DE4122842C2 - Verfahren zur Herstellung von Faserplatten aus stückigen Holzpartikeln und Isocyanat als Bindemittel - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Faserplatten aus stückigen Holzpartikeln und Isocyanat als Bindemittel, wobei die Holzpartikel unter Wasserdampfüberdruck aufgeheizt und dabei zu Fasern zerkleinert werden und die Fasern mittels eines Blasgangs unter Expansion weitergeleitet und schließlich getrocknet werden. Es schließt sich dann die übliche Formgebung zu Matten und die entsprechende Weiterbehandlung an, bis die fertigen Faserplatten entstehen. Bei den in Rede stehenden Faserplatten handelt es sich um mitteldichte Faserplatten, bei denen als Holzpartikel Hackschnitzel und auch billige Holzsortimente eingesetzt werden können, um den Werkstoff Holz besser auszunutzen. Faserplatten sind hinsichtlich ihrer mechanischen und physikalischen Eigenschaften an sich mit Holzspanplatten vergleichbar, sie weisen jedoch eine gleichmäßige Dichte und Strukturfeinheit über die ganze Dicke der Platte auf. Darüberhinaus besitzen sie eine glatte, geschlossene Oberfläche, die eine einwandfreie Bearbeitung und eine große Zahl von Veredlungstechniken ermöglicht.

Aus der EP-PS 92 699 ist ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art bekannt. Die Holzpartikel werden in einem Kocher unter Wasserdampfüberdruck gekocht und in einen Aufbereiter überführt, in welchem die Holzpartikel zu heißen und nassen Fasern zerkleinert werden. Die heißen und nassen Fasern gelangen aus dem Aufbereiter über eine einen Blasgang aufweisende Blasvorrichtung in einen Abscheider. Der Kocher, der Aufbereiter und der Blasgang stehen unter Druck, beispielsweise 8 bar. Die Temperaturen der heißen Fasern liegen in der Größenordnung von 150 bis 160°C. Am Ende des Blasgang zum Abscheider findet eine Druckentspannung statt, also eine Expansion, da der Abscheider unter Normaldruck steht. Bei dem bekannten Verfahren soll ein organisches Polyisocyanat-Bindemittel gleich welcher Art auf die heißen und nassen Fasern aus der Aufbereitungsstufe in dem Blasgang aufgetragen werden, also in einem Bereich, in dem Überdruck herrscht. Die Aufgabe des Isocyanats erfolgt somit vor der Expansion. Insbesondere soll ein solches Polyisocyanat Anwendung finden, welches in Wasser eine Emulsion bildet und zusätzlich selbstablösend ist, damit Aushärteerscheinungen im Blasgang vermieden werden. Im Blasgang findet vorteilhaft eine Verwirbelung und homogene Verteilung des Isocyanats auf die heißen und nassen Fasern statt, so daß einerseits bei verwendung der speziellen Isocyanate eine Klumpenbildung vermieden wird und auch an der fertigen Faserplatte keine Leimflecken auftreten, wie dies vorteilhaft für alle im Blasgang zugegebenen Bindemittel gilt. Die Zugabe von wasserhärtenden Isocyanat-Typen im Blasgang auf die heißen und nassen Fasern führt jedoch zu einer Voraushärtung des Isocyanats, so daß die Gefahr besteht, daß sich am inneren Umfang des Rohrs des Blasgangs Anbackungen ergeben und der Blasgang zuwächst. Dies stört einen kontinuierlichen Betrieb erheblich und erfordert Betriebsunterbrechungen zur Reinigung des Blasgangs.

Aus Proceedings of the 16th WSU International Syposium Particleboard (1992), Seiten 261-267, ist die Hinzufügung von Bindemittel im Blasgang insbesondere hinsichtlich ihrer Vorteile beschrieben, wobei es als nicht kritisch angesehen wird, ob das Bindemittel in den Blasgang im Blasventil, kurz danach oder nahe dem Trocknereinlaß hinzugefügt wird. Es herrschen überall im Blasgang geeignete Bedingungen für einen turbulenten Durchfluß des Dampfes und der Fasern, so daß eine homogene Vermischung der Fasern und des Harzes gesichert ist. Sofern der Blasgang betriebsbedingt Rohrbögen und Umbiegungen aufweist, kann die Bindemittelzugabe im Blasgang in Richtung auf den Trockner verschoben werden. Als Bindemittel für die Harze wird beispielhaft Phenolharz benannt. Probleme, wie sie bei der Verwendung von Isocyanat als Bindemittel, insbesondere den heute üblichen wasserhärtenden Isocyanat- Typen auftreten, werden nicht diskutiert.

Aus "Tendenzen der MDF-Plattenerzeugung" in der Zeitschrift "Holz als Roh- und Werkstoff" 36 (1978), S. 379 bis 382, ist es bekannt, das Bindemittel am Ausgang des Trockners hinzuzufügen. Das Bindemittel gelangt dabei auf die infolge des Trocknungsvorgangs ebenfalls aufgeheizten, jedoch getrockneten Fasern. Es wird mit Hilfe von in der Spanplattenindustrie üblichen Beleimungsmischern auf die dünnen, heißen Fasern aufgebracht. Das Bindemittel wird dabei zwar unter Normaldruck auf die heißen Fasern aufgebracht, jedoch bestehen auch hier Probleme der Voraushärtung, denen durch die Verwendung großvolumiger Zwischenbunker entgegengewirkt wird. Eines der Hauptprobleme, die sich bei dieser konventionellen Faserbeleimung mit vorkondensierten Harnstoffharzen ergeben, ist die Bildung von Leimflecken, weil es offensichtlich trotz eines intensiven Mischvorgangs nicht gelingt, das Bindemittel gleichmäßig und in der erforderlichen feinen Verteilung auf die Fasern aufzubringen. Außerdem erfordert ein intensives Mischen und gar die Verwendung von großvolumigen Zwischenbunkern erhebliche Zeiträume, die der Vermeidung einer Voraushärtung des Bindemittels nicht förderlich sind.

Das aus der EP 00 78 960 B1 bekannte Verfahren zum Beleimen von teilchenförmigem Gut während der pneumatischen Gutförderung in einem Rohr wird ebenfalls an den bereits getrockneten Fasern angewandt, indem der Teilchenschleier auf einem Teil des Querschnitts des Rohres zusammengeführt und der Leim in dem so gebildeten, vom Gut freigehaltenen anderen Teil des Querschnitts mit der Luft vermischt wird. Die leimbeladene Luft wird mit dem Teilchenschleier in Kontakt gebracht. Als Leim wird insbesondere ein Polyisocyanat- Gemisch eingesetzt.

Die Hinzufügung von wasserverdünnbaren Harzen als Bindemittel bei der Herstellung von mitteldichten Faserplatten ist nicht kritisch. Die Hinzufügung kann im Blasgang oder an anderer beliebiger Stelle bis nach dem Trockner erfolgen. So zeigt beispielsweise die Derwent Publication AN 080 276 und die SU- A-1 021 629 die Hinzufügung von Harz als Bindemittel an einer Stelle des Verfahren zwischen dem Ende des Blasgangs in einem Separator und dem Beginn eines Trockners, also an einer Stelle, an der keine Expansion stattfindet, sondern die Fasern lediglich durch ein Gebläse gefördert werden. Aus der WO 89/07 716 ist es bekannt, den Trockner zweistufig auszubilden und das Bindemittel zwischen den beiden Stufen des Trockners hinzuzufügen. Die Hinzufügung von Harzen als Bindemittel bei der Herstellung von mitteldichten Faserplatten ist unkritisch. Isocyanat wird jedoch entweder im Blasgang oder nach dem Trockner, also auf die getrockneten Fasern aufgebracht; in beiden Fällen können sich Probleme hinsichtlich einer Voraushärtung ergeben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von mit Isocyanat verleimten Faserplatten der eingangs beschriebenen Art bereitzustellen, bei dem weder die Gefahr der Leimfleckenbildung besteht noch eine nennenswerte Voraushärtung des Isocyanats stattfindet.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Isocyanat auf die Fasern unmittelbar nach dem Ende des Blasgangs während der Expansionsphase aufgesprüht wird. Überraschenderweise wird damit eine Klumpenbildung im Fasermaterial und das Entstehen von Leimflecken an der fertigen Faserplatte vermieden, obwohl das Isocyanat im Herstellverfahren zu einem noch früheren Zeitpunkt als bei der bekannten Mischzugabe nach dem Trocknen erfolgt. Es wird jedoch in geschickter Weise die am Ende des Blasgangs erfolgende Expansion und der dabei eintretende Druck- und Temperaturverlust der Fasern genutzt, um das Isocyanat nicht mehr im Blasgang auf die heißen und nassen Fasern, sondern auf die vergleichsweise kälteren und trockeneren Fasern aufzubringen. Die Temperaturerniedrigung der Fasern ergibt sich entsprechend der Verdampfung von Wasser bei der Expansion. Die Fasern befinden sich im Zeitpunkt des Aufbringens des Isocyanats in einem Zustand erhöhter Bewegung mit erheblicher Geschwindigkeit, so daß eine fein verteilte Aufbringung möglich ist und einer Klumpenbildung von vornherein entgegengewirkt wird. Darüberhinaus kann auch die weitere Bewegung der mit dem Bindemittel versetzten Fasern in zwischengeschalteten Förderanlagen, insbesondere jedoch im Trockner, dazu benutzt werden, um die gleichmäßige und feine Verteilung des Bindemittels auf den Fasern zu vervollständigen. Eine Voraushärtung des Isocyanats wird vorteilhaft vermieden, und zwar nicht nur deshalb, weil das Isocyanat auf vergleichsweise kältere und trockenere Fasern aufgebracht wird, sondern auch deshalb, weil, wie Versuche ergeben haben, die Temperaturerhöhung im Trockner und die dabei vorhandene, sehr geringe Verweilzeit der Fasern nicht zu einer nennenswerten Voraushärtung führen. Vorteilhaft werden großvolumige Zwischenbunker und die vergleichsweise lange Verweilzeit in einem dem Trockner nachgeschalteten Zwangsmischer vermieden, so daß die beleimten Fasern nach dem Trocknen unmittelbar der Weiterverarbeitung zu Faserplatten zugeführt werden können. Damit ergibt sich nicht nur die Möglichkeit, von Leimflecken freie Faserplatten herstellen zu können, sondern die Durchlaufzeit und vor allen Dingen die wesentliche Kontaktzeit zwischen Isocyanat und Fasern wird gegenüber beiden im Stand der Technik bekannten Verfahren verkürzt.

Das Aufsprühen des Isocyanats kann am Ende der Expansion auf die dann unter Normaldruck stehenden Fasern stattfinden. Zu diesem Zeitpunkt hat sich die durch die Verdampfung des Wassers bewirkte Temperaturerniedrigung an den Fasern voll ausgewirkt, so daß das aufgesprühte Isocyanat jedenfalls nicht mehr in solche Temperaturbereiche erwärmt wird, wie dies bei der Zugabe im Blasgang der Fall ist.

Das Aufsprühen des Isocyanats erfolgt nicht wie im Stand der Technik entweder im Blasgang oder nach dem Trocknen, sondern zwischen diesen beiden Stellen unter Nutzung der Expansionsphase nach dem Ende des Blasgangs. Das Aufsprühen des Isocyanats kann beim Eintritt in einen Abscheider oder in einen Trockner erfolgen. Bei der Verwendung eines Abscheiders wird der danach folgende Trockner von einem Teil des Wasserdampfes entlastet. Wenn ein Abscheider in Fortfall kommt, ist es zweckmäßig, den Blasgang unmittelbar mit dem Trockner zu verbinden, um die Bewegung der Fasern im Trockner für die weitere Verteilung des in der Expansionsphase am Beginn des Trockners aufgebrachten Isocyanats auszunutzen.

Das Aufsprühen des Isocyanats kann unter Anwendung eines hohen Druckes des Isocyanats erfolgen. Darunter sind Drücke bis etwa zu bzw. in der Größenordnung von 20 bar zu verstehen.

Die Erfindung wird anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der wesentlichen Teile einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens,

Fig. 2 die wesentlichen Teile einer weiteren geeigneten Anlage für die Durchführung des Verfahrens,

Fig. 3 eine Detailverdeutlichung der Anlage gemäß Fig. 2 und

Fig. 4 eine weitere Einzelheit durch Verdeutlichung des Aufsprühens des Isocyanats.

In Fig. 1 ist schematisch ein Kocher 1 und ein Aufbereiter 2 dargestellt. Vom Aufbereiter 2 führt ein Blasgang 3 zu einem Abscheider 4. Dem Abscheider 4 ist über eine nicht dargestellte Zellenschleuse ein Förderer 5 nachgeschaltet. Weiterhin sind ein Trockner 6, der mit einem Gebläse 7 und einem Abscheider 8 versehen ist, vorgesehen.

Die stückigen Holzpartikel gelangen gemäß Pfeil 9 vermittels einer entsprechenden Einführeinrichtung in den unter Druck stehenden Kocher 1. In den Kocher 1 wird gleichzeitig gemäß Pfeil 10 Wasserdampf unter Druck eingebracht. Im Kocher 1 erfolgt das Erweichen der Holzpartikel, die dann in den Aufbereiter 2 überführt werden. Der Aufbereiter 2 kann mit Mahlscheiben o. dgl. versehen sein, um den Aufschluß der Holzpartikel zu feinen Fasern zu ermöglichen. Der Kocher 1, der Aufbereiter 2 und der Blasgang 3 stehen unter Überdruck. Der Blasgang 3 endet in dem Abscheider 4, wobei am Ende des Blasgangs 3 eine Expansion auf Normaldruck stattfindet, da im Abscheider Umgebungsdruck herrscht. Durch die Expansion tritt eine Verdampfung von Wasser ein. Dieser Wasserdampf wird im Abscheider 4 abgeschieden und kann gemäß Pfeil 10 dem Kocher 1 wieder zugeführt werden. Mit der Verdampfung von Wasser werden die Fasern abgekühlt und es erfolgt das Aufsprühen des Isocyanats gemäß Pfeil 11 im Abscheider 4 nach dem Ende des Blasgangs 3, also unter Normaldruck und unter erniedrigter Temperatur der Fasern. Die Fasern sind jedoch hier noch in Bewegung, so daß das fein verteilte Aufdüsen des Isocyanats möglich ist. Über einen Förderer 5 oder auch direkt aus dem Abscheider 4 gelangen die mit dem Isocyanat vermischten Fasern in den Trockner 6, in welchem weiterer Wasserdampf abgeschieden wird. Zwar wird hier durch die Zufuhr von heißer Luft die Temperatur der Fasern erhöht, jedoch ist die Durchlaufheit der Fasern durch den Trockner 6 nur vergleichsweise kurz, so daß eine nennenswerte Vorhärtung des Isocyanats vermieden wird. Im Abscheider 8 werden die Fasern und die Trocknungsluft voneinander getrennt und die mit Isocyanat beleimten Fasern können gemäß Pfeil 12 unmittelbar der Weiterverarbeitung zu Faserplatten, insbesondere der Mattenstreumaschine, zugeführt werden.

Bei der in Fig. 2 schematisch verdeutlichten Anlage zur Durchführung des Verfahrens ist der Blasgang 3 direkt mit dem Trockner 6 verbunden. Ein Abscheider 4 kommt damit in Fortfall. Hierdurch wird zwar die Menge des im Abscheider 8 abzuscheidenden Wasserdampfs erhöht, die Durchlaufzeit der Fasern durch die Anlage wird jedoch noch einmal verkürzt. Das Isocyanat als Bindemittel wird hier gemäß Pfeil 13 im Bereich des Trockners 6 aufgegeben, also auch unmittelbar nach dem Ende des Blasgangs 3. Die Aufgabe kann durch Eindüsen insbesondere am Anfang des Trockners 6 erfolgen.

Fig. 3 zeigt eine etwas gegenständlichere Darstellung einer Einzelheit der Anlage gemäß Fig. 2. Der Blasgang 3 endet hier in einem Verteilkopf 14 innerhalb einer Steigleitung des Trockners 6. Das Gebläse 7 ist in einem Ansauggehäuse untergebracht, welches auch ein Heizregister 15 aufweist. Eine Leitung 16 für das Isocyanat endet in einer Ringdüsenanordnung 17, die relativ zu dem Verteilkopf 14 in der Steigleitung des Trockners 6 positioniert ist, und zwar so, daß das Isocyanat auf die mit hoher Bewegungsenergie aus dem Verteilkopf 14 austretenden Fasern aufgebracht wird. Die Länge der Steigleitung des Trockners 6 wird dazu benutzt, um durch die auftretende Verwirbelung das Verteilen des Isocyanats in gleichmäßiger Weise und die Vermeidung der Leimflecken zu erreichen. In den Abscheidern 8 wird der Wasserdampf und die Heißluft des Trockners abgeschieden. Die mit Isocyanat beleimten Fasern werden über Zellenradschleusen ausgetragen und den weiteren Formgebungsstationen für die Faserplatten, die hier nicht dargestellt sind, zugeführt.

Fig. 4 zeigt eine Einzelheit beim Einsprühen des Isocyanats nach dem Ende des Blasgangs 3. Das Ende des Blasgangs 3 ragt in die Wandung eines Abscheiders 4 ein. Von dieser Wandung des Abscheiders 4 werden auch mehrere über den Umfang der Achse 18 des Blasgangs 3 verteilt angeordnete Düsenhalter 19 gehalten, die in den Innenraum des Abscheiders 4 vorstehend angeordnet sind. In den Düsenhaltern 19 sind Düsen 20 verschieb- und feststellbar angeordnet, mit deren Hilfe das Isocyanat auf den sich expandierenden Kegel der aus dem Ende des Blasgangs 3 frei austretenden Fasern aufgesprüht wird.

Anstelle des Einsprühens des Isocyanats in einem dem Ende des Blasgangs 3 nachgeordneten Abscheider 4 kann das Einsprühen auch im Anfangsbereich eines Trockners 6 erfolgen, wie dies anhand von Fig. 3 verdeutlicht ist.

Claims (4)

1. Verfahren zur Herstellung von Faserplatten aus stückigen Holzpartikeln und Isocyanat als Bindemittel, wobei die Holzpartikel unter Wasserdampfüberdruck aufgeheizt und dabei zu Fasern zerkleinert werden und die Fasern mittels eines Blasgangs unter Expansion weitergeleitet und schließlich getrocknet werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Isocyanat auf die Fasern unmittelbar nach dem Ende des Blasgangs (3) während der Expansionsphase aufgesprüht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufsprühen des Isocyanats beim Eintritt in einen Abscheider (4) oder in einen Trockner (6) erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufsprühen unter Anwendung eines hohen Drucks des Isocyanats erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Drücke bis 20 bar angewendet werden.