DE967989C - Verfahren zur Herstellung von kunstholzartigen Formkoerpern, insbesondere Hartplatten, aus einem Faser-Span-Gemisch - Google Patents

Description

(WiGBl. S. 175)

AUSGEGEBEN AM 2. JANUAR 1958

B 16959 Ib j

Es ist bekannt, Holz- oder Braunschliff im Naßverfahren unter Aufschwemmung dieser oder ähnlicher Fasermassen im Verhältnis von 0,5 bis 3% Festsubstanz, an Fasern zu 100 Teilen Wasser gerechnet, auf Lang- oder Rundsiebmaschinen oder Gießpressen zu verformen, teilweise zu entwässern und diese so gewonnenen Faserkuchen mit einem Feuchtigkeitsgehalt von mindestens 40% zwischen beheizten Preßflächen unter Anwendung hydraulischer Drücke von mindestens 12 kg/qcm gleichzeitig zu harten Platten zu verdichten und zu trocknen. Der Trocknungsprozeß erforderte je nach Stärke der Platten 15 Minuten oder mehr, demzufolge müssen — um größere Produktionen zu erzielen — die Heizpressen sehr groß ausgelegt werden bzw. eine Unzahl von sogenannten Etagen besitzen. Die Austrocknung und Verpressung erfolgt in der Regel nach bestimmten Temperaturkurven, beispielsweise beginnend mit 160° C, dann zunächst abfallend auf beispielsweise 120⁰C, bedingt durch die Abkühlung des Wassers, wobei die Preßzeiten entsprechend der notwendigen Austrocknung bei einer Plattenstärke von 4 mm in der Regel mindestens 15 Minuten betragen.

Einer der Nachteile bei diesem Prozeß besteht darin, daß die noch feuchten, sehr formempfindlichen Faserplattenkuchen, die in der Regel etwa 1 m breit und mehrere Meter lang sind, nur mittels besonderer Transportträger in die Presse gebracht werden können, beispielsweise mit Sieben oder Blechen. Ferner ist die Verschmutzung der Siebe und Bleche oder gar der Presse selbst infolge der nassen Struktur des Faserplattenkuchens sehr groß.

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Man hat auch Faserplatten dadurch hergestellt, daß man dem Faserbrei relativ hohe Mengen Kunstharz zugesetzt hat. Diese Platten können zwar nach ihrer Verformung in entsprechenden Trocknern vorgetrocknet werden unter Berücksichtigung des Kondensationspunktes des benutzten Kunstharzes, indem nämlich die Platte im Trockner zwar vollkommen wasserfrei vorgetrocknet, aber entsprechend der Eigenart des Kunstharzes die Fließbarkeit des Kunstharzes ίο beibehalten wird. In letzterem Falle ist es möglich, eine bereits trockene Faserplatte nachträglich heiß zu verpressen, wobei das Kunstharz zum Fließen kommt und die durch Pressung erreichte Dichte gewissermaßen arretiert; nach erfolgtem Kühlungsprozeß oder erfolgter Endkondensation verbleibt dann eine Faserplatte von sehr hoher Dichte. In dieser Weise können auch doppelseitig glatte Platten hergestellt werden, was in dem erstbeschriebenen Naßverfahren nicht möglich ist. Ein Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, daß nur die Zugabe von relativ hohen Mengen Kunstharz die nachträgliche Fließmöglichkeit des Faserstoffkuchens auch im trockenen Zustand ermöglicht.

Ferner hat man Trockenverfahren entwickelt, bei denen trockene Späne, Holzstücke, Faserstoffe jeglicher Art oder Gemische von allen benutzt werden. Diese beschriebenen Faserstoff- oder Holzgemenge werden in der Regel entweder mit Kunstharzpulver gemischt oder mit Kunstharzlösungen oder -emulsionen benetzt. Das kunstharzbenetzte Holzgemisch wiederum wird unter Druck vorgeformt und danach unter entsprechend höherem hydraulischem Druck von 3 bis 100 kg/qcm zu homogenen Kunstharzplatten verformt bzw. werden durch den Kunstharzanteil die Holzstücke in der Hitze miteinander verklebt und verschweißt.

Auch diese Verfahren haben den Nachteil, daß sie nicht unbeträchtliche Mengen an Kunstharz in Anspruch nehmen, was ihren wirtschaftlichen Wert herabsetzt.

Eine weitere bekannte Verfahrenstechnik kennzeichnet sich dadurch, daß z. B. zerfasertes Holzmaterial im Wasser zur Pulpe aufgeschwemmt und dieser Pulpe z. B. 50% plastisch gemachte Holzspäne zugesetzt werden und das Ganze unter Zuhilfenahme von Kunstharz zur Verpressung gelangt. Bei diesem Verfahren werden 50 °/₀ Defibrationskosten und ungefähr auch die gleiche Menge Kunstharz eingespart; ferner wird der Trocknungsvorgang erleichtert und wirtschaftlicher.

Es wurde nun gefunden, daß Holzmaterial bei einer bestimmten mechanischen und chemischen Vor- und Nachbehandlungsmethode zu einem innerlichen chemischen Umbau gebracht werden kann, dergestalt, daß die Holzstruktur zum Fließen kommt, so daß es möglich wird, die nachfolgend näher beschriebenen Holzfaserplatten ohne Zuhilfenahme von fremden Bindemitteln zu einem dichten homogenen Holzkörper, insbesondere großflächigen Platten, zu verpressen, wobei gleichzeitig nicht nur Holzfasern zur Benutzung gelangen, allenfalls Faserbündel, sondern auch dünnflächige vegetabilische Körper, wie z. B. Maschinenhobelspäne u. ä.

Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht darin, daß in an sich bekannter Weise sauer vorbehandelte (z. B. durch Dämpfen) faserhaltige Vegetabilien in zerfasertem Zustand als wäßrige Pulpe mit einem ebenfalls (z. B. durch Dämpfen) sauer vorbehandelten, jedoch grobstückigen und unzerfaserten vegetabilischen Gut, z. B. Holzspäne, vermischt und naß verformt werden, worauf das vorverdichtete Formstück vor der Endverpressung möglichst weitgehend wasserfrei gemacht und das trockene Formstück bei Temperaturen von 175 bis 190⁰C innerhalb von maximal 4 Minuten wie üblich fertiggepreßt bzw. ganz verdichtet wird.

Es ist bereits früher vorgeschlagen worden, nur gedämpfte oder auch unter Zusatz von Kalk vorbehandelte faserhaltige Vegetabilien zerfasert und als Faserbrei zur Verfilzung und nassen Verformung einer Langsiebmaschine oder einer Saugwalze und anschließend zur Verdichtung und zum Auspressen der Feuchtigkeit Druckwalzen zuzuführen. Darauf sollen nach diesen bekannten Verfahren die Platten getrocknet und in einer Presse unter Hitze fertiggepreßt und verdichtet werden. Die nach diesen bekannten Verfahren gewonnenen Hartfaserplatten kommen praktisch ohne zusätzliche Bindemittel aus.

Gegenüber diesem bekannten Verfahren unterscheidet sich die Erfindung aber dadurch, daß nach dieser nicht Hartfaserplatten, sondern Platten aus einem Faser-Span-Gemisch hergestellt werden sollen, wobei ebenfalls der Zusatz eines Bindemittels überflüssig sein soll.

Der Erfindung lag demnach die Aufgabe zugrunde, an sich bekannte Hartfaser-Span-Gemischplatten herzustellen, bei denen bisher durchweg der Zusatz eines Bindemittels als unbedingt erforderlich angesehen wurde.

Nach der Erfindung wird dieser Bindemittelzusatz nun dadurch vermieden, daß faserhaltige Vegetabilien sauer (z. B. durch Dämpfen) vorbehandelt in zerfasertem Zustand als wäßrige Pulpe mit einem ebenfalls sauer (z. B. durch Dämpfen) vorbehandelten, jedoch grobstückigen und unzerfaserten vegetabilischen Gut, vorzugsweise Spänen, vermischt und naß verformt werden. Anschließend wird das vorverdichtete Formstück vor der Endverpressung möglichst weitgehend wasserfrei gemacht, worauf das trockene Formstück bei Temperaturen von 175 bis 190⁰C innerhalb von χ höchstens 4 Minuten wie üblich fertiggepreßt bzw. endverdichtet wird.

Durch die saure Vorbehandlung sowohl der zerfaserten Vegetabilien als auch des grobstückigen und unzerfaserten vegetabilischen Gutes, etwa der Späne, können erstere als Bindemittel für die Späne dienen. Dieser Erfolg, nämlich die Wirkung der zerfaserten Vegetabilien als Bindemittel für Holzspäne, war auf Grund des vorbekannten Verfahrens nicht zu erwarten, da dieses sich lediglich mit der Herstellung von Hartfaserplatten befaßt, die kern unzerfasertes und grobstückiges vegetabilisches Gut enthalten. Die Erkenntnis, daß zur Erzielung dieses Erfolges die saure Vorbehandlung sowohl der zerfaserten Vegetabilien als auch des grobstückigen Gutes notwendig ist, muß als Verdienst der Erfindung angesehen werden.

Das gesamte Verfahren zerfällt in drei Teile, die aufeinander abgestimmt sein müssen, d. h. erstens in die mechanisch-technische Aufbereitung des Faserstoffes und des ganzstückigen, dünnflächigen vegetabilischen Materials wie Holzspäne; zweitens in die Naßverformung und drittens in die Endverformung und -verpressung bzw. Beheizung.

In der Stufe Aufbereitung wird in üblicher Weise das vegetabilische Material, beispielsweise Holz, in kleine

ίο Stücke, wie es in der Zellstoffindustrie üblich ist, in einer Hackmaschine zerhackt, darauf in bekannter Weise von Sägemehl und Splittern befreit. Voraussetzung für den Endprozeß ist, daß das so gewonnene Material einer sauren Reaktion unterworfen wird. Dies kann erfolgen durch Zuführung von Dampf, vorzugsweise in geschlossenen Gefäßen, beispielsweise Kugelkochern, wobei sich in bekannter Weise Ameisen- und Essigsäure bildet. Der hierbei erfolgende Abbau darf jedoch nicht mehr als io°/o ^von d-^er ursprünglichen trockenen Gewichtsmenge betragen, und die angewandten Temperaturen sollen hierbei nicht mehr als 130⁰C sein. Die Reaktionszeit richtet sich nach der Art des Rohstoffes und beträgt z. B. bei Buche etwa ι Stunde. Das so gewonnene saure Holz- und Fasermaterial wird dann anschließend in üblicher Weise in Raffineuren oder Kollergängen oder ähnlichen Zerfaserungsmühlen aufgeschlossen, d. h. weitgehendst in die biologisch gewachsenen Einzelfasern zerlegt. Parallel zu diesem Vorgang werden ebenfalls im sauren Verfahren beispielsweise Maschinenhobelspäne in gleicher Weise gedämpft, anschließend jedoch nicht einem Zerfaserungsprozeß unterworfen.

Diese Materialien werden nun in einer Mischbütte bei einer Konsistenz von 0,5 bis 3 °/₀ Festsubstanz, auf das üblich zugegebene Wasser gerechnet, vermischt, wobei in bekannter Weise wasserabweisende Imprägnierungen und/oder hitzebeständige Gleitmittel zugegeben werden können; diese jedoch nur zu etwa 50% der sonst üblichen Mengen unter Beibehaltung der gleichfalls bekannten üblichen Ausfällungsmethoden, z. B. Aluminiumsulfat.

Eine derartige Pulpe, die in ihrem überwiegenden Bestandteil aus Wasser besteht und einen p_H-Wert von 4 haben soll, also unter allen Umständen wiederum sauer sein muß, wird in üblicher Weise auf Lang- oder Rundsiebmaschinen oder Gießkästen in eine Faserbahn verformt und bis zu 50% mechanisch z.B. mittels Preßrollen entwässert. Dieser halb verdichtete, noch feuchte Faserstoff kuchen in Form einer feuchten Platte gelangt nunmehr in einen Trockenkanal und wird zunächst auf etwa 5 bis 10, vorzugsweise 8 % Restfeuchtigkeit getrocknet, wobei die Trocknung so zu steuern ist, daß eine äußerliche Verhornung des Faserstoffkuchens stattfindet. Dies geschieht beispielsweise dadurch, daß die Trocknung unter relativ hohen Temperaturen mit kurzer Trocknungsdauer vor sich geht. Die getrocknete Platte hat dann ein spezifisches Gewicht von 0,5 bis 6.
Nach dem Verlassen des Trockenkanals wird die Platte in Stapeln ohne Zwischenlagen einem Hochfrequenzfeld zugeführt und im Hochfrequenzfeld auf Darren fertig getrocknet, wobei die Endtrocknung entsprechend der Hochfrequenz-Trocknungswirkung von innen nach außen erfolgt. Die Fertigtrocknung kann bei einem Feuchtigkeitsgehalt zwischen 5 und 20 % abgebrochen oder aber bis zur absoluten Trockenheit fortgesetzt werden. Eine dementsprechende Steuerung ist im Hochfrequenzfeld ohne weiteres möglich. Die so nachgeheizten Platten werden mit einer Temperatur von über 100⁰C nunmehr in eine übliche Heizplattenpresse, die aber ohne Siebe sein kann, eingefahren. Die Platten verbleiben innerhalb der Heizpresse maximal 4 Minuten beispielsweise bei einer Endstärke von 5 mm bei einem gleichzeitigen Druck von 50 bis 60 kg/qcm. Die Anfangsheiztemperatur muß mindestens 175⁰C betragen und wird während des Preßvorganges in der Kurve der Preßzeit auf 190⁰C gesteigert. Während des ganzen Preß- und Heiz Vorganges bleibt die Presse geschlossen. Wichtig ist, daß die Preßflächen eine absolut gleichmäßige Beheizung haben, was z. B. durch Beheizung der Presse mit überhitztem Wasser, welches ständig umgepumpt wird, möglich ist.

Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt, daß durch diese Vor- und Nachbehandlungsmethode die sauer aufgeschlossenen Fasern in ihrer Holzstruktur zum Fließen kommen und ein Gemisch von Kondensationsprodukten bilden, die die gleiche Wirkung haben wie Kunstharz. Die Holzspäne dagegen werden bei dieser Methode weniger angegriffen und behalten mehr oder minder ihre natürlich gewachsene Form. Die Reaktion der Holzverflüssigung tritt dort weniger zu Tage wie bei dem mechanisch und chemisch mehr oder minder intensiv vorbehandelten fibrösen Material. Die feinen Fasern wirken dabei wie eine Art Bindemittel, so daß sich jeglicher Zusatz von Kunstharz erübrigt. Der angestrebte Effekt kann durch Klimatisierung des trockenen Formstückes weiter gesteigert werden.

Das Endprodukt zeigt einen kunstholzähnlichen dichten Körper mit Druckfestigkeiten, die sonst nur durch Zugabe von 6 bis io°/₀ Kunstharz, beispielsweise Phenol-Formaldehyd-Kunstharz, erreichbar waren. Die Abriebfestigkeit solcher Körper wie auch ihre elektroisolierenden Eigenschaften sind relativ hoch. Das spezifische Gewicht steigt bis auf 1,2 an. Man erhält, falls gewünscht, doppelseitig glatte Platten, weil die Siebe in der Heizetage überflüssig geworden sind. Aber auch die Herstellung profilierter Körper ist erheblich erleichtert, weil bei entsprechenden Vorrichtungen die Endverformung eine beliebige sein kann.

Selbstverständlich können diesen Körpern vor der Verformung und während des Arbeitsvorganges Farbstoffe oder Imprägnierungen jeder Art beigegeben werden.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE:

   i. Verfahren zur Herstellung von kunstholzartigen Formkörpern, insbesondere Hartplatten, aus einem Faser-Span-Gemisch, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise sauer vorbehandelte (z. B. durch Dämpfen) faserhaltige Vegetabilien in zerfasertem Zustand als wäßrige Pulpe mit einem ebenfalls (z. B. durch Dämpfen)

   sauer vorbehandelten, jedoch grobstückigen und unzerfaserten vegetabilischen Gut, z. B. Holzspäne, vermischt und naß verformt werden, worauf das vorverdichtete Formstück vor der Endverpressung möglichst weitgehend wasserfrei gemacht und das trockene Formstück bei Temperaturen von 175 bis 190⁰C innerhalb von maximal 4 Minuten wie üblich fertiggepreßt bzw. ganz verdichtet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vorverdichtete Formstück mit 5 bis 20 °/o Feuchtigkeit fertiggepreßt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vorverdichtete und wasserfrei gemachte Formstück absolut trocken fertiggepreßt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem wäßrigen Faser-Span-Gemisch hitzebeständige Gleitmittel bzw. wasserabweisende Imprägnierungen zugesetzt werden.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Broschüre der Fa. United States Wallboard Maschinery Company, New York: »Production of modem building materials for reconstruction purposes. Report on practical engeneering methods. Isolier- und Hartplattenabteilung.«