DD205382A1 - METHOD FOR ACTIVATING WOODEN PARTICLES FOR WOOD PRODUCTION OF MATERIALS - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aktivierung von Holzpartikeln zur Verbesserung der Faser - Faser - Bindung fuer die Holzwerkstoffherstellung mit oder ohne Zusatz von Bindemitteln, wobei die Bindefaehigkeit der Holzpartikel durch chemische Aktivierung fuer diese Bindung zugaenglich gemacht werden soll. Dies wird dadurch erreicht, dass vor, waehrend und/oder nach dem Zerfaserungsprozess, jedoch vor dem Verfestigungsprozess, nucleophile Agenzien und/oder mit nucleophilen Agenzien behandelte Modifizierungsprodukte desHolzes zugegeben werden.The invention relates to a method for activating wood particles to improve the fiber - fiber bond for wood material production with or without the addition of binders, wherein the binding ability of the wood particles to be made accessible by chemical activation for this bond. This is achieved by adding nucleophilic agents and / or modifying products of the wood treated with nucleophilic agents before, during and / or after the fiberization process but before the solidification process.

Description

Titel der ErfindungTitle of the invention

Verfahren zur Aktivierung von Holzpartikeln für die Holzwerks to ff her st ellungMethod for activating wood particles for woodworking production

Anwendung der ErfindungApplication of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aktivierung von Holzpartikeln zur Verbesserung der Faser- Faser- Bindung mit oder ohne Zugabe von Bindemitteln.The invention relates to a method for activating wood particles to improve fiber-fiber bonding with or without the addition of binders.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Die Herstellung von Holzwerkstoffen erfolgt überwiegendThe production of wood-based materials takes place predominantly

unter Anwendung von Bindemitteln, die mit einem Anteil von 20$ - 30$ in den Kosten des Endproduktes verankert sind. Im Holz sind jedoch die Voraussetzungen für natürliche Bindungen duroh mikromorphologische Strukturen und durch chemische sowie physikalische Bindekräfte vorhanden. Alle herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Holzwerkstoffen (Spanplatten, Faserplatten) nutzen diese natürlichen Bindungen nur ungenügend. Die erreichten Festigkeitswerte werden durch Zusatz von Bindemitteln und/oder Anwendung zusätzlicher Energien erzielt. Die chemischen Hauptbestandteile des Holzes verfugen jedoch über viele reaktionsfähige funktionelle Gruppen, die aber aufgrund der Strukturverhältnisse der verholzten Zellwände nur begrenzt für Bindungen verfügbar sind.using binders anchored at $ 20- $ 30 in the cost of the final product. In wood, however, the prerequisites for natural bonds by micromorphological structures and by chemical and physical binding forces are present. All conventional methods for the production of wood-based materials (chipboard, fiberboard) use these natural bonds insufficiently. The achieved strength values are achieved by adding binders and / or using additional energy. However, the major chemical constituents of the wood have many reactive functional groups, but due to the structural relationships of the woody cell walls are limited available for bonds.

Die Zellulose enthält In erster Linie primäre und sekundäre Hydroxylgruppen sowie Aldehydgruppen. Der größte Teil der Hydrosylgruppen ist jedoch blookiert. Die amorphen Hemizellulosen besitzen ebenfalls derartige Gruppen, die jedoch durch Wasserstoffbrüokenbindungen und echte chemische Bindungen im Holzverband blockiert sind. Das Lignin weist dieThe cellulose contains primarily primary and secondary hydroxyl groups as well as aldehyde groups. Most of the hydrosyl groups, however, are blocked. The amorphous hemicelluloses also have such groups, but are blocked by hydrogen bonding and true chemical bonds in the wood dressing. The lignin shows the

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komplizierteate chemische Struktur der Holzbestandteile auf-j dessen funktionelle Gruppen zu einem Mischpolymerisat vernetzt sind. Die Reaktivität des Lignins wird wesentlich durch phenol!sehe Hydroxyl-, Benzylalkoholgruppen und Doppelbindungen bestimmt. Im nativen Zustand ist eine Vielzahl alkoholischer und phenolisoher Hydroxylgruppen durch Etherbindungen für die Verstärkung der Bindefestigkeit von Holzpartikeln blockiert.complicated chemical structure of the wood components on -j whose functional groups are crosslinked to form a copolymer. The reactivity of lignin is essentially determined by phenolic hydroxyl, benzyl alcohol groups and double bonds. In the native state, a variety of alcoholic and phenolic hydroxyl groups are blocked by ether linkages to enhance the bonding strength of wood particles.

Eine klebstofflo.se Faserbindung in Holzpartikelwerkstoffen verlangt ein Freilegen bzw. Aktivieren der funktioneilen Gruppen und reaktiven Stellen.A klebstofflo.se fiber bonding in wood particle materials requires exposing or activating the functional groups and reactive sites.

Für eine Aktivierung sind die Hydroxylgruppen hauptverantwortlich. Liegt eine ausreichende Annäherung dieser aktivierten Gruppen vor, ist neben der Bindung über Wasserstoffbriicken auoh die Ausbildung von chemischen Hauptvalenzbindungen zu erwarten.For activation, the hydroxyl groups are mainly responsible. If there is sufficient approximation of these activated groups, the formation of chemical main valence bonds is to be expected in addition to hydrogen bonding.

Möglichkeiten zur Aktivierung ergeben sich durch gezielte Beeinflussung der Holzbestandteile auf thermo- mechanischem, thermischem, hydrothermischem, chemischem und biologischem Wege. Für die Herstellung von Holzwerkstoffen ist eine mechanische oder thermomeohanische Zerkleinerung erforderlich. Gleichzeitig ist eine Hydration notwendig. Der Aufschlußprozeß bewirkt eine beträchtliche Vergrößerung der Oberfläche und sohafft Voraussetzungen für die Freisetzung der funktloneilen Gruppen.Options for activation result from targeted influencing of the wood components by thermo-mechanical, thermal, hydrothermal, chemical and biological means. Mechanical or thermo-mechanical crushing is required for the production of wood-based materials. At the same time hydration is necessary. The digestion process causes a considerable enlargement of the surface and thus conditions for the release of the radioactive groups.

Der Mahlprozeß ist jedoch mit Nachteilen verbunden, da sich einerseits der Energieaufwand für diesen Aufschluß vervielfacht, andererseits sich jedoch durch hohe Feinanteile folgende Nachteile für die Holzwerkstoffbildung ergeben:However, the grinding process is associated with disadvantages, since on the one hand the energy expenditure for this digestion multiplies, on the other hand, however, resulting from high fines the following disadvantages for wood material formation:

- Verringerung der Entwässerungsgeschwindigkeit- Reduction of drainage speed

- verminderte hygroskopische Eigenschaften- reduced hygroscopic properties

- hohe Werkstoffdichten- high material densities

- starkes Fließen beim Pressen- strong flow during pressing

Die Einwirkung erhöhter Temperaturen auf das Holz löst eine Reihe von chemischen und strukturellen Veränderungen aus, die im Ergebnis Auswirkungen auf die physikalischen Eigenschaften des Holzwerkstoffes haben.The effect of elevated temperatures on the wood induces a number of chemical and structural changes which, as a result, affect the physical properties of the wood-based material.

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Bei dem am meisten angewendeten Aufsohlußverfahren, dem Defibratorverfahren, wird in der Regel mit solchen teohnologischen Parametern gearbeitet, die eine Reaktivierung der Bindekräfte des Holzes nur begrenzt zulassen. Außerdem ist der thermische Zerfaserungsprozeß schwer so steuerbar, daß bei Erhaltung und Freilegung der Bindekräfte eine zu starke Plastifizlerung des Lignins vermieden wird. Die chemische Beeinflussung der Reaktivität ist durch das Wirken der Bindemechanismen im Holz gegeben. Über den Anteil der Holzbestandteile am Bindungsmechanismus sind zwar Angaben bekannt, die jedoch keine Schlußfolgerungen für die Aktivierung der Holzpartikeln ermöglichen. Die bekannteste Aktivierungsbehandlung zerfaserter Holzstoffe duroh Zusatz von säurebindenden Lösungen dient nicht einer Freilegung funktioneller Gruppen, sondern nur der Beeinflussung von Quellungsvorgängen.The most commonly used soling method, the defibrator method, is generally operated with such teohnological parameters that allow a reactivation of the binding forces of the wood only to a limited extent. In addition, the thermal fiberization process is difficult to control so that excessive plasticization of the lignin is avoided while preserving and exposing the binding forces. The chemical influence of the reactivity is given by the action of the binding mechanisms in the wood. Although information about the proportion of wood constituents in the binding mechanism is known, it does not allow any conclusions for the activation of the wood particles. The best known activation treatment of fibrillated wood pulp by the addition of acid-binding solutions does not serve to expose functional groups, but only to influence swelling processes.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Ziel der Erfindung ist, die durch den technologischen Zerfaserungsprozeß freigewordenen Bindungskräfte der reaktiven Gruppen zu verstärken.The aim of the invention is to reinforce the binding forces of the reactive groups released by the technological fiberization process.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Bindefähigkeit der Holzpartikeln durch chemische Aktivierung für die Faser- Faser- Bindung verstärkt zugänglich zu machen. Dies wird dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß vor, während und/oder naoh dem chemischen Zerfaserungsprozeß Jedoch vor dem Verfestigungsprozeß nucleophlle Agenzien und/oder mit nuoleophilen Agenzien behandelte Modifizierungsprodukte des Holzes zugegeben werden. Dadurch werden Etherbindungen gespalten und der Doppelbindungsanteil erhöht. Die Erhöhung des Anteiles an alkoholischen und phenolischen Hydroxylgruppen und an Doppelbindungen im Fasermaterial führt zur Verstärkung der Bindefähigkeit.The invention has for its object to make the binding ability of the wood particles by chemical activation for the fiber-fiber bond increasingly accessible. This is achieved by adding according to the invention before, during and / or after the chemical fiberization process, however, before the solidification process, nucleophling agents and / or modification products of the wood treated with nuoleophilic agents. This cleaves ether bonds and increases the double bond fraction. The increase in the proportion of alcoholic and phenolic hydroxyl groups and double bonds in the fiber material leads to the enhancement of the binding capacity.

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Ausfuhrangabe!spielExport statement made! Game

An einem AusfUhrungsbeispiel wird das Verfahren näher erläutert.The method is explained in more detail on an exemplary embodiment.

Das Ausgangsraaterial (Rundholz, Schwarten oder Industrieabfälle aus Holz) werden auf geeigneten Hack- oder anderen Zerkleinerungsaggregaten zu Hackschnitzeln oder Spänen zerlegt. Erfolgt die Partikelaktivierung vor dem Zerfasern (Defibrator, MUhlen, Refiner u.a.), so werden die Hackschnitzel oder Späne in der Aktivierungslösung duroh mehrstündiges Einlagern imprägniert und aktiviert. Danach erfolgt die Zerfaserung. Beim Aktivleren während des Zerfaserungsprozesses wird das Aktivlerungsmlttel in der Regel im festen Zustand zu den Holzteilchen in das Zerfaserungsaggregat eingegeben. Die dritte Möglichkeit besteht im Aktivieren des Faserstoffes nach der Zerfaserung durch Zugabe des Aktivierungsmittels zur Faserstoffsuspension. Die Weiterverarbeitung des nucleophil- aktivierten Faserstoffes erfolgt nach den üblichen Verfahren der Faserplattentechnologie mit oder ohne weitere Bindemittelzusätze. Die Aushärtung zum Holzwerkstoff wird duroh den thermohydromechanischen Preßvorgang bei erhöhten Temperaturen gewährleistet.The starting material (logs, rinds or industrial waste made of wood) are broken down to suitable chips or other comminution units for wood chips or chips. If the particle activation takes place before defibration (defibrator, mill, refiner, etc.), the chips or chips are impregnated in the activating solution by several hours of storage and activated. Then the defibration takes place. When activating during the defibering process, the activating agent is usually introduced in the solid state to the wood particles in the fiberizing aggregate. The third option is to activate the pulp after pulping by adding the activator to the pulp suspension. The further processing of the nucleophil-activated pulp is carried out by the usual methods of fiber plate technology with or without further binder additives. Curing to the wood material is ensured duroh the thermohydromechanical pressing at elevated temperatures.

Anwendungsbeispiele mit Angaben zur Rezeptur einschließlich erreichter Ergebnisse, die die Vorteile der nucleophilen Aktivierung verdeutlichen, zeigt eine Übersicht.An overview of application examples with formulation information, including results achieved, illustrating the advantages of nucleophilic activation is given.

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Übersicht über Anwendungsbeispiele 236179Overview of Application Examples 236179

Λ» Beispiel Λ » Example

Faserplatten aus Kiefernfaserstoff ohne ZusatztoindemlttelFiberboard made of pine pulp without additional mortar

Art der nucleophilen AktivierungType of nucleophilic activation

Bindefestigkeitbonding strength

absolute Werte inabsolute values in

IiIPa prozentuale Festigkeit ge genüber dem Ausgangswert-IiIPa percent strength compared to baseline

1. ohne Aktivierung1. without activation

2. Aktivierung durch 24-stund ige Imprägnierung vor dem Defibrationsprozeß2. Activation by 24-hour impregnation before the defibrillation process

(Kiefernhackschni tzel in Lösung von 14% NaOH + 5,3%(Pine chop in solution of 14% NaOH + 5.3%

18,518.5

28,728.7

100100

155155

3. Aktivierung während des3. activation during the

Defibrationsprozesses 26,6 144 (gewässerte Kiefernschnitzel + 14% NaOH + 5,3% Na_?S ohne Zusatzwasser)Defibration process 26.6 144 (watered pine chips + 14% NaOH + 5.3% Na _? S without additional water)

Anmerkung: Durch Naohmahlen des Faserstoffes nach dem Note: By Naohmahlen the pulp after the

Defibrieren um 2 SR wurde eine weitere Festigkeitserhöhung von 20% erreicht.Defibrating by 2 SR, a further increase in strength of 20% was achieved.

2. Beispiel2nd example

Faserplatten aus Zellulose- Modellfaserstoffen mit nucleohhilaktiven LigninzusätzenFibrous plates made of cellulose model fibers with nucleohhilic Ligninzusätzen

Stoffzugabestock addition

Biegefestigkeitflexural strength

absolute ^werte in MPaabsolute ^Response in MPa

prozentuale Festigkeit gegenüber dem Ausgangswert- %percent strength versus baseline%

1. Modellfaserstoff1. Model fiber

2. Zugabe von nicht nucleophllaktivem Dimethylsulfoxidlignln2. Addition of non- nucleophilic dimethylsulfoxide ligand

3. Zugabe von nucleophllaktivem SuIfatablaugenlignin3. Addition of nucleophilic active sulfate waste lignin

5,35.3

6,5 20,86.5 20.8

100100

123123

393393

Claims (3)

'" 236 179 8 '"236 179 8 Erfindungsanspruchinvention claim 1. Verfahren zur Aktivierung von Holzpartikeln zur Verbesserung der Faser- Faser- Bindung für die Holzwerk-» Stoffherstellung mit oder ohne Zusatz von Bindemitteln, gekennzeichnet dadurch, daß vor, während und/oder nach dem Zerfaserungsprozeß, jedoch vor dem Verfestigungsprozeß, nucleophile Agenzien und/oder mit nuoleophilen Agenzien behandelte Modifizierungsprodukte des Holzes zugegeben werden.1. A method for activating wood particles to improve the fiber-fiber bond for the Holzwerk- »fabric production with or without the addition of binders, characterized in that before, during and / or after the fiberization process, but before the solidification process, nucleophilic agents and / or modification products of the wood treated with nuoleophilic agents. 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß als nucleophile Agenzien Alkoholate, Mercaptane, Thiosulfate, Sulfite, Hydrogensulfite, Rhodanide, Sulfide, Hydrogensulfide, Amine und/oder Hydroxide einzeln oder in Mischung zugegeben werden.2. The method according to item 1, characterized in that as nucleophilic agents alcoholates, mercaptans, thiosulfates, sulfites, hydrogen sulfites, rhodanides, sulfides, hydrogen sulfides, amines and / or hydroxides are added individually or in mixture. 3. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß nucleophil aktivierte technische Lignine, z.B. Sulfatabi augenlignin und/oder aktiviertes natives Lignin, z.B. Holzpartikel zugegeben werden.3. Method according to item 1, characterized in that nucleophilically activated technical lignins, e.g. Sulfatabi-eye lignin and / or activated native lignin, e.g. Wood particles are added.