EP3059056A1 - Verfahren zur Herstellung von Holzfasern und Holzfaserplatten - Google Patents

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EP3059056A1
EP3059056A1 EP15156069.5A EP15156069A EP3059056A1 EP 3059056 A1 EP3059056 A1 EP 3059056A1 EP 15156069 A EP15156069 A EP 15156069A EP 3059056 A1 EP3059056 A1 EP 3059056A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
wood
surfactants
particles
alkyl
wood particles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP15156069.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Achim Fessenbecker
Ferdinand LEIFELFD
Simon Poulton
Jens Utecht
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
Priority to EP15156069.5A priority Critical patent/EP3059056A1/de
Publication of EP3059056A1 publication Critical patent/EP3059056A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27N—MANUFACTURE BY DRY PROCESSES OF ARTICLES, WITH OR WITHOUT ORGANIC BINDING AGENTS, MADE FROM PARTICLES OR FIBRES CONSISTING OF WOOD OR OTHER LIGNOCELLULOSIC OR LIKE ORGANIC MATERIAL
    • B27N1/00—Pretreatment of moulding material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27N—MANUFACTURE BY DRY PROCESSES OF ARTICLES, WITH OR WITHOUT ORGANIC BINDING AGENTS, MADE FROM PARTICLES OR FIBRES CONSISTING OF WOOD OR OTHER LIGNOCELLULOSIC OR LIKE ORGANIC MATERIAL
    • B27N3/00—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres
    • B27N3/02—Manufacture of substantially flat articles, e.g. boards, from particles or fibres from particles

Definitions

  • the invention relates to a process for the production of wood fiber boards, such as MDF boards, and to a method for the production of wood fibers.
  • MDF medium density fiberboard
  • HDF high density fiberboard
  • Wood of different types is used, mainly conifers such as spruce and pine are used. Other types of wood such as beech or eucalyptus can be used.
  • the wood for fiber production is debarked and shredded into chips. Subsequently, the wood chips are shredded to wood particles in a grinding unit, the so-called refiner.
  • the refiner is preferably made of two metal discs provided with radial relief, which are close to each other. One of these discs can move, and both can rotate in opposite directions.
  • the refiner usually work under pressure. The wood chips are shredded between these two disks, with the fineness of the fibers depending on the grinding gap between the disks.
  • the defibration of wood chips consumes a lot of energy.
  • the energy consumption in the refiner is up to 400 KW / h per ton of wood.
  • the energy cost of defibration can be up to 20% of the cost of manufacturing an MDF board.
  • the chips are subjected to a hydrothermal pretreatment.
  • the wood chips are pretreated in a digester at temperatures of 100 to 180 ° C and a pressure of up to 10 bar. This treatment softens the middle lamella and facilitates defibering in the refiner.
  • EP 1255630 mentions the use of chemicals such as acids, bases or surfactants or combinations of these products in the production of fiber boards from recycled fiber boards.
  • the chemicals have the task to facilitate the degradation of the polymeric binder in the recycled fiberboard during the pretreatment in the preheater.
  • the chemicals and surfactants are not described in detail.
  • EP 2168738 describes the use of surfactants in the production of wood fiber boards.
  • the object of the surfactants is to prevent the penetration of an impregnating liquid into raw fibreboard facilitate. In this way, a predetermined final moisture is to be achieved.
  • the type of surfactants used is not described in detail.
  • US 8262852 describes a formulation consisting of wetting agent, complexing agent, hydrotrope and reducing agent or oxidizing agent.
  • the formulation should reduce the proportion of fines and splinters, increase the brightness and save energy.
  • the object of the invention is to provide a method for the production of wood fiber boards, which has a lower energy consumption.
  • the surfactants can be supplied to the wood chips either in the pre-steaming container or else at the feed screw in front of the refiner.
  • the amounts used of the surfactants are 0.05 wt .-% to 5 wt .-%, preferably 0.1 wt .-% to 3 wt .-%, based on absolutely dry (dry) wood.
  • the surfactants used may be anionic or nonionic. Combinations of several different surfactants can also be used.
  • the anionic surfactants may be sulfates, sulfonates or phosphates of branched or unbranched fatty alcohols or oxoalcohols, branched or unbranched fatty alcohol alkoxylates or oxoalcohol alkoxylates. Sulfates, sulfonates or phosphates of naphthyl alcohol or ethoxylated naphthyl alcohol, arylalkyl alcohols or arylalkyl ethoxylates are also possible.
  • Preferred anionic surfactants are fatty alcohol ether sulfates with branched or unbranched C 8 -C 20 -alkyl chains and 2 to 50 ethylene oxide (EO) units. Particularly preferred are fatty alcohol ether sulfates having a C 8 -C 14 alkyl chain and 2 to 12 ethylene oxide units.
  • fatty alcohol ether sulfates having a C 8 -C 14 alkyl chain and 2 to 12 ethylene oxide units.
  • Preferred nonionic surfactants are branched or unbranched C 8 to C 15 alkyl ethoxylates having 3 to 20 ethylene oxide units.
  • Preferred nonionic surfactants are branched or unbranched C 8 - to C 15 -alkylethoxy-late with 3 to 20 ethylene oxide units.
  • the nonionic surfactants may be PO / EO block copolymers.
  • the nonionic surfactants may be C 5 -buttoned or C 6 -ugar-based alkylpolyglucosides or mixtures thereof, preferably of the general formula (IIa) or (IIb) R 1 O (R 2 O) b (Z) a (IIa) R 1 O (Z) a (R 2 O) b H (IIb)
  • R 1 linear or branched C 4 -C 30 -alkyl
  • R 2 C 2 -C 4 -alkylene
  • a 1 - 15, even broken numbers are possible.
  • wood particles are understood to mean small-particle cellulose-containing particles. These include, for example, fibers and chips made of wood and others cellulose-containing materials.
  • the base material for the wood particles and fiberboard can be all fibrous materials available from plants. For example, wood is usually used as a raw material, but it is also possible to obtain suitable cellulosic particles from palms as well as from annual plants such as begasse or straw. Another source is agricultural waste products.
  • Preferred base materials are light wood species, especially spruce or pine, but darker woods such as beech or eucalyptus can also be used.
  • the wood materials are comminuted in step a) of the process according to the invention and optionally washed. This is followed by a hydrothermal pretreatment of wood chips with steam.
  • step b) of the process according to the invention the comminuted wood materials are pretreated in a pre-steaming container (cooker) with steam. This is preferably carried out at a pressure of 1 to 10 bar and a temperature of 100 to 180 ° C. The exact temperatures and pressures depend on the raw materials used. Lowering temperatures for annual plants are usually lower than crushing multi-annual plants such as wood.
  • step c) the hydrothermally pretreated, comminuted wood material is transferred to a so-called refiner and ground there to finely divided wood particles.
  • a refiner is usually a grinding unit with rotating and possibly fixed knives or discs for grinding fibrous materials and preferably comprises two radially-provided with metal discs, which are close to each other. One of these discs can move and the other can be fixed, but both discs can rotate in opposite directions. Usually, the refiner works with overpressure.
  • the grinding of the pretreated, comminuted wood materials can also be carried out in other devices suitable for this purpose.
  • the production of wood fibers for MDF boards in the refiner generally takes place at temperatures of 150 to 180 ° C, preferably at about 170 ° C.
  • the temperature in the refiner is significantly higher than in the TMP process for producing pulp for papermaking, which is about 140 ° C. Due to the higher temperature, there is an increased softening of the lignin in the wood, which reduces the energy expenditure during defibering.
  • the lignin is more widely distributed over the fiber surface at higher temperature, thereby lowering the bondability of the fibers to one another. This is a disadvantage in the manufacture of paper, but no disadvantage in the production of fiberboard, since the fiber bond is achieved here by the addition of glue.
  • the fine wood particles are further processed by conventional methods to HDF or MDF boards.
  • the energy requirement in the refiner can be reduced by up to 20%.
  • the surfactants are added to the wood chips in the pre-steaming container (cooker). Subsequently, the mixture is transported via a screw conveyor in the refiner. It is also possible to dose the surfactants directly into the refiner.
  • the amount used of the surfactants is 0.05 wt .-% to 5 wt .-%, preferably 0.1 wt .-% to 3 wt .-%, based on absolutely dry (dry) wood.
  • surfactants has no detrimental effect on the process and properties of the wood particles and wood fiber boards made therefrom.
  • bleaching of the wood particles can be carried out in addition to energy saving.
  • the wood particles are additionally bleached reductive.
  • reducing sulfur compounds such as dithionites, disulfites, sulfites or sulfur dioxide
  • sulfinic acids and their salts in particular the alkali metal salts and especially the sodium salts and hydroxycarboxylic acids such as citric acid and malic acid are suitable.
  • the stabilization of the dithionites, sulfites and hydrosulfites takes place by the addition of basic salts.
  • the bleaching composition may contain, in addition to the at least one bleaching agent and optionally its stabilizers, further auxiliaries such as complexing agents, for example EDTA or polyphosphates.
  • the addition of the bleach composition takes place in the refiner or during the discharge of the fine wood particles from the refiner.
  • the wood particles are discharged via a so-called blowline, preferably the containing Bleach composition added in this embodiment in the refiner or in the blowline, more preferably in the refiner or at the beginning of the blowline, in particular in the refiner.
  • the bleach composition is metered such that the amount of bleach is 0.1 to 6 wt.%, Preferably 0.5 to 5 wt.% And more preferably 1 to 3 wt.%, Based on atro (absolutely dry) fibers , is.
  • the bleaching compositions are usually added to the wood particles in the refiner or blowline in the form of aqueous solutions, the concentration of the bleaching composition in the aqueous solution generally being from 1 to 25% by weight, preferably from 5 to 20% by weight, and more preferably from 10 to 15% by weight.
  • step d) of the process according to the invention the fine wood particles are glued and dried, wherein the drying of the wood particles can also take place before gluing.
  • the wood particles are carried out by the overpressure existing in the refiner via a blowline (blowing line) from the refiner.
  • the wood particles can then be glued directly, that is still wet, in the blowline. Then they go through a dryer, where they are dried to a residual moisture of 8 to 15%.
  • the wood particles are first dried and glued in the dry state and further processed.
  • the wood-based materials produced according to the invention may be MDF, HDF, Span or OSB boards. Preference is given to MDF and HDF boards, particularly preferred MDF boards.
  • MDF, HDF, OSB and chipboard are also referred to as wood-based panels. They are produced by pouring glued fibers or shavings into mats, optionally precompressed cold and pressed in heated presses at temperatures of 170 to 240 ° C to plates.
  • the binder used as the sizing agent is usually urea-formaldehyde resins, some of which are reinforced with melamine, urea-melamine-formaldehyde resins, melamine-formaldehyde resins, phenol-melamine resins and phenol-formaldehyde resins.
  • urea-melamine-formaldehyde resins some of which are reinforced with melamine, urea-melamine-formaldehyde resins, melamine-formaldehyde resins, phenol-melamine resins and phenol-formaldehyde resins.
  • isocyanates are used, these are usually based on polymethylene diisocyanate.
  • the wood particles can be glued directly, ie still moist, in the blowline.
  • the gluing in mixers is particularly preferred in chipboard and OSB board production, for the production of HDF and MDF boards takes the Glueing preferred in the blowline instead.
  • Another possible method for gluing is in the so-called dry gluing, while the dried wood particles are sprayed with glue.
  • wood particles are glued in the blowline, they then pass through a dryer in which they are dried to a residual moisture of 8 to 15 wt .-%.
  • step e) of the process according to the invention optionally precompressed cold and pressed in heated presses at temperatures of 170 to 240 ° C to plates.
  • Wood chips were fiberized in a refiner at a temperature of about 180 ° C, a pressure of about 9 bar and a grinding gap of 0.12 mm.
  • the residence time in the digester before the refiner was 3 to 4 minutes. During the grinding process the necessary energy was measured.
  • the unit for the fiberization energy is kWh / t atro. Atro means "absolutely dry wood".
  • Example 2 wood chips from spruce wood were defibered in the presence of C 8 -C 10 -alkylpolyglucoside.
  • the surfactant was dosed directly into the refiner.
  • additive additional amount defibration C 8 -C 10 alkyl polyglucoside 0.2% of the amount of wood 109 kWh / t atro
  • Wood chips from spruce wood were fiberized in the presence of C 8 -C 14 alkyl polyglucoside.
  • the surfactant was dosed directly into the refiner.
  • additive additional amount defibration C 8 -C 14 alkyl polyglucoside 0.2% of the amount of wood 114 kWh / t atro
  • Wood chips from spruce wood were fiberized in the presence of C 13 -oxo alcohol ethoxylate with 12 EO units.
  • the surfactant was dosed directly into the refiner. additive additional amount defibration C 13 oxo alcohol ethoxylate + 12 EO units 0.2% of the amount of wood 115 kWh / t atro
  • Wood chips from spruce wood were fiberized in the presence of fatty alcohol ether sulfate with 12 EO units of sodium salt.
  • the surfactant was dosed directly into the refiner. additive additional amount defibration Fatty alcohol ether sulfate with 12 EO units, Na salt 0.2% of the amount of wood 111 kWh / t atro
  • Wood chips from spruce wood were fiberized in the presence of C 8 -C 10 alkyl polyglucoside.
  • the surfactant was metered into the predampening tank.
  • additive additional amount defibration C 8 -C 10 alkyl polyglucoside 0.2% of the amount of wood 111 kWh / t atro
  • Wood chips from spruce wood were fiberized in the presence of C 8 -C 10 alkyl polyglucoside.
  • the surfactant was dosed directly into the refiner. additive additional amount defibration C 8 -C 10 alkyl polyglucoside 0.1% of the amount of wood 115 kWh / t atro
  • Wood chips from spruce wood were fiberized in the presence of C 8 -C 10 alkyl polyglucoside.
  • the surfactant was dosed directly into the refiner. additive additional amount defibration C 8 -C 10 alkyl polyglucoside 1% of the amount of wood 105 kWh / t atro
  • Woodchips made of beech wood were ground without addition in a refiner. additive additional amount defibration No addition - 136 kWh / t atro
  • Beech wood chips were ground in the presence of C 8 -C 14 alkyl polyglucoside additive additional amount defibration C 8 -C 14 alkyl polyglucoside 0.5% 109 kWh / t atro
  • the wood chips from example 2 were glued in the blowline with a urea-melamine-formaldehyde resin, dried and pressed into MDF boards.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Holzfaserplatten mit den Schritten a) Zerkleinerung von Holz zu Holzschnitzel, b) hydrothermische Vorbehandlung der Holzschnitzel mit Wasserdampf in einem Vordämpfbehälter bei einer Temperatur von 100 bis 180 °C und einem Druck von 1 bis 10 bar, c) Zermahlen der vorbehandelten Holzschnitzel zu feinen Holzpartikeln in einem Refiner in Gegenwart von Wasserdampf bei einer Temperatur von 150 bis 200 °C und einem Druck von 4,5 bis 16 bar, d) Beleimen und Trocknen der feinen Holzpartikel, wobei das Trocknen der Holzpartikel auch vor dem Beleimen erfolgen kann, e) Verpressen der beleimten und getrockneten Holzpartikel bei einer Temperatur von 170 bis 240 °C zu Holzfaserplatten, wobei das Zermahlen c) der vorbehandelten Holzschnitzel zu feinen Holzpartikeln in Gegenwart eines oder mehrerer Tenside durchgeführt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Holzfaserplatten, wie MDF-Platten, sowie ein Verfahren zur Herstellung von Holzfasern.
  • Der Markt für mitteldichte Faserplatten (MDF) sowie hoch verdichtete Faserplatten (HDF) ist seit Jahren im Wachstum begriffen. MDF- und HDF-Platten können wie herkömmliche Spanplatten verarbeitet werden. Durch ihren gleichmäßigen Aufbau sind sie aber auch zur Herstellung von profilierten Teilen geeignet und setzen sich verstärkt im Möbelbau durch.
  • Für die Herstellung von Faserplatten wird Holz zu Holzpartikeln zerfasert, beleimt und zu Platten gepresst. Dabei wird Holz unterschiedlicher Art verwendet, wobei hauptsächlich Nadelhölzer wie Fichte und Kiefer zum Einsatz kommen. Auch andere Holzsorten wie Buche oder Eukalyptus können verwendet werden.
  • Das Holz für die Faserherstellung wird entrindet und zu Hackschnitzel zerkleinert. Anschließend werden die Hackschnitzel in einem Mahlaggregat, dem sogenannten Refiner, zu Holzpartikeln zerfasert.
  • Der Refiner besteht vorzugsweise aus zwei mit radialem Relief versehen Metallscheiben, die sich dicht aneinander befinden. Von diesen Scheiben kann sich eine bewegen, es können sich auch beide in entgegengesetzten Sinn drehen. Die Refiner arbeiten üblicherweise unter Überdruck. Die Hackschnitzel werden zwischen diesen zwei Scheiben zerfasert, wobei die Feinheit der Fasern von dem Mahlspalt zwischen den Scheiben abhängt.
  • Das Zerfasern von Holzschnitzel verbraucht sehr viel Energie. Der Energieverbrauch im Refiner beträgt bis zu 400 KW/h pro Tonne Holz. Die Energiekosten der Zerfaserung können bis zu 20 % der Herstellkosten einer MDF-Platte betragen. Um den Energieverbrauch zu senken, werden die Hackschnitzel einer hydrothermischen Vorbehandlung unterzogen. Hierzu werden die Hackschnitzel in einem Kocher bei Temperarturen von 100 bis 180 °C und einem Druck bis 10 bar vorbehandelt. Bei dieser Behandlung wird die Mittellamelle erweicht und die Zerfaserung im Refiner erleichtert.
  • In EP 1255630 erwähnt den Einsatz von Chemikalien wie Säuren, Basen oder Tensiden bzw. Kombinationen dieser Produkte bei Herstellung von Faserplatten aus wiederverwerteten Faserplatten. Die Chemikalien haben die Aufgabe, bei der Vorbehandlung im Vorheizer den Abbau der polymeren Binder in den rezyklierten Faserplatten zu erleichtern. Die Chemikalien und Tenside werden nicht näher beschrieben.
  • EP 2168738 beschreibt den Einsatz von Tensiden bei der Herstellung von Holzfaserplatten. Aufgabe der Tenside ist, das Eindringen einer Imprägnierflüssigkeit in Roh-Holzfaserplatten zu erleichtern. Auf diese Weise soll eine vorgegebene Endfeuchte erreicht werden. Die Art der verwendeten Tenside wird nicht näher beschrieben.
  • Bei der Herstellung von Holzstoff zur Papierherstellung (Pulp) wird ein ähnlicher Prozess wie bei der Herstellung von Holzfasern für MDF-Platten angewandt. Bei der Herstellung von RMP (Refiner Mechanical Pulp) werden ebenfalls Hackschnitzel mittels eines Refiners zerfasert.
  • US 8262852 beschreibt eine Formulierung bestehend aus Netzmittel, Komplexierungsmittel, Hydrotrope sowie Reduktionsmittel oder Oxidationsmittel. Die Formulierung soll den Anteil der Feinanteile und Splitter reduzieren, die Helligkeit erhöhen sowie Energie einsparen.
  • "Advantages of Alkylpolyglycosides Surfactants in Mechanical Pulping", IPCOM000230969D beschreibt die Vorteile von Alkylpolyglykosiden bei der Herstellung von Holzstoff zur Papierherstellung.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Holzfaserplatten bereitzustellen, das einen niedrigeren Energiebedarf aufweist.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung von Holzfaserplatten mit den Schritten
    1. a) Zerkleinerung von Holz zu Holzschnitzel,
    2. b) hydrothermische Vorbehandlung der Holzschnitzel mit Wasserdampf in einem Vordämpfbehälter bei einer Temperatur von 100 bis 180 °C und einem Druck von 1 bis 10 bar,
    3. c) Zermahlen der vorbehandelten Holzschnitzel zu feinen Holzpartikeln in einem Refiner in Gegenwart von Wasserdampf bei einer Temperatur von 150 °C bis 200 °C und einem Druck von 4,5 bis 16 bar,
    4. d) Beleimen und Trocknen der feinen Holzpartikel, wobei das Trocknen der Holzpartikel auch vor dem Beleimen erfolgen kann,
    5. e) Verpressen der beleimten und getrockneten Holzpartikel bei einer Temperatur von 170 bis 240 °C zu Holzfaserplatten,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Zermahlen c) der vorbehandelten Holzschnitzel zu feinen Holzpartikeln in Gegenwart eines oder mehrerer Tenside durchgeführt wird.
  • Gelöst wird die Aufgabe weiterhin durch ein Verfahren zur Herstellung von feinen Holzpartikeln mit den Schritten
    • a) Zerkleinerung von Holz zu Holzschnitzel,
    • b) hydrothermische Vorbehandlung der Holzschnitzel mit Wasserdampf in einem Vordämpfbehälter bei einer Temperatur von 100 bis 180 °C und einem Druck von 1 bis 10 bar,
    • c) Zermahlen der vorbehandelten Holzschnitzel zu feinen Holzpartikeln in einem Refiner in Gegenwart von Wasserdampf bei einer Temperatur von 150 °C bis 200 °C und einem Druck von 4,5 bis 16 bar,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Zermahlen c) der vorbehandelten Holzschnitzel zu feinen Holzpartikeln in Gegenwart eines oder mehrerer Tenside durchgeführt wird.
  • Überraschender Weise hat sich gezeigt, dass bei der Herstellung von Holzpartikeln zur Faserplattenproduktion durch den Einsatz von Tensiden im Refining-Prozess eine deutliche Energieeinsparung erreicht wird.
  • Die Tenside können den Hackschnitzel entweder im Vordämpfbehälter oder aber auch an der Einspeiseschnecke vor dem Refiner zugeführt werden.
  • Die Einsatzmengen der Tenside betragen 0,05 Gew.-% bis 5 Gew.-%, bevorzugt 0,1 Gew.-% bis 3 Gew.-%, bezogen auf absolut trockenes (atro) Holz.
  • Die eingesetzten Tenside können anionisch oder nicht ionisch sein. Es können auch Kombinationen mehrerer verschiedener Tenside eingesetzt werden.
  • Die anionischen Tenside können Sulfate, Sulfonate oder Phosphate von verzweigten oder unverzweigten Fettalkoholen oder Oxoalkoholen, verzweigten oder unverzweigten Fettalkoholalkoxylaten oder Oxoalkoholalkoxylaten sein. Auch Sulfate, Sulfonate oder Phosphate von Naphtylalkohol oder ethoxyliertem Naphthylalkohol, von Arylalkylalkoholen oder Arylalkylethoxylaten sind möglich
  • Bevorzugte anionische Tenside sind Fettalkoholethersulfate mit verzweigten oder unverzweigten C8-C20-Alkylketten und 2 bis 50 Ethylenoxid (EO)-Einheiten. Besonders bevorzugt sind Fettalkoholethersulfate mit einer C8-C14-Akylkette und 2 bis 12 Ethylenoxid-Einheiten.
  • Besonders bevorzugt sind Fettalkoholethersulfate mit einer C8-C14-Alkylkette und 2 bis 12 Ethylenoxid-Einheiten.
  • Die nichtionischen Tenside können Alkylalkoholalkoxylate mit unverzweigter oder verzweigter, primärer oder sekundärer Alkylkette, oder Arylalkoxylate sein. Bevorzugt sind Alkyl- oder Arylalkoxylate der Formel (I)
    Figure imgb0001
     mit
    R1 = lineares oder verzweigtes, primäres oder sekundäres C4-C24-Alkylphenyl und Naphthyl,
    R2 = lineares oder verzweigtes C1-C16-Akyl,
    R3 = H, Benzyl, lineares oder verzweigtes C1-C8-Alkyl,
    n = 1 - 200,
    m = 0 - 80,
    wobei die Alkylenoxid-Einheiten in beliebiger Reihenfolge blockweise oder statistisch angeordnet sein können.
  • Bevorzugte nichtionische Tenside sind verzweigte oder unverzweigte C8-bis C15-Alkylethoxyate mit 3 bis 20 Ethylenoxid-Einheiten.
  • Bevorzugte nichtionische Tenside sind verzweigte oder unverzweigte C8- bis C15-Alkylethoxy-late mit 3 bis 20 Ethylenoxid-Einheiten.
  • Die nichtionischen Tenside können PO/EO-Blockcopolymerisate sein.
  • Die nichtionischen Tenside können auf C5-Zuckern oder C6-Zuckern basierende Alkylpolyglucoside oder deren Mischungen sein, vorzugsweise der allgemeinen Formel (IIa) oder (IIb)

             R1O(R2O)b(Z)a     (IIa)

             R1O(Z)a(R2O)bH     (IIb)

    mit
    R1 = lineares oder verzweigtes C4-C30-Alkyl,
    R2 = C2-C4-Alkylen,
    Z = unabhängig voneinander ein Zuckerrest, vorzugsweise Gluose oder Xylose
    b=0-12,
    a = 1 - 15, auch gebrochene Zahlen sind möglich.
  • In bevorzugten Alkylpolyglykosiden ist R1 ein linearer oder verzweigter C8- bis C16-Alkylrest, b = 0 und a = 1,1 - 4.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter "Holzpartikel" kleinteilige cellulosehaltige Partikel verstanden. Dazu zählen beispielsweise Fasern und Späne aus Holz und anderen cellulosehaltigen Materialien. Als Basismaterial für die Holzpartikel und Holzfaserplatten können alle aus Pflanzen erhältlichen faserigen Materialien dienen. So wird üblicherweise Holz als Rohstoff eingesetzt, jedoch können auch aus Palmen sowie aus einjährigen Pflanzen wie Begasse oder Stroh geeignete cellulosehaltige Partikel gewonnen werden. Eine weitere Quelle stellen landwirtschaftliche Abfallprodukte dar. Bevorzugte Basismaterialien sind helle Holzarten, insbesondere Fichte oder Kiefer, jedoch können auch dunklere Holzarten wie Buche oder Eukalyptus verwendet werden.
  • Die Holzmaterialen (cellulosehaltige Rohstoffe) werden in Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens zerkleinert und gegebenenfalls gewaschen. Daran schließt sich eine hydrothermische Vorbehandlung der Holzschnitzel mit Wasserdampf an.
  • In Schritt b) des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die zerkleinerten Holzmaterialien in einem Vordämpfbehälter (Kocher) mit Wasserdampf vorbehandelt. Bevorzugt wird dies bei einem Druck von 1 bis 10 bar und einer Temperatur von 100 bis 180 °C durchgeführt. Die genauen Temperaturen und Drücke hängen von den jeweils eingesetzten Rohstoffen ab. Zum Zerkleinern von Einjahrespflanzen reichen üblicherweise niedrigere Temperaturen als zum Zerkleinern von Mehrjahrespflanzen wie Holz aus.
  • In Schritt c) wird das hydrothermisch vorbehandelte, zerkleinerte Holzmaterial in einen sogenannten Refiner überführt und dort zu feinteiligen Holzpartikeln zermahlen. Ein Refiner ist üblicherweise ein Mahlaggregat mit rotierenden und gegebenenfalls fest stehenden Messern oder Scheiben zur Mahlung von Faserstoffen und umfasst vorzugsweise zwei mit radialem Relief versehenen Metallscheiben, die sich dicht aneinander befinden. Von diesen beiden Scheiben kann sich eine bewegen und die andere feststehen, es können sich aber auch beide Scheiben in entgegengesetztem Sinn drehen. Üblicherweise wird im Refiner mit Überdruck gearbeitet. Das Zermahlen der vorbehandelten, zerkleinerten Holzmaterialien kann auch in anderen für diesen Zweck geeigneten Vorrichtungen durchgeführt werden.
  • Die Herstellung von Holzfasern für MDF-Platten im Refiner findet im Allgemeinen bei Temperaturen von 150 bis 180 °C, vorzugsweise bei ca. 170 °C statt. Damit ist die Temperatur im Refiner deutlich höher als beim TMP-Prozess zur Herstellung von Holzstoff für die Papierherstellung, die ca. 140 °C beträgt. Durch die höhere Temperatur findet eine verstärkte Erweichung des Lignins im Holz statt, was den Energieaufwand beim Zerfasern senkt. Das Lignin wird bei höherer Temperatur stärker über die Faseroberfläche verteilt, wodurch die Bindungsfähigkeit der Fasern untereinander gesenkt wird. Dies ist ein Nachteil beim Herstellen von Papier, aber kein Nachteil beim Herstellen von Faserplatten, da hier die Faserbindung durch den Zusatz von Leim erreicht wird.
  • Im Anschluss an das Zermahlen im Refiner werden die feinen Holzpartikel nach üblichen Methoden zu HDF- oder MDF-Platten weiter verarbeitet.
  • Durch das Zermahlen des zerkleinerten Holzmaterials in Gegenwart von Tensiden kann der Energiebedarf im Refiner um bis zu 20 % reduziert werden. Dazu werden die Tenside den Holzschnitzel im Vordämpfbehälter (Kocher) zugesetzt. Anschließend wird das Gemisch über einer Förderschnecke in den Refiner transportiert. Es ist auch möglich, die Tenside direkt in den Refiner zu dosieren. Die Einsatzmenge der Tenside beträgt 0,05 Gew.-% bis 5 Gew.-%, bevorzugt 0,1 Gew.-% bis 3 Gew.-%, bezogen auf absolut trockenes (atro) Holz.
  • Die Gegenwart von Tensiden hat keine nachteiligen Auswirkungen auf das Verfahren und auf die Eigenschaften der Holzpartikel und daraus hergestellten Holzfaserplatten. Durch die Kombination der Tenside mit Sulfiten kann zusätzlich zur Energieersparung eine Bleichung der Holzpartikel erfolgen.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung werden die Holzpartikel zusätzlich reduktiv gebleicht. Für die reduktive Bleiche sind zum Beispiel reduzierende Schwefelverbindungen wie Dithionite, Disulfite, Sulfite beziehungsweise Schwefeldioxid, Sulfinsäuren und deren Salze, insbesondere die Alkalimetallsalze und vor allem die Natriumsalze und Hydroxycarbonsäuren wie Zitronensäure und Äpfelsäure geeignet. Bevorzugt werden als Bleichmittel stabilisierte Hydrosulfite und stabilisierte Sulfite sowie Sulfinsäuren und deren Salze eingesetzt, wobei als Sulfinsäure Hydroxymethylsulfinsäure bevorzugt ist. Die Stabilisierung der Dithionite, Sulfite und Hydrosulfite erfolgt durch die Zugabe basischer Salze.
  • Die Bleichmittelzusammensetzung kann neben dem mindestens einen Bleichmittel und gegebenenfalls dessen Stabilisatoren noch weitere Hilfsmittel wie Komplexbildner, beispielsweise EDTA oder Polyphosphate, enthalten.
  • Beispielsweise können die Holzpartikel mittels einer Bleichmittelzusammensetzung enthaltend
    1. a) 60 bis 95 Gew.-% eines oder mehrerer Hydrosulfitsalze, bevorzugt Natrium- und Kaliumhydrosulfit,
    2. b) 1 bis 25 Gew.-% eines oder mehrerer Sulfitsalze, bevorzugt Natrium- und Kaliumsulfit,
    3. c) 1 bis 10 Gew.-% eines oder mehrerer basischer Salze, bevorzugt aus der Gruppe der Carbonate und Hydrogencarbonate, vorzugsweise Natriumcarbonat,
    4. d) 0 bis 10 Gew.-% eines oder mehrerer Tripolyphosphatsalze, vorzugsweise Kalium- oder Natriumtripolyphosphat,
    gebleicht werden.
  • Die Zugabe der Bleichmittelzusammensetzung erfolgt im Refiner oder beim Austragen der feinen Holzpartikel aus dem Refiner. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die Holzpartikel über eine sogenannte Blowline ausgetragen, vorzugsweise wird die enthaltende Bleichmittelzusammensetzung bei dieser Ausführungsform im Refiner oder in der Blowline, besonders bevorzugt im Refiner oder am Beginn der Blowline, insbesondere im Refiner zugegeben.
  • Die Bleichmittelzusammensetzung wird so dosiert, dass die Menge an Bleichmittel 0,1 bis 6 Gew.-%, bevorzugt 0,5 bis 5 Gew.-% und besonders bevorzugt 1 bis 3 Gew.-%, bezogen auf atro (absolut trockene) Fasern, beträgt.
  • Die Bleichmittelzusammensetzungen werden den Holzpartikeln im Refiner oder in der Blowline üblicherweise in Form wässriger Lösungen zugeben, wobei die Konzentration der Bleichmittelzusammensetzung in der wässrigen Lösung im Allgemeinen von 1 bis 25 Gew.-%, bevorzugt von 5 bis 20 Gew.-% und besonders bevorzugt von 10 bis 15 Gew.-% beträgt.
  • In Schritt d) des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die feinen Holzpartikel beleimt und getrocknet, wobei das Trocknen der Holzpartikel auch vor dem Beleimen erfolgen kann.
  • Üblicherweise werden die Holzpartikel durch den im Refiner bestehenden Überdruck über eine Blowline (Blasleitung) aus dem Refiner ausgeführt. Die Holzpartikel können dann direkt, das heißt noch feucht, in der Blowline beleimt werden. Anschließend durchlaufen sie einen Trockner, in dem sie auf eine Restfeuchte von 8 bis 15 % getrocknet werden.
  • In einer anderen Ausführungsform werden die Holzpartikel zuerst getrocknet und im trockenem Zustand beleimt und weiter verarbeitet.
  • Bei den erfindungsgemäßen hergestellten Holzwerkstoffen kann es sich um MDF-, HDF-, Spanoder OSB-Platten handeln. Bevorzugt sind MDF- und HDF-Platten, besonders bevorzugt sind MDF-Platten.
  • MDF-, HDF-, OSB- und Spanplatten werden auch als Holzwerkstoffplatten bezeichnet. Sie werden hergestellt, indem beleimte Fasern oder Späne zu Matten geschüttet, gegebenenfalls kalt vorverdichtet und in beheizten Pressen bei Temperaturen von 170 bis 240 °C zu Platten gepresst werden.
  • Bei dem als Leim eingesetzten Bindemittel handelt es sich üblicherweise um Harnstoff-Formaldehydharze, die zum Teil mit Melamin verstärkt sind, um Harnstoff-Melamin-Formaldehydharze, Melamin-Formaldehydharze, Phenol-Melaminharze und Phenol-Formaldehydharze. Als weiteres Bindemittel werden Isocyanate verwendet, diese basieren üblicherweise auf Polymethylendiisocyanat.
  • Die Holzpartikel können direkt, d. h. noch feucht, in der Blowline beleimt werden. Es können jedoch auch die vorher getrockneten Holzpartikel in Mischern, vorzugsweise kontinuierlich arbeitenden Mischern, beleimt werden. Die Beleimung in Mischern ist insbesondere bei der Span-und OSB-Platten-Herstellung bevorzugt, zur Herstellung von HDF- und MDF-Platten findet die Beleimung bevorzugt in der Blowline statt. Ein weiteres mögliches Verfahren zur Beleimung besteht in der sogenannten Trockenbeleimung, dabei werden die getrockneten Holzpartikel mit Leim besprüht.
  • Werden die Holzpartikel in der Blowline beleimt, durchlaufen sie anschließend einen Trockner, in dem sie auf eine Restfeuchte von 8 bis 15 Gew.-% getrocknet werden.
  • Die beleimten und getrockneten Holzpartikel werden anschließend in Schritt e) des erfindungsgemäßen Verfahrens zu Matten geschüttet, gegebenenfalls kalt vorverdichtet und in beheizten Pressen bei Temperaturen von 170 bis 240 °C zu Platten gepresst.
  • Die Erfindung wird durch die nachstehenden Ausführungsbeispiele näher erläutert.
  • Beispiele
  • Hackschnitzel aus Holz wurden in einem Refiner bei einer Temperatur von ca. 180 °C, einem Druck von ca. 9 bar und einem Mahlspalt von 0,12 mm zerfasert. Die Verweilzeit im Kocher vor dem Refiner war 3 bis 4 Minuten. Während des Mahlprozesses wurde die notwendige Energie gemessen. Die Einheit für die Zerfaserungsenergie ist kWh/t atro. Atro bedeutet "absolut trockenes Holz".
    • Beispiel 1
  • Für Beispiel 1 wurden Hackschnitzel aus Fichtenholz verwendet, die ohne Zusatz zerfasert wurden.
    Zusatz Zusatzmenge Zerfaserungsenergie
    Kein Zusatz - 129 kWh/t atro
    • Beispiel 2
  • Im Beispiel 2 wurden Hackschnitzel aus Fichtenholz in Gegenwart von C8-C10-Alkylpolyglucosid zerfasert. Das Tensid wurde direkt in den Refiner dosiert.
    Zusatz Zusatzmenge Zerfaserungsenergie
    C8-C10-Alkylpolyglucosid 0,2 % der Holzmenge 109 kWh/t atro
    • Beispiel 3
  • Hackschnitzel aus Fichtenholz wurden in Gegenwart von C8-C14-Alkylpolyglucosid zerfasert. Das Tensid wurde direkt in den Refiner dosiert.
    Zusatz Zusatzmenge Zerfaserungsenergie
    C8-C14-Alkylpolyglucosid 0,2 % der Holzmenge 114 kWh/t atro
    • Beispiel 4
  • Hackschnitzel aus Fichtenholz wurden in Gegenwart von C13-Oxoalkoholethoxylat mit 12 EO-Einheiten zerfasert. Das Tensid wurde direkt in den Refiner dosiert.
    Zusatz Zusatzmenge Zerfaserungsenergie
    C13-Oxoalkoholethoxylat + 12 EO-Einheiten 0,2 % der Holzmenge 115 kWh/t atro
    • Beispiel 5
  • Hackschnitzel aus Fichtenholz wurden in Gegenwart von Fettalkoholethersulfat mit 12 EO-Einheiten Natriumsalz zerfasert. Das Tensid wurde direkt in den Refiner dosiert.
    Zusatz Zusatzmenge Zerfaserungsenergie
    Fettalkoholethersulfat mit 12 EO-Einheiten, Na-Salz 0,2 % der Holzmenge 111 kWh/t atro
    • Beispiel 6
  • Hackschnitzel aus Fichtenholz wurden in Gegenwart von C8-C10-Alkylpolyglucosid zerfasert. Das Tensid wurde in den Vordämpfbehälter dosiert.
    Zusatz Zusatzmenge Zerfaserungsenergie
    C8-C10-Alkylpolyglucosid 0,2 % der Holzmenge 111 kWh/t atro
    • Beispiel 7
  • Hackschnitzel aus Fichtenholz wurden in Gegenwart von C8-C10-Alkylpolyglucosid zerfasert. Das Tensid wurde direkt in den Refiner dosiert.
    Zusatz Zusatzmenge Zerfaserungsenergie
    C8-C10-Alkylpolyglucosid 0,1 % der Holzmenge 115 kWh/t atro
    • Beispiel 8
  • Hackschnitzel aus Fichtenholz wurden in Gegenwart von C8-C10-Alkylpolyglucosid zerfasert. Das Tensid wurde direkt in den Refiner dosiert.
    Zusatz Zusatzmenge Zerfaserungsenergie
    C8-C10-Alkylpolyglucosid 1 % der Holzmenge 105 kWh/t atro
    • Vergleichsbeispiel
  • Hackschnitzel aus Buchenholz wurden ohne Zusatz in einem Refiner zermahlen.
    Zusatz Zusatzmenge Zerfaserungsenergie
    Kein Zusatz - 136 kWh/t atro
    • Beispiel 9
  • Hackschnitzel aus Buchenholz wurden in Gegenwart von C8-C14-Alkylpolyglucosid zermahlen
    Zusatz Zusatzmenge Zerfaserungsenergie
    C8-C14-Alkylpolyglucosid 0,5 % 109 kWh/t atro
    • Beispiel 10
  • Zur Herstellung einer MDF-Platte wurden Hackschnitzel aus dem Beispiel 1 in der Blowline mit einem Harnstoff-Melamin-Formaldehydharz beleimt, anschließend getrocknet und zu MDF-Platten gepresst.
    • Beispiel 11
  • Die Hackschnitzel aus Beispiel 2 wurden in der Blowline mit einem Harnstoff-Melamin-Formaldehydharz beleimt, getrocknet und zu MDF-Platten gepresst.
  • Die folgende Tabelle zeigt die Eigenschaften der in den Beispielen 10 und 11 herstellten MDF-Platten:
    MDF Platte Querzugsfestigkeit (N/mm2) Quellung 24 h (%) Geruch
    Beispiel 10 0,88 6,29 holzig
    Beispiel 11 0,93 6,71 holzig

Claims (13)

  1. Verfahren zur Herstellung von Holzfaserplatten mit den Schritten
    a) Zerkleinerung von Holz zu Holzschnitzel,
    b) hydrothermische Vorbehandlung der Holzschnitzel mit Wasserdampf in einem Vordämpfbehälter bei einer Temperatur von 100 bis 180 °C und einem Druck von 1 bis 10 bar,
    c) Zermahlen der vorbehandelten Holzschnitzel zu feinen Holzpartikeln in einem Refiner in Gegenwart von Wasserdampf bei einer Temperatur von 150 bis 200 °C und einem Druck von 4,5 bis 16 bar,
    d) Beleimen und Trocknen der feinen Holzpartikel, wobei das Trocknen der Holzpartikel auch vor dem Beleimen erfolgen kann,
    e) Verpressen der beleimten und getrockneten Holzpartikel bei einer Temperatur von 170 bis 240 °C zu Holzfaserplatten,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Zermahlen c) der vorbehandelten Holzschnitzel zu feinen Holzpartikeln in Gegenwart eines oder mehrerer Tenside durchgeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Tensiden um anionische oder nicht ionische Tenside handelt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, das die Menge an Tensiden in Schritt c) 0,05 bis 5 Gew.-%, bezogen auf absolut trockenes Holz, beträgt.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die feinen Holzpartikel reduktiv gebleicht werden.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Holzfaserplatten mitteldichte Faserplatten sind.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Tensiden um Fettalkoholethersulfate mit verzweigten oder unverzweigten C8- bis C20-Alkylketten und 2 bis 50 Ethylenoxid-Einheiten handelt.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei d
    en Tensiden um Alkyl- oder Arylalkoxylate der allgemeinen Formel (I)
    Figure imgb0002
     mit
    R1 = lineares oder verzweigtes, primäres oder sekundäres C4-C24-Alkylphenyl oder Naphthyl,
    R2 = lineares oder verzweigtes C1-C16-Akyl,
    R3 = H, Benzyl, lineares oder verzweigtes C1 -C18-Alkyl,
    n = 1 - 200,
    m = 0 - 80,
    wobei die Alkylenoxid-Einheiten in beliebiger Reihenfolge blockweise oder statistisch angeordnet sein können,
    handelt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Tensiden um C8-C15-Alkylethoxylate mit 3 bis 20 Ethylenoxid-Einheiten handelt.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Tensiden um Alkylpolyglykoside der allgemeinen Formel (IIa) oder (IIb)

             R1O(R2O)b(Z)a     (IIa)

             R1O(Z)a(R2O)bH     (IIb)

    mit
    R1 = lineares oder verzweigtes C6-C30-Alkyl,
    R2 = C2 - C4-Alkylen,
    Z = unabhängig voneinander jeweils ein Zuckerrest mit 5 oder 6 Kohlenstoffatomen, b=0-12,
    a = 1 - 10,
    handelt.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass R1 eine C8-C16-Alkylkette, b = 0 und a = 1 - 4 ist.
  11. Verfahren zur Herstellung von feinen Holzpartikeln zur Herstellung von Holzfaserplatten mit den Schritten
    a) Zerkleinerung von Holz zu Holzschnitzel,
    b) hydrothermische Vorbehandlung der Holzschnitzel mit Wasserdampf in einem Vordämpfbehälter bei einer Temperatur von 100 bis 180 °C und einem Druck von 1 bis 10 bar,
    c) Zermahlen der vorbehandelten Holzschnitzel zu feinen Holzpartikeln in einem Refiner in Gegenwart von Wasserdampf bei einer Temperatur von 150 bis 200 °C und einem Druck von 4,5 bis 16 bar,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Zermahlen c) der vorbehandelten Holzschnitzel zu feinen Holzpartikeln in Gegenwart eines oder mehrerer Tenside durchgeführt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Tensiden um anionische oder nicht ionische Tenside handelt.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, das die Menge an Tensiden in Schritt c) 0,05 bis 5 Gew.-%, bezogen auf absolut trockenes Holz, beträgt.
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