellerau, Ch., 1968: Möglichkeiten zur Qualitätssteigerung von Phenolspanplatten. Holz-Zentralblatt 94: 1327). Die Alkalizugabe in Mengen bis zu 20% (bezogen auf Holz) zu den ohnehin alkalischen PF-Harzen hatte das Ziel, den Alkalihaushalt des Bindemittels zu erhöhen, um Säuren in den stark aciden Kastanienholzspänen abzupuffem.
Die Ergebnisse von Schmidt-Hellerau (1968) lassen erkennen, dass die Zugabe von konzentrierter Natriumhyroxidlösung (50%-ige Lösung) zum Bindemittel unmittelbar vor dem Beleimen die Verleimbarkeit der Holzspäne von bestimmten extraktstoffreichen Laubhölzern wirksam fördert. Die Zugabe von einem Überschuss an Alkali, wie das bei Schmidt-Hellerau (1968) der Fall ist, ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht zu vergleichen, da erfindungsgemäß lediglich eine Einstellung des pH-Werts mit der Holzfeuchte vorzugsweise über 7 erreicht werden soll.
Gemäß dem vorliegenden Verfahren wird das Alkali dem Holz bzw. den Holzspänen vor dem Trocknen und Beleimen und nicht dem Bindemittel (z.B. Phenolharz) zugegeben. Der Einfluss der Alkalizugabe zum Bindemittel auf die Emissionen an VOC der Spanplatten wurde bei den Untersuchungen von Schmidt-Hellerau (1968) nicht bestimmt.
Während sich der Einsatz von Alkali auf die physikalisch-technologischen Eigenschaften und die Qualität von mit alkalisch härtenden PF-Harzen gebundenen Spanplatten positiv auswirkt, hat die Behandlung von Buchenholzspänen mit alkalischen Ammoniaklösungen vor der Trocknung negative Auswirkungen auf die physikalisch-technologischen Eigenschaften von mit säurehärtenden Harnstoffformaldehydharzen (UF-Harze) gebundenen Holzspanplatten (Roffael, E. und Parameswaran, N., 1986: Einfluß der latenten Acidität von Buchenholzspänen auf deren Verleimbarkeit mit Harnstoffformaldehydharzen. Holz als Roh- und Werkstoff 44: 389-393). In der Arbeit wird auf die Verminderung der Emissionen von flüchtigen organischen Verbindungen ebenfalls nicht eingegangen.
Roffael und Parameswaran (1984) haben Buchenholz mit 6%-iger Ammoniaklösung bei 1000C für 3 Stunden in einem Autoklaven aufgeschlossen und anschließend die Späne neutral gewaschen. Diese Behandlung führte zu einer Erhöhung des Stickstoffgehalts im Holz und zur Abpufferung der darin enthaltenen Säuren sowie zu einem Teilabbau der Hemicellulosen (Parameswaran, N. und Roffael, E., 1984: Kenntnisstand und Untersuchungsergebnisse zur Wirkung von Ammoniak auf Holzspäne. Holz als Roh- und Werkstoff 42: 327-333). Der Aufschluss der Holzspäne unter Druck in Ammoniaklösung bei 1000C führte nach dem Waschen der Späne zur Verminderung der Abgabe an flüchtigen Säuren aus den Spänen und aus daraus hergestellten Holzspanplatten. Durch diese Behandlung erfuhren die Späne aber eine tiefgreifende und nicht erwünschte Veränderung in ihren physikalischen Eigenschaften (Sorptionsverhalten, Verdichtbarkeit) und chemischen Eigenschaften. Sowohl die Untersuchungen von Schmidt-Hellerau (1968) als auch die von Roffael und Parameswaran (1984, 1986) beziehen sich auf Laubhölzer.
Wie oben ausgeführt, stellte sich erfindungsgemäß heraus, dass bei einer alkalischen Behandlung von Holz und Holzzerkleinerungsprodukten vor dem Trocknen und Beleimen mit dem Bindemittel, die Erhöhung des pH-Werts der Materialien, bevorzugt auf einen pH-Wert von größer 7, die Emission von VOC aus den aus diesen behandelten Materialien hergestellten Holzwerkstoffen deutlich verringert.
Bei den Hölzern oder Holzzerkleinerungsprodukten kann es sich dabei sowohl um Nadelhölzer als auch um Laubhölzer handeln. Auch Mischungen dieser beiden Holz- arten sind möglich. Bevorzugt stammen die Holzspäne und Strands von Nadelhölzern.
Die aus den lignocellulosehaltigen Materialien hergestellten Holzwerkstoffe können Holzspanplatten, wie OSB, sein. Die hergestellten Platten können dabei ein- oder mehrschichtig sein. Des weiteren können die weiteren Schichten auch andere Lignocellulosen wie Stroh oder Rinde enthalten.
Nach dem Trocknen der behandelten Holzspäne und Strands können diese mit dem Bindemittel beleimt werden. Beispiele für typische Bindemittel umfassen Phenolformaldehydharz (PF-Harz), Klebstoff auf Basis von Diisocyanaten (PMDI), Melamin-Harnstoff-Phenol-Formaldehydharz (MUPF-Harz) und/oder Tannin- Formaldehydharz (TF-Harz) oder ein Gemisch davon. Es können aber auch andere Bindemittel, wie Thermoplastbindemittel, z.B. Metacrylatreaktionsharze, verwendet werden.
Bei mehrschichtigen Holzwerkstoffen können in den verschiedenen Schichten unterschiedliche Bindemittel eingesetzt werden.
Weiterhin können die aus den behandelten lignocellulosehaltigen Materialien hergestellten Holzwerkstoffe nach der Herstellung zusätzlich mit Alkali, wie Natriumhydroxid, Natriumsulfit, Tri-Natriumphosphat und Natriumcarbonat und Mischungen hiervon nachbehandelt werden. Die Nachbehandlung kann auch durch Ammoniakgas geschehen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiterhin neben der Alkali-Behandlung vor Trocknung des Holzes oder der Holzzerkleinerungsprodukte auch eine weitere Alkali- Behandlung nach dem Trocknen beinhalten. Die erfindungsgemäße Behandlung des Holzes oder der Holzzerkleinerungsprodukte kann vor oder nach Lagerung des Holzes erfolgen. Nach der erfindungsgemäßen Alkali-Behandlung kann das Holz oder die Holzzerkleinerungsprodukte gegebenenfalls mit Wasser oder wässrigen Lösungen gewaschen werden.
Die zur Erhöhung des pH-Wertes verwendeten Alkali-Verbindungen, wie Natriumhydroxid, Natriumsulfit oder Natriumcarbonat können durch Aufsprühen oder durch andere bekannte Verfahren auf das Holz oder die Holzzerkleinerungsprodukte aufgebracht bzw. imprägniert werden. Bevorzugt liegt der Wert der eingebrachten Verbindung zur Erhöhung des pH-Wertes in einem Bereich von 0,1 % bis 2 % Feststoff auf atro Späne.
Ausgehend von dem beschriebenen Stand der Technik zielt die Erfindung darauf ab, ein einfaches Verfahren zur Verminderung der Abgabe an flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) aus Holz und Holzzerkleinerungsprodukten und aus daraus hergestellten Holzwerkstoffen zu entwickeln. Die folgenden Beispiele sollen die Erfindung verdeutlichen, ohne sie einzuschränken.
Beispiel 1
Aus einem 70-jährigen Kiefernstamm (Pinus sylvestris L.) wurden Kern- und Splintholzbretter (20 cm x 13 cm x 1 ,9 cm) eingeschnitten und bis zur Zerspanung (13 Tage nach Einschlag) bei 40C gelagert. Die Kern- und Splintholzbretter wurden mit einem Scheibenzerspaner zu Strands (20 cm x 1 ,9 cm x 0,04 cm) zerspant.
Zur Verminderung der Emissionen an VOC wurden die Kern- und Splintholzstrands in einem Fall mit 2%-iger Natriumsulfitlösung und in einem anderen Fall mit 2%-iger Natriumhydroxidlösung besprüht. Die Dosierung an Natriumsulfit bzw. Natriumhydroxid lag jeweils bei 1 ,5% Feststoff bezogen auf absolut trockene (atro) Strands. Die behandelten Strands wurden ohne gewaschen zu werden an der Luft getrocknet. Als Referenz dienten an der Luft getrocknete unbehandelte Kern- und Splintholzstrands der Kiefer.
An kaltwässrigen Extrakten der unbehandelten und behandelten Kern- und Splintholzstrands wurde der pH-Wert bestimmt. Femer wurde an den Strands die Abgabe an flüchtigen Säuren in Anlehnung an die Flaschenmethode (EN 717-3) ermittelt (Tabelle 1). Die Ergebnisse zeigen, dass die Entstehung der flüchtigen organischen Säuren durch die Alkalibehandlung zwar gefördert wird, ihre Abgabe aber trotzdem überraschender Weise herabgesetzt wird. Dieses Ergebnis war insofern nicht vorhersehbar, zumal in der Literatur bisher zwischen Bildung von flüchtigen organischen Säuren bzw. VOC und ihrer Abgabe an die Luft nicht differenziert unterschieden wurde.
Übrigens liegt durch die Bildung der flüchtigen Säuren der pH-Wert, wie bereits erwähnt, unter den sich durch Reaktion mit der Holzfeuchte theoretisch einstellenden pH-Wert infolge der Abpufferung des Alkalis. Tabelle 1 : pH-Wert, Gehalt an Formiat- und Acetationen in kaltwässrigen Extrakten und Abgabe an flüchtigen Säuren von unbehandelten und von mit Natriumsulfit bzw. Natriumhydroxid (jeweils 1 ,5% Feststoff bezogen auf atro Strand) behandelten Kern- und Splintholzstrands der Kiefer
n.n.: nicht nachweisbar, da unter Nachweisgrenze
Femer wurden an den unbehandelten und behandelten Strands die Emissionen an bestimmten flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) nach 5 h, 24 h und 48 h Lagerung in einer 23-Liter-Prüfkammer bei 230C und 50% relativer Luftfeuchte bestimmt. Der Beladungsgrad der Prüfkammer war 0,5 m2/m3, die Luftwechselrate betrug 0,5 h"1.
Die Ergebnisse sind in den Tabellen 2 und 3 zusammengestellt. Aus den tabellierten Angaben wird deutlich, dass die Behandlung der Strands mit Natriumsulfit (Tabelle 2) bzw. mit Natriumhydroxid (Tabelle 3) zu einer Verringerung der Abgabe an flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) führt. Ferner zeigt sich, dass bei gleicher Konzentration das Natriumhydroxid effektiver ist als das Natriumsulfit in der Reduzierung der Abgabe an flüchtigen Terpenverbindungen.
Tabelle 2: Einfluss der Behandlung von Kern- und Splintholzstrands der Kiefer (Pinus sylvestris L) mit Natriumsulfit (1 ,5% Feststoff bezogen auf atro Strand) auf die Konzentrationen (μg/m3) an flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) nach 5 h, 24 h und 48 h in einer 23-Liter-Prüfkammer bei 23°C und 50% relativer Luftfeuchte (Beladungsgrad: 0,5 m2/m3, Luftwechselrate: 0,5 h"1)
* Quantifizierung mit der angegebenen Einzelkomponente Tabelle 3: Einfluss der Behandlung von Kern- und Splintholzstrands der Kiefer (Pinus sylvestris L.) mit Natriumhydroxid (1 ,5% Feststoff bezogen auf atro Strand) auf die Konzentrationen (μg/m3) an flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) nach 5 h, 24 h und 48 h in einer 23-Liter-Prüfkammer bei 23°C und 50% relativer Luftfeuchte (Beladungsgrad: 0,5 m2/m3, Luftwechselrate: 0,5 h"1)
Quantifizierung mit der angegebenen Einzelkomponente Beispiel 2
Aus einem 70-jährigen Kiefernstamm (Pinus sylvestris L.) wurden Kern- und Splintholzbretter (20 cm x 13 cm x 1 ,9 cm) eingeschnitten. Die Kern- und Splintholzbretter wurden mit Hilfe eines Scheibenzerspaners zu Strands (Dimension 20 cm x 1 ,9 cm x 0,04 cm) zerspant. Die Späne wurden im Trockenschrank bei 7O0C auf eine Feuchte von etwa 5% getrocknet.
Nach der Trocknung wurde ein Teil der Kern- und Splintholzstrands mit Natriumhydroxidlösung behandelt. Die Behandlung erfolgte in der Weise, dass die Strands zuerst in einer Beleimungstrommel mit 7,5%-iger Natriumhydroxidlösung (Dosierung 1 ,5% Feststoff bezogen auf absolut trockene (atro) Strands) beaufschlagt wurden. Anschließend wurden die Strands im Trockenschrank bei einer Temperatur von 5O0C auf eine Feuchte von ca. 6% getrocknet.
Als Referenz dienten Kern- und Splintholzstrands, die nicht mit Natriumhydroxidlösung behandelt waren. Da zu erwarten war, dass der zuvor genannte Trocknungsschritt einen Einfluss auf die VOC-Emissionen der OSB hat, wurden die unbehandelten Kern- bzw. Splintholzstrands jeweils vorab in einer Beleimungstrommel mit einer Wassermenge beaufschlagt, die der o.g. Dosierung an Natriumhydroxidlösung entsprach. Anschließend wurden die Strands im Trockenschrank bei einer Temperatur von 5O0C auf eine Feuchte von ca. 6% getrocknet.
Aus den unbehandelten und mit NaOH behandelten Strands wurden Oriented Strand Boards (OSB) mit PF-Harz als Bindemittel hergestellt. Der Bindemittelgehalt betrug 10% (Festharz bezogen auf atro Strands). Als Härtungsbeschleuniger wurden 6% Kaliumcarbonat (Feststoff bezogen auf Festharz) zugegeben. Die Deck- und Mittelschichten der OSB waren unterschiedlich orientiert. Der Massenanteil der Deckschichten betrug 25%, der der Mittelschicht lag bei 75%. Die Beleimungsgrade der Deck- und Mittelschichten waren gleich. Die Presstemperatur lag bei 2000C, der Presszeitfaktor betrug 15 sec/mm. Die Platten hatten eine Soll-Rohdichte von 650 kg/m3, die Plattendicke war 16 mm.
An den aus unbehandelten und mit Natriumhydroxidlösung behandelten Strands hergestellten OSB wurden die Emissionen an flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) nach 24 h Lagerung in einer 1 m3-Prüfkammer bei 23°C und 50% relativer Luftfeuchte bestimmt. Der Beladungsgrad der Prüfkammer war 0,5 πrVm3, die Luftwechsel rate betrug 0,5 h-1.
Tabelle 4: Konzentration (μg/m3) an flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) von mit PF-Harz gebundenen Oriented Strand Boards (OSB) aus unbehandelten und mit 1 ,5% NaOH (Feststoff bezogen auf atro Strands) behandelten Kern- und Splintholzstrands der Kiefer (Prüfdauer 24 h)
Die Ergebnisse in Tabelle 4 zeigen, dass die VOC-Emissionen der PF-Harz- gebundenen OSB aus Kern- und Splintholzstrands durch die Behandlung der Strands mit Natriumhydroxid vermindert werden. Weiterhin wurde die Formaldehydabgabe der PF-Harz-gebundenen OSB durch die Behandlung der Strands gesenkt (Tabelle 5).
Tabelle 5: Formaldehydabgabe von mit PF-Harz gebundenen OSB, hergestellt aus unbehandelten und aus mit 1,5% NaOH (Feststoff bezogen auf atro Strands) behandelten Kern- und Splintholzstrands der Kiefer

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Holzwerkstoffen, insbesondere
Holzspanplatten, vorzugsweise Oriented Strand Boards (OSB), mit verminderter Emission an flüchtigen organischen Verbindungen (Volatile Organic Compounds (VOC)) umfassend den Schritt des Mischens von Holzspänen bzw. Strands mit einem Bindemittel und darauf folgendes Pressen, dadurch gekennzeichnet, dass die Späne bzw. Strands vor dem
Trocknen und Beleimen mit dem Bindemittel mit einer geeigneten Chemikalie derart behandelt wird, dass eine Reaktion erfolgt und der pH- Wert des Holzes erhöht wird, vorzugsweise auf einen pH-Wert von größer pH 7.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass diese Chemikalie ein Alkalihydroxid, insbesondere Natriumhydroxid ist.
3. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass diese Chemikalie ein Alkalicarbonat, insbesondere Natriumcarbonat ist.
4. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Chemikalie ein Alkalisulfit, insbesondere Natriumsulfit ist.
5. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
Chemikalie ein Alkaliphosphat, insbesondere Tri-Natriumphosphat ist.
6. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung mit einer Alkalimischung erfolgt, insbesondere eine Mischung von zwei oder mehr Verbindungen von
Natriumhydroxid, Natriumcarbonat, Natriumsulfit und/oder Tri- Natriumphosphat.
7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Chemikalie ein Ammoniakgas ist.
8. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge an zugegebenem Alkali zwischen 0,1 % und 2 % Feststoff auf atro Späne liegt.
9. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung derart erfolgt, dass die Behandlung zu einer Erhöhung des pH-Werts der Spänen oder Strands auf über pH 9 führt.
10. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vor dem Trocknen behandelten Späne oder Strands zusätzlich nach dem Trocknen mit Alkali behandelt werden.
11. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Holzspäne oder die Holzstrands aus Nadelholz stammen.
12. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung des Holzes bzw. der Holzspäne oder Holzstrands vor oder nach einer Lagerung des Holzes erfolgt.
13. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Holzspäne oder Holzstrands nach der Behandlung mit einem chemischen Mittel mit Wasser gewaschen oder mit wässrigen Lösungen behandelt werden.
14. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine ein- oder mehrschichtige Platte hergestellt wird.
15. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete Bindemittel ein Phenol- Formaldehydharz (PF-Harz), ein Klebstoff auf Basis von Diisocyanaten
(PMDI), ein Melamin-Hamstoff-Phenol-Formaldehydharz (MUPF-Harz), ein Tannin-Formaldehydharz (TF-Harz) oder ein Gemisch hiervon ist.
16. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in verschiedenen Schichten unterschiedliche
Bindemittel eingesetzt werden.
17. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus den behandelten Spänen oder Strands hergestellten Platten nach der Herstellung zusätzlich mit Alkali, insbesondere Natriumhydroxid, Natriumcarbonat, Natriumsulfit und/oder Tri-Natriumposphat nachbehandelt werden.
18. Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus dem behandelten Spänen oder Strands hergestellten Platten nach der Herstellung zusätzlich mit Ammoniakgas nachbehandelt werden.
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