EP2853648A1 - Verwendung von Lederpartikeln in Holzwerkstoffplatten zur Reduzierung der Emission von flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) - Google Patents

Verwendung von Lederpartikeln in Holzwerkstoffplatten zur Reduzierung der Emission von flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) Download PDF

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EP2853648A1
EP2853648A1 EP13186648.5A EP13186648A EP2853648A1 EP 2853648 A1 EP2853648 A1 EP 2853648A1 EP 13186648 A EP13186648 A EP 13186648A EP 2853648 A1 EP2853648 A1 EP 2853648A1
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EP
European Patent Office
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wood
leather
fibers
leather particles
emission
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Norbert Dr. Kalwa
Jens Siems
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Swiss Krono Tec AG
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Kronotec AG
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04C—STRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C2/00—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels
    • E04C2/02—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials
    • E04C2/10—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of wood, fibres, chips, vegetable stems, or the like; of plastics; of foamed products
    • E04C2/16—Building elements of relatively thin form for the construction of parts of buildings, e.g. sheet materials, slabs, or panels characterised by specified materials of wood, fibres, chips, vegetable stems, or the like; of plastics; of foamed products of fibres, chips, vegetable stems, or the like

Definitions

  • the present invention relates to the use of leather particles according to claim 1, a wood-based panel comprising leather particles according to claim 11 and a method for producing this wood-based panel according to claim 14.
  • Lignocellulose includes as components cellulose, hemicellulose and lignin.
  • Cellulose is a long-chain macromolecule composed of glucose units, hemicellulose a short-chain, branched macromolecule of pentoses and lignin a three-dimensional macromolecule of methoxyphenylpropane units.
  • Cellulose and hemicelluloses form the skeletal substance of the cell wall, while lignin as a filling substance in the cell structure causes the lignification.
  • VOCs Volatile organic compounds
  • VOCs include volatile organic compounds that evaporate easily or are already gaseous at low temperatures, such as at room temperature.
  • the volatile compounds either accumulate as by-products during the manufacturing process or are formed during growth of the tree. These are then released more or less quickly to the environment. Both processes lead to specific problems that can make the entire production process more expensive and / or lead to unpleasant odors in the use of the wood fiber insulating panels.
  • the present invention is based on the technical object of further reducing the emission of volatile organic compounds (VOCs) from wood fiber insulating boards, without this leading to losses in the technical properties of the insulating material for thermal conductivity or density.
  • VOCs volatile organic compounds
  • the present invention was the technical object of finding a suitable raw material, which is used in combination with wood fibers and has a favorable emission behavior.
  • leather particles are used in wood-based panels, which lead to a reduction in the emission of volatile organic compounds (VOCs) from wood-based panels, in particular from Holzmaschinedämmstoffplatten.
  • VOCs volatile organic compounds
  • leather pulp used here is a material made of shavings, for example chrome shavings and comminuted, vegetable-tanned leather residues from the leather-processing industry. Leather residues are produced in large quantities during the processing of leather or the production of various products. Of the leather obtained after the tanning process to a thickness of more than 1 cm, usually only a few millimeters can be used. The remainder is waste and is used only to a small extent, for example for the production of shoe soles. Another advantage is that the leather in the various processing processes already obtained in comminuted form as so-called shavings, so that the mechanical effort for fiber production significantly reduced.
  • leather is predominantly composed of collagen, a polypeptide that forms three-dimensional fiber structures.
  • the amino acids glycine, proline, 4-hydroxyproline and 5-hydroxylysine are particularly common in the polypeptide, with almost every third residue in the collagen molecule being glycine.
  • the leather particles used herein are preferably leather fibers, which are obtained from reduced, vegetable tanned leather residues of the leather processing industry. Such leather fibers typically have a length of up to 20 mm, preferably 5 to 15 mm and a thickness of up to 1 mm, preferably 0.5 to 1 mm.
  • Lederfalzs Georgnne be used mainly for the production of insulation boards, resulting from the tanning of leather using other tannins. Excluded are leather creases that occur during the tanning of leather using chrome-containing tannins. Accordingly, the use of chrome rebates is excluded for ecological reasons.
  • the Lederfalzs fonde can occur in the tanning and processing of leather at various points.
  • the leather particles can be produced as a relatively moist material directly in the tanning process (moisture: about 50% by weight) or at the end of the leather production process (moisture ⁇ 10%). Both materials can be used for use in insulation production. Although drying is unnecessary, it consumes energy and causes higher costs for the raw material.
  • the leather particles have a moisture content of 20 to 70%, preferably 30 to 60%, particularly preferably 45 to 55%.
  • a typical moisture value of the leather particles or leather fibers used is 50%.
  • the leather particles are preferably used for reducing the emission of organic acids, in particular for reducing the emission of acetic acid from wood-based panels.
  • Organic acids are produced in particular as cleavage products of the wood constituents cellulose, hemicelluloses and lignin, alkanoic acids such as acetic acid and propionic acid or aromatic acids preferably being formed.
  • the leather particles are used to reduce the emission of aldehydes from wood-based panels.
  • the leather particles are used to reduce aldehydes released during the aqueous wood pulping process.
  • the aldehydes are formed from the basic building blocks of cellulose or hemicellulose.
  • the aldehyde furfural is formed from mono- and disaccharides of cellulose or hemicellulose, while aromatic aldehydes can be liberated during the partial hydrolytic exclusion of lignin.
  • the leather particles are used to reduce the emission of C1-C10 aldehydes, particularly preferably formaldehyde, acetaldehyde, pentanal, hexanal or else furfural in wood-based panels.
  • the leather particles are used to reduce the emission of terpenes. So can the leather particles for Reduction of terpenes released from the wood shavings or wood fibers used in the wood-based panel, in particular C10-monoterpenes and C15-sesquiterpenes, in particular preferably acyclic or cyclic monoterpenes.
  • Typical acyclic terpenes are terpene hydrocarbons such as myrcene, terpene alcohols such as gerianol, linaool, ipsinol and terpene aldehydes such as citral.
  • Typical representatives of the monocyclic terpenes are p-menthane, terpeninol, limonene or carvone, and typical representatives of the bicyclic terpenes are caran, pinane, bornan, in particular 3-carene and ⁇ -pinene being of importance.
  • Terpenes are components of the tree resins and therefore especially in very resinous tree species such as pine or spruce.
  • the leather particles are used in wood-based panels which comprises 40 to 65% by weight, preferably 45 to 60% by weight, in particular 45 to 55% by weight, of wood particles, in particular wood fibers.
  • Wood particles in the present case are lignocellulose-containing comminution products, such as e.g. Wood fibers, wood shavings or wood strands to understand.
  • lignocellulose-containing comminution products such as e.g. Wood fibers, wood shavings or wood strands to understand.
  • wood fibers such as in particular when using wood fibers in wood fiber insulation boards, in particular dry wood fibers having a length of 1 mm to 20 mm, preferably from 1.5 mm to 10 mm and a thickness of 0.05 mm to 1 come mm used.
  • the present wood-based panel in particular wood-fiber insulating panel, comprises 5 to 30% by weight, preferably 10 to 20% by weight, of leather particles or leather fibers.
  • a suitable binder is added to the mixture of wood particles or wood fibers and leather particles or leather fibers in order to ensure a cohesive connection of the particles with one another.
  • Formaldehyde-free binders in the form of liquid or powdery adhesive components and in the form of binder fibers, such as isocyanates or synthetic fibers, can be used as suitable binders for the wood particle-leather particle mixture as starting mixture for the production of wood fiber insulation boards.
  • an isocyanate is selected from a group containing aliphatic and aromatic isocyanates.
  • aliphatic isocyanates for example, hexamethylene diisocyanate (HDI), isophorone diisocyanate (IPDI) and / or 1,4-cyclohexyl diisocyanate (CHDI) can be used.
  • Typical suitable aromatic isocyanates are, for example, diphenylmethane diisocyanate (MDI) or tolylene diisocyanate (TDI) or also polymeric diphenylmethane diisocyanate (PMDI), the latter being particularly preferred.
  • MDI diphenylmethane diisocyanate
  • TDI tolylene diisocyanate
  • PMDI polymeric diphenylmethane diisocyanate
  • the isocyanate is subject to two chemical reactions when used as a binder.
  • plastic fibers can also be used as binders for the wood particle-leather particle mixture.
  • the plastic fibers may be present as monocomponent fibers or as bicomponent fibers.
  • the thermally activatable plastic or binder fibers carry out both a binding and a support function in the matrix of wood fibers and leather particles due to their spatial distribution.
  • monocomponent fibers are used, these are preferably made of polyethylene or other plastics with a low melting point.
  • Bicomponent fibers typically consist of a carrier filament or a core fiber made of a plastic with higher temperature resistance, in particular polyesters, which are coated or sheathed by a plastic with a lower melting point, in particular polyethylene.
  • the shell or the jacket allows after melting a cross-linking of the wood particles and / or leather particles with each other.
  • the wood-based panels or wood-fiber insulating panels produced using the leather particles accordingly comprise 40 to 65% by weight, preferably 45 to 60% by weight, particularly preferably 45 to 55% by weight of wood particles, 5 to 30% by weight, preferably 10 to 20% by weight of leather particles, at least one flame retardant and at least one binder.
  • the flame retardant may be added in an amount between 5 and 20% by weight, preferably between 8 and 10% by weight.
  • Typical flame retardants are selected from the group comprising phosphates, borates, in particular ammonium polyphosphate, tris (tri-bromneopentyl) phosphate, zinc borate or boric acid complexes of polyhydric alcohols.
  • the present wood-based panels are characterized by a reduced compared to wood-based panels without leather particles emission of volatile compounds (VOCs).
  • VOCs volatile compounds
  • the reduction in VOC emission, in particular of organic acids, is up to 50%, preferably 45%, in particular 40% lower than in comparison with conventional wood-based panels.
  • the present wood-based panel is preferably characterized by a reduction of the emission of organic acids, in particular acetic acid, of aldehyde and / or terpenes.
  • step a To produce the wood fibers according to step a), the wood chips are first cleaned, then defibered and dried.
  • the mixing of the wood fibers with the leather particles can take place during various process steps.
  • the leather particles may be treated before or during the defibering process of wood chips, e.g. be dosed in the cooker or refiner. It is also generally possible to bring the leather particles into contact with the wood fibers in the blow-line or during the fiber mixing process.
  • wood fibers depending on the type of equipment and method used, are additionally applied with a suitable binder before or after mixing with the leather particles.
  • a pre-pressing in which the thickness of the mat is reduced in the context of a cold pre-compression. Then a mat trimming is performed while the side panel is separated from the fiber mat and the side panels returned to the process.
  • the binder may be liquid or powdery adhesive components, in particular based on isocyanates, or else binder fibers, e.g. in the form of bicomponent fibers, are used.
  • liquid or powdery adhesive components these are mixed with the wood fibers and / or leather particles, scattered on a conveyor belt and then pressed in a hot pressing process to a mat and / or plate.
  • the mixing of the leather particles with the liquid and / or powdery adhesive component may e.g. during dosing in the blow-line feed.
  • the mixture of leather particles and adhesive component is then injected into the wood fiber stream.
  • the leather particles and the binder can also be contacted successively with the wood fiber stream. It is also conceivable to introduce the leather particles during the damping of wood chips or to add in the refiner
  • binding fibers e.g. Bicomponent fibers are mixed with the same the wood fibers and / or Lederpartiklen after drying the wood fibers and / or leather particles in a separate process.
  • the mixture of wood fibers, leather particles and binder fibers is scattered on a conveyor belt.
  • the sprinkled mixture or fleece is then introduced into a hot air oven, in which the fleece formed from wood fibers, binder fibers and leather particles is flowed through by hot air, wherein the binding fibers are heated and melted and it comes to matting.
  • the mat can be calibrated.
  • the activating of the binder or of the bico fibers in the wood fiber mat associated with the compacting (or pressing) and / or heating is preferably carried out at temperatures between 100 ° C and 250 ° C, preferably 130 ° C and 220 ° C, in particular at 200 ° C.
  • activation of the binder typically occurs, eg, melting of the thermoplastic shell in the case of using bicomponent fibers as a binder, whereby a firm connection between the wood fibers, leather particles and the binder are produced.
  • a construction of a supporting framework arises from the bicomponent fibers, into which the wood particles and leather particles are embedded or adhesively bonded.
  • the fiber mat is finally reduced to the required dimensions and cooled.
  • binder in addition to the already mentioned binder, in particular of aldehyde-free binders from the group of isocyanates and bicomponent fibers, further binders such as a granulate of plastic may be added.
  • a granulate may be a plastic granulate as obtained in the recycling of plastic articles from the dual system.
  • Wood fibers, bicrofibers (polyester fibers encased in polyethylene) and moist leather shavings (tanned with glyoxal, moisture content: approx. 50%) were mixed in the premix of the insulation system.
  • the proportion of bicafiber serving as scaffold was kept constant at 20% by weight. The proportions of wood fiber were reduced depending on the dosage of the shavings.
  • the premixed fibers were scattered to a fiber bed and passed through the heating furnace.
  • the BiCo fibers melt and create a support matrix.
  • the insulation materials produced with leather shavings showed a partly clearer coloration.
  • the insulating materials were then tested in a test chamber according to the AgBB scheme (Committee for the Health Assessment of Construction Products) on their VOC emission, with only the acetic acid value is given as a guide parameter.
  • the emission levels of the other acids and aldehydes have been reduced in similar percentages.
  • variant Wood fiber weight% Flame retardant wt% Bicafiber wt.% leather cuttings weight%, atro Acetic acid emission after 7d in yg / m 3 0-sample 73.0 7 20 0 1426 1 64.4 7 20 8.6 925 2 55.8 7 20 17.2 741
  • the acetic acid emissions are significantly reduced, with the reduction of the acetic acid emission being significantly higher than the percentage of leather fibers.
  • the leather fibers thus actually cause an emission reduction.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Lederpartikeln in Holzwerkstoffplatten zur Reduzierung der Emission von flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) aus Holzwerkstoffplatten. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Holzwerkstoffplatte enthaltend Lederpartikel und ein Verfahren zu deren Herstellung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Lederpartikeln gemäß Anspruch 1, eine Holzwerkstoffplatte enthaltend Lederpartikel gemäß Anspruch 11 und ein Verfahren zur Herstellung dieser Holzwerkstoffplatte gemäß Anspruch 14.
    • Beschreibung
  • Zur Herstellung von Holzwerkstoffplatten, insbesondere Dämmstoffplatten, werden derzeit Materialien aus Lignozellulose, wie Holzfasern oder Holzspäne als nachwachsende Rohstoffe eingesetzt. Lignozellulose umfasst als Bestandteile Zellulose, Hemizellulose und Lignin. Zellulose ist ein langkettiges Makromolekül bestehend aus Glukoseeinheiten, Hemizellulose ein kurzkettiges, verzweigtes Makromolekül aus Pentosen und Lignin ein dreidimensionales Makromolekül aus Methoxyphenylpropaneinheiten. Zellulose und Hemizellulosen bilden die Gerüstsubstanz der Zellwand, während Lignin als Füllsubstanz im Zellgerüst die Verholzung verursacht.
  • Die Herstellung von Holzfaserdämmstoffplatten hat aus ökologischen Aspekten in den letzten Jahren mehr und mehr Aufmerksamkeit erlangt. Neben der Tatsache, dass Holz als nachwachsender Rohstoff unbegrenzt zur Verfügung steht, sind dabei auch Aspekte des geringeren Energieeinsatzes sowie der einfachen Entsorgung von Interesse.
  • Allerdings besteht bei der Verwendung von Holzwerkstoffplatten bzw. Holzdämmstoffplatten insbesondere in Innenräumen derzeit eine noch gesundheitliche Belastungsquelle aufgrund der Emission von während des Herstellungsprozesses der Holzfasern gebildeten leichtflüchtigen organischen Verbindungen. Zu den leichtflüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) gehören flüchtige organische Stoffe, die leicht verdampfen bzw. bereits bei niedrigen Temperaturen, wie z.B. bei Raumtemperatur gasförmig vorliegen. Generell fallen die flüchtigen Verbindungen entweder als Nebenprodukte während des Herstellungsprozesses an oder sie werden während des Wachstums des Baumes gebildet. Diese werden anschließend mehr oder weniger schnell an die Umgebung abgegeben. Beide Vorgänge führen zu spezifischen Problemen, die den gesamten Herstellungsprozess verteuern können und/oder zu Geruchsbelästigung in der Nutzung der Holzfaserdämmstoffplatten führen können.
  • Das Problem der Emission von leichtflüchtigen organischen Komponenten aus Holzfaserplatten, insbesondere von Aldehyden, ist umso gravierender, je niedriger die Dichte der hergestellten Holzwerkstoffplatten ist. Während bei einer Faserplatte mit erhöhter Dichte (HDF) oder einer mitteldichten Faserplatte (MDF) keine erhöhten Werte der leichtflüchtigen organischen Bestandteile ermittelbar sind, ist bei Holzfaserplatten unterhalb einer Rohdichte von ca. 250 kg/m3, wie z.B. dem Holzfaserdämmstoffplatten, eine erhebliche VOC-Emission zu verzeichnen, da hier aufgrund der geringen Dichte Diffusionsvorgänge beschleunigt ablaufen können. Vor allem dies trägt zur schnellen Abgabe von organischen Verbindungen aus den Dämmmaterialien bei.
  • Um das Problem der VOC-Emission zu lösen sind verschiedene Ansätze denkbar. Zum einen besteht die Möglichkeit Holzfasern mit anderen natürlichen Fasern wie z.B. Wolle, Hanfflachs, zu mischen, die sich im Hinblick auf ihr Emissionsverhalten günstiger verhalten, um somit einen ökologischen Dämmstoff mit verbesserter Emissionscharakteristik zu erhalten. Ein Nachteil hierbei ist allerdings die mit diesen Fasern verbundenen hohen Kosten und eingeschränkte Verfügbarkeit, da teilweise für die entsprechenden Faserarten auch höherwertige Anwendungen existieren, die einen anderen Einsatz nahelegen.
  • Aus den oben genannten Gründen ist es daher erstrebenswert, geeignete Lösungen zu entwickeln, durch welche die Freisetzung von leichtflüchtigen organischen Verbindungen aus Holzwerkstoffplatten, insbesondere aus Holzfaserdämmstoffplatten reduziert wird. Hierzu sind verschiedene Ansätze bekannt. So kann durch Zugabe von alkalischen Stoffen der pH-Wert in der Holzmatrix erhöht werden, um so die in der Holzmatrix ablaufenden säurekatalysierten Reaktionen zu verhindern bzw. zu reduzieren (Roffael, E., et al, Holzzentralblatt 1990, 116: 1684-1685). Weitere Möglichkeiten in der Reduzierung der Emission von leichtflüchtigen organischen Verbindung bestehen in der Zugabe von Zeolith ( WO 2010/ 136106 ), Bisulfiten oder Pyrosulfiten ( US2009/0130 474 A1 ) als Aldehydfänger oder auch in der Zugabe von Polyaminen zur Reduzierung von während des wässrigen Holzaufschlusses freigesetzten Aldehyden und organischen Säuren ( EP 2 567 798 ).
  • Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die technische Aufgabe zugrunde, die Emission an leichtflüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) aus Holzfaserdämmstoffplatten weiter zu reduzieren, ohne dass dies zu Einbußen der technischen Eigenschaften des Dämmstoffes für die Wärmeleitfähigkeit oder Dichte führt.
  • Entsprechend lag der vorliegenden Erfindung die technische Aufgabe zugrunde, einen geeigneten Rohstoff zu finden, der in Kombination mit Holzfasern einsetzbar ist und ein günstiges Emissionsverhalten aufweist.
  • Die gestellte Aufgabe wird durch die Verwendung von Lederpartikeln gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung werden Lederpartikel in Holzwerkstoffplatten verwendet, die zu einer Reduzierung der Emission von flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) aus Holzwerkstoffplatten, insbesondere aus Holzfaserdämmstoffplatten führen.
  • Die Verwendung von Lederpartikel als nachwachsender Rohstoff in Holzwerkstoffplatten ist in letzter Zeit verstärkt in den Fokus gerückt. So wird in der europäischen Patentanmeldung 13 169 863 die Möglichkeit der Herstellung von Holzwerkstoffplatten aus einem Gemisch aus Holzfasern und Lederpartikeln beschrieben. Als Lederfaserstoff wird hierbei ein Werkstoff aus Falzspännen z.B. Chromfalzspänen und zerkleinerten, pflanzlich gegerbten Lederresten der lederverarbeitenden Industrie verwendet. Lederreste fallen bei der Verarbeitung von Leder bzw. der Herstellung von verschiedenen Produkten in großen Mengen an. Von dem Leder, das nach dem Gerbprozess bis zu einer Stärke von mehr als 1 cm anfällt, können meist nur wenige Millimeter genutzt werden. Der Rest ist Abfall und wird lediglich zu einem geringen Teil z.B. zur Herstellung von Schuhsohlen verwendet. Ein weiterer Vorteil ist, dass das Leder in den verschiedenen Verarbeitungsprozessen bereits in zerkleinerter Form als sogenannte Falzspäne anfällt, sodass sich der mechanische Aufwand zur Faserherstellung deutlich reduziert.
  • Leder besteht zum überwiegenden Anteil aus Kollagen, einem Polypeptid, das dreidimensionale Faserstrukturen ausbildet. Besonders häufig finden sich in dem Polypeptid die Aminosäuren Glycin, Prolin, 4-Hydroxyprolin und 5-Hydroxylysin, wobei fast jeder dritte Rest im Kollagenmolekül Glycin ist.
  • Die vorliegend verwendeten Lederpartikel sind bevorzugterweise Lederfasern, die aus verkleinerten, pflanzlich gegerbten Lederresten der lederverarbeitenden Industrie gewonnen werden. Derartige Lederfasern weisen typischerweise eine Länge von bis zu 20 mm, bevorzugt 5 bis 15 mm auf und eine Dicke vom bis zu 1 mm, bevorzugt 0,5 bis 1 mm auf. Insbesondere werden vorwiegend für die Herstellung der Dämmstoffplatten Lederfalzspänne eingesetzt, die beim Gerben von Leder unter Verwendung von anderen Gerbstoffen anfallen. Ausgenommen sind dabei Lederfalzspänne die beim Gerben von Leder unter Verwendung von chromhaltigen Gerbstoffen anfallen. Entsprechend ist die Verwendung von Chromfalzspannen aus ökologischen Gründen ausgenommen.
  • Die Lederfalzspäne können im Gerb- bzw. Verarbeitungsprozess des Leders an verschiedenen Stellen anfallen. Dabei können die Lederpartikel als relativ feuchtes Material direkt im Gerbprozess (Feuchte: ca. 50 Gew%) oder am Ende des Lederherstellprozess anfallen ( Feuchte < 10% ). Für den Einsatz bei der Dämmstoffherstellung können beide Materialien verwendet werden. Wenngleich ein Trocknen unnötig ist, Energie verbraucht und höhere Kosten für den Rohstoff verursacht.
  • In einer Ausführungsform weisen die Lederpartikel eine Feuchte von 20 bis 70 %, bevorzugt 30 bis 60 %, insbesondere bevorzugt 45 bis 55 % auf. Ein typischer Feuchtewert der zum Einsatz kommenden Lederpartikel bzw. Lederfasern liegt bei 50 %.
  • Die Lederpartikel werden vorliegend bevorzugt zur Reduzierung der Emission von organischen Säuren, insbesondere zur Reduzierung der Emission von Essigsäure aus Holzwerkstoffplatten verwendet. Organische Säuren fallen insbesondere als Spaltprodukte der Holzbestandteile Zellulose, Hemizellulosen und Lignin an, wobei bevorzugt Alkansäuren, wie Essigsäure und Propionsäure oder aromatische Säuren gebildet werden.
  • Es ist ebenfalls wünschenswert, die Lederpartikel zur Reduzierung der Emission von Aldehyden aus Holzwerkstoffplatten einzusetzen. Hierbei ist es insbesondere bevorzugt, wenn die Lederpartikel zur Reduzierung von während des wässrigen Holzaufschlusses freigesetzten Aldehyden eingesetzt wird. Wie oben bereits erläutert, erfolgt eine Freisetzung von Aldehyden während der hydrolytischen Aufarbeitung von Holz bzw. Lignozellulose. Dabei werden die Aldehyde aus den Grundbausteinen der Zellulose oder Hemizellulose gebildet. So wird z.B. der Aldehyd Furfural aus Mono-und Disacchariden der Zellulose bzw. Hemizellulose gebildet, während aromatische Aldehyde während des partiell stattfindenden hydrolytischen Ausschlusses von Lignin freigesetzt werden können. Entsprechend werden die Lederpartikel zur Reduzierung der Emission von C1-C10 Aldehyden, insbesondere bevorzugt vom Formaldehyd, Acetaldehyd, Pentanal, Hexanal oder auch Furfural in Holzwerkstoffplatten eingesetzt.
  • In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Lederpartikel zur Reduzierung der Emission von Terpenen verwendet. So können die Lederpartikel zur Reduzierung von aus den in der Holzwerkstoffplatte verwendeten Holzspänen bzw. Holzfasern freigesetzten Terpenen, insbesondere C10-Monoterpene und C15-Sesquiterpene, insbesondere bevorzugt acyclische oder cyclische Monoterpene eingesetzt werden.
  • Typische acyclische Terpene sind Terpenkohlenwasserstoffe wie Myrcen, Terpenalkohole wie Gerianol, Linaool, Ipsinol und Terpenaldehyde wie Citral. Typische Vertreter der monocyclischen Terpene sind p-Menthan, Terpeninol, Limonen oder Carvon, und typische Vertreter der bicyclischen Terpene sind Caran, Pinan, Bornan, wobei insbesondere 3-Caren und α-Pinen von Bedeutung sind. Terpene sind Bestandteile der Baumharze und von daher besonders in sehr harzhaltigen Baumarten wie Kiefer oder Fichte vorhanden.
  • Vorliegend werden die Lederpartikel in Holzwerkstoffplatten verwendet, die 40 bis 65 Gew%, bevorzugt 45 bis 60 Gew%, insbesondere 45 bis 55 Gew% an Holzpartikeln, insbesondere Holzfasern umfasst.
  • Unter Holzpartikel sind vorliegend lignozellulosehaltige Zerkleinerungsprodukte wie z.B. Holzfasern, Holzspäne oder auch Holzstrands zu verstehen. Im Falle der Verwendung von Holzfasern, wie insbesondere bei der Verwendung von Holzfasern in Holzfaserdämmstoffplatten, kommen insbesondere trockene Holzfasern mit einer Länge von 1 mm bis 20 mm, bevorzugt von 1,5 mm bis 10 mm und eine Dicke von 0,05 mm bis 1 mm zum Einsatz.
  • Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die vorliegende Holzwerkstoffplatte, insbesondere Holzfaserdämmstoffplatte, 5 bis 30 Gew%, bevorzugt 10 bis 20 Gew% an Lederpartikeln bzw. Lederfasern umfasst.
  • In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist dem Gemisch aus Holzpartikeln bzw. Holzfasern und Lederpartikeln bzw. Lederfasern ein geeignetes Bindemittel zugefügt, um eine stoffschlüssige Verbindung der Partikel miteinander zu gewährleisten.
  • Als geeignete Bindemittel für das Holzpartikel-Lederpartikel-Gemisch als Ausgangsgemisch zur Herstellung von Holzfaserdämmstoffplatten können formaldehydfreie Bindemittel in Form von flüssigen oder pulverförmigen Klebstoffkomponenten als auch in Form von Bindefasern, wie Isocyanate oder Kunststofffasern zum Einsatz kommen.
  • Für den Fall, dass ein Isocyanat als Bindmittel verwendet wird, ist dieses ausgewählt aus einer Gruppe enthaltend aliphatische und aromatische Isocyanate. Als aliphatische Isocyanate können zum Beispiel Hexamethylendiisocyanat (HDI), Isophorondiisocyanat (IPDI) und/oder 1,4-Cyclohexyldiisocyanat (CHDI) verwendet werden. Typische geeignete aromatische Isocyanate sind zum Beispiel Diphenylmethandiisocyanat (MDI) oder Toluylendiisocyanat (TDI) oder auch polymeres Diphenylmethandiisocyanat (PMDI), wobei Letzteres besonders bevorzugt ist. Das Isocyanat unterliegt bei seiner Verwendung als Bindemittel zwei chemischen Reaktionen. Zum einen bildet es in Gegenwart von Wasser Polyharnstoff aus. Parallel dazu erfolgt die Anbindung an die Holzpartikel und Lederpartikel durch die Reaktion der Isocyanate mit freien Hydroxy-/Aminogruppen an der Oberfläche der Holzpartikel und/oder Lederpartikel unter Ausbildung einer Urethan- bzw. Polyharnstoffbindung.
  • Wie bereits erwähnt, können als Bindemittel für das Holzpartikel-Lederpartikel-Gemisch aber auch Kunststofffasern zum Einsatz kommen. Die Kunststofffasern können als Monokomponentenfasern oder als Bikomponentenfasern vorliegen. Die thermisch aktivierbaren Kunststoff- bzw. Bindefasern führen in der Matrix aus Holzfasern und Lederpartikel aufgrund ihrer räumlichen Verteilung sowohl eine Binde- als auch eine Stützfunktion aus.
  • Werden Monokomponentenfasern verwendet, bestehen diese bevorzugt aus Polyethylen oder andern Kunststoffen mit einem niedrigen Schmelzpunkt.
  • Bikomponentenfasern (auch als Biko-Stützfasern bezeichnet) bestehen typischerweise aus einem Tragfilament oder auch einer Kernfaser aus einem Kunststoff mit höherer Temperaturbeständigkeit, insbesondere Polyester, die von einem Kunststoff mit einem niedrigeren Schmelzpunkt, insbesondere aus Polyethylen, umhüllt bzw. ummantelt sind. Die Hülle bzw. der Mantel ermöglicht nach Aufschmelzen eine Vernetzung der Holzpartikel und/oder Lederpartikel miteinander.
  • Die unter Verwendung der Lederpartikel hergestellten Holzwerkstoffplatten bzw. Holzfaserdämmstoffplatten umfassen entsprechend 40 bis 65 Gew%, bevorzugt 45 bis 60 Gew%, insbesondere bevorzugt 45 bis 55 Gew% an Holzpartikeln, 5 bis 30 Gew%, bevorzugt 10 bis 20 Gew% an Lederpartikeln, mindestens ein Flammschutzmittel und mindestens ein Bindemittel.
  • Das Flammschutzmittel kann in einer Menge zwischen 5 und 20 Gew%, bevorzugt zwischen 8 und 10 Gew%, zugegeben werden. Typische Flammschutzmittel sind dabei ausgewählt aus der Gruppe umfassend Phosphate, Borate, insbesondere Ammoniumpolyphosphat, Tris(tri-bromneopentyl)phosphat, Zinkborat oder Borsäurekomplexe von mehrwertigen Alkoholen.
  • Die vorliegenden Holzwerkstoffplatten sind durch eine im Vergleich zu Holzwerkstoffplatten ohne Lederpartikel reduzierte Emission an leichtflüchtigen Verbindungen (VOCs) gekennzeichnet. Die Reduktion der VOC-Emission, insbesondere an organischen Säuren, liegt dabei bei um bis zu 50%, bevorzugt 45% insbesondere 40% niedriger als im Vergleich zu den herkömmlichen Holzwerkstoffplatten.
  • Die vorliegende Holzwerkstoffplatte ist bevorzugt durch eine Reduktion der Emission an organischen Säuren, insbesondere Essigsäure, an Aldehyd und/oder Terpenen gekennzeichnet.
  • Die vorliegende Holzwerkstoffplatte, insbesondere Holzfaserdämmstoffplatte enthaltend Lederpartikel wird in einem Verfahren mit den folgenden Verfahrensschritten hergestellt:
    1. a) Herstellen von Holzfasern aus Holzhackschnitzeln,
    2. b) Vermischen der Holzfasern mit Lederpartikeln, Flammschutzmittel und Bindemittel,
    3. c) Streuen der Mischung aus Holzfasern, Lederpartikeln, Flammschutzmittel und Bindemittel auf ein Transportband, und
    4. d) Verdichten und Erwärmen der gebildeten Fasermatte.
  • Zur Herstellung der Holzfasern gemäß Schritt a) werden die Holzhackschnitzel zunächst gereinigt, anschließend zerfasert und getrocknet.
  • Das Vermischen der Holzfasern mit den Lederpartikeln kann während verschiedener Verfahrensschritte erfolgen. So können die Lederpartikel vor oder während des Zerfaserungsprozesses der Holzhackschnitzel, z.B. im Kocher oder Refiner zudosiert werden. Auch ist es generell möglich, die Lederpartikel in der Blow-Line oder während des Fasermischprozesses mit dem Holzfasern in Kontakt zu bringen.
  • Es ist bevorzugt, wenn die Holzfasern in Abhängigkeit von verwendeten Anlagetyp und Verfahren vor oder nach dem Vermischen mit den Lederpartikeln mit einem geeigneten Bindemittel zusätzlich beaufschlagt werden.
  • Nach Streuen der Mischung aus Holzpartikel, Lederpartikel und Bindemittel auf ein Transportband und der Ausbildung einer Holzfasermatte erfolgt zunächst ein Vorpressen, bei der die Dicke der Matte im Rahmen einer kalten Vorverdichtung reduziert wird. Anschließend wird eine Mattenbesäumung durchgeführt, während der Seitenstreifen von der Fasermatte abgetrennt werden und die Seitenstreifen in den Prozess zurückgeführt werden.
  • Wie vorhergehend erwähnt, können als Bindemittel flüssige oder pulverförmige Klebstoffkomponenten, insbesondere auf der Basis von Isocyanaten, oder auch Bindefasern, z.B. in Form von Bikomponentenfasern, zum Einsatz kommen.
  • Im Falle der Verwendung von flüssigen oder pulverförmigen Klebstoffkomponenten werden diese mit den Holzfasern und/oder Lederpartikel vermischt, auf ein Transportband gestreut und danach in einem Heißpressverfahren zu einer Matte und/oder Platte verpresst. Das Vermischen der Lederpartikel mit der flüssigen und/oder pulverförmigen Klebstoffkomponente kann z.B. während der Dosierung in der Blow-Line-Zuführung erfolgen. Das Gemisch aus Lederpartikeln und Klebstoffkomponente wird anschließend in den Holzfaserstrom eingespritzt. Die Lederpartikel und das Bindemittel können aber auch nacheinander mit dem Holzfaserstrom kontaktiert werden. Es ist auch denkbar, die Lederpartikel während des Dämpfens der Hackschnitzel einzuführen oder im Refiner zuzugeben
  • Im Falle der Verwendung von Bindefasern, wie z.B. Bikomponentenfasern erfolgt die Vermischung derselbigen mit den Holzfasern und/oder Lederpartiklen nach der Trocknung der Holzfasern und/oder Lederpartikel in einem separaten Prozess. Das Gemisch aus Holzfasern, Lederpartikel und Bindefasern wird auf ein Transportband gestreut. Das aufgestreute Gemisch bzw. Vlies wird anschließend in einen Heißluftofen eingeführt, in welchem das aus Holzfasern, Bindefasern und Lederpartikeln gebildete Vlies von heißer Luft durchströmt wird, wobei die Bindefasern erwärmt und angeschmolzen werden und es zur Mattenbildung kommt. Am Ofenausgang bzw. Ofenende kann eine Kalibrierung der Matte erfolgen.
  • Das mit dem Verdichten (bzw. Verpressen) und/oder Erwärmen verbundene Aktivieren des Bindemittels bzw. der Bikofasern in der Holzfasermatte erfolgt bevorzugt bei Temperaturen zwischen 100 °C und 250 °C, bevorzugt 130 °C und 220 °C, insbesondere bei 200 °C.
  • Während des Durchlaufens des Faserkuchens durch den Ofen kommt es typischerweise zu einer Aktivierung des Bindemittels, z.B. einem Aufschmelzen des thermoplastischen Mantels im Falle der Verwendung von Bikomponentenfasern als Bindemittel, wodurch eine feste Verbindung zwischen den Holzfasern, Lederpartikeln und dem Bindemittel hergestellt werden. Insbesondere kommt es bei der Verwendung von Bikomponentenfasern zu einer Ausbildung eines Stützgerüstes aus den Bikomponentenfasern, in welches die Holzpartikel und Lederpartikel eingelagert bzw. mit diesem verklebt werden.
  • In der Endbearbeitung wird die Fasermatte schließlich auf die gewünschten Maße reduziert und gekühlt.
  • Es ist ebenfalls vorstellbar, dass mehr als ein Bindemittel verwendet wird. So kann neben dem bereits erwähnten Bindemittel, insbesondere von aldehydfreien Bindemitteln aus der Gruppe der Isocyanate und Bikomponentenfasern weitere Bindemittel wie ein Granulat aus Kunststoff zugesetzt werden. Solch ein Granulat kann ein Kunststoffgranulat sein wie sie bei dem Recyclen von Kunststoffartikeln aus dem Dualen System anfallen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
    • Ausführungsbeispiel:
  • In der Vormischung der Dämmstoffanlage wurden Holzfasern, Bicofasern (Polyesterfasern mit Polyethylen ummantelt) und feuchte Lederfalzspäne (mit Glyoxal gegerbt, Feuchte: ca. 50%) vermischt. Der Anteil der Bicofaser, die als Stützgerüst dient wurde bei 20 Gew% konstant gehalten. Die Anteile der Holzfaser wurden je nach Dosierung der Falzspäne reduziert.
  • Anschließend wurden die vorgemischten Fasern zu einem Faserbett gestreut und durch den Wärmeofen gefahren. Dabei schmelzen die BiCo-Fasern an und erzeugen eine Stützmatrix. Die mit Lederfalzspänen hergestellten Dämmstoffe zeigten - je nach zu dosierter Menge Falzspäne - eine zum Teil deutliche hellere Färbung.
  • Die Dämmstoffe wurden anschließend in einer Prüfkammer nach dem AgBB-Schema (Ausschuss zur gesundheitlichen Bewertung von Bauprodukten) auf ihre VOC-Emission untersucht, wobei als Leitparameter lediglich der Essigsäurewert angegeben wird. Die Emissionswerte der anderen Säuren und Aldehyde haben sich in ähnlichen Prozentsätzen reduziert.
    Variante Holzfaser Gew% Flammschutzmittel Gew% Bicofaser Gew.% Lederfalzspäne Gew.%, atro Essigsäureemission nach 7d in yg/m3
    0-Probe 73,0 7 20 0 1426
    1 64,4 7 20 8,6 925
    2 55,8 7 20 17,2 741
  • Wie aus den Ergebnissen zu entnehmen ist, werden die Essigsäureemissionen deutlich reduziert, wobei die Reduktion der Essigsäureemission deutlich über dem prozentualen Anteil der Lederfasern liegt. Die Lederfasern bewirken somit tatsächlich eine Emissionsreduktion.
  • Die Prüfung der übrigen Produktionsparameter zeigte keine Auffälligkeiten.

Claims (15)

  1. Verwendung von Lederpartikeln in Holzwerkstoffplatten zur Reduzierung der Emission von flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) aus Holzwerkstoffplatten.
  2. Verwendung von Lederpartikeln nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Holzwerkstoffplatte eine Holzfaserdämmstoffplatte ist.
  3. Verwendung von Lederpartikeln nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lederpartikel in Form von Lederfasern, insbesondere Lederfalzspänen vorliegen.
  4. Verwendung von Lederpartikeln nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lederpartikel eine Feuchte von 20 bis 70 %, bevorzugt 30 bis 60 %, insbesondere bevorzugt von 45 bis 55% aufweisen.
  5. Verwendung von Lederpartikeln nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Reduzierung der Emission von organischen Säuren aus Holzwerkstoffplatten.
  6. Verwendung von Lederpartikeln nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Reduzierung der Emission von Essigsäure aus Holzwerkstoffplatten.
  7. Verwendung von Lederpartikeln nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Reduzierung der Emission von Aldehyden aus Holzwerkstoffplatten.
  8. Verwendung von Lederpartikeln nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Reduzierung der Emission von Terpenen.
  9. Verwendung von Lederpartikeln nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Holzwerkstoffplatte 40 bis 65 Gew%, bevorzugt 45 bis 60 Gew%, insbesondere bevorzugt 45 bis 55 Gew% an Holzpartikeln, insbesondere Holzfasern umfasst.
  10. Verwendung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Holzwerkstoffplatte 5 bis 30 Gew%, bevorzugt 10 bis 20 Gew% an Lederpartikeln umfasst.
  11. Holzwerkstoffplatte, insbesondere Holzfaserdämmstoffplatte, umfassend
    40 bis 65 Gew%, bevorzugt 45 bis 60, insbesondere bevorzugt 45 bis 55 Gew% an Holzpartikel,
    5 bis 30 Gew%, bevorzugt 10 bis 20 Gew% an Lederpartikeln,
    mindestens ein Flammschutzmittel und mindestens ein Bindemittel.
    mit einer um bis zu 50 %igen, bevorzugt 45%igen, insbesondere 40%igen Reduktion der Emission an leicht flüchtigen Verbindungen (VOCs) im Vergleich zu Holzwerkstoffplatten ohne Lederpartikel.
  12. Holzwerkstoffplatte nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Reduktion der Emission an organischer Säure, insbesondere Essigsäure, an Aldehyd und/oder Terpenen.
  13. Holzwerkstoffplatte nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel Bindefasern, insbesondere Bikomponentenfasern, verwendet werden.
  14. Verfahren zur Herstellung einer Holzwerkstoffplatte nach einem der Ansprüche 11 bis 13 umfassend die folgenden Verfahrensschritte:
    a) Herstellen von Holzfasern aus Holzhackschnitzeln,
    b) Vermischen der Holzfasern mit Lederpartikeln, Flammschutzmittel und Bindemittel,
    c) Streuen der Mischung aus Holzfasern, Lederpartikel, Flammschutzmittel und Bindemittel auf ein Transportband, und
    d) Verdichten und/oder Erwärmen der gebildeten Fasermatte.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichten und/oder Erwärmen des aufgestreuten Gemisches in Schritt c) bei Temperaturen zwischen 100°C und 250°C, bevorzugt 130°C und 220°C, insbesondere bei 200°C erfolgt.
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