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Verfahren zur Herstellung von Formkörpern, wie Platten, aus Faserstoffen
und Kunstharz-Bindemitteln
Gegenstand der Erfindung ist ein neuartiges und besonders
vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung von Formkörpern, wie Platten, aus Faserstoffen
und Kunstharz-Bindemitteln durch Zerfasern zellstoffhaltiger Rohstoffe, wie Holz,
Stroh, Überführung der zerfaserten Stoffe in wäßrige Aufschlemmungen, Zusatz von
Kunstharzen, Ausfällen der Kunstharze, Entwässern und Verformen des Faserstoff-Kunstharz-Breies
sowie Heißverpressen der entwässerten Vliese.
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Im allgemeinen werden die hekannten Verfahren lieser .Nrt in der
Weise durchgeführt, daß die zu zerfasernden Rohstoffe, wie Hölzer, zunächst in Hackrotoren
zerkleinert werden, und das zerkleinerte Gut dann in geeigneten Einrichtungen, wie
Defibratoren bei erhöhter Temperatur von in allgemeinen etwa 160 bis T800 und entsprechendem
Druck in kontinuierlichem Arbeitsgang gedämpft und mittels schnell rotierender Scheiben
zerfasert wird. Hierauf werden die so aufgeschlossenen und zerfaserten Stoffe in
wäßrige Aufschlemmungen ühergefiihrt, indem sie durch eine Ventilsteuerung in den
sogenannten Zyklon gestoßen werden, wobei die Dämpfe mittels Kaltwasser niedergeschlagen
werden und der jeweils gewünschte Verdiinnungsgra(l eingestellt wird Den auf diese
Weise erhaltenen wäßrigen Faserstoffaufschlemmungen werden dann in einer Misch-
bütte
Kunstharz-Bindemittel und etwaige sonstige Zuschläge, z. B. wasserlösliche Phenol-Formaldehyd-Kondensationsprodukte
im Resol- oder Novalakzustand, zugefügt. Im letzteren Falle sind dabei geeignete
Maßnahmen vorzusehen, um den Novalak in die härtbare Form überzuführen. Die Resole
werden in den meisten Fällen in wasserlöslicher Reaktionsstufe zur Anwendung gebracht.
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Die so mit Kunstharz versetzten Faserstoffaufschlemmungen werden hierauf
mittels einer organischen oder anorganischen Säure angesäuert, um das sich in Lösung
befindliche Kunstharz auf die Faser auszufällen, worauf dann der Faserstoff-Kunstharz-Brei
entwässert und verformt wird und die entwässerten Vliese einer Heißverpressuiig
unterworfen werden.
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Diesen bekannten Verfahren haftet eine ganze Reihe mehr oder minder
schwerwiegender Nachteile und Mängel an, die sich aus der oben geschilderten, allgemein
üblichen Arbeitsweise ergeben und deren Abstellung bisher nicht gelungen ist. So
ist es bisher nicht möglich gewesen, eine wirkliche Tiefenimprägnierung der Faserstoffe
mit dem Bindemittel herbeizuführen, indem bei Ausfällung der Kunstharze diese zum
größten Teil auf der Faser und nicht, wie es an sich erwünscht wäre, in der Faser
sitzen. Außerdem sind diese bekannten Verfahren auf ein diskontinuierliches Arbeiten
angewiesen und lassen es deshalb nicht vermeiden, daß die Erzeugnisse starken Beschaffenheitsschwankungen
unterworfen sind, zumal das Vermischen der Faserstoffaufschlemmungen mit den Kunstharzen
in der Bütte eine rein mechanisch-emprische Maßnahme darstellt und damit ebenfalls
zu Schwankungen in der Beschaffenheit der Erzeugnisse führt. Zu einem ungleichmäßigen
Anfall der erhaltenen FaserstoR.ormkörper trägt dahei auch noch die Alterung der
Kunstharze bei, da diese von den Faserstofformkörpererzeugungsglätten allgemein
üblicherweise fertig bezogen werden, durch Lagerung weiterkondensieren sowie teilweise
oder gar ganz wasserunlöslich werden und hierdurch für die ihnen zugedachten Zwecke
als Bindemittel mehr oder minder beeinträchtigt. wenn nicht gar gänzlich unbrauchbar
werden und sie somit zumindestens in schwankender Alterungsstufe zur Anwendung gelangen.
Ebenso beeinträchtigen auch die untereinander verschiedenen Herstellungsarten der
Kunstharzhersteller den g]eichmäßigen Verlauf der Produktion. Ein weiterer wesentlicher
Nachteil der bisherigen Arbeitsweisen besteht schließlich auch noch darin, daß durch
die thermomechanische Zerfaserung der zellstoffhaltigen Rohstoffe organische Säuren,
z. B.
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Ameisensäure und Essigsäure, frei werden, welche zu starken Korrosionen
der Zerfaserungseinrichtungen führen, und für die der Anfressung besonder ausgesetzten
Einrichtungsteile die Verwendung kostspieliger Spezialstähle notwendig machen.
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Gemäß der Erfindung gelingt es nun, alle diese Nachteile zu beheben,
und zwar dadurch, daß die Kunstharze in Form ihrer Bildungskomponenten sowie deren
sauren oder vorzugsweise alkalischen Katalysatoren während des Zerfaserungsvorganges
der zellstoffhaltigen Rohstoffe zugesetzt werden. Geht man in dieser Weise vor,
so erhält man gleichmäßig verteilte Kunstharze mit ausgesprochener Tiefenimprägnierung,
welche kontinuierlich während des Zerfaserungsvorganges gebildet werden, womit also
auch das gesamte Verfahren kontinuierlich gestaltet werden kann; und man auch von
der im Einzelfall zufällig vorhandenen Alterungsstufe der Kunstharze unabhängig
wird und so auch alle damit verbundenen Beschaffenheitsschwankungen der Enderzeugnisse
in NVegfall kommen. So kann man im Sinne der Erfindung z. B. Phenole, Kresole, saure
Öle, Carbamide oder sonstige, zur Bindung der Fasser gewählte chemische Bildungskomponenten
mit Formaldehyd und sauren oder vorzugsweise alkalischen Katalysatoren dem Dämpfraum
der Zerfaserungseinrichtungen zuführen und in demselben aufeinander einwirken lassen.
Je nach Wahl der einzelnen Bildungskomponenten lassen sich so die jeweils gewünschten
Kunstharzqualitäten ohne Schwierigkeinen und in geiiauer Vorherbestimmung erzeugen.
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Bei alledem ist naturgemäß Art und SIenge der Katalysatoren derart
zu wählen und abzustimmen, daß die Bildung von wasserunlöslichen Kunstharzen innerhalb
des Dämpfraumes vermieden wird.
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Auch der Durchsatz des Fasergutes durch den Dampfraum ist regelbar,
doch wird man auch bei einem Arbeiten gemäß der Erfindung die bisherige Durchsatzgeschlvindigkeit
im allgemeinen nicht zu verändern brauchen, da die notwendige Reaktionsgeschwindigkeit
der Kunstharzbildungskomponenten durch die im Dampfraum herrschenden Temperaturen
von etwa 160 bis 1800 im allgemeinen sichergestellt ist und erforderlichenfalls
durch entsprechende Wahl des Katalysators und/oder Regelung der Temperatur leicht
auf die jeweils gewünschte Zeit eingestellt werden kann.
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Im allgemeinen kann aber die Temperatur in Ahahängigkeit von den jeweils
gewünschten Enderzeugnissen und deren Verwendungszwecken sogar noch wesentlich herabgesetzt
werden, ohne den Wert des erfindungsgemäßen Verfahrens und der mit ihm verbundenen
Vorteile herahzusetzen.
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Wenn bei ausgesprochen niedrigen Temperaturen gearheitet wird, so
verlängert sich die notwendige Reaktionszeit entsprechend. Dies kann aber durch
Zugabe üblicher Beschleunigungskatalysatoren entsprechend ausgeglichen werden.
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Um diese Vorteile möglichst weitgehend auszunutzen, ist es zweckmäßig,
bei Temperaturen zu arbeiten, welche damit rechnen lassen, daß auch die Aufschlußprodukte
der verarbeiteten zellstoffhaltigen Rohstoffe, welche bei der bisher üblichen Arbeitsweise
in die Abwässer und damit verlorengehen, mit den zugesezten Kunstharzbildungskomponenten
reagieren. Auf diese Weise lassen sich so wesentliche Ersparnisse im Bindemittelverhrauch
erzielen, die Verluste an Rohstoff heralisetzen und Abwasserschwierigkeiten vermeiden,
denen auch sonst dadurch gesteuert wird, daß sich im Rahmen des vorliegenden Verfahrens
die Bil-
duiig saurer Abwässer vermeiden läßt und denselben die
für eine biologische Reinigung notwendigen Nährstoffe in Form von Ammoniakverbindungen
zugeführt werden können.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch in der NVeise durchgeführt
werden, daß während des Zerfaserungsvorganges der zellstoffhaltigen Rohstoffe lediglich
alkalisch reagierende Stoffe zugesetzt werden, die in einer späteren Stufe des Verfahrens
als Härtungsbeschleuniger wirken können.
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Ein deral-tiger Zusatz erfolgt in solchen Mengen, daß die Faserstoffaufschlemmung
praktisch neutral reagiert. So kann man beispielsweise nur Ammoniak zusetzen, um
innerhalb der Zerfaserungseinrichtung die Ameisensäure oder Essigsäure im statu
nascendi zu neutralisieren und die sonst auftretenden Korrosionen zu vermeiden.
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Wach dem Austritt aus dem Zyklon kann dann der Faserfrei auf seinen
pH-Wert geprüft und durch entsprechende Regelung der Ammoniak- oder sonstigen Alkali
zugabe in jeweils gewünschter Weise eingestellt werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner auch in der Weise durchgeführt
werdeii, daß die Kunstharzbildungskomponenten in solcher Abstimmung aufeinander
zugesetzt werden, daß sich während des Zerfaserungsvorganges Novolake bilden und
die zur Bildung härtbarer Kunstharze dauii noch fehlenden Methylengruppen in Form
entsprechender Verbindungen, z. B. Ilexametbylentetramin, in einer späteren Stufe
drs Verfahrens zugesetzt werden. Aus diese Weise erhält man Formkörper, welche besonderes
fest und widerstandsfähig gegen Feuchtigkeit, Atmosphärilieu, Insektenfraß sind.
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A u s f ü h r u n g s b e i s p i e l e 1. Etwa 17 kg Holz werden
in 1 Minute dem Defibrator zugeführt. Gleichzeitig damit werden in den Dämpfraum
so viel Phenole und Formaldehyd eingedrückt, daß beide, auf Phenol berechnet, mindestens
im Molverhältnis 1 : 1 zur Reaktion gelangen, sowie Ammoniak als Katalysator in
einer Menge zugesetzt, daß einerseits eine Neutralisation der entstehenden organischen
Säuren und andererseits die gewünschte Reaktionsbeschleunigung herbeigeführt wird.
Die Dosierung der Kunstharzbildungskomponenten hängt dabei davon ab, mit wieviel
Prozent Kunstharz, berechnet auf den trockenen festen Formkörper, man je nach dessen
Verwendungszweck zu arbeiten wünscht. Der Prozentsatz an schließlichem Festharz
in dem fertigen Formkörper kann von etwa 2 bis 25% und mehr schwanken. Die Weiterverarbeitung
auf Formkörper erfolgt in der üblichen Weise.
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2. r7kg Holz werden in 1 WIinute dem Defibrator zugeführt und dazu
so viel Kresol und Formaldehyd, daß sich Resole bilden. Außerdem werden solche Mengen
Bariumhydroxyd, gelöst in NVaãser, zugesetzt, daß ein lösliches Kunstharz erzielt
wird, in welchem das Bariumhydroxyd kolloidal feinverteilt ist und durch den Zusatz
von viel Wasser scheinbar emulgiert wird. Befindet sich der so vorbereitete Stoffbrei
in genügender A[enge in der Maschinenbutte, so wird er mit so viel Schwefelsäure
angesäuert bzw. neutralisiert, daß der pH-Wert noch etwa 7 bis 8 oder mehr beträgt.
Anschließend wird der Stoff auf übliche Weise entwässern, worauf dann die entwässerten
Vliese verpreßt werden. Der Zusatz von Katalysatoren oder anderen Zuschlägen kann
dabei von wenigen Bruchteilen eines Prozentes bis zum Vielfachen der angewandten
Harzbildungsbasis schwanken.