FI101690B - Kuitulevyjen valmistusmenetelmä - Google Patents

Description

101690

Kuitulevyjen valmistusmenetelmä Tämä keksintö koskee kuitulevyjen ja muiden vastaavien puupohjaisten tuotteiden val-S niistämistä, jotka tuotteet käsittävät hienojakoisia lignoselluloosapartikkeleita ja kuituja, jotka on sekoitettu sideaineen kanssa ja joita sitoo sideaine. Erityisesti tämä keksintö koskee kuitulevyjen uutta valmistusprosessia.

Nopea kasvu lastu-, hake- ja kuitulevyjen, erityisesti tiheydeltään keskimääräisten kuitu-10 levyjen (seuraavassa lyhennetty MDF-levyjen), tuotannossa viime vuosikymmenien aikana, on luonut tarpeen edullisille, suurina määrinä saatavilla oleville, ja raakaöljystä riippumattomille sideaineille. Ligniini täyttää nämä vaatimukset hyvin, eikä se sisällä lainkaan formaldehydiä, jota perinteisesti on pidetty tavanomaisten urea-formaldehydilii-mojen (UF) vakavana ongelmana. Pääasiallisena puun komponenttina natiivi ligniini ei 15 ole hygroskooppista eikä veteen liukenevaa. Polyfenolisen rakenteensa vuoksi ligniinin pitäisi olla liima-aineena fenoliformaldehydihartsien (PF) kaltainen. Tämä päteekin puun sisältämälle natiiville ligniinille, kun taas teknisillä ligniineillä (lignosulfonaateilla tai kraft-ligniinillä) on osoitettu olevan huomattavia rajoituksia niiden alhaisen reaktiivisuuden (kraft-ligniini) tai korkean hygroskooppisuuden vuoksi. Lisäksi teknisen massanval-20 mistuksen aikana ligniini muuttuu veteen liukenevaksi hajoamisen ja kemiallisten muutosten vuoksi.

Sulfiittijäteliemen (SSL) käyttö paperin, puun tai muiden lignoselluloosapitoisten materiaalien sideaineena on alalla hyvin tunnettua, ja useita patenttihakemuksia on jätetty kol-25 men viime vuosikymmenen aikana ligniinituotteiden käytöstä lastulevyjen, vanerin ja : kuitulevyjen liimauksessa perinteisten PF- tai UF- liimojen sijasta. Referensseinä ovat patentit DE 3 037 992, 3 621 218, 3 933 279, 4 020 969, 4 204 793 ja 4 306 439 ja PCT-hakemukset, jotka on julkaistu numeroilla WO 93/25622, WO 94/01488, WO 95/23232 ja WO 96/03546.

Pääasiallinen haitta SSL:n käytössä sideaineena kuitulevyjen valmistuksessa on sen hygroskooppisuus.

30 2 101690

On osoitettu, että iakkaasientsyymiä ja muita peroksidaaseja voidaan käyttää ligniinin polymerointi- tai kovetuskatalyytteinä (DE 3 037 992, WO 96/03546). Kuitenkin menestys entsyymien käytössä radikaalireaktioiden aikaansaamisessa on ollut toistaiseksi rajoitettua. Kuitulevyjen valmistuksessa käytetyt kuidut ja lastut sisältävät 5-20 % vettä 5 ja käytetyt lakkaasit tarvitsevat jonkin verran vettä, jotta ne voisivat tehokkaasti katalysoida kuitulevyn kattavaan sitoutumiseen tarvittavaa polymeroitumista. Kraft-ligniini, kuten natiivi ligniinikin, on kuitenkin suurimmaksi osaksi veteen liukenematonta, ja siten kaksi kiinteää faasia muodostuu tuotantolinjalla. Kiinteiden aineiden epätasainen jakaantuminen aiheuttaa läikkiintymistä ja puristusvaiheessa muodostuvien levyn lu-10 juusominaisuuksien merkittävän huononemisen.

Lisäksi eristetyn ligniinin käyttöä rajoittaa kraft-ligminin korkea hinta, joka on lähellä lastulevyn taloudellisen tuottamisen rajaa.

15 Yllä mainituista syistä johtuen ligniinipohjaiset tuotantoprosessit eivät toistaiseksi ole johtaneet merkittäviin käytännön sovelluksiin.

Ligniinipohjaisten sideaineiden sijasta on ehdotettu aktivoitavaksi puukuitujen ligniiniä lakkaasilla ja näiden kuitujen käyttöä sellaisenaan ilman lisättyjä sideaineita puukuitule-20 vyjen valmistamiseksi (EP-patenttihakemus no. 0 565 109). Pääasiallinen ongelma mainitussa teknologiassa on vaadittu pitkä inkubointiaika (jopa seitsemän päivää tai enemmänkin).

Yksivuotisista kasveista eristetyttyjä komponentteja, kuten feruloyyliarabinoksylaaneja,

25 voidaan käyttää sideaineiden lisäaineina lastulevyissä. Siten Feldmanin et alin (WO

: 96/03546) mukaan puukuidut ja lastut voidaan sitoa yhteen käyttämällä hapetettua feno- » lista polysakkaridia. Näitä ksylaaneja esiintyy vain yksivuotisissa kasveissa eikä lainkaan havu- tai lehtipuumateriaalissa. Niitä ei ole teollisesti saatavilla.

30 Tällä keksinnöllä pyritään eliminoimaan tunnettuun tekniikkaan liittyvät ongelmat. Eri-. tyisesti tämän keksinnön tavoitteena on saada aikaan uusi prosessi kuitulevyjen valmis tamiseksi.

3 101690 Nämä ja muita tavoitteita sekä niiden tunnettuihin ligniinipohjaisiin sideaineideisiin nähden tarjoamat edut, jotka edut käyvät ilmi seuraavasta selityksestä, aikaansaadaan seu-raavassa kuvatulla ja patenttivaatimuksissa määritellyllä tavalla.

5 On tunnettua, että MDF-kuitujen valmistuksessa, kuidutuksen aikana muodostuu vesiliukoinen fraktio, joka sisältää puun komponentteja. Tämä fraktio erotetaan kuiduista ennen kuin kuidut kuivataan. Fraktio sisältää noin 1-2 p.-% kuitujen alkuperäisestä kuiva-aineesta. Perinteisissä prosesseissa tämä fraktio lisää poistovirtausten BOD- ja COD-kuormitusta ja biologisen puhdistuksen tarvetta.

10 Tämä keksintö perustuu mainitun fraktion kierrättämiseen takaisin prosessiin, jossa se muodostaa ainakin osan kuitujen sitomiseen käytetystä sideaineesta. Fraktion lii-mausominaisuuksien parantamiseksi fraktion komponentteja polymeroidaan hapettavalla entsyymillä.

15

Uuden prosessin liimautuvuustulokset ovat verrattavissa kaupallisesti saatavilla olevilla liimoilla (synteettisillä hartseilla) saatuihin tuloksiin.

Lyhyesti, tämän keksinnön mukaan, on havaittu, että sideaine, joka on tavallisesti ulkoi-20 sesti tuotettu, kuten fenoliformaldehydi tai ureaformaldehydi, voidaan korvata luonnollisilla, puujohdannaisilla fraktioilla, jotka on erotettu prosessin puuraaka-ainemateriaalin kuidutuksesta. Kuitulevyjen valmistusprosessi käsittää seuraavat vaiheet: - lignoselluloosapitoisen raaka-ainemateriaalin, jonka kosteuspitoisuus on vähintään 10 p.-%, jauhaminen kuidutetuksi massaksi, joka sisältää lignoselluloosakuituja ja vesipi- 25 toista effluenttia, jossa on liuenneena puumateriaalia, : - - jauhettujen lignoselluloosakuitujen erottaminen vesipitoisesta effluentista, - vesipitoisen effluentin konsentroiminen puusta liuenneen materiaalin konsentraation lisäämiseksi, - puusta liuenneen materiaalin käsittely entsyymeillä hapen läsnäollessa liuenneen puu-30 materiaalin hapettamiseksi, - hapetetun puumateriaalin sekoittaminen kuitujen kanssa, - kuituseoksen muovaaminen levyksi, ja 4 101690 - levyn kovettaminen kuitulevyksi.

Tämän menetelmän lisäetuna ulkoista puhdistusta vaativien jätevesien määrät pienenevät. Lisäksi saadaan MDF-levyjä, joiden lujuusominaisuudet ovat erinomaiset.

5

Keksintöä selitetään tarkemmin seuraavassa yksityiskohtaisessa kuvauksessa viitaten liitettyihin piirroksiin ja edelleen viitaten kokeellisiin esimerkkeihin.

Liitteenä olevat piirrokset kuvaavat virtauskaavion muodossa yksinkertaista, tämän 10 keksinnön mukaista edullisesta prosessin sovellusmuotoa.

Tämän keksinnön yhteydessä termeillä “sideaine”, “liima-aine” ja “hartsi” tarkoitetaan kemiallista koostumusta, joka esim. lastu- ja kuitulevyjen valmistusprosessin märissä vaiheissa saa aikaan lastujen, kuitujen tai hakekappaleiden välisen adheesion. Levyjen 15 valmistuksessa tapahtuvan lämpöpuristuksen jälkeen koostumus, joka sisältää polymeroi-tunutta hartsia, toimii sideaineena, joka pitää lastut, kuidut tai hakkeen koossa.

Termillä “puupohjainen tuote” tarkoitetaan mitä tahansa lignoselluloosapohjaista tuotetta, kuten lastulevyjä, kuitulevyjä (joihin kuuluvat sekä korkean että keskimääräisen tiheyden 20 levyt, eli kovalevyt ja MDF-levyt), hakelevyjä, vaneria ja vastaavanlaisia muita tuotteita, jotka koostuvat kasvipohjaista alkuperää olevista, erityisesti puusta tai yksi- tai monivuotisista kasveista saaduista lastuista, kuiduista tai hiutaleista, jotka on sekoitettu ja liitetty yhteen sideaineilla.

25 Ligniinin ja puun liukoisten fraktioiden sisältämien hiilihydraattien polymeroimiseksi ; · voidaan käyttää fenolisten ryhmien hapettumista katalysoivia hapettavia entsyymejä.

Nämä entsyymit ovat oksidoreduktaaseja, kuten peroksidaasit ja oksidaasit. “Peroksidaasit” ovat entsyymejä, jotka katalysoivat hapetusreaktiota käyttäen vetyperoksidia substraattinaan, kun taas “oksidaasit” ovat entsyymejä, jotka katalysoivat hapetus-30 reaktioita käyttäen molekulaarista happea substraattinaan. Fenolioksidaasit (EC 1.10.3.2 bentseenidioli.happi oksidoreduktaasi) katalysoivat o- ja p-substituoitujen fenolisten hydroksyyliryhmien ja amino/amiiniryhmien hapettumista monomeerisissa ja polymeeri- 5 101690 sissä aromaattisissa yhdisteissä. Hapetusreaktio johtaa fenoksiradikaalien muodostumiseen ja lopulta ligniinin ja mahdollisesti hiilihydraattien polymeroitumiseen. Tässä keksinnössä esitetyssä menetelmässä käytettävä entsyymi voi olla mikä tahansa biologista radikaalien muodostumista ja alhaisen molekyylipainnon omaavan ligniinin sekundaaris-5 ta kemiallista polymeroitumista katalysoiva entsyymi, kuten lakkaasi, tyrosinaasi, perok-sidaasi tai oksidaasi.

Spesifisinä esimerkkeinä oksidaaseista voidaan mainita: lakkaasit (EC 1.10.3.2), kateko-lioksidaasit (EC 1.10.3.1), tyrosinaasit (EC 1.14.18.1) ja bilirubiinioksidaasit (EC 10 1.3.3.5). Lakkaasit ovat erityisen edullisia oksidaaseja. Niitä voidaan saada esim. seuraa- viin kantoihin kuuluvista bakteereista ja sienistä: Aspergillus, Neuro-spora, Podospora, Botrytis, Lentinus, Polyporus, Rhizoctonia, Coprinus, Coriolus, Phlebia, Pleurotus, Fusarium ja Trametes.

15 Sopivia peroksidaaseja voidaan saada kasveista tai sienistä tai bakteereista. Edullisia peroksidaaseja ovat kasveista peräisin olevat peroksidaasit, erityisesti piparjuuriperoksi-daasi ja soijapapuperoksidaasi.

Termejä “surfaktantti” tai “pinta-aktiivinen aine” käytetään synonyymeinä tarkoittamaan 20 aineita, joilla on affiniteettia vettä ja hydrofobisia (esim. rasvaisia) aineita kohtaan, ja jotka siten auttavat hydrofobisia aineita suspendoitumaan veteen.

Keskimääräisen tiheyden kuitulevyjä (lyhennetty MDF) käytetään rakentamiseen ja huonekalujen valmistukseen. Niitä tuotetaan 2,5-40 mm paksuisina tai jopa paksumpina 25 levyinä. Lastulevyihin verrattuna MDF-prosessissa saadaan levylle parempi lujuus ja ; homogeenisempi rakenne kuin lastulevyille.

Liitteenä olevasta piirroksesta voidaan havaita, että tämän keksinnön mukainen edullinen toteutusmuoto MDF-levyjen tuottamiseksi koostuu seuraavista vaiheista, joista useimmat 30 ovat samanlaisia kuin perinteisessä prosessissa:

Raaka-aine, puutukit tai vastaava puupohjainen raaka-aine, kuoritaan ja haketetaan ensin 6 101690 tasaisen lastusyötön aikaansaamiseksi, joka voidaan seuloa ja pestä lian ja epäpuhtauksien poistamiseksi. Tämän keksinnön mukaan erilaisia puulajeja voidaan käyttää MDF-tuotantoon, vaikka havupuu onkin yleisin raaka-aine. Nykyisin noin puolet tehtaista operoi käyttäen havupuuta raaka-aineena, 20 % käyttää lehtipuuta ja 20 % havu- ja 5 lehtipuun seosta. Vähemmän kuin 10 % tehtaista käyttää muita materiaaleja kuten ba-gassia ja puuvillakorsia.

Pesijästä lastut syötetään kuiduttimeen, joka on TMP-prosesseissa käytetyn kaltainen. Kuitenkin kuidutusolosuhteet poikkeavat merkittävästi niistä, joita käytetään valmistetta-10 essa kuituja käytettäväksi paperinvalmistukseen, esimerkiksi lämpökäsittelyn intensiteetti on paljon korkeampi, ja sitä seuraa kuidutus matalalla energiatasolla. Tyypillisesti lastut esihöyrystetään ilmanpaineessa 6 - 20, edullisesti 8-10 minuutin ajan ja sitten niitä esilämmitetään 1-10 min ajan yli 5 barin paineessa, edullisesti 6-15 bar paineessa, erityisesti noin 8 barin paineessa. Kuidutuksen energiankulutus on noin 200 - 250 kWh/t 15 verrattuna kymmenkertaiseen energiankulutukseen kadutettaessa lastuja paperikuitu-hienouteen.

Kuiduttimessa kuituihin voidaan sekoittaa pieni määrä vahaa (yleensä alle 1 p-%).

20 Perinteisesti sideaine sekoitetaan kuituihin suuren nopeuden imulinjassa, jossa kuidutti-, mesta tuleva höyry kuljettaa kuidut ja sekoittaa sideaineen, joka pumpataan imulinjaan.

Tämän jälkeen kuidut kuivataan ja johdetaan varastosäiliöihin. Kuivaaja on tavallisesti pitkä putki, joka purkautuu sykloniin, joka erottaa kuituaineksen kuljetuskaasuista Varastosäiliön jälkeen kuiduista muodostetaan puristinlinjan levyinen jatkuva matto 25 matonmuodostimessa puristinlinjan alussa. Kuidut jaotellaan muotoilijan leveydeltä, : tyypillisesti ilmasuihkuja tai mekaanista annostelua käyttäen, tasaiseksi matoksi sellaise na painona pinta-alaa kohti, joka antaa panelille halutun tiheyden puristuksen jälkeen. Maton muodostuksen jälkeen tiheys on pieni, maton paksuuden ollessa 20 - 25 kertaa levyn lopullinen paksuus. Esipuristin puristaa maton 8 - 10-kertaiseen paksuuteen halut-30 tuun paksuuteen verrattuna.

•

Lopullinen puristus tapahtuu lämpöä käyttäen, jotta sideaine kovettuu muodostaen sidok- 7 101690 siä, jotka antavat panelille sen lujuuden. Yleensä käytetään sarjassa olevia panospuristi-mia, joiden levyt on järjestetty kohtisuoraan, jolloin voidaan kohdistaa haluttu voima mattojen puristamiseen. Puristamisen jälkeen paneelit jäähdytetään ja pinotaan ennen viimeistelyä. Hiekkahiontaa käytetään sileän pinnan aikaansaamiseen.

5 Tämän keksinnön mukainen prosessi eroaa perinteisestä kuitulevyn valmistuksesta siinä, että ainakin osa kuitujen sideaineesta on korvattu puu- tai lignoselluloosaraaka-aineen fraktiolla, joka on saatu kuidutusprosessista, ja joka on vesiliukoinen. Yllä kuvatun kuidutusprosessin aikana osa puumateriaalista liukenee esimerkiksi korkean lämpötilan 10 vuoksi. Kuidutusprosessin jälkeinen kuitusaanto vaihtelee riippuen käytetystä puulajista ja prosessiolosuhteista, mutta 96 - 98 % saannot ovat tavallisia. Tämä merkitsee sitä, että 2 - 4 % puusta liukenee vesivirtaukseen. Tämä vesi koostuu oleellisesti puun sisältämästä luonnollisesta vedestä, muodostaen vähintään 10 %, tavallisesti 30 - 70 %, yleensä noin SO % puun alkuperäisestä kosteudesta. Edellisessä tapauksessa tämä mer-15 kitsee, että voi muodostua 1 - 2 % kuiva-ainetta sisältävä jätevirta.

Mainittu kuiva-ainefraktio koostuu puun peruskomponenteista; selluloosasta, hemisellu-loosasta ja ligniinistä, joiden määrät riippuvat puulajista ja käytetyistä kuidutusolosuh-teista. Karkeasti arvioiden havupuulastujen prosessivesi sisältää 40 - 70 % hiilihydraatte-20 ja, 10 - 30 % pelkistyviä yhdisteitä, 10-25 % ligniiniä ja 1 - 10 % uuteaineita. Kun taas lehtipuun kuidutusprosessin vesi sisältää noin 20 - 60 % hiilihydraatteja, 20 - 40 % pelkistyviä yhdisteitä, 10 - 25 % ligniiniä ja 10-40 % uuteaineita. Prosenttimäärät on esitetty vain esimerkinomaisesti, ja ne on laskettu kiinteän aineen kuivapainosta.

25 Tämä fraktio erottuu kuiduista prosessoinnin aikana; eli kuidut kerätään liimattaviksi • sopivalla sideaineella, ja liuennut fraktio erotetaan kuiduista. Perinteisessä prosessissa liukenevan osan muodostuminen johtaa epätoivottuun ympäristökuormitukseen. Mainittu fraktio muodostaa pääasiallisen jätevirran, joka puhdistetaan ulkopuolisessa jätevedenkä-sittely laitoksessa.

Tämän keksinnön yhteydessä on ilmennyt, että liukoisen fraktion eri komponentit ovat kaikki reaktiivisia hapetusta kohtaan oksidaasientsyymien läsnäollessa. Kuten taulukon 3 30 8 101690 tuloksilla todistetaan, MDF-prosessivesi, kuten jotkut muutkin fraktiot kuluttavat huomattavia määriä happea lakkaasia käyttävän entsymaattisen hapetuksen seurauksena. Rajoittumatta mihinkään spesifiseen teoriaan, ehdotetaan kuitenkin, että muodostuu erilaisia hapettuneita yhdisteitä, jotka sisältävät esim. fenoksiradikaaleja, jotka saavat 5 aikaan adheesion lignoselluloosapartikkeleihin ja -kuituihin, ja jotka osallistuvat polyme-rointireaktioihin.

MDF-paneeli tuotetaan prosessoimalla puukuituja ja sekoittamalla niihin jopa noin 20 %, edullisesti 1-10 p-% (laskettuna kuitujen painosta) sopivaa liimaa tai sideainetta.

10 Ilman sideaineen lisäystä ei ole mahdollista valmistaa puristettua levyä.

Tämän keksinnön mukaan erottunut liukoinen fraktio muodostaa sideaineen, kun se sekoitetaan oksidaasin kanssa läsnäolevien hiilihydraattien, ligniinin ja uuteaineiden hapetuksen ja polymeroitumisen aikaansaamiseksi. Kuten liitteenä olevassa kuvassa on 15 esitetty, tätä tarkoitusta varten liukoiset fraktiot erotetaan kuiduista, ja vesifaasi konsentroidaan suodattamalla, ultrasuodattamalla tai haihduttamalla tai muilla sopivilla erotus-tekniikoilla. Liukoisen fraktion kuiva-ainepitoisuus on tavallisesti vähemmän kuin 10 p-%, usein vähemmän kuin 5 p-%. Siten se on konsentroitava paljon korkeampaan kon-sentraatioon ennen käyttöä. Tyypillisesti entsyymillä käsitellyn sideainekoostumuksen 20 kuiva-ainepitoisuus on noin 20 - 80 %. Sideaineen valmistukseen käytetty liukoinen fraktio sisältää edullisesti 10 - 70 % hiilihydraatteja ja noin 1 - 30 % ligniiniä laskettuna vesiliukoisen fraktion kuiva-aineen perusteella.

Käytetty entsyymi voi olla mikä tahansa aiemmin tunnettu ligniinin tai aromaattisten 25 yhdisteiden hapettumista ja polymeroitumista katalysoiva entsyymi, kuten lakkaasi, ; tyrosinaasi tai muu oksidaasi. Käytetyn etsyymin määrä vaihtelee riippuen entsyymin aktiivisuudesta ja kuiva-aineen määrästä koostumuksessa. Yleensä oksidaaseja käytetään 0,001 - 10 mg proteiinia/g kuiva-ainetta, edullisesti 0,1 - 5 mg proteiinia/g kuiva-ainetta. Oksidaasin aktiivisuus on noin 1 - 100 000 nkat/mg, edullisesti yli 100 nkat/mg.

30 . Tämän keksinnön yhteydessä on huomattu, että hapella on merkittävä osa mistä tahansa peräisin olevien hiilihydraattien, uuteaineiden ja ligniinin entsymaattisessa polymeroin- 9 101690 nissa. Tämä on erityisen tärkeää kuitulevyjen, lastulevyjen ja hakelevyjen ja muiden samankaltaisten puupohjaisten tuotteiden valmistukseen käytettävien sideaineiden tuotannossa. Siten hiilihydraatti- ja ligniinimateriaalin lisäksi myös happea tarvitaan riittävä määrä. Hapetusreaktio johtaa hapettuneiden radikaalien (esim. fenoksiradikaalien) muo-5 dostumiseen ja lopulta materiaalin polymeroitumiseen.

Yllä esitetyissä tunnetuissa menetelmissä ristisilloittuminen saavutettiin vain osittain hapensaannin ilmeisten rajoitusten vuoksi. Hapen rajoittava vaikutus reaktioon ilmenee selvästi käytettyinä pitkinä reaktioaikoina ja saatuina huonoina lujuusominaisuuksina 10 huonontaen siten entsyymaattisen polymerisaation tulosta.

Hapensaantia voidaan parantaa useilla eri keinoilla, kuten tehokkaalla sekoituksella, vaahdotuksella, tai tuomalla hapella rikastettua ilmaa tai happea entsymaattisesti tai kemiallisesti liuokseen. Vaikka mitä tahansa happea sisältävää kaasua voidaan käyttää, 15 on edullista käyttää ilmaa, happirikastettua ilmaa tai happikaasua tai näiden paineistettuja systeemejä.

Siten keksinnön erään sovellusmuodon mukaan liukoisen fraktion sisältävää seosta sekoitetaan voimakkaasti hapen läsnäollessa esim. ilmastamalla seos. Sekoitusaika on 20 yleensä noin 1 min - 24 h, edullisesti 5 min - 10 h.

Vaihtoehtoisen sovellusmuodon mukaan hapen saanti saadaan aikaan vaahdottamalla sideaine sekoittamalla liukoinen ligniinifraktio veteen seokseksi ja kuplittamalla kaasua suspension läpi, jolloin muodostuu keskimäärin 0,001 - 1 mm läpimitaltaan olevia kup-25 lia, edullisesti 0,01 - 1 mm. Vaahdottamalla voidaan lisätä dispersion tilavuutta 1,1 - 10 '·' ‘ kertaa alkuperäistä suuremmaksi.

Vaahto tuotetaan käyttämällä pinta-aktiivista ainetta, joka voi olla anioninen, kationinen tai ei-ioninen. Täten surfaktantti voidaan valita ryhmästä, joka koostuu alkyylisulfonaa-30 tista tai alkyylibentseenisulfonaatista, Tween®- ja muista kaupallisista polysorbaattiyh-disteistä, rasvahapposaippuoista, lignosulfonaateista, sarkosinaateista, rasvahappoamii-neista tai amiineista tai polyoksietyleenialkoholeista ja puun ja kasvien uuteaineista.

10 101690

Vaahtostabilointiaineita ja kiinteitä pinta-aktiivisia aineita, kuten CMC:tä, gelatiinia, pektiiniä, puun uuteaineita ja vastaavanlaisia yhdisteitä voidaan käyttää vaahdon tuottamiseen ja vaahdon stabiilisuuden ylläpitämiseen. Pinta-aktiivista ainetta tarvitaan pieni määrä, kuten 0,01 - 10 %, edullisesti 0,05 - 5 %.

5

Vaahto voidaan tuottaa vaahdottamalla staattisessa vaahdottimessa tai turbulentissa vaahdotuskennossa tunnettua sekoitustekniikkaa käyttäen.

Liukoisesta fraktiosta saatu sideaine voidaan sekoittaa kuitujen kanssa imulinjassa, eli 10 oleellisesti ennen kuitujen kuivausta. Tätä on kuvattu vaihtoehtona 1 liitteenä olevassa piirroksessa. Vaihtoehtoisesti sideaine voidaa suihkuttaa kuiville lastuille, jotka on varastoitu varastosäiliöihin (vrt. vaihtoehto 2). Molemmissa tapauksissa on mahdollista myös hapettaa sideaine samanaikaisesti kun sideaineseoksen komponentit sekoitetaan kuitujen tai lastujen kanssa. Seosta lisätään kuituihin noin 0,1 - 30 %, edullisesti 1 - 10 % koko-15 naiskuiva-aineesta.

Kuten edellä mainittiin, liukoisella fraktiolla voidaan korvata osaksi tai kokonaan perinteinen levyjen valmistuksessa käytetty sideaine. Täten erityisen edullisen sovellusmuo-don mukaan myös ligniinä lisätään sideaineseokseen ennen entsymaattista hapetusta.

20 Ligniinimäärä voi vaihdella välillä 1-99 % seoksen kuiva-aineesta, edullisesti välillä 5 - 95 % ligniiniä ja 95 - 5 % liukoista fraktiota (joka jo itsessään sisältää ligniiniä). Osa ligniinistä voidaan lisätä ligniiniä sisältävinä kuituina. Tietysti on myös mahdollista korvata osa perinteisistä UF- tai PF-hartseista liukoisella fraktiolla.

25 Seuraavat ei-rajoittavat esimerkit kuvaavat menetelmää ja sen etuja yksityiskohtaisem-min.

Esimerkki 1

Liukoisen fraktion erottaminen

Liukoinen fraktio erotettiin havupuu- ja lehtipuukuiduista kuidutusprosessin jälkeen ja konsentroitiin haihduttamalla tarpeen mukaisesti valittuihin kuiva-ainepitoisuuksiin.

30 11 101690

Esimerkki 2

Liukoisen MDF-fraktion koostumus

Lehtipuukuitujen liukoisen osan koostumuksesta analysoitiin ligniinin, uuteaineiden ja 5 hiilihydraattien pitoisuudet. Tulokset on esitetty taulukossa 1.

Taulukko 1. Lehtipuukuidun MDF-prosessiveden koostumus Koostumus % kuivapainosta

Ligniini 10 happoon liukenematon 21,4 happoon liukeneva 1,9

Uuteameet 22

Tunnistetut sokerit 15 Rhamnoosi 0,8

Arabinoosi 1,8

Galaktoosi 2,7

Glukoosi 20,6

Ksyloosi 8,7 20 Mannoosi 2,2

Sokerihapot 2,7

Yhteensä 39,5

Toisessa tapauksessa liukoinen fraktio oli eristetty havupuusta. Koostumus on esitetty * · 25 taulukossa 2.

* 12 101690

Taulukko 2. Liukoisten havupuukomponenttien koostumus Koostumus % kuivapainosta

Ligniini 18 5 Uuteaineet 22

Hiilihydraatit 57

Pelkistyvät yhdisteet 24 Tunnistetut sokerit Arabinoosi 1,3 10 Galaktoosi 1,7

Glukoosi 7,2

Ksyloosi 0,7

Mannoosi 10,8

Sokerihapot 0,5 15

Esimerkki 3

Liukoisen fraktion reaktiivisuus entsymaattista polymerointia kohtaan 20 Liukoisen fraktion reaktiivisuutta entsymaattista polymeroitumista kohtaan analysoitiin spesifisellä materiaalin hapenkulutuksella. Reaktiivisuutta verrattiin kraft-lignumn ja lignosulfonaatin vastaaviin arvoihin. Kuten taulukosta 3 voidaan nähdä on reaktiivisuus kohtuullisen korkea.

25 Taulukko 3. Liukoisen fraktion, kraft-lgniinin ja lignosulfonaatin reaktiivisuus Liukoinen fraktio/substraatti hapen kulutus mg/g substraattia MDF-vesi, liukoinen osa 0,9 kraft-ligniini 2,5 lignosulfonaatti 4,3 30 13 101690

Esimerkki 4 MD F-kuitujen liimaaminen liukoisella fraktiolla entymaattisesti katalysoidulla liimausreaktiolla 5 Esimerkkien 1 ja 2 mukaisesti tuotettuja liukoisia fraktioita käytettiin sideaineena lastulevy- ja MDF-koepaneelien liimauksessa. 4,0 g ligniinifraktiota sekoitettiin voimakkaasti ja ilmastettiin 30 min ajan 4,0 gramman lakkaasikonsentraattia kanssa (aktiivisuus 4000 nkat/g) 2,0 g:ssa 2M natriumasetaattipuskuria (pH 4,5). Valmistettaessa lastulevypanee-leita 1,4 g seosta suihkutettiin lastuille tai sekoitettiin mekaanisesti 4,4 grammaan lastu-10 ja, ja MDF-paneelien ollessa kyseessä 5,5 g seosta suihkutettiin kuiduille tai sekoitettiin mekaanisesti 20 grammaan kuivia kuituja. Kuidut ja lastut oli käsitelty 0,7 %:lla vahaa (Mobilex 54, 60 % vesiemulsio) kuitujen kuiva-aineesta. Referenssitestit suoritettiin ilman lakkaasia (vettä lakkaasin sijasta) ja käyttäen kaupallisia UF-hartseja. Liukoista fraktiota konsentroitiin kaupallisella ligniinillä.

15

Lujuustestejä varten valmistettiin kooltaan 50 mm x 50 mm x 2 mm (paino noin 5 g) olevia lastulevypaneeleja puristamalla 30 kp/cm2 paineessa ja 190 °C lämpötilassa 2 min ajan ja kooltaan 90 mm x 90 mm x 2 mm (paino noin 22 g) olevia MDF-paneeleja puristamalla 50 kp/cm2 paineessa 190 °C lämpötilassa 2 minuutin ajan. Puristuksen 20 jälkeen paneelit leikattiin neljään osaan (50 mm x 12 mm x 2 mm). Näistä paloista testattiin vetolujuus (pinnan suuntainen) Zwick-vetolujuustestilaitteistolla.

14 101690

Taulukko 4. Liimattujen MDF-kuitujen pienen mittakaavan liimaustestien tulokset

Sideaine Vetolujuus MPa

Vesi 15 + 2

Liukoinen fraktio 24 + 2 5 Liukoinen fraktio + lakkaasi 30 + 2

Liukoinen fraktio (10 %) + Indu- 45+2 Iin AT (90 %) + lakkaasi Referenssi UF-hartsi 38,9 + 2 10

Esimerkki 5

Lastulevyjen liimaaminen liukoisella fraktiolla ja liukoisella fraktiolla ligniinin lisäksi 1

Lastulevy lastuja liimattiin esimerkissä 5 esitetyn menetelmän mukaisesti. Liimattujen testipaneelien lujuusarvot on esitetty taulukossa 5.

Taulukko S. Liimattujen lastujen pienen mittakaavan liimaustestien tulokset 20 Bioliima Vetolujuus MPa

Liukoinen fraktio 3,8 + 0,6

Liukoinen fraktio + lakkaasi 6,2 + 0,4 ' Liukoinen fraktio (10 %) +Indu- 13,8 + 0,4

Iin AT (90 %) + lakkaasi 25 Indulin AT + lakkaasi 12,7 + 0,7

Vesi 3,0 + 0,5

Referenssi UF-hartsi 12,5 ±0,7

Claims (11)

101690 IS

1. Kuitulevyjen ja muiden samankaltaisten puupohjaisten tuotteiden valmistusmenetelmä, tunnettu siitä,että 5. kuidutetaan lignoselluloosapitoinen raaka-aine, jonka kosteuspitoisuus on ainakin 10 %, sellaisen kuidutetun massan tuottamiseksi, joka sisältää lignoselluloosapitoisia kuituja ja vesipitoisen effluentin, joka sisältää liuennutta puumateriaalia, - kuidutetut lignoselluloosakuidut erotetaan vesipitoisesta effluentista, - vesipitoinen effluentti konsentroidaan liuenneen puumateriaalin konsentraation 10 kasvattamiseksi, - liuennut puumateriaali käsitellään entsymaattisesti hapen läsnäollessa liuenneen puumateriaalin hapettamiseksi, - hapetettu puumateriaali sekoitetaan kuituihin, - seoksen muovataan levyksi ja 15. levyjen kovetetaan paneeleiksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vesipitoinen effluentti sisältää 10 - 70 % hiilihydraatteja ja 1 - 30 % ligniiniä laskettuna vesiliukoisen fraktion kuivapainosta. 20

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että liuenneeseen puumateriaaliin sekoitetaan 5 - 95 % ligniiniä ennen kuituihin sekoittamista.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että liukoinen *· 25 puumateriaali sekoitetaan lignoselluloosapitoista raaka-ainetta käyttävästä kemiallisesta massanvalmistuksesta erotetun ligniinin kanssa. 1 2 Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että liukoinen puumateriaali hapetetaan ja polymeroidaan oksidaasilla. 30 2 Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mainitun effluentin 16 101690 kuiva-aine konsentroidaan kuiva-ainepitoisuuteen 20 - 60 %.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että liukoinen puumateriaali hapetetaan ilman, hapella rikastetun ilman, happikaasun tai niiden seosten 5 läsnäollessa.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että happipitoinen kaasu tuodaan suspensioon vaahdottamalla.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hapetettu puumateriaali lisätään ennen kuitujen kuivaamista.

10. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hapetettu puumateriaali lisätään kuitujen kuivaamisen jälkeen. 15

11. Jonkin patenttivaatimuksista 1-10 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hapetettua puumateriaalia yhdessä jonkin toisen sideaineen kanssa lisätään kuituihin 1 -10 % kuitujen kokonaiskuivapainosta. 17 101690