SE502663C2 - Förfarande för framställning av skivor av lignocellulosahaltigt material - Google Patents

Description

502 663 Uppfinningen skall i det följande beskrivas närmare i anslutning till nägra utföringsexempel.

Vid framställning av fiberboard enligt torra metoden med I utgångspunkt från råmaterial av flis finfördelas flisen genom defibrering i en defibreringsapparat i ett eller flera steg.

Efter denna finfördelning sker belimning, torkning, formering och varmpressning. Alternativt kan torkning ske före belim- ningen. Vid varmpressningen eftersträvas en temperatur av 100-ll5°C i skivans mitt för Urea-Formaldehydbaserade lim- system.

I detta förfarande tillsätts kemikalier, som reagerar med ligninet, till materialet före varmpressningen. Kemikalie- behandlingen, exempelvis sulfonering, modifierar ligninet kemiskt så att en ökad bindningsreaktivitet erhålles genom införande av hydrofila grupper. Samtidigt sänks även ligninets mjukningstemperatur. Som exempel pá sådana i och för sig kända kemikalier kan nämnas Na2SO3 och NaHSO3. Kemikalierna kan tillsättas efter slutlig defibrering av materialet, under eller före defibreringen. Det kan därvid vara lämpligt att kemikalietillsatsen sker i direkt anslutning till defibre- ringen i en skivkvarn, exempelvis i inloppet, i centrum eller längre ut mot skivornas periferi. Vid defibrering i tvâ eller flera steg bör kemikalietillsatsen göras omedelbart före eller under det andra eller sista defibreringssteget. Andra dose- ringspunkter för kemikalierna kan vara i bläsledningen efter skivkvarnen, i samband med torkningen eller vid förvärmning före defibreringen.

Vid framställning av spánskivor finfördelas rámaterialet i form av flis till partiklar, huvudsakligen i form av spán.

Partiklarna torkas, belimmas och formeras till en bana som varmpressas till en färdig skiva. Liksom vid fiberboardfram- ställning används vanligen härdbart Urea-Formaldehydbaserat lim. Kemikalier som reagerar med ligninet tillsätts även i detta fall före varmpressningen. Kemikaliebehandlingen har samma syfte och kan vara densamma som vid framställning av fiberboard. Kemikalietillsatsen kan göras efter slutlig fin- fördelning av materialet, under eller före finfördelningen.

Lämpligen omedelbart före finfördelningen sä att den kemiska (TI C) f\) O\ O\ LN reaktionen i ligninet sker under finfördelningen och efterföljande torkning.

Sàsom ovan angivits_har kemikaliebehandlingen, före- trädesvis sulfonering, till syfte att kemiskt modifiera ligninet átminstone i partiklarnas eller fibrernas ytskikt dels genom att införa hydrofila grupper så att en ökad bind- ningsreaktivitet erhálles i ligninet och dels genom att sänka ligninets mjukningstemperatur. Det kemiskt modifierade ytskik- tet bör därvid ha en tjocklek av ca 1 m där sänkningen av mjukningstemperaturen skall vara minst lO°C.

Vid sulfonering bör ligninet sulfoneras så att en svavel- fördelning över hela partiklarnas eller fibrernas tvärsnitt erhålles, men där svavelhalten i ett 2 m tjockt ytskikt är minst 50% högre än den genomsnittliga svavelhalten i partik- larnas eller fibrernas övriga delar.

Vid den slutliga pressningen av skivorna höjs temperatu- ren över limmets härdningestemperatur i hela skivan för att säkerställa genomhärdning av skivan. Den lägsta temperaturen i skivan vid varmpressningen måste således överstiga erforderlig härdningstemperatur.

Ligninets mjukningstemperatur skall därför i partiklarnas eller fibrernas ytskikt sänkas till en temperatur under den lägsta temperaturen i skivan vid varmpressningen. Den sänkta mjukningstemperaturen medför att det mjuka ligninskiktet i partiklarnas eller fibrernas yta pressas ut i kontaktpunkterna mot intilliggande partiklar eller fibrer varigenom kontakt- ytornas storlek ökar, limmet utnyttjas effektivare och för- bättrade styrkeegenskaper erhålles, speciellt i skivans tvär- riktning.

Vidare innebär ökningen av bindningsreaktiviteten hos ligninet genom införande av hydrofila grupper att ligninet lättare kan bilda vätebindningar. Därigenom ökas bindnings- krafterna per ytenhet och skivans hàllfasthet ökas ytter- ligare.

Kemisk modifiering av ligninet i de inre delarna av partiklarna eller fibrerna bör undvikas för att deras dimen- sionsstabilitet skall bibehàllas. En làg dosering av sulfit är därför fördelaktig. Låg dosering ger huvudsakligen en sulfo- nering av fiberns primärvägg och sekundärvàgg. Vid högre dose- ringar korrelerar svavelfördelningen väl med ligninfördel- ningen i cellväggen. Mot denna bakgrund bör svavel för sulfo- neringen tillsättas i en mängd av högst 13 kg svavel, före- trädesvis högst 6 kg svavel, per ton lignocellulosahaltigt material. ' För att åstadkomma den önskade kemiska modifieringen av ligninet i partiklarnas eller fibrernas ytskikt bör kemika- lierna tillsättas vid eller efter materialets finfördelning.

Kemikaliedosering, reaktionstid och temperaturförhállanden måste styras noggrant. Genom att selektivt sulfonera ligninet i partiklarnas eller fibrernas ytskikt uppnås modifieringen av ligninet vid lägre doseringar och partiklarnas eller fibrernas inre kommer i stora delar att vara opåverkade av sulfoneringen så att dessa delar förblir styva och dimensionsstabila vilket är till fördel för skivornas hàllfasthet.

EXEMPEL 1 Rámaterial i form av flis frán rödbok förvärmdes till 1750 och en Na2SO3-lösning tillsattes. Därefter utfördes en finfördelning av materialet i en defibreringsapparat. Satsad mängd sulfit (Na2SO3) motsvarande 10 kg/ton flis (2,5 kg svavel/ton flis). Dessutom framställdes en referenssats utan kemikalietillsats.

Ligninets mjukningstemperatur i referenssatsen var ca 125°C medan den kemikaliebehandlade satsens ligninmjuknings- temperatur sänktes till ca l0OoC i fibermaterialets ytskikt.

I blásledningen efter defibreringsapparaten tillsattes ett Urea-Formalehydlim (UF-lim). Satsad mängd för sulfitbe- handlat material motsvarades av 8% UF-lim räknat pà torrt fibermaterial och för referensmaterialet 13% UF-lim räknat pá torrt fibermaterial. Därefter torkades de bàda materialsat- serna till en torrhalt av ca 90% samt torrformades till mattor. Dessa fibermattor förpressades med ett tryck av 1,5 MPa samt varmpressades till skivor under 6 min vid l70°C.

Temperaturen i mitten av skivorna vid slutet av varmpress- ningen uppmättes till mellan 115 och l2OOC, dvs lägre än ligninets mjukningstemperatur i referenssatsen men högre än 5Ü2 663 5 ligninets mjukningstemperatur i den sulfitbehandlade satsen.

De sà framställda skivorna testades med avseende pá häll- fasthet. Följande resultat noterades: Egenskap Referenssats Sulfitbeh. sats Bcsjhàllfastnet, 39.5 39.0 MPa Tvärdraghállfasthet,A 1.8 lk9 MPa UF-lim 13.0 8.0 innehåll % Resultatet visar att likvärdig hàllfasthet uppnáddes för skivorna trots att limmängden i skivan med sänkt ligninmjuk- ningstemperatur var väsentligt lägre. Detta bekräftar den tekniska effekt som pàtalats ovan.

EXEMPEL 2 Rámaterial i form av flis från gran förvärmdes till l70°C och en Na2SO3-lösning tillsattes. Därefter defibrerades materialet i en defibreringsapparat. Satsad mängd sulfit mot- svarade 15 respektive 22 kg/ton flis (3,8 respektive 5,6 kg svavel/ton flis). Dessutom framställdes en referenssats utan kemikalietillsats. Inget lim tillsattes vid detta försök.

Ligninets mjukningstemperatur i referenssatsen var ca 125oC medan den kemikaliebehandlade satsens ligninmjuknings- temperatur sänktes till under l00°C i fibermaterialets ytskikt.

Efter defibrering torkades fibermateialet till en torr- halt av ca 90% samt torrformades till mattor. Dessa mattor förpressades med ett tryck av 1,5 MPa samt varmpressades till skivor under 6 min vid 17000. Temperaturen i mitten av ski- vorna vid slutet av varmpressningen uppmättes till mellan 115 och l20oC, dvs lägre än ligninets mjukningstemperatur i referenssatsen men högre än ligninets mjukningstemperatur i den sulfitbehandlade satsen. (fl (É FO O\ O\ V J De så framställda skivorna testades med avseende pà hàll- fasthet. Följande resultat noterades: Egenskag Referens Sulfit 15 kq/ton Sulfit 22 kq/ton Böjhàilfast- 5.8 9.0 ' 12.6 het, MPa ' Elastisitets- 785 1599 3 1796 modul, MPa Resultatet visar en väsentlig skillnad mellan de kemikaliebehandlade skivornas egenskaper och referensskivans.

Styrkorna visar effekten av ökad bindningsreaktivitet och ökad bindningsarea vilket verifierar uppfinningens tekniska effekt.

Uppfinningen är givetvis inte begränsad till de redo- visade utföringsexemplen utan kan varieras inom ramen för uppfinningstanken.

Claims (11)

Patentkrav

1. Förfarande för framställning av skivor av lignocellulosa- haltigt material där materialet finfördelas till partiklar eller fibrer, torkas, belimmas före eller efter torkningen, formeras till en bana samt sluttorkas genom varmpressning till en färdig skiva, k ä n n e t e c k n a t a v att före sluttorkningen ligninet ätminstone i ytskiktet pá partiklarna eller fibrerna modi- fieras kemiskt sä att en ökad bindningsreaktivitet erhålles genom införande av hydrofila grupper och så att ligninets mjukningstemperatur sänks till en temperatur under den lägsta temperaturen som erfordras i skivan för härdning av limmet vid varmpressningen. '

2. Förfarande enligt kravet 1, g k ä n n e t e c k n a t a v att ligninet modifieras kemiskt genom tillsats av kemikalier som reagerar med ligninet.

3. Förfarande enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a t a v att ligninet modifieras kemiskt genom sulfonering.

4. Förfarande enligt något av föregående krav, k à n n e t e c k n a t a v att ligninets mjukningstempera- tur sänks med minst l0°C i ett ytskikt av ca 1 m tjocklek pà partiklarna eller fibrerna.

5. Förfarande enligt kravet 3, k ä n n e t e c k n a t a v att ligninet sulfoneras så att en svavelfördelning över hela partiklarnas eller fibrernas tvärsnitt erhálles.

6. Förfarande enligt kravet 5, k ä n n e t e c k n a t a v att ligninet sulfoneras sà att svavelhalten i ett 2 m tjockt ytskikt blir minst 50% högre än den genomsnittliga svavel- halten i partiklarnas eller fibrernas övriga del.

7. Förfarande enligt något av kraven 3-6, k ä n n e t e c k n a t a v att sulfoneringen av ligninet utföres genom tillsats av kemikalier innehållande svavel i en mängd av högst 13 kg, företrädesvis högst 6kg, svavel per ton lignocellulosahaltigt material.

8. Förfarande enligt kravet 2, k á n n e t e c k n a t a v att ligninet modifieras kemiskt genom ozonbehandling. (TI CD hö O\ U\ gl

9. Förfarande enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a t a V att kemikalierna tillsätts efter slutlig finfördelning av materialet.

10. Förfarande enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a t a v att kemikalierna tillsätts före eller under finfördelning av materialet. 4

11. ll. Förfarande enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t a v att finfördelningen innefattar defibrering av materialet i ett eller flera steg.