DE4224629A1 - Verfahren zum Recycling von Holzwerkstoffen - Google Patents
Verfahren zum Recycling von HolzwerkstoffenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Recycling von in der Regel plat
tenförmigen Elementen aus mit Harnstoff-Formaldehyd-Bindemitteln verleim
ten Holzwerkstoffen.
Holzwerkstoffe der in Rede stehenden Art sind insbesondere Holzfaserplat
ten, Holzspanplatten und Sperrholzplatten, die nicht beschichtet sein
müssen, aber häufig mit einer Beschichtung aus Kunststoff als Arbeitsplat
ten und Möbelelemente sowie als Elemente für den Innenausbau Verwendung
finden (Beschichtung mit HPL-Platten, d. h. Hochdruck-Schichtstoffplatten
od. dgl.). Mit dem Recycling von derartigen Elementen hat sich die Fachwelt
schon vor vielen Jahren befaßt (Anfang der 70er Jahre), da schon früh er
kannt wurde, daß hier wertvolles Material beim Verbrennen oder Deponieren
sinnlos und umweltgefährdend vernichtet wird. Bei einem damals vorgeschla
genen Verfahren sollten die Elemente in größere Teile gebrochen werden,
so daß sie im Druckraum eines Autoklaven Platz finden. Für die Technik des
thermisch-hydrolytischen Aufschlusses im Autoklaven darf auf den allgemein
bekannten Stand der Technik verwiesen werden, beispielsweise in Lueger
"Lexikon der Technik", DVA Stuttgart, Stichwort "Autoklaven" bzw. "Druck
behälter".
Das früher beschriebene Verfahren mußte mit relativ hohem Druck im Autokla
ven gefahren werden, die nach diesem Aufschließungsschritt vorliegenden
spanförmigen Grundbestandteile wurden dann wieder einer Verleimung mit
Harnstoff-Formaldehyd-Bindemitteln zu neuen Elementen zugeführt. Die Werk
stoffqualität der aus diesem Sekundärrohstoff hergestellten neuen Elemente
war aber so schlecht, daß sie eigentlich nicht ernsthaft eingesetzt werden
konnten. Trotz seitheriger vielfältiger Bemühungen der Fachleute ist es
bis heute nicht gelungen, ein zu neuen verleimten Elementen aus Sekundär
werkstoff mit zu Neuware vergleichbaren Eigenschaften führendes Verfahren
zu finden.
Der Lehre der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, anzugeben, wie man mit
einem Recycling-Verfahren der in Rede stehenden Art zu neuen Elementen mit
befriedigenden Eigenschaften, die mit denen aus Neuware gefertigter Elemente
zu vergleichen sind, kommt.
Eine erste Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Gegenstand des
Anspruchs 1, eine zweite Alternative ist Gegenstand des Anspruchs 3.
In beiden Alternativen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt im Vorbe
handlungsschritt zunächst ein Brechen der Elemente in kleine Bruchstücke,
d. h. Bruchstücke mit Abmessungen von einigen Zentimetern. Das hat zwei
Ergebnisse, einerseits eine wesentlich erhöhte Oberfläche für die Wechsel
wirkung mit dem gesättigten Wasserdampf im Aufschließungsschritt, also
eine wesentlich verbesserte Wirksamkeit des thermisch-hydrolytischen Auf
schlusses, andererseits eine wesentlich bessere Raumausnutzung im Druckbe
hälter, insbesondere im Autoklaven. Dadurch wird die Zerlegung in die
fasrigen, spanförmigen bzw. plättchenförmigen Grundbestandteile wesent
lich effektiver.
In der ersten Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt der wesent
liche Kern der Erfindung in der Wahl der richtigen Bindemittel für die er
neute Verleimung der Grundbestandteile zu neuen Elementen. Hier ist erkannt
worden, daß man mit den für Neuware bewährten Bindemitteln nicht arbeiten
kann, sondern anders einkondensierte Harnstoff-Formaldehyd-Bindemittel ver
wenden sollte, nämlich solche mit einem höheren Molverhältnis an Formaldehyd.
Diese Erkenntnis beruht auf der Tatsache, daß der thermisch-hydrolytische
Aufschluß der Bruchstücke zwar die fasrige Grundstruktur der Grundbestand
teile wiederherstellt, indem die durch die Verleimung gegebene Vernetzung
rückgängig gemacht wird, daß aber an den einzelnen Fasern, Spänen oder
Plättchen noch so viel Harnstoff-Reste anhaften, daß bei Einsatz normaler
Bindemittel ein Harnstoff-Überschuß eintritt, der die Eigenschaften der
dann entstehenden Elemente stark beeinträchtigt. Erfindungsgemäß wird der
so erkannte Harnstoff-Überschuß durch einen Formaldehyd-Überschuß im Bin
demittel kompensiert, so daß das dort vorliegende überschüssige Formaldehyd
mit dem an den Fasern befindlichen Rest-Harnstoff letztlich insgesamt wie
der zu den richtigen Einstellungsverhältnissen führt.
Die im Anspruch 3 beschriebene Alternative beruht zunächst auf der gleichen
Erkenntnis zu den Harnstoff-Resten auf den fasrigen Grundbestandteilen nach
Ablauf des Aufschließungsschrittes. Diese Alternative beinhaltet einen zu
sätzlichen Verfahrensschritt, nämlich den der Reinigung der Grundbestand
teile mit einer Reinigungsflüssigkeit, bei der es sich am besten um reines
Wasser handeln sollte. Dadurch werden die Harnstoff-Reste von den Fasern
abgespült und die Fasern werden in ihren Anfangszustand zurückgeführt.
Diese Maßnahme beruht auf der Erkenntnis, daß die Harnstoff-Reste durch den
Aufschließungsschritt wasserlöslich geworden sind und sich so in der Reini
gungsflüssigkeit ansammeln. Damit wird dann letztlich erreicht, daß die
fasrigen, spanförmigen, plättchenförmigen od. dgl. Grundbestandteile so
weiterverarbeitet werden können, wie das mit Neuware erfolgt, also insbe
sondere mit den üblichen Harnstoff-Formaldehyd-Bindemitteln oder auch mit
anderen Bindemitteln, beispielsweise auf Phenolharz-Basis. Man muß also
hier nicht mit den in Alternative 1 erforderlichen speziellen bzw. chemisch
speziell eingestellten Bindemitteln arbeiten.
In beiden Alternativen werden, wie Versuche ergeben haben, als Endprodukt
neue, in der Regel plattenförmige Elemente aus Holzwerkstoffen hergestellt,
die in ihren Eigenschaften den Elementen aus Neuware praktisch nicht nach
stehen.
Wie weiter oben schon erläutert worden ist, arbeitet man im Aufschließungs
schritt bevorzugt mit gesättigtem Wasserdampf, also in einer Sattdampfatmo
sphäre. Die dabei bevorzugten Temperatur-/Druck-Bereiche sind im Anspruch 4
angegeben. Die Zusammenhänge ergeben sich aus dem der Literatur entnehmbaren
Zustandsdiagramm von Wasser.
Versuche haben gezeigt, daß die im Anspruch 5 beschriebene Aufschließungszeit
ausreicht.
Aus verfahrenstechnischen Gründen und insbesondere aus Gründen der Optimie
rung der Energiebilanz des gesamten Verfahrens empfiehlt es sich, daß der
heiße Wasserdampf aus dem Aufschließungsschritt in einem Vorwärmschritt bei
normalem Druck zur Vorwärmung und Dämpfung der Bruchstücke verwendet wird.
Das kann in Verbindung mit einem Autoklaven sowohl bei chargenweiser als
auch beikontinuierlicher Beschickung passieren, man arbeitet gewissermaßen
im Gegenstrom, so daß das Aufwärmen der Bruchstücke im Autoklaven dann ent
sprechend weniger lange dauert und die Aufschließung etwas schneller wird.
Um eine Geruchsentwicklung zu unterbinden oder zumindest zu mindern, emp
fiehlt es sich, daß der Dampf aus dem Autoklaven vor dem Öffnen und Entlee
ren des Autoklaven abgesaugt und vorzugsweise durch Frischluft ersetzt wird.
Weiter empfiehlt es sich, daß nach dem Aufschließungsschritt, vorzugsweise
erst nach dem Reinigungsschritt, in einem Trennungsschritt verunreinigende
Materialreste wie Nichteisenmetalle, Kunststoffteile, Beschichtungsteile
etc. aus dem Sekundärwerkstoff abgetrennt werden. Diese Maßnahme empfiehlt
sich natürlich insbesondere bei mit Beschichtungen aus Kunststoff versehenen
Elementen als Ausgangsmaterial, beispielsweise Küchenarbeitsplatten od. dgl.
Es wäre für das aus dem Sekundärwerkstoff hergestellte neue Element ungün
stig, wenn sehr viele Verunreinigungen im Ausgangsmaterial enthalten sind.
Eine geringfügige Menge von relativ kleinvolumigen Verunreinigungen macht
hingegen nichts aus. Zweckmäßig erfolgt im Trennungsschritt eine Siebung
und Sichtung des Materials. Für die Konstruktion entsprechend passender
Sichter darf auf die Literatur verwiesen werden (siehe erneut Lueger "Lexi
kon der Technik" aaO zum Stichwort "Sichter").
Für das Verfahren nach der zweiten Alternative gemäß Anspruch 3, also das
Verfahren unter Einschluß des wesentlichen Reinigungsschrittes der Grundbe
standteile, empfiehlt es sich, daß die Spülung im Gegenstrom in einem Kas
kadensystem erfolgt, also die schon am besten gesäuberten Grundbestandteile
mit der saubersten Reinigungsflüssigkeit und die noch gar nicht gesäuberten
Grundbestandteile mit der schon am stärksten verschmutzten Reinigungsflüssig
keit gespült werden.
In der Reinigungsflüssigkeit, insbesondere also im Wasser, sammeln sich
Harnstoff-Verbindungen, im wesentlichen Methylolharnstoff, Dimethylol
harnstoff etc. Diese chemischen Produkte kann man ebenfalls für die wei
tere Verwendung nutzen, dazu empfiehlt es sich dann, daß die benutzte
(verschmutzte) Reinigungsflüssigkeit aufkondensiert, insbesondere mittels
Eindampfung oder Ultrafiltration eingedickt und so ein Reststoffkonzentrat,
das im wesentlichen Harnstoff-Verbindungen enthält, gewonnen wird.
Dieses Konzentrat besteht im wesentlichen aus den zuvor schon angegebenen
Harnstoff-Verbindungen. Verwendungsmöglichkeiten für ein solches Konzentrat
sind in den Ansprüchen 13, 14 und 15 beschrieben. Insbesondere die Nutzung
für die Reduktion von Stickoxiden in Verbrennungsanlagen erscheint nach
heutigem Wissensstand sehr interessant, da die betroffenen Materialien hier
besonders wirkungsvoll sind.
Claims (15)
1. Verfahren zum Recycling von in der Regel plattenförmigen Elementen aus
mit Harnstoff-Formaldehyd-Bindemitteln verleimten Holzwerkstoffen ohne oder
mit einer Beschichtung aus Kunststoff, insbesondere von Holzfaser-, Holzspan-
und Sperrholzplatten,
bei dem in einem Vorbehandlungsschritt die Elemente in kleine Bruchstücke gebrochen und evtl. vorhandene Metallteile wie Beschläge od. dgl. abgeschie den werden,
bei dem dann in einem Aufschließungsschritt die Bruchstücke über eine be stimmte Aufschließungszeit einer, vorzugsweise gesättigten Wasserdampfatmo sphäre unter hohem Druck und unter hoher Temperatur ausgesetzt werden und
bei dem dann der dann schon in seine fasrigen, spanförmigen bzw. plättchen förmigen od. dgl. Grundbestandteile zerfallene Werkstoff - Sekundärwerkstoff - zu neuen, in der Regel plattenförmigen Elementen verleimt wird, wobei zur Verleimung chemisch angepaßte, nämlich die an den Fasern, Spänen, Plättchen od. dgl. noch anhaftenden Reste von Harnstoff einkondensierende Harnstoff- Formaldehyd-Bindemittel verwendet werden.
bei dem in einem Vorbehandlungsschritt die Elemente in kleine Bruchstücke gebrochen und evtl. vorhandene Metallteile wie Beschläge od. dgl. abgeschie den werden,
bei dem dann in einem Aufschließungsschritt die Bruchstücke über eine be stimmte Aufschließungszeit einer, vorzugsweise gesättigten Wasserdampfatmo sphäre unter hohem Druck und unter hoher Temperatur ausgesetzt werden und
bei dem dann der dann schon in seine fasrigen, spanförmigen bzw. plättchen förmigen od. dgl. Grundbestandteile zerfallene Werkstoff - Sekundärwerkstoff - zu neuen, in der Regel plattenförmigen Elementen verleimt wird, wobei zur Verleimung chemisch angepaßte, nämlich die an den Fasern, Spänen, Plättchen od. dgl. noch anhaftenden Reste von Harnstoff einkondensierende Harnstoff- Formaldehyd-Bindemittel verwendet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Harnstoff-Formaldehyd-
Bindemittel mit einem überproportional hohen Molverhältnis an Formaldehyd
verwendet werden.
3. Verfahren zum Recycling von in der Regel plattenförmigen Elementen aus
mit Harnstoff-Formaldehyd-Bindemitteln verleimten Holzwerkstoffen ohne oder
mit einer Beschichtung aus Kunststoff, insbesondere von Holzfaser-, Holzspan-
oder Sperrholzplatten,
bei dem in einem Vorbehandlungsschritt die Elemente in kleine Bruchstücke gebrochen und evtl. vorhandene Metallteile wie Beschläge od. dgl. abgeschie den werden,
bei dem dann in einem Aufschließungsschritt die Bruchstücke über eine be stimmte Aufschließungszeit einer, vorzugsweise gesättigten Wasserdampfatmo sphäre unter hohem Druck und unter hoher Temperatur ausgesetzt werden und bei dem in einem Reinigungsschritt der dann schon in seine fasrigen, span förmigen, plättchenförmigen od. dgl. Grundbestandteile zerfallene Werkstoff bei normalem Druck intensiv mit einer Reinigungsflüssigkeit, insbesondere mit reinem Wasser, gespült wird und so ein von anhaftenden Harnstoff-Resten befreiter Sekundärwerkstoff hergestellt wird, der mit für Neuware geeigne ten Bindemitteln zu neuen Elementen verleimt werden kann.
bei dem in einem Vorbehandlungsschritt die Elemente in kleine Bruchstücke gebrochen und evtl. vorhandene Metallteile wie Beschläge od. dgl. abgeschie den werden,
bei dem dann in einem Aufschließungsschritt die Bruchstücke über eine be stimmte Aufschließungszeit einer, vorzugsweise gesättigten Wasserdampfatmo sphäre unter hohem Druck und unter hoher Temperatur ausgesetzt werden und bei dem in einem Reinigungsschritt der dann schon in seine fasrigen, span förmigen, plättchenförmigen od. dgl. Grundbestandteile zerfallene Werkstoff bei normalem Druck intensiv mit einer Reinigungsflüssigkeit, insbesondere mit reinem Wasser, gespült wird und so ein von anhaftenden Harnstoff-Resten befreiter Sekundärwerkstoff hergestellt wird, der mit für Neuware geeigne ten Bindemitteln zu neuen Elementen verleimt werden kann.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
im Aufschließungsschritt mit einer Temperatur zwischen 120°C und 180°C
(390 bis 450 K), vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 140°C und 160°C
(410 bis 430 K) und mit einem Druck zwischen 2 und 11 bar, vorzugsweise
zwischen 4 und 5 bar gearbeitet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß
eine Aufschließungszeit von 2 bis 5 min, vorzugsweise von ca. 3 min, bei
einer Vorlaufzeit (Aufheizzeit) von 0,5 bis 2 min, vorzugsweise von ca.
1 min, eingehalten wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
der heiße Wasserdampf aus dem Aufschließungsschritt in einem Vorwärmschritt
bei normalem Druck zur Vorwärmung und Dämpfung der Bruchstücke verwendet
wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß
der Aufschließungsschritt in einem chargenweise oder kontinuierlich beschick
ten Autoklaven durchgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf aus dem
Autoklaven vor dem Öffnen und Entleeren des Autoklaven abgesaugt und vor
zugsweise durch Frischluft ersetzt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß
nach dem Aufschließungsschritt, vorzugsweise erst nach dem Reinigungsschritt,
in einem Trennungsschritt verunreinigende Materialreste wie Nichteisenme
talle, Kunststoffteile, Beschichtungsteile etc. aus dem Sekundärwerkstoff
abgetrennt werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung
durch Siebung und/oder Sichtung erfolgt.
11. Verfahren nach Anspruch 3 und ggf. einem der Ansprüche 4 bis 10, da
durch gekennzeichnet, daß die Spülung im Gegenstrom in einem Kaskadensystem
erfolgt, also die schon am besten gesäuberten Grundbestandteile mit der
saubersten Reinigungsflüssigkeit und die noch gar nicht gesäuberten Grund
bestandteile mit der schon am stärksten verschmutzten Reinigungsflüssig
keit gespült werden.
12. Verfahren nach Anspruch 3 und ggf. einem der Ansprüche 4 bis 11, da
durch gekennzeichnet, daß die benutzte (verschmutzte) Reinigungsflüssigkeit
aufkondensiert, insbesondere mittels Eindampfung oder Ultrafiltration ein
gedickt und so ein Reststoffkonzentrat, das im wesentlichen Harnstoffver
bindungen enthält, gewonnen wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Reststoff
konzentrat als Sekundärrohstoff für die Herstellung von Leimen auf Basis
Harnstoffharz insbesondere wieder für die Herstellung entsprechender Holz
elemente verwendet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Reststoff
konzentrat für die Harzkondensation von Harnstoff-Formaldehyd-Harzen ver
wendet wird.
15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Reststoff
konzentrat für die selektive, nichtkatalytische Reduktion von Stickoxiden
(NOx) in Verbrennungsanlagen verwendet wird.
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