WO2017207451A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von holzwerkstoffplatten sowie holzwerkstoffplatte - Google Patents

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WO2017207451A1
WO2017207451A1 PCT/EP2017/062817 EP2017062817W WO2017207451A1 WO 2017207451 A1 WO2017207451 A1 WO 2017207451A1 EP 2017062817 W EP2017062817 W EP 2017062817W WO 2017207451 A1 WO2017207451 A1 WO 2017207451A1
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Michael KÖNEKAMP
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Dieffenbacher GmbH Maschinen- und Anlagenbau
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    • B27N3/08—Moulding or pressing
    • B27N3/18—Auxiliary operations, e.g. preheating, humidifying, cutting-off

Definitions

  • the invention relates to a method for producing wood-based panels according to the preamble of claim 1, to an apparatus for producing wood-based panels according to claim 16 and to a wood-based panel according to claim 19.
  • the moisture in the core area and in the top layer area must be deliberately set differently.
  • Production device and the input area of the production device includes. In this way, a complete shielding of the system is achieved outwardly with respect to occurring microwave radiation, which allows in the
  • Microwave continuous furnace alternatively or additionally to be able to use microwaves in the range of 915 megahertz. So it is proposed, a
  • Wood-based panels made from several glued veneer layers can result in a 915 MHz application over the narrow sides to warm the wood in layers as this "long wave" propagates optimally in the layers of the veneer and the surface treatment of the veneer layers with the frequency of 2450 MHz is again effective if this can be applied to a relatively thin irradiation depth (in the cm to dm range).
  • Another object can be seen in the method and the device and a wood-based panel in such a way that the energy input into the Pressgutmatte is improved, in particular without affecting the properties of the wood-based panel.
  • a process for the production of wood-based panels is specified, such as chip, fiber or chipboard, from a mixture of binder-added cellulosic particles, such as chips, fibers or chips, the particles from a scattering station on a standing or moving forming belt scattered to a Pressgutmatte and means
  • Microwave energy are preheated in a Mikrowavevortude and the pressed material mat after transfer to a single or Mehretagenpresse or a continuous press under pressure and / or heat is pressed and cured, wherein at least a portion of the mixture of binder-added cellulosic particles before, during and / or after the spreading of the pressed material mat, microwave-absorbing particles and / or fibers are added.
  • an apparatus for producing wood-based panels, such as chipboard, fiber or chipboard panels, from a mixture of binder-added cellulosic particles comprising:
  • a scattering station for scattering the particles onto a stationary or moving forming belt to form a pressed material mat
  • a microwave preheating device in particular a microwave continuous oven for preheating the pressed material mat
  • a single or multi-daylight press or continuous press for pressing
  • Addition device for adding microwave-absorbing particles and / or fibers in at least part of the mixture of binder-added cellulosic particles before, arranged in and / or after the scattering station.
  • a wood-based panel comprising a mixture of binder-containing cellulosic, in particular
  • lignocellulosic particles such as shavings, fibers, chips or strands, wherein at least a portion of the mixture of binder-added cellulosic particles contains microwave-absorbing particles and / or fibers.
  • the mixture of binder-added cellulosic particles contain a total of microwave-absorbing particles and / or fibers.
  • microwave-absorbing particles are to be understood as meaning media which are surrounded by, in particular continuous, medium
  • Distinguish phase interface In particular, particles are included in the solid phase. Water is not considered a particle in this case.
  • the addition of water always increases the moisture of the pressed material mat, which, however, may only vary within a narrow range. Therefore, the addition of water to the Pressgutmatte and subsequent microwave preheating can not be universally applied in the manufacture of wood-based panels, as too high moisture content too
  • the present invention is based on the recognition that different materials have different properties of the absorption of microwaves.
  • polar materials such as sugar absorb microwaves very well, especially in the region of 2450 MHz
  • plastics such as polypropylene (PP) or polyethylene (PE), which are also used variously as hot melt adhesives in the production of wood fiber boards
  • PP polypropylene
  • PE polyethylene
  • Microwaves largely transparent. Accordingly, the extent to which a local volume of material is locally heated under the action of microwave energy is highly dependent upon the ability of the material at the appropriate site to absorb microwaves. At the same time, the extent of local warming depends on one
  • the present invention proposes to act directly on the ability of the pressed material mat to absorb microwave energy by deliberately adding microwave-absorbing particles and / or fibers.
  • microwave-absorbing particles and / or fibers are the same.
  • intrinsically conductive polymers in particular polypyrrole (PPy), or polyaniline (PAni), for the microwave-absorbing particles and / or fibers.
  • Microwave-absorbing particles and / or fibers provided in order to achieve in this way an overall higher microwave absorption through the entire Pressgutmatte.
  • Microwave-absorbing particles and / or fibers advantageous. This has the advantage that an increased microwave absorption capacity of the material to be heated, the absorption of the available microwave power and thus the efficiency of the heating device can be increased while a possible resulting residual or leakage radiation can be reduced.
  • microwave-absorbing particles and / or fibers in the cross-section of the pressed material in the direction transverse to the conveying direction and / or longitudinally parallel to the conveying direction with different dosing, wherein herein under the dosage of the relative proportion of microwave-absorbing particles and / or fibers in weight percent with respect to the volume of matter concerned.
  • the microwave-absorbing particles and / or fibers in different doses can be added to different local substance volumes within the pressed material mat become.
  • the heating of the volume of the pressed material mat can be influenced in a targeted manner, and in particular a desired temperature distribution can be achieved within the volume of the pressed material mat after preheating. It is particularly advantageous that the targeted influencing of the heating of the volume of the pressed material mat can be achieved without the need for
  • Moisture content or the distribution of different moisture contents of the chips, fibers or chips, which form the Pressgutmatte, would have to be changed.
  • the moisture content or the moisture content distribution of the chips, fibers or chips would have to be changed.
  • Schnitzel can rather be adjusted specifically to the requirements of the subsequent step of pressing, so that in this way the process of preheating process technology is largely decoupled from the process of pressing or hot pressing.
  • Microwave-absorbing particles and / or fibers are added only in the region of the middle of the pressed material mat, for example a middle layer, while in areas of the outer layers of the pressed material mat no addition takes place, or that both the middle and the outer layers of the pressed material
  • Microwave-absorbing particles and / or fibers are added, but the dosage of the microwave-absorbing particles and / or fibers in the middle of the pressed material mat is higher than in the outer layers. This way you can
  • Middle layer material and the cover layer material are preheated by the microwave radiation to an equal temperature, or that the middle layer material is preheated by the microwave radiation to a higher temperature than the cover layer material. In other cases, it may be useful to equip the edges of the pressed material mat laterally to the conveying direction with a higher dosage of the microwave-absorbing particles and / or fibers.
  • chipboard it may be advantageous, in particular in the production of chipboard, to have the regions with a greater mass per unit area of areas of the pressed material mat which have an increased mass or increased substance volume per unit area and which are usually provided at the points at which the later wood-based panel,
  • chipboard is provided with screws, or where the later material plate is separated into smaller plates to equip with a higher dosage of the microwave-absorbing particles and / or fibers, so that at these points a disproportionate or the mass or the volume of material per unit area proportional heating by the
  • Microwave radiation is caused.
  • microwave-absorbing particles and / or fibers can take place in various ways. Thus, these may be added after the cellulosic particles and the binder have been mixed together, for example during spreading of the pressed material mat. Alternatively or additionally, the microwave-absorbing particles and / or fibers may be added to the cellulosic particles before they are mixed with the binder.
  • microwave-absorbing particles and / or fibers directly to the binder, before this with the microwave-absorbing particles and / or fibers
  • cellulose-containing particles is mixed.
  • a binder such as a urea-formaldehyde resin glue (also
  • the dosage with which microwave-absorbing particles and / or fibers are added to the binder may be in a range of, for example, between 0.1 and 20% by weight, preferably between 0.5 and 10
  • Percent by weight and more preferably between 2 and 5 percent by weight. In a preferred embodiment are used as binders
  • Used multi-component fibers which consist of carbon fibers and at least one plastic component.
  • plastic multi-component fibers are used as the binder, which consists of at least a first plastic component and a second
  • Plastic component wherein the microwave-absorbing particles and / or fibers are embedded in the first plastic component and / or in the second plastic component.
  • hot melt adhesive fibers are used as the binder, and that the microwave-absorbing particles and / or fibers are embedded in the hot-melt adhesive fibers.
  • Microwave-absorbing particles and / or fibers such as carbon fibers and one and / or two plastic components, used for the production of wood fiber insulation boards.
  • the microwave preheating device is designed as a microwave continuous furnace. This is particularly advantageous if the pressed material mat is continuously scattered and then transferred to a continuously operating press.
  • the pressed material mat is precompressed after spreading and before preheating.
  • the adding device for the microwave-absorbing particles and / or fibers is arranged in a glue kitchen and / or before and / or after a gluing device.
  • the microwave-absorbing particles and / or fibers are added to the binder itself.
  • the adding device for the microwave-absorbing particles and / or fibers is after a dryer for drying the cellulose-containing particles arranged.
  • the properties of the microwave-absorbing particles and / or fibers may also depend on the temperature. Therefore, early heating in a dryer can change the properties of the particles.
  • the microwave-absorbing particles and / or fibers may also be added to the cellulosic particles after the dryer by means of the addition device.
  • the wood-based panel is made as stated above with an aforementioned method and / or with a device as stated above.
  • wood-based panels such as fiberboard, as known in the art, as a raw material usually roundwood or
  • Drum chipper a Messerringzerspaner and / or an OSB strander supplied.
  • the particles emerging from the fiberizing device or from the comminuting device, in particular fibers, chips, chips or strands, are then dried and, after admixture of binders, such as PMDI or thermoplastic hot melt adhesive fibers, by spreading, for example in a scattering station, to a stationary one or moving forming belt formed into a pressed material mat. This is usually followed by a calibration and optionally a pre-compaction of the pressed material mat.
  • binders such as PMDI or thermoplastic hot melt adhesive fibers
  • the pressed material mat thus formed may then be subjected to preheating and is then fed to a press, such as a multi-daylight press or a continuous press, in which the pressed material mat is compressed and cured using pressure and heat to form the wood-based panels.
  • a press such as a multi-daylight press or a continuous press, in which the pressed material mat is compressed and cured using pressure and heat to form the wood-based panels.
  • the preheating is carried out by microwave energy in a
  • Mikrowavevor lockeriniques acts on the pressed material mat, such as in a Microwave continuous furnace as known from the aforementioned DE 197 18 772 A1 or DE 10 2013 105 928 A1.
  • Microwave-absorbing particles and / or fibers takes place. This has the consequence that during microwave preheating the microwave energy is absorbed not only by the water particles which are present in the pressed material mat as wood moisture and optionally as a component (solvent and / or transport) of the binder used, but that a substantial proportion of
  • Microwave energy is absorbed by the microwave-absorbing particles and / or fibers and is converted into heat in order to heat the pressed material mat.
  • the microwave-absorbing particles and / or fibers are added as additional constituents of the pressed material mat, the ability of the pressed material mat to absorb microwave energy can be increased in comparison with the case in which, with otherwise identical conditions, the addition of
  • Microwave-absorbing particles and / or fibers is dispensed with.
  • the increased microwave absorption capability of the pressed product mat again has the consequence that the microwave energy generated in the microwave preheating device and acting on the pressed material mat can be better absorbed by the pressed material mat, so that the efficiency as a measure of the microwave energy absorbed by the pressed material mat compared to that in the microwave preheating device generated microwave energy is improved.
  • the pressed material mat can be heated to a higher preheating temperature within a given time with the same length or the same power of the Mikrowellenvorowskiinutter, which offers the advantage that in the subsequent hot press consequently only a correspondingly lower further
  • Heating must be carried out so that in this case a corresponding reduction in energy costs for the hot press can be achieved, and possibly the
  • Hot press can be performed with a correspondingly shorter length, too correspondingly lower system costs. Often of greater interest, especially in the case of retrofitting, it is to maintain the press length and reduce the residence time of the Pressgutmatte in the press by the increased preheating, in which a higher production speed is realized, which ultimately the total capacity of the system can be significantly increased.
  • microwave-absorbing particles and / or fibers are the same.
  • microwave-absorbing particles and / or fibers relevant to the production of wood-based panels are microwave-absorbing particles and / or fibers relevant to the production of wood-based panels.
  • Microwave-absorbing particles and / or fibers, and their dosage largely independent of the other process parameters, such as the type, size or moisture of the cellulosic particles, or choice, composition and dosage of the binder used, made.
  • the present invention makes it possible to adjust and optimize the process of preheating largely independently of the downstream pressing process by appropriate addition and metering of the microwave-absorbing particles and / or fibers.
  • a substantial decoupling of the processes of preheating and pressing is made possible, which on the one hand permits easier adjustment and optimization of the entire production process, and on the other hand via the parameters which amounts of microwave-absorbing particles and / or fibers are added to which areas of the pressed material mat , additional
  • the microwave-absorbing particles and / or fibers can be added at any time before, during and also after the formation of the pressed material mat.
  • an adding device is provided by means of which the microwave-absorbing particles and / or fibers can preferably be metered in at the desired point in the process.
  • the microwave-absorbing particles and / or fibers may be added to the cellulosic particles or binder before the cellulosic particles are mixed with the binder, or an addition of the
  • Microwave-absorbing particles and / or fibers after mixing into the mixture of cellulose-containing particles and binder.
  • Various combinations of the above are also possible. So, for example microwave-absorbing particles and / or fibers are added by dispersing in the binder, such as a glue from PDMI, so as subsequently to be mixed with the cellulosic particles, and the resulting mixture of cellulosic particles, binders and microwave-absorbing particles and / or fibers can then be scattered to form the Pressgutmatte on the forming belt. During scattering, additional ones may be added
  • Microwave-absorbing particles and / or fibers are added, the addition of this point can be done in particular inhomogeneous in the pressed material, so that microwave absorbing particles and / or fibers are selectively introduced into certain material volumes of Pressgutmatte and dosed into this targeted and directly influence the ability to take the respective volumes of material,
  • Volume of the pressed material mat are specifically influenced, and in particular a desired temperature distribution within the volume of the pressed material mat after preheating can be achieved.
  • a desired temperature distribution within the volume of the pressed material mat after preheating can be achieved.
  • Wood material panels in particular multi-layer chipboard, are called, wherein the addition of the microwave-absorbing particles and / or fibers in the central region or in the middle layer of the pressed material mat is carried out with an increased dosage, thereby achieving greater heating of the central region of the pressed material during the preheating.
  • the cover layers and the center region nevertheless reach the desired target temperature at approximately the same time.
  • the pressed material mat is initially formed in one or more areas / sections with a different mass per unit area. This means that when spreading the pressed material mat on the one hand in the areas / sections additional material can be applied or on the other hand material of the already scattered mat again removed and
  • the areas / sections with an increased mass per unit area are usually formed at the locations where the subsequent wood-based panel is provided with screwing, or where the later Wood material board is separated into smaller plates, so that at these locations a higher strength of the wood-based panel is needed, while other areas of the compressed wood-based panel for weight saving purposes have a lower bulk density.
  • the microwave-absorbing particles and / or fibers can be deliberately introduced into the areas of increased bulk density or a larger mass per unit area, so that at these locations a disproportionate or mass-proportional preheating by the
  • Microwave radiation is caused.
  • the adjoining press in which on the basis of the in the press on the outer layers introduced
  • Raw density can heat up faster, can thus be achieved here again, that all areas of the pressed material mat almost simultaneously the desired
  • Wood fiber insulation boards in which one-component fibers or multi-component fibers, in particular two-component fibers or biko fibers, are used as a binder of thermoplastic material, further develop in an advantageous manner.
  • the microwave-absorbing particles and / or fibers are incorporated directly into the material of the binder fibers.
  • the microwave-absorbing particles and / or fibers may be dispersed in a thermoplastic material such as polyethylene (PE) or polypropylene (PP). This creates a composite material in which the microwave-absorbing particles and / or fibers.
  • thermoplastic material is a matrix for the contained therein
  • thermoplastic material which usually consist of two components of thermoplastic material with different melting points
  • the higher melting point component is replaced for example by a carbon fiber, which is made of a thermoplastic material, such as PE or PP, to create a modified biko fiber.
  • a carbon fiber which is made of a thermoplastic material, such as PE or PP
  • Multi-component fibers modified so that they themselves now
  • multicomponent fibers can be heated alone, under the action of microwave energy and in a rapid manner, to near the melting point, or even beyond the melting point, without requiring, as known in the art, hot air or superheated steam supply corresponding disadvantages of the long preheating time (in the case of hot air) or the actually unwanted introduction of additional moisture (in the case of superheated steam), a corresponding evaporation of excess moisture or excessive drying of wood fibers before sprinkling the pressed material to compensate for by the Superheated steam will require added moisture. In this way, a significant energy savings for the production of such
  • Wood-based panels in particular Holzfaserdämmplatten be achieved.
  • a "dry" production of such wood-based panels can be achieved by mixing the cellulosic particles with a dry binder and dispensing with the addition of additional moisture such as water or steam, while at the same time allowing microwave preheating not only the energy for heating provide the Pressgutmatte to a preheating temperature, but can also heat the Pressgutmatte also to the required, necessary for the activation of the binder target temperature, thus in this case the
  • Preheating represents a heating of the pressed material mat, so that the subsequent step of pressing can be limited to a pure pressing and shaping the pressed material mat, wherein no further heat energy is supplied, or heat energy is supplied only to the extent to the press material mat for a predetermined time to maintain a desired temperature.
  • Microwave-absorbing particles and / or fibers in the pressed material mat are directly influenced by how the pressed material mat will heat up during microwave preheating, so that almost any desired temperatures and temperature gradients within the
  • Microwave preheating influence and so to influence the process of preheating can further be provided to cover certain areas of the pressed material mat with microwave-reflecting or strongly absorbing materials, so that a correspondingly lower radiant power is set at the corresponding locations of the pressed material mat and the pressed material mat is heated less at these locations.
  • the cover material is not necessarily part of the Nutzgut but can also be part of the
  • Mikrowellenvorowskiinutter not as usual in the prior art, is formed with a rectangular cross section, but for example, a cross section in the form of a regular or irregular polygon is formed with more than four corners. With such a cross-sectional shape, the
  • Microwave preheating can adjust.
  • wood-based panels produced by the process described herein continue to be the ones added
  • Contain microwave-absorbing particles and / or fibers so that the produced wood-based panels can show microwave-absorbing properties.
  • This can be used to particular advantage if, for example, in a building a shield against microwave radiation is desired, such as in residential buildings in the case of electrosensitive persons, or in industrial or

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Abstract

Es wird ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von Holzwerkstoffplatten, wie Span-, Faser- oder Schnitzelplatten, aus einem Gemisch von mit Bindemittel versetzten zellulosehaltigen Teilchen, wie Späne, Fasern oder Schnitzel, angegeben, wobei die Einzelteilchen aus einer Streustation auf ein stehendes oder sich bewegendes Formband zu einer Pressgutmatte gestreut und mittels Mikrowellenenergie vorgewärmt werden und die Pressgutmatte nach Überführung in eine Ein- oder Mehretagenpresse oder eine kontinuierlich arbeitende Presse unter Anwendung von Druck und eventuell Wärme verpresst und ausgehärtet wird. Dabei wird vorgesehen, dass dem Gemisch von mit Bindemittel versetzten zellulosehaltigen Teilchen vor, während und/oder nach dem Streuen der Pressgutmatte mikrowellenabsorbierende Partikel und/oder Fasern zugegeben werden, insbesondere Kohlenstoffpartikel, Kohlenstoffnanoröhrchen, Karbonfasern oder intrinsisch leitfähige Polymere wie Polypyrrol oder Polyanilin und die Pressgutmatte mit Hilfe von Mikrowellen vor dem Verpressen vorgewärmt wird. 1520

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Holzwerkstoffplatten sowie
Holzwerkstoffplatte
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Holzwerkstoffplatten gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 , auf eine Vorrichtung zur Herstellung von Holzwerkstoffplatten nach Anspruch 16 sowie auf eine Holzwerkstoffplatte nach Anspruch 19.
Aus der Patentliteratur und der allgemeinen Anwendungspraxis zur Herstellung von Holzwerkstoffplatten ist die Anwendung von Mikrowellentechnik als Mittel zur
Vorwärmung von Pressgut zwecks der Reduzierung des Pressfaktors während des danach eingeleiteten Pressvorganges zur Erhöhung der Produktionsleistung allgemein bekannt. Entsprechende Verfahren und Anlagen sind beispielsweise in den
Dokumenten US 4,018,642 A, DE 196 27 024 A1 und DE 101 57 601 B4 beschrieben.
Aus der DE 197 18 772 A1 ist ebenfalls die Verwendung von Mikrowellen im Bereich von 2450 Megahertz zur Erwärmung des Pressgutes bekannt. Dabei wird
vorgeschlagen, die Erwärmung des Pressgutes durch Wanderwellen- Mikrowellenenergie und ihrer Reflexion in einer Wechselwirkung zwischen abgesandter und reflektierter Energie zu erzielen und eine Fokussierung der Strahlungsenergie in den Mittenquerschnitt vorzusehen, wobei zusätzlich der Feuchtigkeitsgehalt im
Pressgut gezielt gesteuert und eingestellt werden soll. Insbesondere muss, je nach Holzstruktur, die Feuchte im Kernbereich und im Deckschichtbereich gezielt unterschiedlich eingestellt werden.
Ein Problem bei der Herstellung von Werkstoffplatten nach dem Verfahren der
DE 197 18 772 A1 besteht darin, dass mit der eingesetzten Mikrowellenstrahlung von Mikrowellen im Bereich von 2450 Megahertz die gleichmäßige Erhitzung des
Pressgutes innerhalb der zur Verfügung stehenden Zeit bzw. innerhalb des zur Verfügung stehenden Weges, den das Pressgut im Mikrowellendurchlaufofen zur Verfügung hat, nicht in ausreichend gleichmäßigem Maß erzielbar ist, besonders dann nicht, wenn Pressgut größerer Dicke verarbeitet werden soll. Die vorgeschlagene Problemlösung verlangt hohe Steuerungsgenauigkeit und erheblichen
anlagentechnischen Aufwand, so dass sie noch nicht optimal ist. ln der DE 10 2013 105 928 A1 wird eine weitere Verbesserung der Erwärmung mittels Mikrowellen dadurch vorgeschlagen, dass in einem Mikrowellendurchlaufofen eine Abschirmung und ein Absorber vorgesehen sind, welcher Absorptionsmaterial enthält, das zur Absorption der im Mikrowellendurchlaufofen verwendeten Mikrowellenstrahlung geeignet ist. Weiterhin ist der Mikrowellendurchlaufofen mit seiner Ausgangsseite in unmittelbarer Nähe des Eingangsbereiches der nachgeschalteten
Produktionsvorrichtung angeordnet und ein zusätzlicher Absorberkäfig vorgesehen, welcher zumindest den Mikrowellendurchlaufofen, den Übergangsbereich zur
Produktionsvorrichtung und den Eingangsbereich der Produktionsvorrichtung einschließt. Auf diese Weise wird eine komplette Abschirmung der Anlage nach außen bezüglich auftretender Mikrowellenstrahlung erzielt, was es erlaubt, in dem
Mikrowellendurchlaufofen alternativ oder ergänzend auch Mikrowellen im Bereich von 915 Megahertz verwenden zu können. So wird dabei vorgeschlagen, eine
Mischkombination an Mikrowellen zu verwenden, beispielsweise 2450 Megahertz (MHz) und 915 Megahertz (MHz), um etwa unterschiedliche Eindringtiefen,
beispielsweise von einer Schmalseite in ein Pressgut (915 MHz) und von den
Flächenseiten (2450 MHz), realisieren zu können. Bei der Herstellung von
Holzwerkstoffplatten aus mehreren beleimten Furnierschichten kann eine Einbringung von 915 MHz über die Schmalseiten zu einem schichtweisen Durchwärmen des Holzes führen, da diese„Langwelle" sich in den Schichten des Furniers optimal fortpflanzt. Die Flächenbestrahlung der Furnierschichten mit der Frequenz von 2450 MHz ist wiederum dann effektiv, wenn diese auf eine relativ dünne Durchstrahlungstiefe (im cm- bis dm- Bereich) angewendet werden kann.
Auch wenn sich die verschiedenen bekannten Technologien der Mikrowellen- Vorwärmung in der Praxis für einzelne Anwendungsgebiete bewährt haben, so besteht dennoch ein Bedarf zur weiteren Optimierung und Verbesserung.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Holzwerkstoff platten unter Verwendung von Mikrowellenenergie zur Vorwärmung sowie eine an die Mikrowellenvorerwärmung angepasste Holzwerkstoffplatte anzugeben.
Eine weitere Aufgabe kann darin gesehen werden das Verfahren und die Vorrichtung sowie eine Holzwerkstoffplatte derart weiterzubilden, dass der Energieeintrag in die Pressgutmatte verbessert wird, insbesondere ohne dabei die Eigenschaften der Holzwerkstoffplatte zu beeinflussen.
Zur Lösung der vorstehenden und anderer Aufgaben wird ein Verfahren zur Herstellung von Holzwerkstoffplatten angegeben, wie Span-, Faser- oder Schnitzelplatten, aus einem Gemisch von mit Bindemittel versetzten zellulosehaltigen Teilchen, wie Späne, Fasern oder Schnitzel, wobei die Teilchen aus einer Streustation auf ein stehendes oder sich bewegendes Formband zu einer Pressgutmatte gestreut und mittels
Mikrowellenenergie in einer Mikrowellenvorwärmeinrichtung vorgewärmt werden und die Pressgutmatte nach Überführung in eine Ein- oder Mehretagenpresse oder eine kontinuierlich arbeitende Presse unter Anwendung von Druck und/oder Wärme verpresst und ausgehärtet wird, wobei zumindest einem Teil des Gemisches von mit Bindemittel versetzten zellulosehaltigen Teilchen vor, während und/oder nach dem Streuen der Pressgutmatte mikrowellenabsorbierende Partikel und/oder Fasern zugegeben werden.
Weiterhin werden die vorstehenden und andere Aufgaben durch eine Vorrichtung zur Herstellung einer Holzwerkstoffplatten, wie Span-, Faser- oder Schnitzelplatten aus einem Gemisch von mit Bindemittel versetzten zellulosehaltigen Teilchen, gelöst, wobei die Vorrichtung umfasst:
eine Streustation zum Streuen der Teilchen auf ein stehendes oder sich bewegendes Formband zu einer Pressgutmatte; eine Mikrowellenvorwärmeinrichtung, insbesondere ein Mikrowellendurchlaufofen zur Vorwärmung der Pressgutmatte; eine Ein- oder Mehretagenpresse oder kontinuierlich arbeitende Presse zum Verpressen und
Aushärten der Pressgutmatte unter Druck und/oder Wärme, wobei weiter eine
Zugabevorrichtung zur Zugabe von mikrowellenabsorbierenden Partikeln und/oder Fasern in zumindest einen Teil des Gemisches von mit Bindemittel versetzten zellulosehaltigen Teilchen vor, in und/oder nach der Streustation angeordnet ist.
Als eine weitere Lösung wird eine Holzwerkstoffplatte angegeben, umfassend ein Gemisch von mit Bindemittel versetzten zellulosehaltigen, insbesondere
lignozellulosehaltigen Teilchen, wie Späne, Fasern, Schnitzel oder Strands, wobei zumindest ein Teil des Gemischs von mit Bindemittel versetzten zellulosehaltigen Teilchen mikrowellenabsorbierende Partikel und/oder Fasern enthält. Alternativ kann auch das Gemisch von mit Bindemittel versetzten zellulosehaltigen Teilchen insgesamt mikrowellenabsorbierende Partikel und/oder Fasern enthalten.
Unter den mikrowellenabsorbierenden Partikeln sind dabei Medien zu verstehen, die sich von umgebenen, insbesondere kontinuierlichen Medium durch eine
Phasengrenzfläche unterscheiden. Insbesondere sind dabei Partikel in der festen Phase umfasst. Wasser wird in diesem Falle nicht als Partikel angesehen. Die Zugabe von Wasser erhöht stets die Feuchte der Pressgutmatte, welche jedoch nur in einem engen Bereich variieren darf. Daher kann die Zugabe von Wasser zur Pressgutmatte und anschließender Mikrowellenvorerwärmung nicht universell bei der Herstellung von Holzwerkstoffplatten angewandt werden, da ein zu hoher Feuchtegehalt zu
Ausflockungen des Leims in der Pressgutmatte oder zu Aufplatzer in der verpressten Matte führen kann. Wenn Wasser in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Verwendung finden sollte, so nur als Lösungs- und/oder Transportmittel für die Partikel oder zum Einstellen der Erfordernisse des nachfolgenden Schritts des Pressens, jedoch nicht zur gezielten Einstellung der Absorptionsfähigkeit von Mikrowellen.
Als zellulosehaltiges Material wird vorzugsweise solches verwendet, welches
Lignozellulose und/oder Hemizellulose enthält.
Die vorliegende Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass unterschiedliche Materialien unterschiedliche Eigenschaften der Absorption von Mikrowellen aufweisen. Während etwa polare Materialien wie Zucker Mikrowellen, insbesondere im Bereich von 2450 MHz sehr gut absorbiert, sind beispielsweise die meisten Kunststoffe, wie etwa Polypropylen (PP) oder Polyethylen (PE) wie sie auch als Schmelzkleber in der Herstellung von Holzfaserplatten verschiedentlich eingesetzt werden, für Mikrowellen weitestgehend transparent. Entsprechend hängt das Ausmaß, mit dem ein lokales Stoffvolumen unter der Einwirkung von Mikrowellenenergie lokal erwärmt wird, stark von der Fähigkeit des Materials an der entsprechenden Stelle ab, Mikrowellen zu absorbieren. Gleichzeitig hängt das Ausmaß der lokalen Erwärmung eines
Stoffvolumens stark davon ab, wie viel Mikrowellenenergie auf das lokale Stoffvolumen einwirkt, was wiederum von der Fähigkeit des umliegenden Materials bzw. der in Richtung der Einwirkung der Mikrowellenenergie vorgelagerten Stoffvolumina, Mikrowellenenergie zu absorbieren, abhängt. Vor diesem Hintergrund wird mit der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, direkt auf die Fähigkeit der Pressgutmatte, Mikrowellenenergie zu absorbieren, einzuwirken, indem gezielt mikrowellenabsorbierende Partikel und/oder Fasern zugegeben werden.
Als geeignete mikrowellenabsorbierende Partikel und/oder Fasern wird die
Verwendung von Kohlenstoff-basierten Partikeln bzw. Fasern vorgeschlagen, insbesondere Karbonfasern oder Kohlenstoffnanoröhrchen.
Alternativ oder ergänzend können für die mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern auch intrinsisch leitende Polymere, wie insbesondere Polypyrrol (PPy), oder Polyanilin (PAni) verwendet werden.
Durch die entsprechende Zugabe von mikrowellenabsorbierenden Partikeln und/oder Fasern kann so direkt Einfluss auf die Fähigkeit jeweiliger Stoffvolumina,
Mikrowellenenergie zu absorbieren, genommen werden.
Es ist dabei zum Beispiel möglich, über den gesamten Querschnitt der Pressgutmatte in Richtung quer zur Förderrichtung hinweg eine gleichmäßige Zugabe von
mikrowellenabsorbierenden Partikeln und/oder Fasern vorzusehen, um auf diese Weise eine insgesamt höhere Mikrowellenabsorption durch die gesamte Pressgutmatte zu erzielen. Insbesondere ist eine homogene Dosierung der
mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern vorteilhaft. Dies hat den Vorteil, dass durch eine erhöhte Mikrowellenabsorptionsfähigkeit des zu erwärmenden Materials die Absorption der zur Verfügung stehenden Mikrowellenleistung und damit die Effizienz der Erwärmungsvorrichtung gesteigert werden und gleichzeitig eine möglich entstehende Rest- bzw. Leck-Strahlung reduziert werden kann.
Alternativ ist es auch möglich, die Zugabe von mikrowellenabsorbierenden Partikeln und/oder Fasern im Querschnitt der Pressgutmatte in Richtung quer zur Förderrichtung und/oder in Längsrichtung parallel zur Förderrichtung gesehen mit unterschiedlicher Dosierung zu gestalten, wobei hierin unter der Dosierung der relative Anteil an mikrowellenabsorbierenden Partikeln und/oder Fasern in Gewichtsprozent bezüglich des betroffenen Stoffvolumens verstanden wird. Mit anderen Worten können die mikrowellenabsorbierenden Partikeln und/oder Fasern in unterschiedlicher Dosierung unterschiedlichen lokalen Stoffvolumina innerhalb der Pressgutmatte zugegeben werden. Auf diese Weise kann die Erwärmung des Volumens der Pressgutmatte gezielt beeinflusst werden, und insbesondere eine gewünschte Temperaturverteilung innerhalb des Volumens der Pressgutmatte nach der Vorerwärmung erzielt werden. Es ist dabei insbesondere von Vorteil, dass die gezielte Beeinflussung der Erwärmung des Volumens der Pressgutmatte erreicht werden kann, ohne dass hierzu der
Feuchtegehalt, bzw. die Verteilung unterschiedlicher Feuchtegehalte der Späne, Fasern oder Schnitzel, welche die Pressgutmatte ausbilden, verändert werden müsste. Der Feuchtegehalt bzw. die Feuchtegehaltsverteilung der Späne, Fasern oder
Schnitzel kann vielmehr gezielt auf die Erfordernisse des nachfolgenden Schritts des Pressens eingestellt werden, so dass auf diese Weise der Prozess der Vorerwärmung prozesstechnisch vom Prozess des Pressens oder Heißpressens weitgehend entkoppelt wird. Somit wird eine getrennte und separate, gezielte Einstellung und Optimierung dieser beiden Prozesse der Vorerwärmung und des (Heiß-) Pressens möglich.
So kann insbesondere bei der Herstellung von mehrschichtigen Holzwerkstoffplatten wie Spanplatten vorzugsweise vorgesehen werden, dass die
mikrowellenabsorbierenden Partikeln und/oder Fasern nur in Bereich der Mitte der Pressgutmatte, beispielsweise einer Mittelschicht, zugegeben werden, während in Bereichen der Deckschichten der Pressgutmatte keine Zugabe erfolgt, oder dass zwar sowohl der Mitte als auch den Deckschichten der Pressgutmatte
mikrowellenabsorbierende Partikel und/oder Fasern zugegeben werden, dabei jedoch die Dosierung der mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern in der Mitte der Pressgutmatte höher ist als in den Deckschichten. Auf diese Weise kann
beispielsweise erreicht werden, dass wenn das Mittelschichtmaterial bzw. die Mitte der Pressgutmatte eine geringere Feuchtigkeit aufweist als das Material der
Deckschichten, was bei der Vorerwärmung durch Mikrowellenstrahlung zu einer vergleichsweise geringeren Erwärmung führen würde, dies durch eine entsprechende Zugabe und Dosierung von mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern kompensiert oder sogar überkompensiert werden kann, so dass das
Mittelschichtmaterial und das Deckschichtmaterial durch die Mikrowellenstrahlung auf eine gleiche Temperatur vorerwärmt werden, oder dass das Mittelschichtmaterial durch die Mikrowellenstrahlung auf eine höhere Temperatur als das Deckschichtmaterial vorerwärmt wird. In anderen Fällen mag es sinnvoll sein, die Ränder der Pressgutmatte seitlich zur Förderrichtung mit einer höheren Dosierung der mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern auszustatten.
Weiter kann es vorteilhaft sein, insbesondere bei der Herstellung von Spanplatten die Bereiche mit einer größeren Masse pro Flächeneinheit Bereiche der Pressgutmatte, welche pro Flächeneinheit eine erhöhte Masse bzw. erhöhtes Stoffvolumen aufweisen und welche üblicherweise an den Stellen vorgesehen sind, an denen die spätere Holzwerkstoffplatte, insbesondere Spanplatte, mit Verschraubungen versehen wird, oder an denen die spätere Werkstoffplatte aufgetrennt wird in kleinere Platten, mit einer höheren Dosierung der mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern auszustatten, so dass an diesen Stellen eine überproportionale bzw. der Masse bzw. dem Stoffvolumen pro Flächeneinheit proportionale Erwärmung durch die
Mikrowellenstrahlung hervorgerufen wird.
Die Zugabe der mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern kann dabei auf verschiedene Weise erfolgen. So können diese zugegeben werden, nachdem die zellulosehaltigen Teilchen und das Bindemittel miteinander gemischt wurden, beispielsweise während des Streuens der Pressgutmatte. Alternativ oder ergänzend können die mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern den zellulosehaltigen Teilchen zugegeben werden, bevor diese mit dem Bindemittel gemischt werden.
Alternativ oder ergänzend ist es auch möglich, die mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern direkt dem Bindemittel zuzugeben, bevor dieses mit den
zellulosehaltigen Teilchen gemischt wird. Beispielsweise kann als Bindemittel ein Leim verwendet werden, wie etwa ein Harnstoff-Formaldehydharzleim (auch
Polykondensationsleim oder UF-Leim) oder polymeres Diphenylmethandiisocyanat (PMDI), dem die mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern zugegeben werden. Die Dosierung, mit der mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern dem Bindemittel zugegeben wird, kann dabei in einem Bereich von beispielsweise zwischen 0,1 bis 20 Gewichtsprozent, vorzugsweise zwischen 0,5 und 10
Gewichtsprozent, und besonders bevorzugt zwischen 2 und 5 Gewichtsprozent liegen. In einer bevorzugten Ausführungsform werden als Bindemittel
Mehrkomponentenfasern verwendet, welche aus Karbonfasern und zumindest einer Kunststoff-Komponente bestehen.
Vorzugsweise werden als Bindemittel Kunststoff-Mehrkomponentenfasern verwendet, welche aus zumindest einer ersten Kunststoff-Komponente und einer zweiten
Kunststoff-Komponente bestehen, und wobei die mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern in die erste Kunststoff-Komponente und/oder in die zweite Kunststoff- Komponente eingebettet sind.
Weiter kann es vorteilhaft sein, dass als Bindemittel Schmelzkleberfasern verwendet werden, und dass die mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern in die Schmelzkleberfasern eingebettet sind.
Bevorzugt werden die Mehrkomponentenfasern, umfassend
mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern wie Karbonfasern sowie ein und/oder zwei Kunststoff-Komponenten, zur Herstellung von Holzfaser- Dämmstoffplatten eingesetzt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Mikrowellenvorwärmeinrichtung als ein Mikrowellendurchlaufofen ausgebildet. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Pressgutmatte kontinuierlich gestreut und anschließend in eine kontinuierlich arbeitende Presse überführt wird.
Optional kann vorgesehen sein, dass die Pressgutmatte nach dem Streuen und vor der Vorerwärmung vorverdichtet wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist die Zugabevorrichtung für die mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern in einer Leimküche und/oder vor und/oder nach einer Beleimvorrichtung angeordnet. In der Leimküche werden die mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern dem Bindemittel selbst zugemischt.
Vorzugsweise ist die Zugabevorrichtung für die mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern nach einem Trockner zum Trocknen der zellulosehaltigen Teilchen angeordnet. Die Eigenschaften der mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern können von der Temperatur ebenfalls abhängen. Eine frühzeitige Erwärmung in einem Trockner kann daher die Eigenschaften der Partikel verändern. In diesem Falle können die mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern auch nach dem Trockner mittels der Zugabevorrichtung den zellulosehaltigen Teilchen zugegeben werden.
Vorzugsweise ist die Holzwerkstoffplatte wie oben angeführt mit einem vorgenannten Verfahren und/oder mit einer Vorrichtung wie oben stehend ausgeführt hergestellt.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen dargelegt.
Bei der Herstellung von Holzwerkstoffplatten, wie beispielsweise Faserplatten, wird, wie im Stand der Technik bekannt, als Rohstoff üblicherweise Rundholz oder
Sägewerksreste verwendet, das bzw. die unter Druck und Hitzeeinwirkung gekocht und mittels einer Zerfaserungsvorrichtung wie einem Refiner zerfasert werden. Für andere Holzwerkstoffplatten wie Spanplatten oder OSB-Platten wird als Rohstoff Frisch-Holz und/oder Alt-Holz verschiedenen Zerkleinerungsvorrichtungen wie einem
Trommelhacker, einem Messerringzerspaner und/oder einem OSB-Strander zugeführt. Die aus der Zerfaserungsvorrichtung bzw. aus der Zerkleinerungsvorrichtung austretenden Teilchen, insbesondere Fasern, Späne Schnitzel bzw. Strands werden anschließend getrocknet und nach der Zumischung von Bindemitteln, wie etwa PMDI oder Schmelzkleberfasern aus thermoplastischen Kunststoffen, durch Streuen, etwa in einer Streustation, auf ein stehendes oder sich bewegendes Formband zu einer Pressgutmatte geformt. Anschließend erfolgt meist eine Kalibrierung und optional eine Vorverdichtung der Pressgutmatte. Die so gebildete Pressgutmatte kann anschließend einer Vorerwärmung unterworfen werden und wird dann einer Presse, wie einer Mehretagenpresse oder einer kontinuierlich arbeitenden Presse, zugeführt, in der die Pressgutmatte unter Anwendung von Druck und Wärme verpresst und ausgehärtet wird, um die Holzwerkstoffplatten zu bilden.
Die Vorerwärmung erfolgt dabei durch Mikrowellenenergie, die in einer
Mikrowellenvorwärmeinrichtung auf die Pressgutmatte einwirkt, wie etwa in einem Mikrowellendurchlaufofen wie aus der eingangs genannten DE 197 18 772 A1 oder DE 10 2013 105 928 A1 bekannt.
Im Unterschied zum vorbekannten Stand der Technik wird mit der vorliegenden Erfindung dabei vorgesehen, dass zusätzlich eine Zugabe von
mikrowellenabsorbierenden Partikeln und/oder Fasern erfolgt. Dies hat zur Folge, dass während der Mikrowellenvorerwärmung die Mikrowellenenergie nicht nur von den Wasserteilchen, die in der Pressgutmatte als Holzfeuchte und gegebenenfalls als Bestandteil (Lösungs- und/oder Transportmittel) des verwendeten Bindemittels vorhanden sind, absorbiert wird, sondern dass ein wesentlicher Anteil der
Mikrowellenenergie von den mikrowellenabsorbierenden Partikeln und/oder Fasern absorbiert wird und entsprechend in Wärme umgesetzt wird, um die Pressgutmatte zu erwärmen. Da die mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern als zusätzliche Bestandteile der Pressgutmatte zugegeben werden, kann dabei die Fähigkeit der Pressgutmatte, Mikrowellenenergie zu absorbieren erhöht werden im Vergleich zu dem Fall, in dem bei ansonsten gleichen Bedingungen auf die Zugabe von
mikrowellenabsorbierenden Partikeln und/oder Fasern verzichtet wird. Die erhöhte Mikrowellenabsorptionsfähigkeit der Pressgutmatte hat dabei wiederum zur Folge, dass die in der Mikrowellenvorwärmeinrichtung erzeugte und auf die Pressgutmatte einwirkende Mikrowellenenergie von der Pressgutmatte besser aufgenommen werden kann, so dass der Wirkungsgrad als Maß der von der Pressgutmatte absorbierten Mikrowellenenergie im Vergleich zu der in der Mikrowellenvorwärmeinrichtung erzeugten Mikrowellenenergie, verbessert wird. Dies führt zu einer entsprechenden Senkung der spezifischen Energiekosten für die Vorwärmung und die Pressgutmatte kann innerhalb einer kürzeren Zeit auf eine gewünschte Vorwärmtemperatur erwärmt werden, was den Vorteil bietet, dass die Mikrowellenvorwärmeinrichtung
beispielsweise mit einer geringeren Baulänge oder einer geringeren Leistung ausgeführt werden kann und daher Anlagenkosten eingespart werden können.
Andererseits kann die Pressgutmatte bei gleichbleibender Länge bzw. gleicher Leistung der Mikrowellenvorwärmeinrichtung innerhalb einer gegebenen Zeit auf eine höhere Vorwärmtemperatur erwärmt werden, was den Vorteil bietet, dass in der sich anschließenden Heißpresse folglich nur eine entsprechend geringere weitere
Erwärmung erfolgen muss, so dass sich in diesem Fall eine entsprechende Senkung der Energiekosten für die Heißpresse erzielen lässt, und gegebenenfalls die
Heißpresse mit einer entsprechend kürzeren Baulänge ausgeführt werden kann, zu entsprechend geringeren Anlagenkosten. Meist von größerem Interesse, insbesondere in Fall der Nachrüstung, ist es die Pressenlänge beizubehalten und durch die erhöhte Vorwärmtemperatur die Verweildauer der Pressgutmatte in der Presse zu reduzieren, in dem eine höhere Produktionsgeschwindigkeit realisiert wird, wodurch letztendlich die Gesamtkapazität der Anlage deutlich erhöht werden kann.
Als geeignete mikrowellenabsorbierende Partikel und/oder Fasern wird die
Verwendung von Kohlenstoff-basierten Partikeln bzw. Fasern vorgeschlagen, insbesondere Karbonfasern oder Kohlenstoffnanoröhrchen. Alternativ oder ergänzend können für die mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern auch intrinsisch leitende Polymere, wie insbesondere Polypyrrol (PPy) oder Polyanilin, (PAni) verwendet werden. Die Fähigkeit dieser Materialien, Mikrowellen zu absorbieren, ist dabei insbesondere aus dem Bereich der militärischen Forschung zur Absorption von Radarstrahlung im Mikrowellenbereich bekannt. Weiterhin können insbesondere jegliche polare Stoffe, außer Wasser, als mikrowellenabsorbierende Partikel und/oder Fasern Anwendung finden, welche die Herstellung und die Eigenschaften der verpressten Holzwerkstoffplatte nicht oder nicht wesentlich beeinflussen. Die Fähigkeit dieser Materialien, Mikrowellen zu absorbieren und dabei erwärmt zu werden, beruht auf einer Kombination von ohmschen Verlusten und dielektrischer Erwärmung der Materialien. Dabei beträgt die Verlustleistungsdichte p bezogen auf das
Materialvolumen:
p = (σ + ω■ ε" · ε0)Ε2 , wobei σ die elektrische Leitfähigkeit, ω die Kreisfrequenz, εΓ" der Imaginärteil der komplexen relativen Permittivität, ε0 die Permittivität des Freiraums und E den Betrag der elektrischen Feldstärke (als Effektivwert) bezeichnet. Hierbei ist zu erwähnen, dass während der Imaginärteil der komplexen relativen Permittivität εΓ" üblicher weise eine deutliche Frequenzabhängigkeit zeigt, die elektrische Leitfähigkeit σ, und damit der Verlustleistungsdichteeintrag über die ohmschen Verluste, von der Frequenz unabhängig ist. Die genannten Materialien zeigen daher über einen großen
Frequenzbereich gute Mikrowellenabsorptionseigenschaften, was den Einsatz von Mikrowellenenergie unterschiedlichster Frequenzen, insbesondere auch von
2450 Megahertz und 915 Megahertz, sowohl in Einzelfrequenz als auch als
Kombination verschiedener Frequenzen erlaubt, mitsamt den bereits aus dem Stand der Technik bekannten Vorzügen der Verwendung unterschiedlicher Frequenzen und deren Kombination.
Von besonderem Vorteil ist hierbei, dass die mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern keine für die Herstellung von Holzwerkstoffplatten relevanten
Wechselwirkungen mit zellulosehaltigen Teilchen einerseits, und den verwendeten Bindemitteln, andererseits, zeigen. Es kann daher die Zugabe von
mikrowellenabsorbierenden Partikeln und/oder Fasern, sowie deren Dosierung, weitgehend unabhängig von den übrigen Prozessparametern, wie Art, Größe oder Feuchte der zellulosehaltigen Teilchen, oder Wahl, Zusammensetzung und Dosierung des verwendeten Bindemittels, vorgenommen werden. Auf diese Weise erlaubt es die vorliegende Erfindung, durch eine entsprechende Zugabe und Dosierung der mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern den Prozess der Vorwärmung weitgehend unabhängig von dem nachgelagerten Pressenprozess einzustellen und zu optimieren. Mit anderen Worten wird eine weitgehende Entkopplung der Prozesse der Vorwärmung und des Pressens ermöglicht, die einerseits eine einfachere Einstellung und Optimierung des gesamten Herstellungsverfahrens erlaubt, und andererseits über die Parameter, welche Mengen an mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern in welche Bereiche der Pressgutmatte zugegeben werden, zusätzliche
Eingriffsmöglichkeiten und damit zusätzliche Optimierungsmöglichkeiten für das Herstellungsverfahren bietet. Dies kann es ermöglichen, das Herstellungsverfahren über den Bereich des mit bisherigen Verfahren möglichen hinaus zu verbessern und zu optimieren.
Die mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern können zu einem beliebigen Zeitpunkt vor, während und auch nach der Ausbildung der Pressgutmatte zugegeben werden. Hierfür ist insbesondere eine Zugabevorrichtung vorgesehen, mittels welcher die mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern an der gewünschten Stelle im Prozess vorzugsweise dosiert zugegeben werden kann. Insbesondere können die mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern den zellulosehaltigen Teilchen oder dem Bindemittel zugegeben werden, bevor die zellulosehaltigen Teilchen mit dem Bindemittel gemischt werden, oder es kann eine Zugabe der
mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern nach dem Mischen in das Gemisch von zellulosehaltigen Teilchen und Bindemittel erfolgen. Verschiedene Kombinationen der genannten sind ebenfalls möglich. So können beispielsweise mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern durch Dispergieren in das Bindemittel, wie etwa ein Leim aus PDMI, zugegeben werden, um so nachfolgend mit den zellulosehaltigen Teilchen gemischt zu werden, und das so erhaltene Gemisch aus zellulosehaltigen Teilchen, Bindemittel und mikrowellenabsorbierenden Partikeln und/oder Fasern kann dann zur Ausbildung der Pressgutmatte auf das Formband gestreut werden. Während des Streuens können zusätzlich weitere
mikrowellenabsorbierende Partikel und/oder Fasern zugegeben werden, wobei die Zugabe an dieser Stelle insbesondere inhomogen in die Pressgutmatte erfolgen kann, so dass mikrowellenabsorbierende Partikel und/oder Fasern gezielt in bestimmte Stoffvolumina der Pressgutmatte eingebracht und in diese dosiert werden, um gezielt und direkt Einfluss auf die Fähigkeit der jeweiligen Stoffvolumina zu nehmen,
Mikrowellenenergie zu absorbieren. Auf diese Weise kann die Erwärmung des
Volumens der Pressgutmatte gezielt beeinflusst werden, und insbesondere eine gewünschte Temperaturverteilung innerhalb des Volumens der Pressgutmatte nach der Vorerwärmung erzielt werden. Als ein Beispiel kann hierbei die Herstellung von
Holzwerkstoffplatten, insbesondere mehrschichtige Spanplatten, genannt werden, wobei die Zugabe der mikrowellenabsorbierenden Partikeln und/oder Fasern im Mittenbereich bzw. in die Mittelschicht der Pressgutmatte mit einer erhöhten Dosierung erfolgt, um dadurch eine stärkere Erwärmung des Mittenbereichs der Pressgutmatte während der Vorerwärmung zu erzielen. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass in der Presse, in der Wärme im Wesentlichen nur über die Deckschichten zugeführt werden kann, die Deckschichten und der Mittenbereich dennoch zu einem annähernd gleichen Zeitpunkt die gewünschte Zieltemperatur erreichen.
Als ein anderes Beispiel kann die Herstellung von Holzwerkstoffplatten mit
unterschiedlichen Dichteprofil quer und längs zur verpressten Holzwerkstoffplatte genannt werden. Die Pressgutmatte wird dabei zunächst in einem oder mehreren Bereichen/Abschnitten mit einer unterschiedlichen Masse pro Flächeneinheit ausgebildet. Dies bedeutet, dass beim Streuen der Pressgutmatte einerseits in den Bereichen/Abschnitten zusätzliches Material aufgebracht werden kann oder andererseits Material der bereits gestreuten Matte wieder entnommen und
zurückgeführt werden kann. Die Bereiche/Abschnitte mit einer erhöhten Masse pro Flächeneinheit werden in der Regel an den Stellen ausgebildet, an denen die spätere Holzwerkstoffplatte mit Verschraubungen versehen wird, oder an denen die spätere Holzwerkstoffplatte in kleinere Platten aufgetrennt wird, so dass an diesen Stellen eine höhere Festigkeit der Holzwerkstoffplatte benötigt wird, während andere Bereiche der verpressten Holzwerkstoffplatte zu Zwecken der Gewichtseinsparung eine geringere Rohdichte aufweisen. In diesem Beispiel können die mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern gezielt in die Bereiche erhöhter Rohdichte bzw. einer größeren Masse pro Flächeneinheit eingebracht werden, so dass an diesen Stellen eine überproportionale oder zur Masse proportionale Vorerwärmung durch die
Mikrowellenstrahlung hervorgerufen wird. In der sich daran anschließenden Presse, in der sich auf Grund des in der Presse über die Deckschichten eingebrachten
Wärmeeintrags die Bereiche mit einer geringerer Masse pro Flächeneinheit bzw.
Rohdichte schneller erwärmen werden, kann somit auch hier wieder erreicht werden, dass alle Bereiche der Pressgutmatte annähernd gleichzeitig die gewünschte
Zieltemperatur erreichen.
Mit den Ideen der vorliegenden Erfindung lassen sich auch bisher bekannte Verfahren der Herstellung von Holzwerkstoffplatten, wie beispielsweise MDF-Platten und
Holzfaser-Dämmstoffplatten, bei denen als Bindemittel Einkomponentenfasern oder Mehrkomponentenfasern, insbesondere Zweikomponentenfasern bzw. Biko-Fasern, aus thermoplastischen Material verwendet werden, auf vorteilhafte Weise weiterbilden. Dabei kann nun vorgesehen werden, dass die mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern direkt in das Material der Bindemittel-Fasern eingearbeitet werden. So können beispielsweise die mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern in ein thermoplastisches Material, wie beispielsweise Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP) dispergiert werden. Es entsteht so ein Verbundwerkstoff, in dem das
thermoplastische Material eine Matrix für die darin enthaltenen
mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern bildet. Alternativ ist es auch denkbar, dass die herkömmlich verwendeten Biko-Fasern, die üblicher weise aus zwei Komponenten thermoplastischen Materials mit unterschiedlichen Schmelzpunkten bestehen, ersetzt werden, indem die Komponente mit höherem Schmelzpunkt beispielsweise durch eine Karbonfaser ersetzt wird, die von einem thermoplastischen Material, wie PE oder PP, umhüllt ist, um so eine modifizierte Biko-Faser zu schaffen. Auf diese Weise werden die als Bindemittel verwendeten Ein- oder
Mehrkomponentenfasern derart modifiziert, dass diese nun selbst
mikrowellenabsorbierende Eigenschaften erhalten. Entsprechend findet in der Mikrowellenvorwärmeinrichtung unter der Einwirkung der Mikrowellenenergie eine direkte Erwärmung der als Bindemittel verwendeten Ein- oder Mehrkomponentenfasern statt, die sich entsprechend erwärmen.
Die derart modifizierten, als Bindemittel verwendeten Ein- oder
Mehrkomponentenfasern können daher allein unter Einwirkung der Mikrowellenenergie und auf rasche Weise bis in die Nähe des Schmelzpunktes, bzw. sogar über den Schmelzpunkt hinaus erwärmt werden, ohne dass, wie im Stand der Technik bekannt, eine Zufuhr von Heißluft oder Heißdampf erforderlich wäre, mit den entsprechenden Nachteilen der langen Vorwärmdauer (im Falle von Heißluft) bzw. dem eigentlich unerwünschten Einbringen von zusätzlicher Feuchte (im Falle von Heißdampf), die ein entsprechendes Verdampfen der überschüssigen Feuchte oder ein übermäßiges Trocknen von Holzfasern vor dem Streuen der Pressgutmatte zur Kompensation der durch den Heißdampf eingebrachten Feuchtigkeit erforderlich machen. Auf diese Weise kann eine deutliche Energieeinsparung für die Herstellung derartiger
Holzwerkstoffplatten, insbesondere Holzfaserdämmplatten, erzielt werden. Auf diese Weise kann eine„trockene" Herstellung derartiger Holzwerkstoffplatten erzielt werden, wobei die zellulosehaltigen Teilchen mit einem trockenen Bindemittel gemischt werden, und auf eine Zufuhr zusätzlicher Feuchte, wie Wasser oder Dampf, verzichtet wird. Gleichzeitig kann die Mikrowellenvorerwärmung nicht nur die Energie zur Erwärmung der Pressgutmatte auf eine Vorerwärmungstemperatur bereitstellen, sondern kann darüber hinaus die Pressgutmatte auch bis auf die erforderliche, zur Aktivierung des Bindemittels notwendige Zieltemperatur erwärmen, mithin in diesem Fall die
Vorerwärmung eine Durchwärmung der Pressgutmatte darstellt, so dass sich der nachfolgende Schritt des Pressens auf ein reines Pressen und Formhalten der Pressgutmatte beschränken kann, wobei keine weitere Wärmeenergie zugeführt wird, oder Wärmeenergie lediglich in dem Maß zugeführt wird, um die Pressgutmatte für eine vorgegebene Zeit auf einer gewünschten Temperatur zu halten.
Wie im Vorstehenden beschrieben, kann mit der Zugabe von
mikrowellenabsorbierenden Partikeln und/oder Fasern in die Pressgutmatte auf direkte Weise darauf Einfluss genommen werden, wie sich die Pressgutmatte während einer Vorerwärmung durch Mikrowellenenergie erwärmen wird, so dass sich beinahe beliebige gewünschte Temperaturen und Temperaturgradienten innerhalb der
Pressgutmatte einstellen lassen, um auf diese Weise die Herstellung von
Holzwerkstoffplatten zu optimieren.
Neben der Möglichkeit, die Mikrowellenabsorption der Pressgutmatte direkt zu beeinflussen, kann auf vorteilhafte Weise weiter vorgesehen sein, auch direkt oder indirekt auf die Verteilung der Mikrowellenenergie in der
Mikrowellenvorwärmeinrichtung Einfluss zu nehmen und so den Prozess der Vorwärmung zu beeinflussen. Beispielsweise kann weiter vorgesehen werden, bestimmte Bereiche der Pressgutmatte mit Mikrowellen reflektierenden oder stark absorbierenden Materialen abzudecken, so dass sich an den entsprechenden Stellen der Pressgutmatte eine entsprechend geringere Strahlungsleistung einstellt und die Pressgutmatte an diesen Stellen weniger erwärmt wird. Das Abdeckmaterial ist dabei nicht zwingend Teil des Nutzgutes sondern kann auch Bestandteil der
Erwärmungsvorrichtung sein. Ebenso kann vorgesehen werden, dass die
Mikrowellenvorwärmeinrichtung, nicht wie im Stand der Technik bisher üblich, mit einem rechteckigen Querschnitt ausgebildet wird, sondern beispielsweise einen Querschnitt in Form eines regelmäßigen oder unregelmäßigen Vielecks mit mehr als vier Ecken ausgebildet ist. Mit einer derartigen Querschnittsform werden die
Mikrowellen innerhalb der Mikrowellenvorwärmeinrichtung auf vielfältige und unterschiedlichste Weisen reflektiert, so dass sich eine gute homogene und omnidirektionale Verteilung der Mikrowellenstrahlung innerhalb der
Mikrowellenvorwärmeinrichtung einstellen kann.
Weiterhin ist zu bemerken, dass die nach dem hierin beschriebenen Verfahren hergestellten Holzwerkstoffplatten weiterhin die zugegebenen
mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern enthalten, so dass auch die hergestellten Holzwerkstoffplatten mikrowellenabsorbierende Eigenschaften zeigen können. Dies kann insbesondere vorteilhaft genutzt werden, wenn etwa in einem Gebäude eine Abschirmung gegenüber Mikrowellenstrahlung gewünscht wird, etwa in Wohngebäuden im Falle elektrosensibler Personen, oder in Industrie- oder
Forschungsgebäuden als kostengünstige Alternative zu anderen Arten der
Abschirmung von Mikrowellen. Stand der Technik: US 4,018,642 A DE 196 27 024 A1 DE 101 57 601 B4 DE 197 18 772 A1 DE 10 2013 105 928 A1

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von Holzwerkstoffplatten, wie Span-, Faser- oder Schnitzelplatten, aus einem Gemisch von mit Bindemittel versetzten
zellulosehaltigen Teilchen, wie Späne, Fasern oder Schnitzel, wobei die Teilchen aus einer Streustation auf ein stehendes oder sich bewegendes Formband zu einer Pressgutmatte gestreut und mittels Mikrowellenenergie in einer
Mikrowellenvorwärmeinrichtung vorgewärmt werden und die Pressgutmatte nach Überführung in eine Ein- oder Mehretagenpresse oder eine kontinuierlich arbeitende Presse unter Anwendung von Druck und/oder Wärme verpresst und ausgehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest einem Teil des Gemischs von mit Bindemittel versetzten
zellulosehaltigen Teilchen vor, während und/oder nach dem Streuen der Pressgutmatte mikrowellenabsorbierende Partikel und/oder Fasern zugegeben werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die
mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern zumindest eines umfassen von: Kohlenstoffpartikeln, Kohlenstoffnanoröhrchen, Karbonfasern, und/oder intrinsisch leitfähige Polymeren, insbesondere Polypyrrol oder Polyanilin.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern den zellulosehaltigen Teilchen vor dem Mischen mit dem Bindemittel zugegeben werden, und/oder die mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern dem Gemisch von mit Bindemittel versetzten zellulosehaltigen Teilchen vor und/oder während dem Streuen der Pressgutmatte zugegeben werden.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern dem Bindemittel vor dem Mischen mit den zellulosehaltigen Teilchen zugegeben werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel Mehrkomponentenfasern verwendet werden, welche aus Karbonfasern und zumindest einer Kunststoff-Komponente bestehen.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass als
Bindemittel Kunststoff-Mehrkomponentenfasern verwendet werden, welche aus zumindest einer ersten Kunststoff-Komponente und einer zweiten Kunststoff- Komponente bestehen, und dass die mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern in die erste Kunststoff-Komponente und/oder in die zweite Kunststoff-Komponente eingebettet sind.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel Schmelzkleberfasern verwendet werden, und dass die
mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern in die Schmelzkleberfasern eingebettet sind.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet durch die
Herstellung von Holzfaser-Dämmstoffplatten.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe der mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern derart erfolgt, dass die gestreute Pressgutmatte eine homogene Dosierung der mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern aufweist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe der mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern derart erfolgt, dass die gestreute Pressgutmatte eine inhomogene Dosierung der mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern aufweist.
1 1 . Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dosierung der mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern in der Mitte der Pressgutmatte höher ist als eine Dosierung der mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern in Deckschichten der Pressgutmatte.
12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Pressgutmatte Bereiche mit einer größeren Masse pro Flächeneinheit aufweist, und dass die Dosierung der mikrowellenabsorbierenden Partikel und/oder Fasern in diesen Bereichen erhöht ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere bei der Herstellung von Spanplatten die Bereiche mit einer größeren Masse pro Flächeneinheit in Bereichen vorgesehen sind, in denen bei einer späteren Verwendung Verschraubungen und/oder Schmalflächen durch Auftrennen in kleinere Platten vorgesehen sind.
14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrowellenvorwärmeinrichtung als Mikrowellen-Durchlaufofen ausgebildet ist.
15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Streuung und Vorwärmung die Pressgutmatte vorverdichtet wird.
16. Vorrichtung zur Herstellung einer Holzwerkstoffplatte, wie Span-, Faser- oder Schnitzelplatten aus einem Gemisch von mit Bindemittel versetzten
zellulosehaltigen Teilchen, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend
eine Streustation zum Streuen der Teilchen auf ein stehendes oder sich bewegendes Formband zu einer Pressgutmatte;
eine Mikrowellenvorwärmeinrichtung, insbesondere ein Mikrowellendurchlaufofen zur Vorwärmung der Pressgutmatte;
eine Ein- oder Mehretagenpresse oder kontinuierlich arbeitende Presse zum Verpressen und Aushärten der Pressgutmatte unter Druck und/oder Wärme; dadurch gekennzeichnet, dass weiter eine Zugabevorrichtung zur Zugabe von mikrowellenabsorbierenden Partikeln und/oder Fasern in zumindest einen Teil des Gemisches an von mit Bindemittel versetzten zellulosehaltigen Teilchen vor, in und/oder nach der Streustation angeordnet ist.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die
Zugabevorrichtung in einer Leimküche und/oder vor und/oder nach einer Beleimvorrichtung angeordnet ist.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die
Zugabevorrichtung nach einem Trockner zum Trocknen der zellulosehaltigen Teilchen angeordnet ist.
19. Holzwerkstoffplatte, umfassend ein Gemisch von mit Bindemittel versetzten zellulosehaltigen, insbesondere lignozellulosehaltigen Teilchen, wie Späne, Fasern, Schnitzel oder Strands, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Gemischs von mit Bindemittel versetzten zellulosehaltigen Teilchen mikrowellenabsorbierende Partikel und/oder Fasern enthält.
20. Holzwerkstoffplatte nach Anspruch 19, hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15 und/oder mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18.
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