DE10260966A1

DE10260966A1 - Verfahren zur Herstellung einer Bindemittelflotte sowie deren Verwendung

Info

Publication number: DE10260966A1
Application number: DE2002160966
Authority: DE
Inventors: Brigitte Dr.rer.nat. Dix; Timo Dr.-Ing. Gruber
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2004-07-01
Also published as: WO2004056543A1; AU2003300496A1; DE10394162D2; EP1572428A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Bindemittelflotte für Holz-zu-Holz-Bindungen. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Bindemittelflotte bereitzustellen, bei dem ein möglichst geringer apparativer Aufwand benötigt wird und mit dem eine Bindemittelflotte bereitgestellt werden kann, die die Wasseraufnahme und Dickenquellung von Holzwerkstoffen im Vergleich zu herkömmlichen Bindemittelflotten verringert. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass feste Ablagerungen, die aus Brüden (9) während einer Dampftrocknung von Holz, Holzspänen oder Holzfasern entstehen, der Bindemittelflotte oder Holzzerkleinerungsprodukten zugesetzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Bindemittelflotte für Holz-zu-Holz-Bindungen sowie die Verwendung von während einer Dampftrocknung erhaltenen Ablagerungen.
Holzwerkstoffe, wie Holzspanplatten, OSB-Platten oder Faserplatten, werden hergestellt, indem man Holzspäne, Strands bzw. Holzfasern mit einem Bindemittel beleimt und gegebenenfalls trocknet, zu Span- bzw. Fasermatten streut und anschließend heißpresst. Als Bindemittel in der Holzwerkstoffindustrie werden in der Regel Aminoplastharze, wie Harnstoff- und Harnstoff-Melamin-Formaldehydharze, Phenolformaldehydharze und Klebstoffe auf Basis von polymeren Diisocyanaten oder Mischharze eingesetzt. Zu einem geringen Teil werden auch Tanninformaldehydharze und Stärken in unmodifizierter und modifizierter Form als Bindemittel verwendet. Weitere Bindemittel auf Basis nachwachsender Rohstoffe sind Lignine, Proteine und Kohlenhydrate, die hauptsächlich für sich allein oder in Kombination mit anderen Bindemitteln in Spezialplattentypen zur Anwendung gelangen.
Die Bindemittel werden in den Holzwerkstoffen hauptsächlich als wässrige Leimflotte im Konsistenzbereich zwischen 40 % – 60% eingesetzt. Pulverförmige Bindemittel werden in diesem Konsistenzbereich als wässerige Lösung aufbereitet. Bei der Herstellung der Bindemittelflotte können Additive zugegeben und der pH-Wert auf das gewünschte Niveau eingestellt werden.
Aus der DE 100 21 952 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Bindemittelflotte aus pulverförmigen Bindemitteln oder Bindemittelkomponenten bekannt, die in einer Flüssigkeit in Lösung gebracht werden, wobei als Flüssigkeit Abwässer verwendet werden, die bei der Herstellung von Holzwerkstoffen anfallen. Als Abwässer dienen dabei z.B. Kondensate aus der Trocknung von Holzspänen und Holzfasern oder bei der Faserplattenherstellung anfallende Abwässer sowie die bei der Faserplattenherstellung nach dem Trockenverfahren (MDF-Platten) anfallenden „Quetschwässer".
Aus der US-A-4,433,126 ist ein Verfahren bekannt, bei dem nach Dampfaufschluss von Holz das anfallende Abwasser aufkonzentriert und dann als Komponente für die Herstellung eines Phenol-Formaldehydharzes durch weitere Reaktion bzw. Kondensation mit dem Phenol und Formaldehyd in einem Reaktor weiterverarbeitet wird. Bei diesem Verfahren dient die aufkonzentrierte Flüssigkeit über die in ihr enthaltenen, reaktiven Bestandteile als Bindemittelkomponente. Das Verfahren ist sehr zeit- und energieaufwendig, da mit großem apparativem Aufwand unter Einhaltung präziser Verfahrensschritte eine Aufbereitung des Abwassers erfolgen muss.
Ein wesentliches Qualitätsmerkmal einer Spanplatte und mitteldichten Faserplatte (MDF) ist das Ausmaß ihrer Dickenquellung im Wasser und in feuchter Luft. Die für die Dickenquellung von MDF vorgeschriebenen Grenzwerte sind meist derart niedrig, dass sie mit konventionellen Bindemitteldosierungen ohne Zugabe von Hydrophobierungsmitteln kaum einzuhalten sind. Für die Hydrophobierung werden in der Industrie üblicherweise technische Paraffine eingesetzt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Bindemittelflotte bereitzustellen, bei dem ein möglichst geringer apparativer Aufwand benötigt wird und mit dem eine Bindemittelflotte bereitgestellt werden kann, die die Wasseraufnahme und Dickenquellung von Holzwerkstoffen im Vergleich zu herkömmlichen Bindemittelflotten verringert.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass feste Ablagerungen, die aus Brüden während einer Dampftrocknung von Holz, Holzspänen oder Holzfasern entstehen, der Bindemittelflotte zugesetzt werden.
Bei der Trocknung von Holz bzw. Holzspänen werden Holzinhaltsstoffe mit hohem Wertschöpfungspotential, wie z. B. Terpene, Wachse oder Harze, mit dem Heißdampf in Form von Brüden (Wasserdampf-Luftgemisch) freigesetzt. Die Kondensate der Brüden weisen einen hohen chemischen oder biologischen Sauerstoffbedarf auf und können somit nicht unbehandelt abgeleitet werden. Bei den konventionellen Trocknungsverfahren mit Abgasen eines Brenners ist ferner durch das höhere vorhandene Oxidationspotential ein thermisch-chemischer Abbau der Wirksubstanzen zu erwarten.
Vorteilhafterweise erfolgt die Dampftrocknung in einem geschlossenen Kreislauf. Vorteilhafterweise werden die Brüden bei der Dampftrocknung im geschlossenen Kreislauf bei 350°C – 550°C auf die Holzspäne oder Holzfasern beaufschlagt, wodurch originäre Holzinhaltsstoffe mit einem hohen Wertschöpfungspotential aus den Holzspänen bzw. Holzfasern freigesetzt werden. Diese scheiden sich durch Kondensation an der Wandung der Trockeneinrichtung, vorzugsweise eines Drehrohrtrockners, ab und verfestigen sich beim Abkühlen des Drehrohres. Die Holzspäne werden bei der Trocknung auf bis zu etwa 90°C erwärmt, wobei die Verweilzeit in der Trockeneinrichtung etwa 10 – 30 min beträgt. Durch die Kreisführung werden die Ablagerungen ohne die Aufbringung zusätzlicher Energie erhalten, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens verbessert wird. Die Kreis führung bei der Dampftrocknung bewirkt ferner gegenüber der konventionellen Trocknung eine Aufkonzentration der Holzinhaltsstoffe in den Brüden.
Durch die Dampftrocknung von Holz, Holzspänen und Holzfasern im geschlossenen Kreislauf anfallenden festen Ablagerungen, werden in Lösung oder als Pulver einem Bindemittel oder Holzzerkleinerungsprodukten bei der Herstellung von Holzwerkstoffen zugesetzt. Während bislang die Ablagerungen kostenpflichtig als Abfall entsorgt werden müssen, kann durch das Zusetzen der gemahlenen oder gelösten Ablagerungen in die Bindemittelflotte eine gewinnbringende Verwertung der Rückstände aus dem Holztrocknungsverfahren erfolgen.
Nachfolgend wird das Verfahren anhand der einzigen Figur näher erläutert. Die Figur zeigt ein Schema der Dampftrocknung von Spänen.
An einer Spaneinleitungsstelle 1 werden nasse Späne, vorzugsweise Kiefern- oder Fichtenspäne, in die Anlage eingeleitet und einem Stromrohrtrockner 2 zugeführt. Anschließend werden die Späne einem Drehrohrtrockner 3 zugeführt, in dem mit einem Taupunkt von etwa 90-98°C eine nahezu reine Wasserdampfatmosphäre herrscht. Die Holzspäne werden mit einer Verweilzeit von ungefähr 10 bis 30 min in dem Drehrohrtrockner 3 getrocknet und erwärmen sich dabei auf etwa 70°C – 90°C. Mit dem Wasserdampf werden in dem Drehrohrtrockner 3 originäre Holz-inhaltsstoffe mit hohem Wertschöpfungspotential aus den Spänen freigesetzt. Diese Holzinhaltsstoffe scheiden sich an einer Wandung, vorzugsweise der Wandung des Drehrohrtrockners 3 ab und verfestigen sich beim Abkühlen. Diese Ablagerungen müssen im regelmäßigen Turnus mechanisch aus dem Drehrohrtrockner 3 entfernt werden, wobei der Entnahmeort 4 der Ablagerungen bevorzugt an der Wandung des Drehrohrtrockners 3 oder an anderen kühlen Bauteilen der Trockeneinrichtung liegt. Über einen Kreisgasventilator 5 werden sowohl das Kreisgas 8 als auch die Holzspäne zu einem Zyklonabscheider 6 transportiert, an dem die trockenen Holzspäne an einer Entnahmestelle 7 ausgeschleust werden. Das Kreisgas 8 wird dann weitergeführt, die Brüden 9 werden ausgeschleust und nach Zufuhr von Gas und Luft wird Brenngas oder Abgas 10 aus dem Kreislauf ausgeschleust.

Beispiel: Die festen Ablagerungen, die an der Entnahmestelle 4 (Wandung) des Drehrohrtrockners 3 aus einer Trocknungsanlage, in der Kiefernholz getrocknet wurde, entnommen wurden, wurden in Heißwasser unter Zusatz von Alkali (1 %ige Natriumhydroxidlösung) in Lösung gebracht. Der Anteil der Ablagerungen in der Lösung lag bei 3%. In Vergleichsversuchen wurde Tannin in Gestalt von pulverförmigem Quebrachotannin sowie Mimosatannin in diese Lösung eingerührt und auf eine Stoffkonsistenz von 45 % eingestellt. Zum Vergleich wurde das gleiche Tannin in Wasser in Lösung gebracht und ebenfalls auf eine Stoffkonsistenz von 45 % eingestellt. Mit beiden Tanninlösungen wurden nach Zugabe von Formaldehyd als Härtungsbeschleuniger (10% Feststoff/Feststoff Tannin) 16 mm dicke mitteldichte Faserplatten (MDF) unter gleichen Beleimungs- und Pressbedingungen hergestellt. Der Bindemittelgehalt betrug für jede Platte 14% (Feststoff/atro Faser). Die Presszeit betrug 28 s/mm; die Presstemperatur war 200°C. Die Soll-Rohdichte der Platten betrug 800 kg/m³ . Die Platten wurden nach der Herstellung 1 – 2 Tage getempert. Die Herstellungsbedingungen der MDF sind in der Tabelle 1 aufgeführt. Tabelle 1: Herstellungsbedingungen von TF-Harz-gebundenen MDF aus Kiefernfasern unter Einsatz von Ablagerungen der Spänetrocknung Beleimungs-Verfahren: Blowline-Verfahren

Holzart:	Kiefer
Holzaufschluss:	170°C, 5 Minuten
Bindemittel:	a) TF-Harz (Quebrachotannin), Anmachwasser:Wasser b) TF-Harz (Quebrachotannin), Anmachwasser: Trocknerablagerung (3 % Feststoff) in 1 %iger NaOH-Lösung c) TF-Harz (Mimosatannin): Anmachwasser: Wasserd) TF-Harz (Mimosatannin), Anmachwasser: Trocknerablagerung (3 % Feststoff) in 1 %iger NaOH-Lösung
Bindemittelgehalt:	14 % (Feststoff/atro Faser)
Härtungsbeschleuniger;	10 % Formaldehyd (% Feststoff bezogen auf Festharz)
Hydrophobierungsmittel:	keins
Plattenherstellung:
Plattendicke:	17,5 mm ungeschliffen, 16 mm geschliffen
Presszeit:	28 s/mm
Presstemperatur:	200°C
Soll-Rohdichte:	800 kg/m³

Die nachfolgende Tabelle 2 zeigt, dass die Tanninformaldehydharz-gebundenen MDF, die unter Zusatz von in Lösung gebrachten Ablagerungen aus der Spänetrocknung hergestellt wurden, im Vergleich zu denen, die ohne zusätzliche Ablagerungen mit Tanninformaldehyd-Harz gebunden wurden, eine wesentlich geringere Dickenquellung sowohl nach zwei Stunden als auch nach 24 Stunden Wasserlagerung aufweisen. Die Dickenquellung war bis zu 14 mal geringer als bei Platten mit einem Anmachwasser für das Tannin ohne Ablagerungszusatz. Ebenfalls verringerte sich die Wasseraufnahme signifikant um ungefähr 1 /4 im Vergleich zu der Verwendung von Anmachwasser für das Tannin ohne Ablagerungszusatz. Tabelle 2: Physikalisch-technologische Eigenschaften von Tanninformaldehydharz-gebundenen mitteldichten Faserplatten (MDF)
Auch ergaben sich bessere Werte für die Biegefestigkeit und die Querzugfestigkeit, wobei diese bei der Verwendung von Mimosatannin und einer Anmachwasserlösung mit Ablagerungen auch nach der Kochprüfung Werte ergab, die der Norm entsprachen. Hinsichtlich der Dickenquellung ist zu beachten, dass bei der Plattenherstellung kein Hydrophobierungsmittel eingesetzt wurde, so dass zumindest bei der Verwendung von Mimosatannin die Normwerte erfüllt wurden. Durch den Zusatz der Ablagerungen kann somit die Dickenquellung der Platten bei Wasserlagerung verringert werden, was zu Einsparungen beim Zusatz von Hydrophobierungsmitteln führt. Gegebenenfalls können Bindemittel eingespart und die Presszeit verringert werden. Die Qualität der Faserplatten konnte damit durch die Verwendung der Ablagerung aus der Spänetrocknung kostengünstig erhöht werden. Der Einsatz der Ablagerungen im Tanninformaldehydharz hatte keinen Einfluss auf den Formaldehydgehalt (Perforatorwert) der mitteldichten Faserplatten sowie auf die Abgabe an flüchtigen Säuren (Essig- oder Ameisensäure).
Als Bindemittel lassen sie konventionelle Bindemittel wie z.B. Harnstoff-Formaldehydharze, Phenolformaldehydharze, polymeres Diphenylmethandiisocyanat (PMDI), aber auch Bindemittel auf der Basis nachwachsender Rohstoffe wie Tannin, Stärke, Lignin, Protein sowie Mischungen hiervon verwenden.
Die Verwendung der Ablagerungen kann entweder als Zusatz zu der Bindemittelflotte oder als getrennt Aufgabe auf das Holz oder Holzzerkleinerungsprodukte erfolgen. Dabei können die Ablagerungen in fester Form (Pulver) oder in Lösung gebracht verwendet werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Bindemittelflotte für Holz-zu-Holz-Bindungen, dadurch gekennzeichnet, dass feste Ablagerungen, die aus Brüden (9) während einer Dampftrocknung von Holz, Holzspänen oder Holzfasern entstehen, der Bindemittelflotte zugesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablagerungen in fester Form oder in Lösung zugesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablagerungen während der Dampftrocknung in einem geschlossenen Kreislauf durch Kondensation an einer Trockeneinrichtung (3) erhalten werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensation an Teilen der Trockeneinrichtung, vorzugsweise an einer Wandung eines Drehrohrtrockners (3) erfolgt.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Brüden (9) bei der Dampftrocknung im geschlossenen Kreislauf auf 350°C bis 550°C erhitzt werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Holz, die Holzspäne oder Holzfasern 10 bis 30 min der Dampftrocknung ausgesetzt werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Holz, die Holzspäne oder Holzfasern auf bis zu 90°C erwärmt werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Holz, Holzspäne oder Holzfasern vorzugsweise Nadelholz eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die festen Ablagerungen in Wasser, vorzugsweise Heißwasser unter Zusatz von Alkali sowie in organischen Lösungsmitteln in Lösung gebracht werden.
Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel konventionele Bindemittel wie UF-Harze, PMDI, PF-Harze, Mischharze oder Bindemittel auf der Basis nachwachsender Rohstoffe wie Tannine, Lignine, Stärke oder Proteine oder Mischungen davon verwendet werden.
Verwendung von während einer Dampftrocknung von Holz, Holzspänen oder Holzfasern erhaltenen, festen Ablagerungen, die aus Brüden (9) während der Dampftrocknung kondensieren, als Zusatz zu einem Bindemittel für Holz-zu-Holz Bindungen oder als Zugabe auf Holz, Holzspänen oder Holzfasern.