NO172378B

NO172378B - PROCEDURE FOR THE PREPARATION OF A FORM PRODUCT MADE OF OR CONTAINING SEPARATED LIGNOCELLULOS MATERIAL

Info

Publication number: NO172378B
Application number: NO882573A
Authority: NO
Inventors: Edvard A Delong; Edward Paul Delong; George S Ritchie
Original assignee: Tigney Technology Inc
Priority date: 1988-06-10
Filing date: 1988-06-10
Publication date: 1993-04-05
Also published as: NO882573D0; NO882573L; NO172378C

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte ved oppslutning og fremstilling av et lignocellulosemateriale.Ved oppfinnelsen tas det sikte på å oppnå et oppsluttet lignocellulosemateriale som kan brukes som et bindemiddel istedenfor en del av eller all den fenolharpiks som vanligvis benyttes ved fremstilling av finérplater, lamellplater, plater med orienterte strenger, partikkelplater og andre formprodukter. The invention relates to a method for digesting and producing a lignocellulosic material. The invention aims to obtain a digested lignocellulosic material that can be used as a binder instead of part or all of the phenolic resin that is usually used in the production of veneer boards, lamellar boards, boards with oriented strings, particle boards and other shaped products.

Oppsluttet lignocellulosemateriale, som er utgahgsmaterialet for den formgivningsprosess som oppfinnelsen går ut på, blir fremstilt ved en metode med eksplosivt trykkfall. Eksplosjonsprosessen utføres på lignocellulosematerialet, herunder slike plantevekstmaterialer som hvetehamser, bygghalm, rishalm og trematerialer av forskjellig art. Eksplosjonsprosessen omfatter følgende trinn: (1) å pakke lignocellulosematerialet i en delt, åpen, fuktig form i et trykkammer med et utløp som er forsynt med en ventil, (2) med ventilen lukket raskt å fylle trykkammeret med damp ved et trykk på minst 2750 kPa for å bringe hovedsakelig alt lignocellulosematerialet til en temperatur på 185-240°C i løpet av mindre enn 60 s for derved termisk å mykne lignocellulosematerialet til en plastisk tilstand, og (3) så snart den plastiske tilstand er oppnådd, å åpne ventilen i utløpet og øyeblikkelig og eksplosivt kaste lignocellulosematerialet ut fra trykkammeret til atmosfæren. Denne eksplosjonsprosess bryter de kjemiske tverrbindinger mellom ligninet og hemicellulosen og skaffer en blanding av kjemiske stoffer. Denne blanding, som i den foreliggende fremstilling er betegnet som "oppsluttet lignocellulosemateriale", er et partikkelstoff som har et utseende i likhet med plantejord. Det består hovedsakelig av cellulose, lignin, eddiksyre, glukoronsyre, furfural, xylosesukkere og xylan, og disse stoffer er hovedsakelig kjemisk adskilt fra hverandre. Dampeksplosjonsprosessen er nærmere beskrevet i de kanadiske patentskrifter 1 096 374, 1 141 376 og 1 217 765, og det apparat som benyttes ved fremgangsmåten, er også vist og beskrevet i disse patentskrifter. Enclosed lignocellulosic material, which is the starting material for the shaping process on which the invention is based, is produced by a method with an explosive pressure drop. The explosion process is carried out on the lignocellulosic material, including plant growth materials such as wheat straw, barley straw, rice straw and wood materials of various kinds. The explosion process involves the following steps: (1) packing the lignocellulosic material in a divided, open, moist form in a pressure chamber with an outlet provided with a valve, (2) with the valve closed rapidly filling the pressure chamber with steam at a pressure of at least 2750 kPa to bring substantially all of the lignocellulosic material to a temperature of 185-240°C in less than 60 s to thereby thermally soften the lignocellulosic material to a plastic state, and (3) once the plastic state is achieved, opening the valve in the outlet and instantly and explosively eject the lignocellulosic material from the pressure chamber into the atmosphere. This explosion process breaks the chemical cross-links between the lignin and the hemicellulose and provides a mixture of chemical substances. This mixture, which is referred to in the present description as "suspended lignocellulosic material", is a particulate material that has an appearance similar to plant soil. It consists mainly of cellulose, lignin, acetic acid, glucuronic acid, furfural, xylose sugars and xylan, and these substances are mainly chemically separated from each other. The steam explosion process is described in more detail in the Canadian patents 1 096 374, 1 141 376 and 1 217 765, and the apparatus used in the method is also shown and described in these patents.

Man har tidligere tenkt på at oppsluttet lignocellulosemateriale vil kunne benyttes som et dyrefor eller som et utgangs-materiale for utvinning av de forskjellige kjemiske bestanddeler av blandingen. Det er imidlertid nå funnet at de oppsluttede bestanddeler av den blanding som fås ved at lignocellulosematerialet utsettes for et eksplosivt trykkfall, kan rekom-bineres til en sterkt tverrbundet grunnmasse ved at blandingen utsettes for varme og trykk i en form. Forskjellige kombina-sjoner av formingstrykk og -temperatur samt oppholdstid i formen kan anvendes for å variere graden av tverrbinding av materialet og dermed beherske styrken og massedensiteten av sluttproduktet. It has previously been thought that trapped lignocellulosic material could be used as an animal feed or as a starting material for extracting the various chemical components of the mixture. However, it has now been found that the entangled components of the mixture obtained by subjecting the lignocellulosic material to an explosive pressure drop can be recombined into a strongly cross-linked base mass by subjecting the mixture to heat and pressure in a mold. Different combinations of forming pressure and temperature as well as residence time in the mold can be used to vary the degree of cross-linking of the material and thereby control the strength and mass density of the final product.

I noen utførelsesformer blir de vannoppløselige bestanddeler av den oppsluttede blanding fjernet og så erstattet med en alternativ tverrbindingssammensetning. In some embodiments, the water-soluble components of the entrained mixture are removed and then replaced with an alternative cross-linking composition.

I tillegg er det funnet at det er mulig å fremstille et formprodukt fra en blanding av oppsluttet lignocellulosemateriale og forskjellige fibrøse eller trelignende materialer. I dette tilfelle tjener det oppsluttede lignocellulosemateriale både som et fyllstoff og som et bindemiddel. Når det oppsluttede lignocellulosemateriale virker som et bindemiddel, kan det videre innkapsle en rekke andre fyll- eller aggregatmaterialer såsom kull, asfalt, glassfibre og andre ikke trelignende materialer . In addition, it has been found that it is possible to produce a molded product from a mixture of suspended lignocellulosic material and various fibrous or wood-like materials. In this case, the entrapped lignocellulosic material serves both as a filler and as a binder. When the trapped lignocellulosic material acts as a binder, it can further encapsulate a number of other filler or aggregate materials such as coal, asphalt, glass fibers and other non-wood-like materials.

Oppfinnelsen går derfor ut på en fremgangsmåte til formgivning av oppsluttet lignocellulosemateriale som er kjennetegnet ved de i kravene gjengitte trekk. The invention is therefore based on a method for shaping trapped lignocellulosic material which is characterized by the features set out in the claims.

Der kan oppnås betydelig bedre økonomiske resultater ved fremstilling av formplater og andre produkter ved at den vannopp-løselige fraksjon av det oppsluttede lignocellulosemateriale fjernes og de isolerte kjemikalier fraskilles. Dette er spesi-elt tilfelle som følge av at prisen på tverrbindingskjemi-kalier som kan anvendes isteden, er vesentlig lavere enn verdien av de vannoppløselige stoffer. En foretrukket fremgangsmåte til ekstrahering av vannoppløselige, kjemiske for-bindelser fra oppsluttet lignocellulosemateriale omfatter å anbringe materialet i en kolonne med en øvre og en nedre åpning, tilsette vann gjennom den øvre åpning og uten omrøring av innholdet i kolonnen tillate løsemiddelet å sive (per-kolere) ned gjennom det oppsluttede lignocellulosemateriale ved hjelp av tyngdekraften, for så å fjerne løsemiddelet og oppsluttede stoffer gjennom den nedre åpning i kolonnen. Vandige oppløsninger av lignin-tverrbindingssammensetninger kan så tilsettes kolonnen for våtblanding ved perkolering som for vannvasking. Kolonneinnholdet blir deretter fjernet av vannet og ytterligere tørket om nødvendig til lavere fuktig-hetsnivåer. Det resulterende produkt kan formes på samme måte som beskrevet ovenfor for oppsluttet lignocellulosemateriale som ikke er blitt behandlet på denne måte. Significantly better economic results can be achieved in the production of form plates and other products by removing the water-soluble fraction of the suspended lignocellulosic material and separating the isolated chemicals. This is especially the case as a result of the fact that the price of cross-linking chemicals that can be used instead is significantly lower than the value of the water-soluble substances. A preferred method for extracting water-soluble chemical compounds from entangled lignocellulosic material comprises placing the material in a column with an upper and a lower opening, adding water through the upper opening and, without stirring the contents of the column, allowing the solvent to seep (per- coaler) down through the entangled lignocellulosic material by gravity, then remove the solvent and entangled substances through the lower opening in the column. Aqueous solutions of lignin crosslinking compositions can then be added to the column for wet mixing by percolation as well as for water washing. The column contents are then dewatered and further dried if necessary to lower moisture levels. The resulting product can be shaped in the same way as described above for digested lignocellulosic material that has not been treated in this way.

Oppsluttet lignocellulosemateriale som nettopp er fremstilt ved de fremgangsmåter som er angitt ovenfor og beskrevet i de kanadiske patentskrifter 1 096 374, 1 141 376 og 1 217 765, vil normalt inneholde overskytende fuktighet, dvs. et fuktig-hetsnivå som vil hemme formgivningsprosessen. Det er funnet at tørking av materialet før formgivningen inntil vanninnholdet er ca. 5% gir gode resultater. Denne tørking kan ut-føres ved at materialet rett og slett utsettes for luft ved omgivelsestemperatur i tilstrekkelig lang tid. Det nøyaktige vanninnhold er ikke kritisk for formgivningsprosessen, som fortsatt vil kunne utføres, om enn noe dårligere, hvis noe mer eller mindre fuktighet er tilstede. Trapped lignocellulosic material which has just been prepared by the methods set out above and described in Canadian Patents 1,096,374, 1,141,376 and 1,217,765 will normally contain excess moisture, i.e. a moisture level which will inhibit the forming process. It has been found that drying the material before shaping until the water content is approx. 5% gives good results. This drying can be carried out by simply exposing the material to air at ambient temperature for a sufficiently long time. The exact water content is not critical to the shaping process, which will still be able to be carried out, albeit somewhat worse, if slightly more or less moisture is present.

Så snart vanninnholdet er blitt redusert på denne måte, kan materialet pakkes eller presses inn i en form av ønsket stør-relse og form. Formproduktet er funnet å være en egnet erstat-ning for sponplater, lamellplater, fiberplater, hardfiber-plater, kryssfinér og lignende, og formen kan ha en tilsvarende form. As soon as the water content has been reduced in this way, the material can be packed or pressed into a mold of the desired size and shape. The molded product has been found to be a suitable replacement for chipboards, lamellar panels, fibreboards, hard fiber boards, plywood and the like, and the mold can have a similar shape.

Det valgte formgivningstrykk og den valgte temperatur og oppholdstid vil avhenge av den produkttype som ønskes. Formgivningen kan finne sted innenfor et stort temperatur-område. De tverrbindingsreaksjoner som finner sted under formgivningen, foregår raskere ved høyere temperaturer. Det er funnet at massetettheten av produktet ved konstant trykk øker etter hvert som formgivningstemperaturen økes. Temperaturer på 70-260°C er funnet nyttige for fremstilling av et universalprodukt. Den ønskede formgivningstemperatur kan oppnås ved forvarming av formen, og i den foreliggende fremstilling betyr "formgivningstemperatur" temperaturen av formen. Hvorvidt alt materialet i formen blir oppvarmet til denne temperatur, avhenger av tykkelsen av formen og oppholdstiden. Ved: formgivning av produkter med stort volum, f.eks. jernbanesviller eller konstruksjonselementer, er det alternativt mulig å forvarme utgangsmaterialene istedenfor eller i tillegg til å oppvarme dem i formen. Forvarming av materialene bør utføres i et lukket kammer for å hindre at furfural og lignende unnslipper. The selected forming pressure and the selected temperature and residence time will depend on the type of product desired. The shaping can take place within a large temperature range. The cross-linking reactions that take place during shaping take place faster at higher temperatures. It has been found that the mass density of the product at constant pressure increases as the forming temperature is increased. Temperatures of 70-260°C have been found useful for the production of a universal product. The desired forming temperature can be achieved by preheating the mold, and in the present invention "forming temperature" means the temperature of the mold. Whether all the material in the mold is heated to this temperature depends on the thickness of the mold and the dwell time. By: shaping products with a large volume, e.g. railway sleepers or construction elements, it is alternatively possible to preheat the starting materials instead of or in addition to heating them in the mold. Preheating of the materials should be carried out in a closed chamber to prevent furfural and the like from escaping.

Formgivningstrykket kan også velges innenfor et vidt område avhengig av den ønskede massedensitet av formproduktet. Det er funnet at formgivningstrykk på 13 0-10350 kPa kan benyttes. Trykk på 4100-4800 kPa kan benyttes for fremstilling av et godt universalprodukt. The forming pressure can also be selected within a wide range depending on the desired mass density of the molded product. It has been found that forming pressures of 130-10350 kPa can be used. Pressures of 4100-4800 kPa can be used to produce a good universal product.

For fremstilling av et formprodukt i likhet med kork kan der benyttes en formgivningstemperatur på 70-110°C og et formgivningstrykk på 13 0-62 0 kPa. Et slikt produkt kan benyttes til å innkapsle næringsmidler for langsom frigjøring i en biologisk nedbrytbar plantepotte. For the production of a molded product similar to cork, a molding temperature of 70-110°C and a molding pressure of 13 0-62 0 kPa can be used. Such a product can be used to encapsulate nutrients for slow release in a biodegradable plant pot.

Det er mulig å fremstille et formprodukt med en lav massedensitet og økt seighet og vannmotstandsevne ved formgivning ved en relativt lav temperatur (f.eks. 70-120°C), for deretter å påføre en formplate som er oppvarmet til ca. 3 00°C, i en kort tid. Dette plastifiserer cellulosen på overflaten av formproduktet. It is possible to produce a molded product with a low mass density and increased toughness and water resistance by molding at a relatively low temperature (e.g. 70-120°C), then applying a mold plate that is heated to approx. 3 00°C, for a short time. This plasticises the cellulose on the surface of the molded product.

For fremstilling av et formprodukt med en massedensitet i likhet med møbelplater (midlere massedensitet), kan der anvendes en formgivningstemperatur på 12 0-145°C og et formgivningstrykk på 690-4850 kPa. Ved bruk av egnede høye trykk og temperaturer er det mulig å fremstille et materiale med meget høy massedensitet som f.eks. vil kunne benyttes til å erstatte skifer i biljardbord. Et slikt produkt er så tett at en 22 kalibers riflekule avfyrt på kloss hold ikke vil trenge mer enn 4 eller 5 mm inn. For the production of a shaped product with a mass density similar to furniture boards (medium mass density), a forming temperature of 120-145°C and a forming pressure of 690-4850 kPa can be used. By using suitable high pressures and temperatures, it is possible to produce a material with a very high mass density such as e.g. will be able to be used to replace slate in pool tables. Such a product is so dense that a 22 caliber rifle bullet fired at close range will not penetrate more than 4 or 5 mm.

Oppholdstiden i formen kan variere over et vidt område avhengig av tykkelsen av platen og den ønskede massedensitet av produktet. Materialet virker som en isolator. Et tykkere formprodukt krever mer tid for at varmen fra formen skal trenge helt inn i platen og for å modnes etter tverrbinding. For oppnåelse av jevn tverrbinding over hele tykkelsen av produktet kan der benyttes lengre oppholdstider, og temperaturen kan reduseres tilsvarende. Det er funnet at økt oppholdstid ved en gitt temperatur, et gitt trykk og en gitt tykkelse gir et produkt med økt massedensitet. Oppholdstider i området fra 5 s til 3 0 min har vært anvendt med hell. The residence time in the mold can vary over a wide range depending on the thickness of the plate and the desired mass density of the product. The material acts as an insulator. A thicker molded product requires more time for the heat from the mold to fully penetrate the plate and to mature after cross-linking. To achieve uniform cross-linking over the entire thickness of the product, longer residence times can be used, and the temperature can be reduced accordingly. It has been found that increased residence time at a given temperature, a given pressure and a given thickness gives a product with an increased mass density. Residence times in the range from 5 s to 30 min have been used with success.

Formen bør luftes for å tillate at damp og andre gasser som dannes under formgivningen, kontinuerlig unnslipper. I noen tilfeller bør det formede materiale tillates å modne etter formgivningen for frigjøring av indre spenninger. For et materiale med høy massedensitet er det nødvendig med en lengre modningstid, og det kan være ønskelig straks etter formgivningen å overføre formproduktet til en ikke oppvarmet form ved trykk av lignende størrelse som formgivningstrykket for å tillate produktet å modnes. The mold should be vented to allow steam and other gases formed during molding to continuously escape. In some cases, the formed material should be allowed to mature after forming to release internal stresses. For a material with a high mass density, a longer maturation time is required, and it may be desirable immediately after shaping to transfer the molded product to an unheated mold at a pressure of a similar magnitude to the shaping pressure in order to allow the product to mature.

Når oppsluttet lignocellulosemateriale formes på den beskrevne måte, tverrbindes ligninet med furfural, fettsyrer og xylan. Etter hvert som formgivningstemperaturen økes opp til ca. 240°c, vil syrene i det oppsluttede lignocellulosemateriale reagere med økende hastighet med xylan og xylosesukkere for å gi høyere konsentrasjoner av furfural, som i sin tur vil øke graden av tverrbinding med ligninet, så der fås et tettere og sterkere produkt. Ved å styre disse reaksjoner kan man variere styrken, motstandsevnen mot vann og massedensiteten av formproduktet. When trapped lignocellulosic material is formed in the manner described, the lignin is cross-linked with furfural, fatty acids and xylan. As the forming temperature is increased up to approx. 240°c, the acids in the trapped lignocellulosic material will react with increasing speed with xylan and xylose sugars to give higher concentrations of furfural, which in turn will increase the degree of cross-linking with the lignin, so a denser and stronger product is obtained. By controlling these reactions, the strength, resistance to water and mass density of the molded product can be varied.

Hvis det er ønskelig å øke reaksjonshastigheten og/eller redusere formgivningstemperaturen, kan en sur katalysator (f.eks. en mineralsyre, en organisk syre, en Lewis-syre eller en blanding av disse syrer) tilsettes for å øke hastigheten og graden av hydrolyse av xylanet og xylosesukkere til furfural, noe som i sin tur øker graden av tverrbinding med ligninet. Det er også mulig å tilsette paraformaldehyd, med seks-karbonatomer enten i fri form eller kombinert som glukosider eller som kortkjedede oligosakkarider eller et annet tverrbindingsmiddel til det oppsluttede lignocellulosemateriale for å gi en høyere grad av tverrbinding enn hva man får med bare det furfural som fremstilles fra xylosen og xylanet i materialet både under eksplosjbnsprosessen og under oppvarmingssyklusen i formen. If it is desired to increase the reaction rate and/or decrease the forming temperature, an acidic catalyst (eg, a mineral acid, an organic acid, a Lewis acid, or a mixture of these acids) can be added to increase the rate and degree of hydrolysis of the xylan and xylose sugars to furfural, which in turn increases the degree of crosslinking with the lignin. It is also possible to add paraformaldehyde, with six carbon atoms either in free form or combined as glucosides or as short-chain oligosaccharides or another cross-linking agent to the entrapped lignocellulosic material to give a higher degree of cross-linking than is obtained with only the furfural that is produced from the xylose and xylan in the material both during the explosion process and during the heating cycle in the mold.

Ved den ovenfor beskrevne fremgangsmåte danner det oppsluttede lignocellulosemateriale både fyllstoffet og bindemiddelet i formproduktet. Oppfinnelsen er imidlertid også rettet mot bruken av oppsluttet lignocellulosemateriale i forbindelse med slike materialer som sagflis, treoblater, trefibre, halm-fibre, bagassefibre, glassfibre, asbestfibre, karbonfibre, kull, sand og lignende. Her bidrar det oppsluttede lignocellulosemateriale i formproduktet som et fyllstoff, men det er ment hovedsakelig å tjene som bindemiddel og erstatte helt eller delvis de fenolharpikser og lignende stoffer som vanligvis benyttes som bindemidler når slike materialer formes. In the method described above, the trapped lignocellulosic material forms both the filler and the binder in the molded product. However, the invention is also directed to the use of suspended lignocellulosic material in connection with such materials as sawdust, wood chips, wood fibres, straw fibres, bagasse fibres, glass fibres, asbestos fibres, carbon fibres, coal, sand and the like. Here, the entrapped lignocellulosic material in the molded product contributes as a filler, but it is intended mainly to serve as a binder and replace in whole or in part the phenolic resins and similar substances that are usually used as binders when such materials are molded.

Hvis de benyttes, bør disse materialer blandes grundig med If used, these materials should be thoroughly mixed

det oppsluttede lignocellulosemateriale før formgivningen. the trapped lignocellulosic material before shaping.

Jo høyere andelen av disse materialer er, desto mykere er vanligvis formproduktet. For fremstilling av et relativt mykt sluttprodukt kan f.eks. sagflis blandes med det oppsluttede lignocellulosemateriale som skal formes, i et forhold på ca. 4 deler sagflis til 1 del oppsluttet lignocellulosemateriale. For fremstilling av en fastere plate kan et forhold på 1 del sagflis eller mindre til 1 del oppsluttet lignocellulosemateriale anvendes. The higher the proportion of these materials, the softer the molded product is usually. For the production of a relatively soft end product, e.g. sawdust is mixed with the trapped lignocellulosic material to be shaped, in a ratio of approx. 4 parts sawdust to 1 part suspended lignocellulosic material. For the production of a firmer board, a ratio of 1 part sawdust or less to 1 part suspended lignocellulosic material can be used.

Det vil være klart for fagfolk at forskjellige blandinger It will be clear to those skilled in the art that different mixtures

av disse fyllmaterialer kan benyttes, og at forskjellige kom-binasjoner av formgivningstrykk, -temperatur og oppholdstid kan anvendes for fremstilling av et formprodukt med de egenskaper som er ønskelige for en bestemt anvendelse. Videre kan konserveringsmidler, vannavstøtende midler, brannhemmende midler og lignende tilsettes materialet før formgivningen for å skaffe de tilsvarende ytterligere egenskaper når det er nødvendig. of these filler materials can be used, and that different combinations of forming pressure, temperature and residence time can be used to produce a molded product with the properties that are desirable for a specific application. Furthermore, preservatives, water repellents, fire retardants and the like can be added to the material before shaping in order to obtain the corresponding additional properties when necessary.

Det er også mulig før formgivningen å blande gjødningsmate-riale med det materiale som skal formes. Det resulterende produkt vil tillate langsom frigjøring av gjødningen, slik at man unngår den raske avrenning og forurensning av vass-drag som ofte finner sted når gjødsel benyttes av bønder. It is also possible before shaping to mix fertilizing material with the material to be shaped. The resulting product will allow slow release of the fertiliser, avoiding the rapid runoff and contamination of waterways that often occurs when fertilizers are used by farmers.

Ved den utførelsesform for oppfinnelsen som nå vil bli beskrevet, blir de vannoppløselige stoffer i det oppsluttede lignocellulosemateriale fjernet ved vasking med vann. Dette fjerner mesteparten av blandingens tverrbindingsevne. De vann-oppløselige stoffer innbefatter eddiksyre, glukoronsyre, vanil-lin, syringaaldehyd, planteprotein, furfural, uorganiske salter, xylose og xyloseoligomerer. In the embodiment of the invention that will now be described, the water-soluble substances in the trapped lignocellulosic material are removed by washing with water. This removes most of the cross-linking ability of the mixture. The water-soluble substances include acetic acid, glucuronic acid, vanillin, syringaldehyde, plant protein, furfural, inorganic salts, xylose and xylose oligomers.

For å gjenopprette bindeegenskapene til det vannvaskede, oppsluttede lignocellulosemateriale er det nødvendig å tilsette tverrbindingssammensetninger. Typiske slike sammensetninger vil innbefatte en syrekatalysator (en eller flere av de forskjellige mineralsyrer såsom svovelsyre, organiske syrer såsom eddiksyre eller Lewis-syrer såsom zinkklorid) i forbindelse med en karbohydratbestanddel bestående av sukkere med fem-karbonatomer, f.eks. de som foreligger i de vannoppløselige stoffer som er ekstrahert fra det oppsluttede lignocellulosemateriale, eller med seks-karbonatomer, disses glukosider eller kortkjedede oligosakkarider eller en blanding av sukkere med fem og seks karbonatomer. Det aktive tverrbindingsmiddel under formgivningsprosessen er furfural hvis kilden er et sukker med fem-karbonatomer, og hydroksymetylfurfural hvis det er et sukker med seks-karbonatomer. Furfural eller hydroksymetylfurfural og lignende kan derfor erstatte eller supplere den amorfe karbohydratbestanddel i sammensetningen. Det er patenthavernes erfaring at hydroksymetylfurfuralet er et vesentlig bedre tverrbindingsmateriale, og et sukker med seks-karbonatomer er således foretrukket. In order to restore the binding properties of the water-washed, digested lignocellulosic material, it is necessary to add cross-linking compounds. Typical such compositions will include an acid catalyst (one or more of the various mineral acids such as sulfuric acid, organic acids such as acetic acid or Lewis acids such as zinc chloride) in conjunction with a carbohydrate component consisting of sugars with five carbon atoms, e.g. those present in the water-soluble substances extracted from the digested lignocellulosic material, or with six carbon atoms, their glucosides or short-chain oligosaccharides or a mixture of sugars with five and six carbon atoms. The active cross-linking agent during the shaping process is furfural if the source is a five-carbon sugar, and hydroxymethylfurfural if it is a six-carbon sugar. Furfural or hydroxymethylfurfural and the like can therefore replace or supplement the amorphous carbohydrate component in the composition. It is the experience of the patent holders that the hydroxymethylfurfural is a significantly better cross-linking material, and a sugar with six carbon atoms is thus preferred.

For fjerning av de vannoppløselige stoffer blir det oppsluttede lignocellulosemateriale vasket i en søyle. Dette kan gjøres ved anvendelse av en søyle med en øvre åpning som løse-middel kan tilsettes og det oppsluttede lignocelluiosemate-riale føres inn gjennom, og en nedre åpning til bortføring av det utvaskede materiale. (I beskrivelsen menes det med "utvasket materiale" et løsemiddel med de i dette oppløste eller suspenderte materialer som er fjernet fra søylen.) Søylen kan passende være et sirkelformet eller rektangulært rør som er åpent oventil og har et dreneringssystem ved bunnen som fører til en ledning og en beholder til oppsamling av det utvaskede materiale. Kolonnen kan fylles til forskjellige høyder med oppsluttet lignocellulosemateriale avhengig av den grad av utluting som ønskes. Patenthaverne har oppnådd gode resultater med en 1,5 m høy kolonne av materialet, men høyder fra 3 0 cm til over 6 m har vært anvendt med hell. To remove the water-soluble substances, the suspended lignocellulosic material is washed in a column. This can be done by using a column with an upper opening through which solvent can be added and the trapped lignocellulosic material is introduced through, and a lower opening for removing the washed-out material. (In the description, "leachate" means a solvent with dissolved or suspended materials removed from the column.) The column may suitably be a circular or rectangular tube which is open at the top and has a drainage system at the bottom leading to a line and a container for collecting the leached material. The column can be filled to different heights with suspended lignocellulosic material depending on the degree of leaching desired. The patent holders have achieved good results with a 1.5 m high column of the material, but heights from 30 cm to over 6 m have been used with success.

Vann forekommer naturlig i lignocellulosematerialet, og mere vann blir tilsatt ved absorpsjon under det første trinn av eksplosjonsprosessen. Den vannoppløselige fraksjon av det oppsluttede ligne:-llulosemateriale er derfor allerede opp-løst i vannet i materialet. Water occurs naturally in the lignocellulosic material, and more water is added by absorption during the first stage of the explosion process. The water-soluble fraction of the suspended cellulose-like material is therefore already dissolved in the water in the material.

Pakking eller komprimering av materialet i kolonnen hemmer strømmen av oppløsningsmiddel og bør derfor unngås. Vann blir så tilsatt kolonnen. Væsken siver ned gjennom skiktet og skyver pluggen av det i materialet inneholdte vann med vannopp-løselige stoffer foran seg. Den oppløsning som kommer ut ved bunnen av søylen, er til å begynne med meget konsentrert, med fordi alle kanaler for væskestrømning ikke gjennomløpes av den innløpende væske med samme hstighet som følge av den forskjellige pore- eller kanalstørrelse, vil en perfekt pluggstrømning ikke oppnås, og konsentrasjonen av oppløste stoffer vil avta eksponentielt. Vannekstraherbare stoffer utgjør ca. 25 vektprosent av det oppsluttede lignocellulosemateriale (på tørr basis). For en 1,5 m høy søyle med løst ifylt oppsluttet lignocellulosemateriale kan mer enn 99% av de vannoppløselige stoffer fjernes med bare to søylevolumer av vann. Packing or compacting the material in the column inhibits the flow of solvent and should therefore be avoided. Water is then added to the column. The liquid seeps down through the layer and pushes the plug off the water contained in the material with water-soluble substances in front of it. The solution that comes out at the bottom of the column is initially very concentrated, and because all channels for liquid flow are not traversed by the entering liquid at the same speed due to the different pore or channel sizes, a perfect plug flow will not be achieved, and the concentration of solutes will decrease exponentially. Water-extractable substances make up approx. 25% by weight of the suspended lignocellulosic material (on a dry basis). For a 1.5 m high column of loosely packed suspended lignocellulosic material, more than 99% of the water-soluble substances can be removed with only two column volumes of water.

Fjerning av de vannoppløselige stoffer kan oppnås på andre måter, f.eks. ved vanlig massoppslemmingsteknikker som innbefatter utskiftning av løsemiddel ved kraftig fortynning av den oppløsning som allerede er tilstede ved bruk av store volumer vann. Når det gjelder bruken av det vannvaskede materiale til formgivning, er det imidlertid uten betydning hvor-ledes de vannoppløselige stoffer blir fjernet, men den søyle-metode som er beskrevet, tillater en økonomisk gjenvinning av de vannoppløselige stoffer og blir derfor foretrukket. Removal of the water-soluble substances can be achieved in other ways, e.g. by conventional mass slurrying techniques which involve solvent replacement by greatly diluting the solution already present using large volumes of water. When it comes to the use of the water-washed material for shaping, however, it is of no importance how the water-soluble substances are removed, but the column method described allows an economic recovery of the water-soluble substances and is therefore preferred.

Etter vannvasking er det oppsluttede lignocellulosemateriale hovedsakelig fritt for kjemiske reagenser som er istand til å tverrbinde ligninet. Hvis det ønskes, kan det oppsluttede lignocellulosemateriale vaskes mindre grundig, slik at bare noe av de tverrbindende, kjemiske reagenser blir fjernet. After water washing, the absorbed lignocellulosic material is mainly free of chemical reagents capable of cross-linking the lignin. If desired, the entrapped lignocellulosic material can be washed less thoroughly, so that only some of the cross-linking chemical reagents are removed.

For gjenvinning av bindeegenskapene av materialet er det nød-vendig å tilsette en egnet tverrbindingssammensetning. En slik sammensetning vil typisk inneholde en vannoppløselig syre (f.eks. svovelsyre eller eddiksyre) sammen med et sukker med fem-karbonatomer eller et sukker med seks-karbonatomer (eller en blanding av slike sukkere) i fri form eller som glukosider eller konjugater såsom oligosakkarider med lav molekylvekt. Disse karbohydrater kan oppnås fra de vannoppløselige stoffer som ble vasket ut fra det oppsluttede lignocellulosemateriale. Tverrbindingssammensetningen som kan inneholde syre med en styrke på 0,2-1,0%, og sukkere i et konsentrasjonsområde på 2-12% blir tilsatt den øvre ende av søylen og tillatt å sive ned gjennom materialet. Til å begynne med vil vann fra den foregående vannvasking komme ut at søylen som pluggstrømning. Tilstrekkelig sammensetning blir tilsatt til at pH-verdien av de vandige, utvaskede stoffer som kommer ut av kolonnen, er like lav som pH-verdien av den oppløsning som føres inn i kolonnen, noe som viser at den syre som forlater kolonnen, har fuktet hele dennes innhold i jevn grad. På dette stadium blir materialet fjernet fra kolonnen, awannet så mye som praktisk mulig og deretter ytterligere tørket i luft eller en oppvarmet tørke. Materialet kan deretter males for å gi et fint pulver som er egnet for bruk som et bindemiddel. Før formgivningen kan det tørkede materiale blandes med de fiberformede aggregatmaterialer, konserveringsmidler, vannavstøtende midler og brannhemmende midler etter behov. For forbedring av vannmot-standsevnen til formproduktet, når vannabsorberende fyllstoffer såsom sagflis eller trespon anvendes, kan sagflisen eller tresponmaterialet impregneres med tverrbindingsmaterialet av syre og karbohydrat. Dette vil frembringe furfural eller hydroksymetylfurfural ved skilleflaten mellom bindemiddel og fyllstoff og frembringe en forsegling rundt fyllstoffet. Vanligvis kan materialet anvendes til formgivning på samme måte som oppsluttet lignocellulosemateriale som ikke er blitt utsatt for vannvaskeprosessen. To recover the binding properties of the material, it is necessary to add a suitable cross-linking composition. Such a composition will typically contain a water-soluble acid (e.g. sulfuric acid or acetic acid) together with a sugar with five carbon atoms or a sugar with six carbon atoms (or a mixture of such sugars) in free form or as glucosides or conjugates such as low molecular weight oligosaccharides. These carbohydrates can be obtained from the water-soluble substances that were washed out of the digested lignocellulosic material. The crosslinking composition which may contain acid at a strength of 0.2-1.0%, and sugars in a concentration range of 2-12% is added to the upper end of the column and allowed to seep down through the material. Initially, water from the previous water washing will come out of the column as a plug flow. Sufficient composition is added so that the pH of the aqueous eluates exiting the column is as low as the pH of the solution entering the column, indicating that the acid leaving the column has wetted the entire its content to an even extent. At this stage the material is removed from the column, dewatered as much as practicable and then further dried in air or a heated dryer. The material can then be ground to give a fine powder suitable for use as a binder. Before shaping, the dried material can be mixed with the fibrous aggregate materials, preservatives, water repellents and fire retardants as required. To improve the water resistance of the molded product, when water-absorbing fillers such as sawdust or wood chips are used, the sawdust or wood chip material can be impregnated with the cross-linking material of acid and carbohydrate. This will produce furfural or hydroxymethylfurfural at the interface between binder and filler and produce a seal around the filler. Generally, the material can be used for shaping in the same way as suspended lignocellulosic material that has not been exposed to the water washing process.

I noen tilfeller er det ønskelig å benytte det formede, ferdige produkt til forbrenning, og et aggregatmateriale såsom kull vil da bli innlemmet i produktet. I dette tilfelle kan tverrbindingssammensetningen før denne tilsettes søylen blandes med midler som fremmer forbrenning (f.eks. nitratsalter), og flammefargende mat:trrialer (forskjellige uorganiske salter avhengig av de ønskede farger). Slike formede, brennbare materialer kan gis form av vedkubber eller brikettlignende biter. In some cases, it is desirable to use the shaped, finished product for combustion, and an aggregate material such as coal will then be incorporated into the product. In this case, the cross-linking composition before it is added to the column can be mixed with agents that promote combustion (e.g. nitrate salts), and flame-coloring mat:trials (various inorganic salts depending on the desired colors). Such shaped, combustible materials can be given the form of logs or briquette-like pieces.

I det tilfelle at verken mineralsyrer eller organiske syrer men isteden et Lewis-syresalt benyttes i tverrbindingssammensetningen, må dette salt blandes i tørr form og helst med materiale som har et fuktighetsinnhold på under 1%. In the event that neither mineral acids nor organic acids but instead a Lewis acid salt is used in the crosslinking composition, this salt must be mixed in dry form and preferably with material that has a moisture content of less than 1%.

I den utstrekning syren oppfører seg som en katalysator, benyttes der små mengder, men den absolutte mengde som er nød-vendig, kan avhenge av arten av fiber- eller aggregatmate-rialet og dettes evne til å trekke syre ut av tverrbindings-karbohydratmaterialet ved kapillarvirkning. Typisk kreves en oppløsning på mindre en 1 vektprosent sur katalysator. I helt oppsluttet lignocellulosemateriale ligger det amorfe karbo-hydratinnhold i området 15-25% avhengig av det anvendte lignocellulosemateriale. Ved vannvasking av det oppsluttede lignocellulosemateriale og kombinasjon med andre tverrbindende karbonhydratmidler kan denne sukkermengde reduseres til mindre enn halvparten, og den ferdige sammensetning vil fortsatt tjene som et effektivt bindemiddel. To the extent that the acid behaves as a catalyst, small amounts are used, but the absolute amount that is necessary may depend on the nature of the fiber or aggregate material and its ability to extract acid from the crosslinking carbohydrate material by capillary action . Typically, a solution of less than 1% by weight acid catalyst is required. In fully digested lignocellulosic material, the amorphous carbohydrate content is in the range of 15-25%, depending on the lignocellulosic material used. By washing the trapped lignocellulosic material with water and combining it with other cross-linking carbohydrate agents, this amount of sugar can be reduced to less than half, and the finished composition will still serve as an effective binding agent.

Claims

1. Method for digesting and shaping a digested lignocellulosic material, characterized by (a) production of a digested lignocellulosic material by (1) that the lignocellulosic material is packed in a divided, moist form in a pressure vessel with an outlet valve, (2) that the pressure vessel with a closed valve , is rapidly filled with steam at a pressure of at least 2770 kPa to bring substantially all of the lignocellulosic material to a temperature of 185 - 240°C in less than 60 s to thermally soften the lignocellulosic material to a plastic state, and (3) that the discharge valve is opened so as soon as the plastic state is achieved, whereby the lignocellulosic material is instantly and explosively ejected from the pressure vessel into the atmosphere so that the explosive expulsion breaks the chemical cross-links between lignin and hemicellulose in the lignocellulosic material and provides a mixture of water-soluble chemical substances, whereby entangled lignocellulose is formed, (b) washing of the suspended lignocellulosic material rial with water to substantially remove the water-soluble chemicals, (c) adding a cross-linking agent and catalyst therefor to the washed entangled lignocellulosic material to provide a moldable entangled lignocellulosic material, the cross-linking agent being selected from five-carbon and six-carbon sugars; glycosides and conjugated derivatives thereof, furfural and hydroxymethylfurfural and mixtures thereof, where the catalyst is an acid catalyst, (d) drying the malleable entangled lignocellulosic material to a water content of approx. 5% or less, (e) packing the entangled lignocellulosic material into a heated, aerated mold, (f) applying a sufficient pressure of 13 0 - 4850 kPa for a sufficient time of between 5 s and 3 0 min., and at a sufficient temperature of 70 - 260°C is applied to the malleable material in the mold so that it forms a rigid product, and (g) removing the molded product from the mold.

2. Method according to claim 1, characterized in that the mold is preheated to a temperature of 70 - 260°C, and that the shaped product is exposed to a mold plate that is preheated to approx. 300°C.

3. Method according to claim 1, characterized in that for the production of a material with a mass density similar to cork boards, the mold is preheated to a temperature of 70 - 110°C and a pressure of 13 0 - 62 0 kPa is exerted on the material in the mold .

4. Method according to claim 1, characterized by the production of a material with a mass density similar to furniture boards, preheating the mold to a temperature of 120 - 145°C and exerting a pressure of 690 - 4850 kPa on the material in the mold.

5. Method according to claim 1, characterized in that a preservative is added to the trapped lignocellulosic material before shaping.

6. Method according to claim 1, characterized in that a water-repellent agent is added to the trapped lignocellulosic material before shaping.

7. Method according to claim 1, characterized in that a fire retardant is added to the trapped lignocellulosic material before shaping.

8. Method according to claim 1, characterized in that a mineral acid, an organic acid and a Lewis acid are added to the entangled lignocellulosic material before shaping.

9. Method according to claim 1, characterized in that the shaped product is transferred from the hot mold to an unheated mold under corresponding pressure to allow the shaped product to mature.

10. Method for the production of a molded product according to claims 1-9, characterized by (a) that the entrained lignocellulosic material is mixed together with fillers selected from wood chips, wood fibers, - straw fibers, bagasse fibers, sawdust, glass fibers, asbestos fibers, carbon fibers, fertilizer, coal and sand.

11. Method according to claim 10, characterized in that the moisture content in the trapped lignocellulosic material, when this has high moisture before forming, is reduced to an acceptable level of approx.

5% or less.

12. Method as specified in claim 10, characterized in that sawdust is mixed in a quantity of no more than four parts per part trapped lignocellulosic material.

13. Method according to claim 10, characterized in that the mold is preheated to a temperature of 70 - 260°C.

14. Method according to claim 1, characterized in that the cross-linking agent is selected from among sugars with 5 or 6 carbon atoms in free or bound form.

15. Method according to claim 1, characterized in that the cross-linking agent contains hydroxymethylfurfural.

16. Method according to claim 1, characterized in that the cross-linking agent contains furfural.

17. Method according to claim 1, characterized in that the concentration of the acid catalyst in the cross-linking agent is in the range 0.2 - 1.0%, and that the concentration of the cross-linking agent in the cross-linking agent/catalyst composition is in the range 2-12%.