WO2023108185A1 - Verfahren zur herstellung eines verbundwerkstoffs - Google Patents

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WO2023108185A1
WO2023108185A1 PCT/AT2022/060436 AT2022060436W WO2023108185A1 WO 2023108185 A1 WO2023108185 A1 WO 2023108185A1 AT 2022060436 W AT2022060436 W AT 2022060436W WO 2023108185 A1 WO2023108185 A1 WO 2023108185A1
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binder
composite material
chips
weight
water
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PCT/AT2022/060436
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Raphaela Hellmayr
Rupert Wimmer
Roman MYNA
Falk Liebner
Stephan Frömel-Frybort
Benjamin KROMOSER
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Universität Für Bodenkultur Wien
Kompetenzzentrum Holz Gmbh
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    • B27N1/02—Mixing the material with binding agent

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a composite material which comprises chips of lignocellulosic biomass, the chips being connected to a water-weakenable, reversibly binding binder.
  • the invention also relates to a composite material as such.
  • Chips of lignocellulosic biomass have been used for the production of composite materials for decades.
  • One of the most relevant representatives of composite materials of this type is wood chipboard. These comprise wood chips held together by a binder.
  • Reactive systems for example made from urea or melamine-formaldehyde adhesives, are predominantly used as binders.
  • binders emit formaldehyde, a gas that is harmful to health, continuously and over a long period of time. Efforts have therefore already been made to reduce the formaldehyde emissions from chipboard or to create formaldehyde-free binders. Since chipboards are mostly inexpensive mass-produced products, the costs of the binder play a significant role, but the mechanical stability of the composite materials must also be sufficient for the respective application. No suitable replacement yet could be found that meets these requirements, formaldehyde-containing binders are still the standard today.
  • the present connection has set itself the task of overcoming the disadvantages of the prior art. Therefore, the present invention relates, inter alia, to a method for producing a composite material.
  • the present invention is intended to resolve the conflict of objectives that results from the need to produce chip-based composite materials as cost-effectively as possible and to avoid the release of harmful substances from the end product.
  • the invention optionally provides a method that can be operated in an energy-efficient manner and allows waste material to be recycled without the addition of additional binder.
  • the composite material produced using the method according to the invention comprises chips from lignocellulosic biomass which are held together and/or connected by a binder.
  • the chips are wood chips, but the chips can also be chip material from other raw materials with a lignocellulosic structure or a mixture of chips from different origins.
  • shavings refer in particular to lumpy material of a substance, with the mean of the largest geometric extension of the individual shavings optionally being between 1 mm and 200 mm. The smallest geometric extent of chips is possibly smaller by a factor of 20, in particular 50, compared to their largest extent on average.
  • the chips are, in particular, material of biogenic origin that may not have been broken down.
  • “not digested” means in particular that the lignocellulosic structure of the starting material is not significantly changed by any processing steps.
  • the binder optionally has one or more of the following properties: water-weakenable, reversibly binding, formaldehyde-free, water-insoluble.
  • water-weakenable means in particular that the binding effect of the binder by which the chips are held together in the composite material is weakened on contact with water so that the chips can be separated from one another, but without the binder itself dissolves.
  • water-weakenable can mean that the binding effect in the wet state of the binder is at least 50%, preferably at least 90%, lower than in its dry state.
  • reversibly binding means in particular that the binding agent can develop a sufficient binding effect again even after chips have been separated and joined several times.
  • “reversibly binding” can mean that the binding capacity of the binder after weakening three times is not less than 70%, preferably not less than 90%, of the initial binding capacity.
  • the reversible binding effect of the binder is based on non-covalent bonds, in particular on hydrogen bonds and/or dipole-dipole interactions.
  • the binder can be a polymeric binder that does not form any covalent bonds under the chosen conditions.
  • “formaldehyde-free” means in particular that no crosslinking agent, in particular no crosslinking aldehyde, such as formaldehyde or a formaldehyde derivative, is added to the binder in order to enable binding.
  • water-insoluble means in particular that the binder is not or hardly soluble in water.
  • the binder can react to contact with water, for example by swelling.
  • the method optionally includes the provision of chips that are wetted and/or coated on their surface with the binding agent.
  • the surface of the chips is in particular at least partially, preferably completely, wetted with the binder.
  • These chips are, in particular, loose chips that are not connected to one another, for example in the form of bulk material.
  • the chips can optionally be provided by two optional sub-processes of the present invention, these two options leading to a substantially equivalent result, namely chips that are wetted with binding agent.
  • the chips can be provided from old composite material that contains chips and binder. The entire process is then a recycling process.
  • the old composite material is treated with water in liquid and/or gaseous form in order to weaken the binding effect of the binder.
  • the treatment with water can take place at elevated temperature and/or at elevated pressure in order to improve or accelerate the penetration of the water into the old composite material.
  • the old composite material After treating the old composite material with water, it can be crushed in order to loosen the previously solid chip composite.
  • the comminution process is facilitated by the weakened binding effect of the binder.
  • the treatment with water also leads to a Swelling of the chips, which generates internal shearing effects that also promote crushing.
  • the comminution takes place in particular in a way that does not lead to the comminution of the individual chips of the old composite material.
  • This may mean that the average size of the chips after comminution is at least 80%, preferably at least 95%, of the average size before comminution.
  • This provides loose chip material that is substantially completely wetted with binder. If, during the comminution of the old composite material, there were also a significant comminution of the chips themselves, chip surfaces would be created on which no binder is arranged. This would affect re-bonding in the composite produced.
  • the gentle crushing makes it possible to produce the composite material without adding additional binders, creating a particularly efficient and resource-saving process.
  • the comminution is carried out, for example, with a comminution roller or with a slow-running shredder.
  • the water provided synergistically leads to no or at least reduced dust formation during comminution.
  • This method advantageously allows the exclusive - ie 100% - use of recycling material.
  • the steps of treating the scrap composite with water and crushing are performed simultaneously.
  • the provision of the chips may involve mixing fresh, unwetted chips with binder. It is then a process that uses new material as the starting material.
  • the binder is provided in particular in powder form. Due to the large specific surface, the activation of the binding effect with water is accelerated.
  • the mixing of chips and binder takes place in particular in the wet state, with a suspension of the binder being able to be mixed with dry chips or dry binder with moist chips. If dry binder is used, this can also be referred to as dry wetting. A combination of both variants, i.e. mixing previously suspended binder with moist chips, is also possible.
  • dry chips refers in particular to chips that have equilibrium moisture content at a temperature of 20° C. and atmospheric pressure. Where appropriate, “dry chips” have a maximum moisture content of 10% by weight.
  • the method can also be a method that only partly uses recycled materials as the starting material, with the rest of the chips and the binder used being new material.
  • the water content of the chip material is measured and/or adjusted if necessary.
  • the water content before further processing should be between 5% by weight and 40% by weight, preferably between 15% by weight and 30% by weight, based on the total weight of the chip material.
  • a water content that is too low does not allow the binding effect to be activated sufficiently, and a water content that is too high does not bring any significant improvement, but only increases the energy requirement of the process, since the excess water has to be evaporated again.
  • the chip material with the water content between 5% by weight and 40% by weight, preferably between 15% by weight and 30% by weight, is optionally pressed in a further step of the method according to the invention.
  • the Pressing in two successive pressing phases while continuously maintaining a pressing pressure In a first pressing phase, the temperature of the pressed chip material is at least 100°C, the temperature possibly being less than 300°C in order to avoid pyrolysis processes.
  • the temperature of the pressed chip material in the first pressing phase is optionally between 120°C and 200°C, preferably between 125°C and 175°C.
  • the temperature throughout the pressed chip material is at least 100°C, 120°C or 125°C.
  • the temperature throughout the pressed chip material is at most 300°C, 200°C or 175°C.
  • the chip material is in particular compacted, possibly to a density of more than 500 kg/m 3 . This enables close contact between the individual chips and thus a sufficient development of the binding effect of the binding agent. If necessary, compaction takes place by at least a factor of 3 compared to loose chip material.
  • the compaction factor describes in particular the increase in density during compression, especially when comparing the bulk density of the loose chip material and the density of the compressed material.
  • the temperature of the pressed chip material is optionally reduced to below 100°C, preferably to below 50°C.
  • the temperature in the composite material produced should be below 100°C after the end of the second pressing phase, before the pressing pressure is released.
  • the temperature throughout the pressed chip material is less than 100°C.
  • the duration of the first pressing phase is optionally at least 2 seconds per millimeter of thickness of the pressed material, in particular at least 5 seconds per millimeter of thickness of the pressed material, preferably at least 10 seconds per millimeter of thickness of the pressed material.
  • This means that the first pressing phase for a pressed material with a thickness of about 1 cm may last at least 20 s, in particular at least 50 s, preferably at least 100 s.
  • the duration of the pressing phases, in particular the duration of the first pressing phase is adapted to the water content of the chip material before pressing.
  • the binding agent is activated and water is removed from the chip material.
  • the second pressing phase serves to relieve the pressure from the composite material resulting from remaining water vapor.
  • the composite material obtained in this way has mechanical properties that are similar to those of conventional chipboard, but it can be recycled without the addition of further binders and, moreover, does not release any harmful formaldehyde.
  • the composite material obtained by this method can be reused as old composite material in a method according to the invention.
  • the invention also relates, if appropriate, to a recycling process in which the production steps are repeated and the composite material produced is returned to the process as an old composite material.
  • An exemplary binder that can be used within the scope of the present invention is a mixture comprising starch and lignosulfonate, in particular containing at least 10% by weight starch, preferably at least 30% by weight starch, based on the total weight of the binder.
  • this binder promotes adhesion of the binder to the chips and thus leads to reduced washout when treated with water.
  • exemplary binding agents that can be used additionally or alternatively are proteins and/or polysaccharides.
  • exemplary binders include starch or collagen.
  • the binder contains further additives, in particular inorganic additives, for example salts or mineral substances.
  • inorganic additives for example salts or mineral substances.
  • inorganic additives for example, can Sodium salts, such as table salt, can be used to increase the binding effect of the binder by strengthening hydrogen bonds.
  • Ash can be used to create ionic crosslinking of the binder and to increase the water resistance of the binder.
  • the binder content in the composite material is between 2% by weight and 30% by weight, based on the total weight of the composite material.
  • the invention also relates to a composite material obtained by a method as described above.
  • the invention optionally also relates to a composite material comprising chips of lignocellulosic biomass, in particular wood, the chips being connected to a water-soluble, reversibly binding binder.
  • the composite material can be obtained using a method according to the invention or can be obtainable using another method.
  • the composite material can be a profile, a plate or another shaped part that can be produced by a pressing process.
  • the composite material can also be a machined molding.
  • a water-weakenable, reversibly binding binder in particular for binding chips of lignocellulosic biomass, which comprises starch and lignosulfonate.
  • starch content is at least 10% by weight of starch, preferably at least 30% by weight, based on the total weight of the binder.
  • the binder contains other additives.
  • the binder can optionally be used as an adhesive.
  • the invention relates to a method for producing a composite material, the composite material being an agglomerate comprising chips of lignocellulosic biomass, in particular wood, wherein the chips are connected to a water-weakenable, reversibly binding binder, and the method comprises the following steps: (a) providing loose chip material, comprising or consisting of chips that are wetted with the binder, (b) optionally adjusting the water content of the chip material, and (c) pressing of the chip material to obtain the composite material, the chip material having a water content of between 5% by weight and 40% by weight in relation to its total weight before pressing, and the temperature of the pressed chip material in a first pressing phase being at least 100° C., preferably at least 120°C.
  • the temperature of the pressed chip material in the first pressing phase in step (c) is at most 300°C, preferably at most 200°C.
  • the duration of the first pressing phase in step (c) is at least 2 seconds per millimeter of thickness of the compressed chip material, preferably at least five 5 seconds per millimeter of thickness of the compressed chip material.
  • step (c) a second pressing phase is provided, which follows the first pressing phase, the temperature of the pressed chip material being reduced to below 100° C. in the second pressing phase.
  • step (c) If necessary, it is provided that the loose chip material from step (a) is compacted by a factor of at least 3 in step (c).
  • the binder is a mixture comprising starch and lignosulfonate, the starch content, based on the total weight of the binder, being at least 10% by weight, preferably at least 30% by weight.
  • the binder content in the composite material is between 2% by weight and 30% by weight.
  • the binder additionally contains additives, in particular inorganic additives, for example salts and/or minerals.
  • Step (a) is carried out by: (a1') providing an old composite material, the old composite material is an agglomerate comprising or consisting of chips associated with the binder, (a1′′) treating the scrap composite material with liquid and/or gaseous water to weaken and/or debind the binder, and (a1′′') crushing of the waste composite material treated with water, steps (a1'') and (a1''') optionally being carried out simultaneously.
  • step (a1"') If necessary, it is provided that during the comminution of the old composite material in step (a1"'), no significant comminution of the chips of the old composite material takes place.
  • step (a1′′) takes place by steaming the old composite material with steam.
  • step (a) provision is made for the loose chip material to be provided in step (a) by: (a2′) providing chips and binding agent, the binding agent being present as a powder, (a2′′ suspending the binding agent in water and/or moistening the chips , and (a2''') mixing of chips and binder.
  • the old composite material provided in step (a1′) is a composite material that was obtained using a method according to the invention.
  • the invention relates to a composite material obtainable with a method according to the invention, the composite material comprising chips of lignocellulosic biomass, in particular wood, the chips being bound with a water-weakenable, reversibly binding binder.
  • the binder is a mixture comprising starch and lignosulfonate, the content of starch, based on the total weight of the binder, being at least 10% by weight, preferably at least 30% by weight, and that the content of Binder in the composite material is between 2% by weight and 30% by weight.
  • Fig. 2 compares strength using a cooling step in pressing
  • the exemplary embodiments 1 to 3 were carried out according to this scheme.
  • the strength of the bond was determined using an Automated Bonding Evaluation System (ABES) in accordance with the ASTM D7998-19 standard.
  • ABES Automated Bonding Evaluation System
  • a suspension with a solids content of 50% by weight, based on the Weight of the entire suspension formed.
  • a defined amount of the suspension was applied to one side of a beech wood veneer panel.
  • Another beech wood veneer panel was placed on top and pressed for 60 s at material temperatures between 75°C and 175°C.
  • the measured strength of the connections made is documented in FIG. The measurements were each carried out in six replicates.
  • a suspension was formed from a binder powder consisting of 30% by weight of corn starch and 70% by weight of lignosulfonate. The suspension was spread in an amount of about 200 g/m 2 onto one side of a beech wood veneer panel. Another beech wood veneer sheet was placed on top and pressed for 60 s at a temperature of 150°C. Following this first pressing phase, cooling to below 100° C. for a period of 30 s was carried out in a second pressing phase. The cooling resulted in the temperature inside the pressed material being below 100°C, in particular around 40°C, after the end of the second pressing phase. The measured strength of the material joints so produced is shown in FIG. The measurements were each carried out in six replicates.
  • cooling in the second pressing phase significantly improves the strength of the material connection. According to this, this can possibly be attributed to the fact that the water vapor remaining after the first pressing phase develops a high vapor pressure, which escapes when the pressing pressure is immediately released and weakens the material connection.
  • the cooling in the second pressing phase leads to a reduction in the vapor pressure.
  • Example 3 Comparison with conventional binder
  • material connections obtained at a pressing temperature of 150° C. with cooling after the first pressing phase produced using a method similar to exemplary embodiments 1 and 2, were compared with the binding effect of urea-formaldehyde.
  • the conventional binder not according to the invention in the form of urea-formaldehyde was processed under the process conditions described in exemplary embodiment 1.
  • the comparison is shown in Fig. 3 by the white bars. The measurements were each carried out in six replicates.
  • the strength of the binding effect in the method according to the invention is not significantly lower when pressed again than when pressed for the first time.
  • the strength of the material connection with conventional urea-formaldehyde is significantly lower, which can be attributed to the fact that urea-formaldehyde is not a reversibly binding binder.
  • Exemplary embodiment 4 production of a composite panel from native starting materials
  • a composite material panel was produced using the findings from exemplary embodiments 1 to 3 using a method according to the invention.
  • the binder was a powder consisting of a mixture of 30% by weight wheat starch and 70% by weight lignosulphonate.
  • the substantially dry chips were brought to a water content of 30% by weight with water.
  • fresh chips that have not yet been dried could also be used instead.
  • the binder powder was then added to the wet chips and mixed to produce binder wet chips.
  • the binder content in relation to the total amount of the mixture thus obtained was about 10% by weight.
  • the chip material was hot-pressed at a temperature of approximately 160° C. to a density of approximately 600 kg/m 3 .
  • This first pressing phase lasted about 10 minutes.
  • the pressed material was cooled to below 100° C. in a second pressing phase while maintaining the pressing pressure.
  • a suspension can also be formed from the binder powder, which is then mixed with dry chips.
  • Example 5 Production of a composite panel from recycling material
  • a composite material panel was produced from waste composite material using a method according to the invention.
  • the old composite material was panel material made from softwood chips with an average length of about 3 mm, which were held together with about 15% by weight of a binder made of 50% by weight wheat starch and 50% by weight lignosulphonate.
  • the old composite material was moistened with steam in order to weaken the binding effect of the binding agent.
  • gentle crushing was performed by a crushing roller. The comminution took place in such a way that no significant comminution of the individual chips took place, but only a separation of the chips connected by the binding agent was achieved.
  • the water content of the chip material obtained was measured and then adjusted to about 20% by weight based on the total weight of the chip material.
  • the chip material thus obtained was treated with the wet chips in the same manner as in Embodiment 4 described above to obtain a composite material plate.
  • the disk obtained by this method had mechanical properties similar to those of Example 4.
  • the method according to this embodiment provides a manufacturing method that is entirely based on recycled raw materials.
  • Composites produced in this way can be used several times as old composites without the properties drastically deteriorating. This enables a complete recycling economy of such composite materials.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs, wobei der Verbundwerkstoff ein Agglomerat ist, das Späne lignozellulosischer Biomasse, insbesondere Holz, umfasst, wobei die Späne mit einem wasserschwächbaren, reversibel bindenden Bindemittel verbunden sind, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Bereitstellen von losem Spanmaterial, umfassend oder bestehend aus Spänen, die an ihrer Oberfläche zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, mit dem Bindemittel benetzt sind, (b) gegebenenfalls Anpassen des Wassergehalts des Spanmaterials, und (c) Verpressen des Spanmaterials zum Erhalten des Verbundwerkstoffs, wobei das Spanmaterial vor dem Verpressen bezogen auf sein Gesamtgewicht einen Wassergehalt zwischen 5 Gew.-% und 40 Gew.-% aufweist, wobei die Temperatur des gepressten Spanmaterials in einer ersten Pressphase zumindest 100°C beträgt. Die Erfindung betrifft ferner einen Verbundwerkstoff.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs, der Späne lignozellulosischer Biomasse umfasst, wobei die Späne mit einem wasserschwächbaren, reversibel bindenden Bindemittel verbunden sind. Die Erfindung betrifft ferner einen Verbundwerkstoff als solchen.
Späne lignozellulosischer Biomasse, insbesondere Holzspäne, werden seit Jahrzehnten zur Herstellung von Verbundwerkstoffen eingesetzt. Einer der relevantesten Vertreter von Verbundwerkstoffen dieser Art sind Holzspanplatten. Diese umfassen Holzspäne, die von einem Bindemittel zusammengehalten werden. Als Bindemittel werden überwiegend reaktive Systeme, beispielsweise aus Harnstoff- oder Melamin- Formaldehyd-Klebstoffen eingesetzt.
Die vorgenannten Bindemittel emittieren kontinuierlich und über lange Zeit hinweg Formaldehyd, ein gesundheitsschädliches Gas. Daher wurden bereits Anstrengungen unternommen, um die Formaldehyd-Emission von Holzspanplatten zu reduzieren bzw. formaldehydfreie Bindemittel zu schaffen. Da es sich bei Holzspanplatten meist um preisgünstige Massenprodukte handelt, spielen die Kosten des Bindemittels eine bedeutende Rolle, jedoch auch die mechanische Stabilität der Verbundwerkstoffe muss für die jeweilige Verwendung ausreichend sein. Da noch kein geeigneter Ersatz gefunden werden konnte, der diese Anforderungen erfüllt, bilden formaldehydhaltige Bindemittel bis heute den Standard.
Ein weiterer Nachteil, der sich durch die Verwendung formaldehydbasierter Bindemittel ergibt ist, dass die Aushärtungsreaktion eine irreversible chemische Polymerisationsreaktion ist. Sobald die Aushärtung abgeschlossen ist, kann die Bindewirkung nicht mehr auf einfache Art und Weise geschwächt werden. Ein Recycling von Holzspanplatten ist somit zwar möglich, jedoch muss zerkleinertes Alt-Material üblicherweise mit frischem Bindemittel versetzt werden, um wieder eine ausreichende Bindewirkung zwischen den recycelten Spänen zu erreichen. Die Herstellung von Holzspanplatten, die vollständig aus Recyclingmaterial bestehen, ist somit üblicherweise nicht möglich.
Die vorliegende Verbindung hat sich zur Aufgabe gesetzt, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden. Daher betrifft die vorliegende Erfindung unter anderem ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs. Insbesondere soll durch die vorliegende Erfindung der Zielkonflikt gelöst werden, der sich aus dem Erfordernis einer möglichst kostensparenden Produktion von spanbasierten Verbundwerkstoffen und der Vermeidung der Freisetzung von gesundheitsschädlichen Substanzen aus dem Endprodukt ergibt. Ferner wird durch die Erfindung gegebenenfalls ein Verfahren bereitgestellt, das energieeffizient betrieben werden kann und das Recycling von Abfallmaterial ohne Zugabe von zusätzlichem Bindemittel ermöglicht.
Diese und weitere Aufgaben werden durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Insbesondere umfasst der mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Verbundwerkstoff Späne aus lignozellulosischer Biomasse, die von einem Bindemittel zusammengehalten und/oder verbunden werden. In einer Ausführungsform sind die Späne Holzspäne, es kann sich bei den Spänen jedoch auch um Spanmaterial anderer Rohstoffe mit lignozellulosischer Struktur oder um eine Mischung von Spänen unterschiedlicher Herkunft handeln. Späne bezeichnen in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung insbesondere stückiges Material eines Stoffs, wobei das Mittel der größten geometrischen Ausdehnung der einzelnen Späne gegebenenfalls zwischen 1 mm und 200 mm liegt. Die kleinste geometrische Ausdehnung von Spänen ist im Vergleich zu ihrer größten Ausdehnung im Mittel gegebenenfalls um den Faktor 20, insbesondere 50, kleiner. Bei den Spänen handelt es sich insbesondere um Material biogenen Ursprungs, das gegebenenfalls nicht aufgeschlossen ist. „Nicht aufgeschlossen“ bedeutet in Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung insbesondere, dass die lignozellulosische Struktur des Ausgangsmaterials durch etwaige Verarbeitungsschritte nicht wesentlich verändert wird.
Das Bindemittel weist gegebenenfalls eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften auf: wasserschwächbar, reversibel bindend, formaldehydfrei, wasserunlöslich.
In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bedeutet „wasserschwächbar“ insbesondere, dass die Bindewirkung des Bindemittels, durch das die Späne im Verbundwerkstoff zusammengehalten werden, bei Kontakt mit Wasser so geschwächt wird, dass die Späne voneinander getrennt werden können, ohne dass sich jedoch das Bindemittel selbst auflöst. In einer Ausführungsform kann „wasserschwächbar“ bedeuten, dass die Bindewirkung in feuchtem Zustand des Bindemittels um zumindest 50%, vorzugsweise um zumindest 90%, geringer ist als in seinem trockenen Zustand.
In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bedeutet „reversibel bindend“ insbesondere, dass das Bindemittel auch nach mehrmaligem Trennen und Verbinden von Spänen erneut eine ausreichende Bindewirkung entfalten kann. In einer speziellen Ausführungsform kann „reversibel bindend“ bedeuten, dass die Bindewirkung des Bindemittels nach dreimaligem Schwächen nicht weniger als 70%, vorzugsweise nicht weniger als 90%, der anfänglichen Bindewirkung beträgt. Die reversible Bindewirkung des Bindemittels basiert auf nicht-kovalenten Bindungen, insbesondere auf Wasserstoffbrückenbindungen und/oder Dipol-Dipol-Wechselwirkungen. In einer Ausführungsform kann das Bindemittel ein polymeres Bindemittel sein, das unter den gewählten Bedingungen keine kovalenten Bindungen ausbildet. In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bedeutet „formaldehydfrei“ insbesondere, dass dem Bindemittel kein Quervernetzungsmittel, insbesondere kein quervernetzender Aldehyd, wie beispielsweise Formaldehyd oder ein Formaldehyd- Derivat, zugesetzt wird, um die Bindung zu ermöglichen.
In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung bedeutet „wasserunlöslich“ insbesondere, dass sich das Bindemittel nicht oder kaum in Wasser löst. Das Bindemittel kann jedoch auf den Kontakt mit Wasser reagieren, beispielsweise aufquellen.
Gegebenenfalls umfasst das Verfahren in einem ersten Schritt das Bereitstellen von Spänen, die an ihrer Oberfläche mit dem Bindemittel benetzt und/oder beschichtet sind. Die Oberfläche der Späne ist insbesondere zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, mit dem Bindemittel benetzt. Diese Späne sind insbesondere lose, nicht miteinander verbundene Späne, etwa in Form eines Schüttguts. Das Bereitstellen der Späne kann gegebenenfalls durch zwei optionale Teilverfahren der vorliegenden Erfindung erfolgen, wobei diese beiden Optionen zu einem im Wesentlichen gleichwertigen Ergebnis, nämlich zu Spänen, die mit Bindemittel benetzt sind, führen.
In der ersten Option kann die Bereitstellung der Späne aus Alt-Verbundmaterial, das Späne und Bindemittel enthält, erfolgen. Es handelt sich bei dem gesamten Verfahren dann um ein Recyclingverfahren.
Gegebenenfalls wird das Alt-Verbundmaterial mit Wasser in flüssiger und/oder gasförmiger Form behandelt, um die Bindewirkung des Bindemittels zu schwächen. Die Behandlung mit Wasser kann dabei bei erhöhter Temperatur und/oder bei erhöhtem Druck stattfinden, um das Eindringen des Wassers in das Alt-Verbundmaterial zu verbessern bzw. zu beschleunigen.
Nach Behandlung des Alt-Verbundmaterials mit Wasser kann eine Zerkleinerung erfolgen, um den zuvor festen Spanverbund zu lösen. Dabei wird der Zerkleinerungsvorgang durch die geschwächte Bindewirkung des Bindemittels erleichtert. Gegebenenfalls führt die Behandlung mit Wasser zudem zu einem Aufquellen der Späne, wodurch interne Schereffekte generiert werden, die die Zerkleinerung ebenfalls begünstigen.
Die Zerkleinerung erfolgt insbesondere auf eine Weise, die nicht zum Zerkleinern der einzelnen Späne des Alt-Verbundmaterials führt. Dies bedeutet gegebenenfalls, dass die durchschnittliche Größe der Späne nach dem Zerkleinern zumindest 80%, bevorzugt zumindest 95%, der durchschnittlichen Größe vor dem Zerkleinern beträgt. Dadurch wird loses Spanmaterial bereitgestellt, das im Wesentlichen vollständig mit Bindemittel benetzt ist. Würde es beim Zerkleinern des Alt-Verbundmaterials auch zu einer wesentlichen Zerkleinerung der Späne selbst kommen, würden Spanoberflächen geschaffen, auf denen kein Bindemittel angeordnet ist. Dies würde die erneute Bindung im hergestellten Verbundwerkstoff beeinträchtigen.
Durch die sanfte Zerkleinerung ist es möglich, den Verbundwerkstoff ohne Zugabe von zusätzlichem Bindemittel herzustellen, wodurch ein besonders effizientes und ressourcenschonendes Verfahren geschaffen wird. Die Zerkleinerung wird beispielsweise mit einer Zerkleinerungswalze oder mit einem langsam laufenden Schredder durchgeführt.
Neben der Schwächung der Bindewirkung des Bindemittels führt das bereitgestellte Wasser in synergetischer Weise dazu, dass beim Zerkleinern keine oder zumindest eine reduzierte Staubbildung stattfindet.
Dieses Verfahren erlaubt in vorteilhafter Weise die ausschließliche - also 100%ige - Verwendung von Recyclingmaterial.
Gegebenenfalls werden die Schritte des Behandelns des Alt-Verbundwerkstoffs mit Wasser und des Zerkleinerns simultan durchgeführt.
In der zweiten Option kann die Bereitstellung der Späne das Mischen von frischen, unbenetzten Spänen mit Bindemittel umfassen. Es handelt sich dann um ein Verfahren, das Neumaterial als Ausgangsstoffe einsetzt. Das Bindemittel wird insbesondere in Pulverform bereitgestellt. Durch die große spezifische Oberfläche wird die Aktivierung der Bindewirkung mit Wasser beschleunigt.
Das Mischen von Spänen und Bindemittel erfolgt insbesondere in feuchtem Zustand, wobei wahlweise eine Suspension des Bindemittels mit trockenen Spänen oder trockenes Bindemittel mit feuchten Spänen gemischt werden kann. Wenn trockenes Bindemittel eingesetzt wird, kann dies auch als trockene Benetzung bezeichnet werden. Auch eine Kombination aus beiden Varianten, also das Mischen von zuvor suspendiertem Bindemittel mit feuchten Spänen, ist möglich.
In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung werden als „trockene Späne“ insbesondere solche Späne bezeichnet, die bei einer Temperatur von 20°C und atmosphärischem Druck Ausgleichsfeuchte aufweisen. Gegebenenfalls weisen „trockene Späne“ einen Feuchtegehalt von höchstens 10 Gew.-% auf.
Eine Kombination der oben beschriebenen Optionen bzw. Teilverfahren ist ebenfalls möglich. So kann das Verfahren auch ein Verfahren sein, das nur teilweise Recyclingmatenal als Ausgangsstoff einsetzt, wobei der Rest der eingesetzten Späne und des Bindemittels Neumaterial ist.
Vor der weiteren Verarbeitung der bereitgestellten benetzten Späne wird gegebenenfalls der Wassergehalt des Spanmaterials gemessen und/oder bei Bedarf angepasst. Insbesondere sollte der Wassergehalt vor der weiteren Verarbeitung zwischen 5 Gew.-% und 40 Gew.-%, bevorzugt zwischen 15 Gew.-% und 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Spanmaterials, betragen. Zu niedrige Wassergehalte erlauben keine ausreichende Aktivierung der Bindungswirkung und zu hohe Wassergehalte bringen keine wesentliche Verbesserung, sondern erhöhen lediglich den Energiebedarf des Verfahrens, da das überschüssige Wasser wieder verdampft werden muss.
Das Spanmaterial mit dem Wassergehalt zwischen 5 Gew.-% und 40 Gew.-%, bevorzugt zwischen 15 Gew.-% und 30 Gew.-%, wird gegebenenfalls in einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens verpresst. Insbesondere erfolgt die Verpressung in zwei aufeinander folgenden Pressphasen unter kontinuierlicher Aufrechterhaltung eines Pressdrucks. In einer ersten Pressphase beträgt die Temperatur des gepressten Spanmaterials mindestens 100°C, wobei die Temperatur gegebenenfalls kleiner als 300°C ist, um Pyrolysevorgänge zu vermeiden. Die Temperatur des gepressten Spanmaterials in der ersten Pressphase liegt gegebenenfalls zwischen 120°C und 200°C, bevorzugt zwischen 125°C und 175°C. Insbesondere beträgt die Temperatur im gesamten gepressten Spanmaterial zumindest 100°C, 120°C oder 125°C. Insbesondere beträgt die Temperatur im gesamten gepressten Spanmaterial höchstens 300°C, 200°C oder 175°C.
Bei der Verpressung erfolgt insbesondere eine Kompaktierung des Spanmaterials, gegebenenfalls auf eine Dichte von mehr als 500 kg/m3 Dadurch wird ein enger Kontakt der einzelnen Späne und somit eine ausreichende Entfaltung der Bindewirkung des Bindemittels ermöglicht. Gegebenenfalls erfolgt eine Kompaktierung um zumindest einen Faktor von 3 im Vergleich zum losen Spanmaterial. Der Kompaktierungsfaktor beschreibt insbesondere die Erhöhung der Dichte beim Verpressen, insbesondere im Vergleich zwischen Schüttgutdichte des losen Spanmaterials und Dichte des verpressten Materials.
In der zweiten Pressphase, die auf die erste Pressphase folgt, wird die Temperatur des gepressten Spanmaterials gegebenenfalls auf unter 100°C gesenkt, bevorzugt auf unter 50°C. Insbesondere sollte die Temperatur im hergestellten Verbundwerkstoff nach Abschluss der zweiten Pressphase, vor dem Aufheben des Pressdrucks, unter 100°C liegen. Insbesondere beträgt die Temperatur im gesamten gepressten Spanmaterial weniger als 100°C.
Die Dauer der ersten Pressphase beträgt gegebenenfalls zumindest 2 Sekunden pro Millimeter Dicke des gepressten Materials, insbesondere zumindest 5 Sekunden pro Millimeter Dicke des gepressten Materials, bevorzugt zumindest 10 Sekunden pro Millimeter Dicke des gepressten Materials. Dies bedeutet, dass die erste Pressphase bei einem verpressten Material mit etwa 1 cm Dicke gegebenenfalls zumindest 20 s, insbesondere zumindest 50 s, bevorzugt zumindest 100 s, beträgt. Gegebenenfalls ist die Dauer der Pressphasen, insbesondere die Dauer der ersten Pressphase, an den Wassergehalt des Spanmaterials vor dem Verpressen angepasst.
In der ersten Pressphase erfolgen die Aktivierung des Bindemittels sowie die Entfernung von Wasser aus dem Spanmaterial. Die zweite Pressphase dient dem Abbau von aus verbleibendem Wasserdampf resultierendem Druck aus dem Verbundmaterial.
Das so erhaltene Verbundmaterial weist im Vergleich zu herkömmlichen Holzspanplatten ähnliche mechanische Eigenschaften auf, ist jedoch ohne Zugabe von weiterem Bindemittel recyclierbar und setzt zudem kein gesundheitsschädliches Formaldehyd frei.
Das Verbundmaterial, das nach diesem Verfahren erhalten wurde kann nach seiner bestimmungsgemäßen Verwendung als Alt-Verbundmaterial in einem erfindungsgemäßen Verfahren wiederverwendet werden. So betrifft die Erfindung gegebenenfalls auch ein Kreislaufverfahren, in dem die Herstellungsschritte wiederholt ausgeführt werden und der hergestellte Verbundwerkstoff als Alt-Verbundwerkstoff dem Verfahren erneut zugeführt wird.
Ein beispielhaftes Bindemittel, das im Rahmen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann, ist eine Mischung umfassend Stärke und Lignosulfonat, insbesondere enthaltend zumindest 10 Gew.-% Stärke, bevorzugt zumindest 30 Gew.-% Stärke, bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittels. Dieses Bindemittel begünstigt in vorteilhafter Weise die Adhäsion des Bindemittels an die Späne und führt so zu einem verringerten Auswaschen bei Behandlung mit Wasser.
Andere beispielhafte Bindemittel, die zusätzlich oder alternativ eingesetzt werden können sind Proteine und/oder Polysaccharide. Exemplarische Bindemittel umfassen Stärke oder Kollagen.
Gegebenenfalls enthält das Bindemittel weitere Additive, insbesondere anorganische Additive, beispielsweise Salze oder mineralische Stoffe. Beispielsweise können Natrium-Salze, wie etwa Kochsalz, verwendet werden, um die Bindewirkung des Bindemittels durch Stärkung von Wasserstoffbrückenbindungen zu erhöhen. Asche kann eingesetzt werden, um eine ionische Quervernetzung des Bindemittels zu erzeugen und die Wasserbeständigkeit des Bindemittels zu erhöhen.
Um eine ausreichende Bindewirkung zu ermöglichen, beträgt der Gehalt an Bindemittel im Verbundwerkstoff zwischen 2 Gew.-% und 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Verbundwerkstoffs.
Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch einen Verbundwerkstoff, der mit einem oben beschriebenen Verfahren erhalten wird. Die Erfindung betrifft gegebenenfalls auch einen Verbundwerkstoff umfassend Späne lignozellulosischer Biomasse, insbesondere Holz, wobei die Späne mit einem wasserlösbaren, reversibel bindenden Bindemittel verbunden sind. Der Verbundwerkstoff kann mit einem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten werden oder mit einem anderen Verfahren erhältlich sein. Der Verbundwerkstoff kann ein Profil, eine Platte oder ein anderes Formteil sein, das sich durch einen Pressvorgang erzeugen lässt. Gegebenenfalls kann der Verbundwerkstoff auch ein bearbeitetes Formteil sein.
Weiters offenbart wird ein wasserschwächbares, reversibel bindendes Bindemittel, insbesondere zum Binden von Spänen lignozellulosischer Biomasse, das Stärke und Lignosulfonat umfasst. Gegebenenfalls beträgt der Gehalt an Stärke zumindest 10 Gew.-% Stärke, bevorzugt zumindest 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittels. Gegebenenfalls enthält das Bindemittel weitere Additive. Das Bindemittel kann gegebenenfalls als Klebstoff eingesetzt werden.
Gegebenenfalls betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs, wobei der Verbundwerkstoff ein Agglomerat ist, das Späne lignozellulosischer Biomasse, insbesondere Holz, umfasst, wobei die Späne mit einem wasserschwächbaren, reversibel bindenden Bindemittel verbunden sind, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Bereitstellen von losem Spanmaterial, umfassend oder bestehend aus Spänen, die mit dem Bindemittel benetzt sind, (b) gegebenenfalls Anpassen des Wassergehalts des Spanmaterials, und (c) Verpressen des Spanmaterials zum Erhalten des Verbundwerkstoffs, wobei das Spanmaterial vor dem Verpressen bezogen auf sein Gesamtgewicht einen Wassergehalt zwischen 5 Gew.-% und 40 Gew.-% aufweist, und wobei die Temperatur des gepressten Spanmaterials in einer ersten Pressphase zumindest 100°C, bevorzugt zumindest 120°C, beträgt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Temperatur des gepressten Spanmaterials in der ersten Pressphase in Schritt (c) höchstens 300°C, bevorzugt höchstens 200°C, ist.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Dauer der ersten Pressphase in Schritt (c) zumindest 2 Sekunden pro Millimeter Dicke des verpressten Spanmaterials, bevorzugt zumindest fünf 5 Sekunden pro Millimeter Dicke des verpressten Spanmaterials, beträgt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass in Schritt (c) eine zweite Pressphase vorgesehen ist, die auf die erste Pressphase folgt, wobei die Temperatur des gepressten Spanmaterials in der zweiten Pressphase auf unter 100°C gesenkt wird.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das lose Spanmaterial aus Schritt (a) in Schritt (c) mindestens um den Faktor 3 kompaktiert wird.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Bindemittel eine Mischung umfassend Stärke und Lignosulfonat ist, wobei der Gehalt an Stärke, bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittels, zumindest 10 Gew.-%, bevorzugt zumindest 30 Gew.-%, beträgt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Gehalt an Bindemittel im Verbundwerkstoff zwischen 2 Gew.-% und 30 Gew.-% beträgt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Bindemittel zusätzlich Additive enthält, insbesondere anorganische Additive, beispielsweise Salze und/oder Mineralstoffe.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Bereitstellen des losen Spanmaterials in
Schritt (a) erfolgt durch: (a1 ‘) Bereitstellen eines Alt-Verbundwerkstoffs, wobei der Alt- Verbundwerkstoff ein Agglomerat ist, das mit dem Bindemittel verbundene Späne umfasst oder daraus besteht, (a1 “) Behandeln des Alt-Verbundwerkstoffs mit flüssigem und/oder gasförmigem Wasser zum Schwächen und/oder Aufheben der Bindewirkung des Bindemittels, und (a1“‘) Zerkleinern des mit Wasser behandelten Alt- Verbundwerkstoffs, wobei die Schritte (a1“) und (a1“‘) gegebenenfalls gleichzeitig durchgeführt werden.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass beim Zerkleinern des Alt-Verbundwerkstoffs in Schritt (a1“‘) keine wesentliche Zerkleinerung der Späne des Alt-Verbundwerkstoffs erfolgt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass während des Verfahrens zusätzlich zu dem bereits im Spanmaterial enthaltenen Bindemittel kein zusätzliches Bindemittel zugegeben wird.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Behandeln in Schritt (a1“) durch Bedampfen des Alt-Verbundwerkstoffs mit Wasserdampf erfolgt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Bereitstellen des losen Spanmaterials in Schritt (a) erfolgt durch: (a2‘) Bereitstellen von Spänen und Bindemittel, wobei das Bindemittel als Pulver vorliegt, (a2“) Suspendieren des Bindemittels in Wasser und/oder Befeuchten der Späne, und (a2“‘) Vermischen von Spänen und Bindemittel.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der in Schritt (a1‘) bereitgestellte Alt- Verbundwerkstoff ein Verbundwerkstoff ist, der mit einem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten wurde.
Gegebenenfalls betrifft die Erfindung einen Verbundwerkstoff, erhältlich mit einem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei der Verbundwerkstoff Späne lignozellulosischer Biomasse, insbesondere Holz, umfasst, wobei die Späne mit einem wasserschwächbaren, reversibel bindenden Bindemittel gebunden sind. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Bindemittel eine Mischung umfassend Stärke und Lignosulfonat ist, wobei der Gehalt an Stärke, bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittels, zumindest 10 Gew.-%, bevorzugt zumindest 30 Gew.-%, beträgt, und dass der Gehalt an Bindemittel im Verbundwerkstoff zwischen 2 Gew.-% und 30 Gew.- % beträgt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, den Figuren sowie der Beschreibung der Ausführungsbeispiele. Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von exemplarischen Ausführungsbeispielen im Detail erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Vergleich der Festigkeit bei unterschiedlichen Presstemperaturen;
Fig. 2 einen Vergleich der Festigkeit bei Verwendung eines Kühlschritts beim Verpressen; und
Fig. 3 einen Vergleich der Festigkeit im Vergleich zu herkömmlichem Bindemittel sowie den Vergleich nach einem Recyclingschritt.
Zur Prüfung der Bindewirkung und der Evaluierung von Verfahrensparametern wurde ein Modellsystem eingesetzt, bei dem zwei Buchenholz-Furnierplatten mit Bindemittel verbunden wurden. Dieses Modellsystem simuliert mit geringem experimentellem Aufwand die Verbindung von Holzspänen in einem Verbundwerkstoff, der mit einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wird.
Die Ausführungsbeispiele 1 bis 3 wurden nach diesem Schema durchgeführt. In diesen Versuchen wurde die Festigkeit der Verbindung mit einem Automated Bonding Evaluation System (ABES) gemäß der Norm ASTM D7998-19 bestimmt.
Ausführungsbeispiel 1 - Evaluierung der Presstemperatur
In diesem Ausführungsbeispiel wurde aus einem Bindemittel-Pulver bestehend aus 50 Gew.-% Weizenstärke und 50 Gew.-% Lignosulfonat, bezogen auf das Gewicht des Pulvers, eine Suspension mit einem Feststoffanteil von 50 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der gesamten Suspension, gebildet. Die Suspension wurde in definierter Menge auf eine Seite einer Buchenholz-Furnierplatte gestrichen. Eine weitere Buchenholz-Furnierplatte wurde darauf platziert und für 60 s bei Temperaturen des Materials zwischen 75°C und 175°C gepresst. Die gemessene Festigkeit der hergestellten Verbindungen ist in Fig. 1 dokumentiert. Die Messungen wurden jeweils in sechs Replikaten durchgeführt.
Es zeigt sich, dass erst bei 100°C eine signifikante Festigkeit erreicht wird, die bei 125°C und darüber deutlich gesteigert ist.
Ausführungsbeispiel 2 - Kühlung in zweiter Pressphase
In diesem Ausführungsbeispiel wurde aus einem Bindemittel-Pulver bestehend aus 30 Gew.-% Maisstärke und 70 Gew.-% Lignosulfonat eine Suspension gebildet. Die Suspension wurde in einer Menge von etwa 200 g/m2 auf eine Seite einer Buchenholz- Furnierplatte gestrichen. Eine weitere Buchenholz-Furnierplatte wurde darauf platziert und für 60 s bei einer Temperatur von 150°C gepresst. Auf diese erste Pressphase folgend wurde in einer zweiten Pressphase eine Kühlung auf unter 100°C für die Dauer von 30 s vorgenommen. Die Kühlung führte dazu, dass die Temperatur im Inneren des gepressten Materials nach Abschluss der zweiten Pressphase unter 100°C, insbesondere bei etwa 40°C, lag. Die gemessene Festigkeit der so erzeugten Matenalverbindungen ist in Fig. 2 gezeigt. Die Messungen wurden jeweils in sechs Replikaten durchgeführt.
Es zeigt sich, dass die Kühlung in der zweiten Pressphase die Festigkeit der Matenalverbindung signifikant verbessert. Dies kann gemäß möglicherweise darauf zurückgeführt werden, dass nach der ersten Pressphase verbleibender Wasserdampf einen hohen Dampfdruck entwickelt, der bei sofortigem Nachlassen des Pressdrucks entweicht und die Matenalverbindung schwächt. Die Kühlung in der zweiten Pressphase führt hingegen zu einem Abbau des Dampfdrucks.
Ausführungsbeispiel 3 - Vergleich mit herkömmlichem Bindemittel In diesem Ausführungsbeispiel wurden bei einer Presstemperatur von 150°C mit Kühlung nach der ersten Pressphase erhaltene Matenalverbindungen, hergestellt mit einem den Ausführungsbeispielen 1 und 2 ähnlichen Verfahren, mit der Bindewirkung von Harnstoff-Formaldehyd verglichen. Das herkömmliche nicht erfindungsgemäße Bindemittel in Form von Harnstoff-Formaldehyd wurde unter den in Ausführungsbeispiel 1 beschriebenen Verfahrensbedingungen verarbeitet. Der Vergleich ist in Fig. 3 durch die weißen Balken dargestellt. Die Messungen wurden jeweils in sechs Replikaten durchgeführt.
Es zeigt sich, dass sich die mittlere Festigkeit der erfindungsgemäß hergestellten Verbindung nicht signifikant von jener, die mit Harnstoff-Formaldehyd erhalten wurde, unterscheidet. Die Ergebnisse dokumentieren daher eine gute Eignung des erfindungsgemäßen Verfahrens für die Herstellung von Holz-Holz-Verbindungen, insbesondere in einem Verbundwerkstoff.
Die so erstellten Matenalverbindungen wurden mit Wasser behandelt, gelöst und es wurde ohne Zugabe von neuem Bindemittel unter denselben Bedingungen wie beim ersten Pressvorgang nochmals verpresst. Dieser Versuch dient der Dokumentation der Recyclingfähigkeit. Die erhaltenen Ergebnisse sind in Fig. 3 durch die strichlierten Balken dargestellt. Hinsichtlich der Matenalverbindungen gemäß dem Vergleichsbeispiel wird angemerkt, dass die Behandlung mit Wasser zu keiner Schwächung der Bindung geführt hat. Diese Matenalverbindungen mussten durch reine mechanische Zerstörung gelöst werden.
Es zeigt sich, dass die Festigkeit der Bindewirkung beim erfindungsgemäßen Verfahren beim erneuten Verpressen nicht signifikant niedriger ist als beim ersten Pressen. Die Festigkeit der Matenalverbindung mit herkömmlichem Harnstoff-Formaldehyd ist jedoch deutlich niedriger, was darauf zurückgeführt werden kann, dass Harnstoff-Formaldehyd kein reversibel bindendes Bindemittel ist.
Ausführungsbeispiel 4 - Herstellung einer Verbundwerkstoff-Platte aus nativen A usgangsmaterialien In diesem Ausführungsbeispiel wurde unter Anwendung der Erkenntnisse aus den Ausführungsbeispielen 1 bis 3 unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens eine Verbundwerkstoff-Platte hergestellt.
Es wurden Nadelholzspäne mit einer mittleren Länge von etwa 5 mm eingesetzt. Das Bindemittel war ein Pulver bestehend aus einer Mischung von 30 Gew.-% Weizenstärke und 70 Gew.-% Lignosulfonat.
Die im Wesentlichen trockenen Späne wurden mit Wasser auf einen Wassergehalt von 30 Gew.-% gebracht. Alternativ könnten stattdessen auch frische Späne eingesetzt werden, die noch nicht getrocknet wurden.
Dann wurde das Bindemittel-Pulver zu den feuchten Spänen gegeben und vermischt, um mit dem Bindemittel benetzte Späne zu erzeugen. Der Gehalt an Bindemittel in Bezug auf die Gesamtmenge der so erhaltenen Mischung betrug etwa 10 Gew.-%.
Nach einem Vorpressschritt wurde das Spanmaterial bei einer Temperatur von etwa 160°C heiß zu einer Dichte von etwa 600 kg/m3 verpresst. Diese erste Pressphase dauerte etwa 10 min. Nach Abschluss der ersten Pressphase wurde das verpresste Material in einer zweiten Pressphase unter Aufrechterhaltung des Pressdrucks auf unter 100°C abgekühlt.
Dadurch wurde eine Verbundwerkstoff-Platte erhalten, die ein reversibel bindendes und formaldehydfreies Bindemittel enthält.
In einer Alternative des Verfahrens gemäß Ausführungsbeispiel 4 kann aus dem Bindemittel-Pulver auch eine Suspension gebildet werden, die anschließend mit trockenen Spänen vermischt wird.
Ausführungsbeispiel 5 - Herstellung einer Verbundwerkstoff-Platte aus Recycling material In diesem Ausführungsbeispiel wurde mit einem erfindungsgemäßen Verfahren eine Verbundwerkstoff-Platte aus Abfallmaterial von Alt-Verbundwerkstoff hergestellt.
Der Alt-Verbundwerkstoff war Plattenmaterial aus Nadelholzspänen einer mittleren Länge von etwa 3 mm, die mit etwa 15 Gew.-% eines Bindemittels aus 50 Gew.-% Weizenstärke und 50 Gew.-% Lignosulfonat zusammengehalten wurden. Zum Bereitstellen mit Bindemittel benetzter Späne wurde der Alt-Verbundwerkstoff mit Wasserdampf befeuchtet, um die Bindewirkung des Bindemittels zu schwächen. Gleichzeitig mit der Befeuchtung wurde eine sanfte Zerkleinerung mittels einer Zerkleinerungswalze durchgeführt. Die Zerkleinerung erfolgte derart, dass keine wesentliche Zerkleinerung der einzelnen Späne erfolgte, sondern nur eine Separierung der durch das Bindemittel verbundenen Späne erreicht wurde.
Nach dem Zerkleinern wurde der Wassergehalt des erhaltenen Spanmaterials gemessen und anschließend auf etwa 20 Gew.-% bezogen auf das Gesamtgewicht des Spanmaterials eingestellt.
Mit dem so erhaltenen Spanmaterial wurde wie im zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel 4 mit den benetzten Spänen verfahren, um eine Verbundwerkstoff- Platte zu erhalten. Die nach diesem Verfahren erhaltene Platte hatte im Vergleich zur jener aus dem Ausführungsbeispiel 4 ähnliche mechanische Eigenschaften.
Das Verfahren gemäß diesem Ausführungsbeispiel stellt ein Herstellungsverfahren bereit, das vollständig auf recyclierten Rohstoffen basiert. Dies bedeutet insbesondere, dass kein neues Bindemittel zugegeben werden muss, um eine ausreichende Bindewirkung zu erreichen. Derart hergestellte Verbundwerkstoffe können mehrmals als Alt-Verbundwerkstoff verwendet werden, ohne dass sich die Eigenschaften drastisch verschlechtern. Dadurch wird eine vollständige Kreislaufwirtschaft derartiger Verbundwerkstoffe ermöglicht.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs, wobei der Verbundwerkstoff ein Agglomerat ist, das Späne lignozellulosischer Biomasse, insbesondere Holz, umfasst, wobei die Späne mit einem wasserschwächbaren, reversibel bindenden Bindemittel verbunden sind, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
(a) Bereitstellen von losem Spanmaterial, umfassend oder bestehend aus Spänen, die mit dem Bindemittel benetzt sind,
(b) gegebenenfalls Anpassen des Wassergehalts des Spanmaterials, und
(c) Verpressen des Spanmaterials zum Erhalten des Verbundwerkstoffs, wobei das Spanmaterial vor dem Verpressen bezogen auf sein Gesamtgewicht einen Wassergehalt zwischen 5 Gew.-% und 40 Gew.- % aufweist, und wobei die Temperatur des gepressten Spanmaterials in einer ersten Pressphase zumindest 100°C, bevorzugt zumindest 120°C, beträgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des gepressten Spanmaterials in der ersten Pressphase in Schritt (c) höchstens 300°C, bevorzugt höchstens 200°C, ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der ersten Pressphase in Schritt (c) zumindest 2 Sekunden pro Millimeter Dicke des verpressten Spanmaterials, bevorzugt zumindest fünf 5 Sekunden pro Millimeter Dicke des verpressten Spanmaterials, beträgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (c) eine zweite Pressphase vorgesehen ist, die auf die erste Pressphase folgt, wobei die Temperatur des gepressten Spanmaterials in der zweiten Pressphase auf unter 100°C gesenkt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das lose Spanmaterial aus Schritt (a) in Schritt (c) mindestens um den Faktor 3 kompaktiert wird. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel eine Mischung umfassend Stärke und Lignosulfonat ist, wobei der Gehalt an Stärke, bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittels, zumindest 10 Gew.-%, bevorzugt zumindest 30 Gew.-%, beträgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt an Bindemittel im Verbundwerkstoff zwischen 2 Gew.-% und 30 Gew.-% beträgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel zusätzlich Additive enthält, insbesondere anorganische Additive, beispielsweise Salze und/oder Mineralstoffe. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen des losen Spanmaterials in Schritt (a) erfolgt durch:
(a1 ') Bereitstellen eines Alt-Verbundwerkstoffs, wobei der Alt- Verbundwerkstoff ein Agglomerat ist, das mit dem Bindemittel verbundene Späne umfasst oder daraus besteht,
(a1 “) Behandeln des Alt-Verbundwerkstoffs mit flüssigem und/oder gasförmigem Wasser zum Schwächen und/oder Aufheben der Bindewirkung des Bindemittels, und
(a1 '“) Zerkleinern des mit Wasser behandelten Alt-Verbundwerkstoffs, wobei die Schritte (a1“) und (a1“‘) gegebenenfalls gleichzeitig durchgeführt werden. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Zerkleinern des Alt-Verbundwerkstoffs in Schritt (a1“‘) keine wesentliche Zerkleinerung der Späne des Alt-Verbundwerkstoffs erfolgt. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass während des Verfahrens zusätzlich zu dem bereits im Spanmaterial enthaltenen Bindemittel kein zusätzliches Bindemittel zugegeben wird. 19 Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Behandeln in Schritt (a1“) durch Bedampfen des Alt-Verbundwerkstoffs mit Wasserdampf erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Bereitstellen des losen Spanmaterials in Schritt (a) erfolgt durch:
(a2‘) Bereitstellen von Spänen und Bindemittel, wobei das Bindemittel als Pulver vorliegt,
(a2“) Suspendieren des Bindemittels in Wasser und/oder Befeuchten der Späne, und
(a2“‘) Vermischen von Spänen und Bindemittel. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der in Schritt (a1‘) bereitgestellte Alt-Verbundwerkstoff ein Verbundwerkstoff ist, der mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 erhalten wurde. Verbundwerkstoff, gegebenenfalls erhältlich mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, umfassend Späne lignozellulosischer Biomasse, insbesondere Holz, wobei die Späne mit einem wasserschwächbaren, reversibel bindenden Bindemittel gebunden sind. Verbundwerkstoff nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel eine Mischung umfassend Stärke und Lignosulfonat ist, wobei der Gehalt an Stärke, bezogen auf das Gesamtgewicht des Bindemittels, zumindest 10 Gew.-%, bevorzugt zumindest 30 Gew.-%, beträgt, und dass der Gehalt an Bindemittel im Verbundwerkstoff zwischen 2 Gew.-% und 30 Gew.-% beträgt.
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