DE2410746A1

DE2410746A1 - Verfahren und mittel zum binden von lignocullulosematerial

Info

Publication number: DE2410746A1
Application number: DE2410746A
Authority: DE
Inventors: Kuo-Cheng Shen
Original assignee: Canadian Patents and Development Ltd
Current assignee: Canadian Patents and Development Ltd
Priority date: 1973-03-06
Filing date: 1974-03-06
Publication date: 1974-09-12
Also published as: JPS5024352A; FR2220571A1; FR2220571B1; BR7401657D0; GB1470092A; DE2402440A1; AU6625474A; DD110290A5; ZA741181B

Description

CANADIAN PATENTS AND DEVELOPMENT LIMITED ■ Ottawa, Ontario, Kanada

Verfahren und Mittel zum Binden von Lignocellulosematerial

Priorität: USA vom 6. März 1973 Nr. 338 562

A 0.9 837/0869

Die Erfindung betrifft eine Zusammensetzung und ein Verfahren zum Binden von Lignocellulosematerialien, insbesondere eine Zusammensetzung, die ein Konzentrat von Ligninsulfonat oder Sulfitablauge und eine Mineralsäure 'enthält,, als Bindemittel für Spanplatten.

Die am häufigsten benutzten Klebebinder für Spanplatten sind Harnstoff-Formaldehyd- und Phenol-Formaldehydkondensate. Herkömmliche Binder machen einen großen Teil der gesamten Materialkosten von Spanplatten aus. Es ist daher leicht einzusehen, daß die "Verwendung eines verhältnismäßig billigen Materials, wie von Ligninsulfonat oder Sulfitablauge als Bindemittel wünschenswert wäre.

Es gibt zahlreiche Vorschläge für die Verwendung von Sulfitablauge als Klebebinder für Spanplatten, jedoch war keiner dieser Vorschläge vollständig zufriedenstellend, insbesondere im Hinblick auf die Verminderung der Gesamtproduktionskosten der Spanplatten. Eine Anzahl früherer Vorschläge umfassen die chemische Modifizierung der Sulfitablauge vor ihrer Verwendung als Bindemittel, und die meisten modifizierten Harze enthalten weniger als 50 % Sulfitablaugenfeststoffe. Die tatsächlichen Kosten zur Herstellung der modifizierten Ablauge sind nicht merklich geringer als diejenigen der kommerziellen Phenol— und Harns to ff-Formaldehydb Inder.

Im kanadischen Patent 74-3 861 ist ein Verfahren zur Verwendung von Sulfitablauge für Spanplatten beschrieben, wobei die Ablauge (eine Lösung mit 50 % Feststoff gehalt) mit Essigsäure auf einen pH-Wert von etwa 3 eingestellt wird. Um jedoch eine zufriedenstellende Bindung zu erzielen, wird angegeben, daß zwei Stufen der Härtung des Binders notwendig sind. In den Beispielen dieser Patentschrift umfaßt die erste Stufe das Pressen einer 12 mm (1/2 Zoll) Platte bei 185 °C

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■' - 3 -

(365 ⁰F) für 30 Minuten. In der zx^eiten Stufe wird die Platte in einen Autoklaven eingebracht und 80 Minuten lang unter Druck auf 195 ⁰C (383 ⁰F) erhitzt. Bei diesem Verfahren wird der Torteil der Verwendung der viel billigeren Ablauge als Bindemittel großenteils aufgewogen durch die Kosten der langen Preßzeit, d. h. 30 Minuten statt etwa 8 Minuten bei Platten, die mit Phenol-Formaldehyd-Binder hergestellt sind, und beträchtlich langer für dfe Autoklavierungsstufe. ·

Ziel der Erfindung ist daher eine Zusammensetzung zum Binden von Lignocellulosematerialien, die Ligninsulfonat umfaßt, das zur Verminderung des pH-Wertes behandelt ist, sowie ein Binder für Lignocellulosematerialien, der Ligninsulfonat und eine Mineralsäure kombiniert enthält, um ein Bindemittel in trockener Pulverform zu erzielen.

Weiteres Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Klebebinders für Lignocellulosematerialien, der Ligninsulfonat enthält, sowie insbesondere ein Verfahren zum Binden von Lignocellulosematerialien unter Verwendung von Ligninsulfonat.

Demnach führt die Erfindung auch zu einem Verfahren zur Herstellung von Spanplatten unter Verwendung von Ligninsulfonat, wobei die Preßzeit vergleichbar ist mit herkömmlich gepreßten Spanplatten unter Verwendung herkömmlicher Binder, sowie die Erzeugung von Spanplatten unter Verwendung von Ligninsulfonat, deren Qualität für die Verwendung im Freien geeignet ist, sowie die Erzielung von Spanplatten, die Ligninsulfonat enthalten, und die leicht unter Anwendung der vorhandenen Technologie der Herstellung von Spanplatten erzeugt werden können.

Schließlich betrifft die Erfindung die Verwendung von Sulfitablauge als Quelle von Ligninsulfonat für einen Zlebebinder.

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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Zusammensetzung zum Binden von Lignocellulosematerialien geliefert, indem konzentriertes Ligninsulfonat behandelt wird, um seinen pH-Wert auf weniger als 2 zu vermindern, vorzugsweise auf etwa 0,2 bis etwa 1,5» gemessen als 50 %ige Lösung des Ligninsulfonat s.

Die wirtschaftlichste Methode der Erniedrigung des pH-Wertes scheint durch Zugabe einer Hineralsäure erzielbar zu sein. Der pH-Wert kann jedoch auch durch Jede andere Methode erniedrigt werden, wobei die Kationen durch Wasserstoffionen ersetzt werden, beispielsweise durch Elektrodialyse.

Vorzugsv/eise werden die unlöslichen Salze, die bei der Zugabe von Säure ausfallen, entfernt.

Die zweckmäßigste IPorm für die Bindemittelzusammensetzung dürfte die trockene gepulverte Form sein, die durch Sprühtrocknen eines Gemisches von Sulfitablaugenflüssigkeit und Mineralsäure erhältlich ist.

Bei einer speziellen Ausführungsform der Erfindung wird der KLebebinder einer Wärmebehandlung unterzogen. Die Wärmebehandlung kann auf das Ligninsulfonat vor oder nach der Zugabe einer Mineralsäure angewandt werden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung werden Spanplatten aus Lignocelluloseteilchen, einem Konzentrat von Ligninsulfonat und einer Mineralsäure hergestellt.

Bei einer Methode wird eine Mineralsäure zuerst mit Holzteilchen gemischt, und die mit Säure überzogenen Teilchen werden dann mit trockenem, gepulvertem Ligninsulfonat oder sprühgetrockneter Sulfitablauge gemischt. Es wird eine Bahn mit dem Gemisch gebildet, die dann bei einer Temperatur von

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ca. 150 ⁰G (300 ⁰P) oder mehr heiß gepreßt wird.

Gemäß einer anderen Arbeitsweise wird ein Klebebinder, der Ligninsulfonat und eine Mineralsäure enthält, vor dem Mischen mit den Teilchen hergestellt. In einer Form enthält der Binder konzentriertes Ligninsulfonat und Mineralsäure in flüssiger Form. In einer weiteren Form wird die Kombination aus konzentriertem Ligninsulfonat und Mineralsäure sprühgetrocknet, was einen getrockneten gepulverten Binder ergibt. Wenn der Klebebinder mit den Teilchen in flüssiger Form gemischt wird, kann es notwendig sein, das Gemisch zu "trocknen, um einen Feuchtigkeitsgehalt von vorzugsweise zwischen 6 und 12 % zu erzielen. Die Bahn von Teilchen und Bindemittel kann heiß gepreßt werden, um die Platte in einem Arbeitsgang zu verfestigen und .auszuhärten, oder sie kann heiß gepreßt werden, um die.Spanplatte zu verfestigen und teilweise auszuhärten, und anschließend bei erhöhter Temperatur nachgehärtet werden.

Die Zusammensetzung für das Binden von Lignocellulosematerialie umfaßt vorzugsweise Ligninsulfonat in Mengenanteilen, die xtfenig stens 2 Gewichtsprozent Feststoffen, bezogen auf das Gewicht des Lignocellulosematerials äquivalent sind, und eine Mineralsäure in Mengenanteilen, die zwei bis 20 Gewichtsprozent, gemessen als konzentrierte Schwefelsäure, bezogen auf das Gewicht an Ligninsulfonat, äquivalent sind. 2 bis 20 % konzentrierte Schwefelsäure sind etvia. äquivalent einem pH-Wert von 2 bis 0,1, gemessen als 50 %ige Lösung von Ligninsulfonat. Es sei darauf hingewiesen, daß der bevorzugte pH-Uert geringer ist als er in der eingangs erwähnten kanadischen Patentschrift 743 861 vorgeschlagen wird, wo ein pH-Wert von 3 erwähnt ist.

Der pH-Wert von Ligninsulfonat kann auch durch andere Mittel erniedrigt werden, als durch Säurezugabe, beispielsweise durch Elektrodialyse oder durch Ionenaustausch. Die Erniedrigung des pH-Wertes von Ligninsulfonat gemäß der Erfindung erhöht die Aushärtungsgeschwindigkeit und vermindert dadurch die

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Preßzeiten. Die Erfindung macht die Autoklav!erungsstufe der eingangs erwähnten kanadischen Patentschrift 743 861 unnötig. ' ·

Der pH-Wert eines Produktes gemäß der Erfindung kann nach dem Pressen durch eine Neutra3isierungsbehandlung erhöht werden.

Die Preßzeit kann durch ITachhärtung eines teilweise ausgehärteten Produktes "bei erhöhten Temperaturen verringert v/erden. Es ist kein erhöhter Druck für die Nachhärtung erforderlich, wie dies bei der Autoklavierungsstufe der erwähnten kanadischen Patentschrift 743 861 erforderlich ist.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsförmen beschrieben:

Sulfitablauge ist z. Z, meist entweder als Lösung mit f?O ^c/o Feststoffgehalt oder als Pulver erhältlich. Daher sind dies die bevorzugten Formen für die Rezeptierung des Binders, jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Formen allein beschränkt. Zur Herstellung von Spanplatten kann eine Flüssigkeit mit 10 % Feststoffen mit den Holzteilchen vereinigt werden, jedoch sollte das Gemisch getrocknet werden, um den Feuchtigkeitsgehalt auf 6 bis 12 %, bezogen auf das Bahngewicht vor dem Heißpressen zu vermindern. Torzugsweise wird daher ein Konzentrat der Ablauge verwendet.

Für die Herstellung der Spanplatten schwankt die Menge an zu verwendender Mineralsäure für den Binder und/oder die Preßzeit in Abhängigkeit von vielen Faktoren und deren Beziehungen. Diese Faktoren werden nachfolgend diskutiert.

a) Die Acidität der verwendeten Sulfitablauge

Kalzium-, Magnesium- und Ammoniumlignosulfonate sind normalerweise sauerer als Uatriumlignosulfonate Um eine zufrieden-

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stellende Bindung zu erhalten wird mehr Säure benötigt, wenn Natriumlignosulfonat verwendet wird.

b) Gewünschte Qualität der Bindung

Im allgemeinen gibt es zwei Arten von Spanplatten je nach der Art des verwendeten HarzMnders. Die "wasserfeste" Platte wird mit Phenolharzen hergestellt, und die "wasserbeständige" Platte mit Harnstoffharz. Die erstere kann einer vollen Bewitterung für die Anwendung im freien widerstehen und zerfällt nicht, wenn sie dem Siedetest unterworfen wird. Die letztere kann keiner lange dauernden vollen Bewitterung widerstehen und ist auf die Anwendung im Inneren "beschränkt. Sie zerfällt vollständig, wenn sie dem Siedetest unterworfen wird. Um eine Platte von einer Qualität für die Verwendung im Freien zu erhalten, ist mehr Säure oder ein geringerer pH-Wert erforderlich.

c) Der gewünschte Grad des pH-Wertes in der fertigen Platte.

Der pH-Wert in der fertigen Platte wird vor allem von der Menge an Säure in der Ablauge und in zweiter Linie von der Quantität der modifizierten Ablauge in der Platte bestimmt. Hohe Preßtemperaturen und längere Preßzeiten erhöhen den pH-Wert der fertigen Platte. Wenn ein geringerer pH-Wert im !Fertigprodukt annehmbar ist, kann eine Zusammensetzung verwendet werden, die einen hohen Säuregehalt aufweist. Es sei bemerkt, daß die Platte nach dem Pressen neutralisiert werden kann, wie noch beschrieben wird.

d) Preßbedingungen

Die Preßtemperatur und -zeit sind wichtige Faktoren bei der Spanplattenherstellung. Hohe Temperatur erfordert normaler-

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weise eine kurze Preßzeit und umgekehrt. Ablauge, die x^eniger Säure enthält, erfordert höhere Preßtemperaturen, um ein Produkt mit Außenqualität (zur Verwendung im freien) und ausreichende Aushärtung zu erzielen. Alternativ kann die gleiche Qualität durch Anwendung einer langen Preßzeit bei tieferen Preßtemperaturen erzeugt werden.

e) Nachhärtungsbehandlung

Der Zweck einer ITaehhärtungsbehandlung ist die Erhöhung der Bindequalität und der DimensionsStabilität der Platte. Die Nachhärtung ist eine wichtige Stufe bei der Herstellung von Platten mit Ablauge, insbesondere wenn keine hohen Preßtemperaturen möglich sind. Im allgemeinen kann eine richtige ITachhärtungsbehandlung einer Platte eine "Wasserfeste Bindung erteilen, selbst wenn sie entweder wegen geringem Säuregehalt oder ungenügender Preßtemperatur und -zeit mangelhaft ausgehärtet war.

f) Holzsorten und Form der Teilchen

Holz von hoher Acidität dürfte modifizierte Ablauge mit weniger Säure erfordern. Große Teilchen oder dicke Späne oder Scheiben von dichtem Holz tolerieren Sulfitablauge, die mehr Säure enthält, besser.

g) IPeuerverzögernde Platten

Phosphorsäure ist ein sehr v/irksamer Feuerverzögerer, jedoch teurer als Schwefelsäure. Wenn die Sulfitablauge mit Phosphorsäure als Binder für Spanplatten modifiziert wird, ergibt dies eine feuerverzögernde Platte. Die Menge an Phosphorsäure, die zur Ablauge zuzusetzen ist, wird im allgemeinen vom Grad der gewünschten Feuerverzögerung in der endgültigen Platte bestimmt. Normalerweise ist ein viel höherer Gehalt

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an Phosphorsäure als an Schwefelsäure in der Ablauge erforderlich, um sowohl zufriedenstellende Bindung als auch IPeuerverzögerung der Platte zu erreichen.

h) Heißpreßbehandlung für Klebebinder

Die Wirksamkeit der Erfindung -kann verbessert werden, indem das Ligninsulfonat, vorzugsweise unter Druck, vor oder nach der Zugabe der Säure erhitzt wird. Es scheint, daß diese Hitzebehandlung das Ligninsulfonat teilweise polymerisiert und als Ergebnis die Preßzeit und/oder die zur Erzielung einer zufriedenstellenden Bindung erforderliche Säure vermindert.

Vom Standpunkt der Produktionswirksamkeit kann zusammenfassend gesagt werden, daß die Sulfitablauge mit einem Maximumsgehalt an Säure modifiziert werden sollte, um die kürzeste Preßzeit zu erzielen und doch die gewünschte Qualität im Endprodukt zu erhalten. Es trifft zu, daß kurze Preßzeiten die Produktivität erhöhen und somit die Kosten erniedrigen. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, daß ein hoher Gehalt an Säure in der Sulfitablauge auch gewisse unerwünschte Effekte in der fertigen Platte haben kann. Säure ist nachteilig für die Festigkeit des Holzes als Ergebnis der Hydrolyse desselben. Die Hydrolyse von Holz in Gegenwart von starker Säure, insbesondere beim Heißpressen bei hoher Temperatur, verläuft mit recht großer Geschwindigkeit. Verkohlung, Verbrennungen oder sogar Explosionen können während des Heißpressens bei Platten. er&> Igen, die mit Sulfitablauge behandelt sind, welche hohe Säuregehalte aufweist. Im allgemeinen ist die Platte mit höherem Säuregehalt schlechter in den Festigkeitseigenschaften, jedoch dimensionsstabiler als eine Platte, die weniger Säure enthält. Überdies führt ein hoher Säuregehalt in der modifizierten Sulfitablauge zu niederen pH-Werten im fertigen Plattenprodukt. Hohe Acidität in einer Platte kann langzeitig eine zerstörende Wirkung auf das Holz in der Platte haben. Zusätzlich kann

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Korrosion "bei Fägeln und anderen Eisenwaren eintreten, die zur Herstellung von Erzeugnissen aus der Platte benutzt werden. Aus diesem Grund verlangen gewisse Verbraucher einen Minimums-pH-Wert von etwa 3 für Spanplatten. -Im lalle der Herstellung von feuerverzpgernden Spanplatten mit phosphorsäuremodifizierter Ablauge hat die erhaltene Platte im allgemeinen eine hohe IFeuerverzögerung, jedoch tiefe pH-Werte.

Es kann notwendig sein, die Acidität der Platten mit niederem pH-Wert durch eine Nachbehandlung zu verringern. Dies kann durch Neutralisieren der Säure mit Ammoniakgas, -flüssigkeit oder -lösung nach bekannten Arbeitsweisen erfolgen. Diese Fachbehandlung mit Ammoniak ist in der Lage, die.Acidität der Platte auf jeden gewünschten Grad ohne Änderung der anderen Eigenschaften zu verringern.

Obwohl die obigen Ausführungen sich spezifisch auf die Herstellung von Spanplatten beziehen, die als Beispiel angeführt und am eingehendsten untersucht sind, wurde auch festgestellt, daß die Bindemittelzusammensetzung sich auch für andere Lignocelluloseprodukte eignet, xvie Bagasse und Reisschalen bzw. Spelzen. Sie eignet sich auch zum Binden von Purnierholz zur Herstellung von Sperrholz.

Eine zufriedenstellende Kleb stoff zusammensetzung kann erzielt werden mit Ligninsulfonat, das einen pH-Wert im Bereich von 2 bis 0,1 hat, gemessen auf der Basis einer 50 %igen Lösung von Ligninsulfonat, was etwa 2 bis 20 % konzentrierter Schwefelsäure, gemessen auf der Basis des Gewichts von Ligninsulfonatfeststoffen, äquivalent ist. Spanplatten mit Außenqualität sind bei vernünftigen Preßzeiten bei einem pH-Wert von etwa 1,5 "bis 0,2 erhältlich, was 3 bis 16 % Säure, bezogen auf Ligninsulfonatfeststoffgewicht, äquivalent ist. Die höheren pH-Werte in diesem

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Bereich sind leichter mit einer durch Heißpressen "behandelten Bindemittelzusammensetzung erzielbar,,

Für feuerverzögernde Spanplatten kann der Phosphor Säuregehalt von .20 his 100 % schwanken, liegt jedoch vorzugsweise im Bereich von etwa 30 "bis 50 %. .ändere Säuren, wie Salzsäure, können ebenfalls verwendet werden, jedoch ist diese teuer und daher unter den-gegenwärtigen Umständen nicht praktisch.

Wie schon erwähnt, vermindern sowohl die Uachhärtung als auch die Heißpreßbehandlung die Säureanforderungen und/oder die Preßzeiten.

Der Bruchmodul (M.O.R.) steigt mit zunehmenden Anteilen an-Sulfitablaugefeststoffen. TTm eine annehmbare Spanplatte zu erhalten_s sind wenigstens 2 % Sulfitablaugefeststoffe, "bezogen auf das Gewicht der Holzteilchen, erforderlich.

TJm annehmbare Preßzeiten für die Produktion zu erhalten, sind Preßtemperaturen von 150 ⁰C (300 ⁰F) oder mehr als notwendig zu "betrachten.

Die folgenden Beispiele zeigen Einzelheiten der Erfindung. Ss sei darauf hingewiesen, daß einige Beispiele sich auf die Horm CSA - 0188 (68) "beziehen, den kanadischen Standard für Spanplatten, der den genannten Test für die innere Bindefestigkeit (Zugefestigkeit senkrecht zur Ebene der Platte in psi) als Maß der Bindequalität zwischen den Teilchen spezifiziert. Es wurde .jedoch stattdessen auch eine Torsions-Scherarbeitswel.se angewandt«, die sich als zuverlässiger und viel einfacher erwiesen hat, Ss mirde gefunden, daß das Verhältnis Torsion-Scliennig ausgedrückt in Zoll-lb (cm-kg) in den jeweiligen angelsächsischen Maßsystemen der inneren Bindefestigkeit, ausgedrückt in psi₃ etwa äquivalent ist.

Beispiel 1

Es wurde ein Binder hergestellt, in dem 5 Gewichtsteile konzentrierte Schwefelsäure (technische Qualität) gründlich in 100 Gewichtsteile Sulfitablauge auf Ammoniumbasis mit 50 % Peststoffen eingemischt wurden.. Die modifizierte Flüssig-

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keit wurde/haimnergemahlene Weißkiefernteilchen (White pine) einer Teilchengröße von 1/8 "bis 1/4 mesh (ca. 3j2 "bis 6,4 mm) in Mengenanteilen von 25 Teilen Peststoffen der modifizierten Flüssigkeit auf 100 Teile trocknes Holz aufgesprüht. Sechs homogene Platten (15 x 15 x 1/2 Zoll = 58,1 χ 38,1 χ 1,27 cm) wurde bei Plattentemperaturen von 204 ⁰C (400 ⁰P) bei verschiedenen Preßzeiten hergestellt. Wegen des hohen Feuchtigkeitsgehaltes (30 °/o) in der Matte bzw. Bahn wurden zwei feine Siebe während des Heißpressens auf die Mattenoberflächen gelegt. Dies erleichterte das Austreten von Feuchtigkeit und vermied auch die ITeigung der Platten, an flachen Zwischenplatten anzukleben. Es wurde festgestellt, daß die Sulfitabiaugenplatten mäßig resistent gegen Entflammbarkeit waren, eine Eigenschaft, die herkömmlichen Platten fehlt, wenn sie mit Harnstoff- und Phenolharz gebunden werden. Alle diese Platten, (mit Ausnahme der Hr. 1) erfüllen die Anforderungen der Horm CSA 0188 (68) für den Typ II (Bauplatten für Innenzwecke) Sorte F und G. Ausführliche Einzelheiten über die Herstellungsbedingungen und Eigenschaften der Platten sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengestellt.

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' . ' . Press- No. Temp. Zeit Oq (min) (⁰I)	Dichte g/cm^ (pcf)	Torsion- Scherung (in - Ib: trocken	) _Λ naß	Bruchmodul (M. O.g.) kg/cm (psi)	m (25-foot)	Dickenaus dehnung	Wasser absorp tion	2 (Plammaus- breitung)	Eine ISI	1 _^ VM I
1 204 6 (400)	0,71 (44,2)	40,5	J>	-	—	—	-	3 bestehen (I¹SI '
2 204 8 (400)	0,73 (45,6)	85,5	11,6	102 (1450)	45,6	107,3	' 70	im Staatslabora-
3 204 10 (400)	0,74 (46,2)	127,2	30,4	112,5 · (1600)	40,6	101,2	60
4 204 12 (400)	0,73 (45,7)	125,5	36,5	99 (1410)	37,9	105,0	63		K)
5 204 14 (400)	■ 0,79 (49,1)	129,7	62,9	105,5 (I5OO)	39,0	87,1	65
6 204 16 (400)	0,72 (44,9)	141,1	54,3 -	.· 105,5 (I5OO)	51,8	82,0	70		CD
Anforderung nach	CSA 0188	(68) für	die						CD
Spanplattensorten 3? und G			91,4 (1300)
Die Proben wurden	in Wasser von 70 4	- 2 ⁰I	(21 _±1,5 °	C) 24 Stunden eingetaucht und
naß geprüft.
ρ Der Ilammausbreitungsindex	FSI beruht auf	einem 60 cm
	von 70 bei einem 60 cm Tunneltest dürfte die Prüfung	ι (2 foot)Tunneltest.
150 oder geringer^	nach Klasse
>, bezoger	Tunneltest
1 auf einen 7,6

torium von Kanada. Der FSI-Wert von handelsüblichen, in Kanada hergestellten Spanplatten liegt n.oraalerweise über I50 beim 6,3 m Tunneltest.

Während des Einweichens erfolgte Entschichtung.

Beispiel 2

Ein Bindemittel, das durch gründliches Hisch es von 50 Gewichtsteilen konzentrierter Phosphorsäure mit 100 Teilen Sulfitablauge auf Eatriumbasis (50 % Feststoffe) hergestellt war, wurde auf hamraergemahlene Pappelteilchen gesprüht, um dreischichtige feuerverzögernde Spanplatten herzustellen. Der Gehalt an modifizierter Flüssigkeit für die Teilchen der Oberflächenschichten (-1/64· mesh) betrug 20 Teile j und für die Teilchen der Kernschicht (1/8 bis 1/4· mesh) I5 Gewichtsteile, jeweils an Peststoffen der modifizierten !Flüssigkeit. Das Verhältnis von Oberflächenmaterial/Kernmaterial für 12,7 inm dicke Dreischichtplatten betrug 1 : 3» bezogen auf Gewicht. Vier Platten (I5 2 15 χ 1/2 Zoll = 38,1 χ 38,1 χ 1,27 cm) wurdenbei einer Plattentemperatur von 204 ⁰G (400 ⁰F) und einer Preßzeit von 10 oder 12 Iünuten hergestellt, »iegen der Phosphorsäure in der modifizierten Flüssigkeit waren die erhaltenen Platten hochgradig resistent gegen Entflammbarkeit der Oberfläche. Die Prüfergebnisse sind in der nachfolgenden Tabelle zusammengefaßt.

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No.	Press- Temp. Zeit (min) ⁰C	10	Dichte g/cm (pcf)	Torsion-Scherung (in. - Ib.) trocken naß	12	I¹SI²
1	204 (400)	10	0,63 (39,2) ,	64	12	37,1
2	204 (400)	10	0,64 (40,0)	70	26	33,4-
3	204 (400)	10	0,64 (40,3)	62	29	33,8
4	204 (400)	0,68 (42,2)	74-	33,4-

Die Proben wurden 2 Stunden in V/asser gekocht und naß geprüft.

Der IPlammausbreitungsindex S¹SI beruhte auf dem 60 cm Tunneltest. Ein ISI von 30-40 bei einem 60 cm Tunnel dürfte einem Bestehen der Prüfung auf Hasse 2 (5¹SI 75 oder geringer), bezogen auf einen 6,3 m Tunneltest in Staatslabor von Kanada entsprechen.

Beispiel 3

Ein Bindemittel wurde hergestellt, indem 9 Gewichtsteile konzentrierte Schwefelsäure mit 100 Teilen Sulfitablauge auf Magnesiumbasis (50 % feststoffe) gründlich gemischt wurden. Die modifizierte Flüssigkeit wurde auf Pappelspäne (0,035 x 1,5 x 1/8 - 2 Zoll = 0,9 χ 38 χ 3,2 - 51 mm) in einer Menge von 10 Teilen der modifizierten flüssigkeitsfeststoffe auf 100 Teile trockenes Holz aufgesprüht. Die mit !Flüssigkeit behandelten Späne enthiel-

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ten etwa 15 "bis 18 % Feuchtigkeitsgehalt und daher wurden zwei feine Siebe auf die Oberflächen der Matten während des Heißpressens aufgelegt. Tier Spanplatten von 38,1 χ 38,1 χ 1,27 cm wurden bei einer Plattentemperatur von 204- ⁰C bei Preßzeiten, die von 6 bis 12 Minuten schwankten, hergestellt. Die heißgepreßten Platten wurden unmittelbar in einen auf 177 ⁰C (350 ⁰F) erhitzten Ofen für eine halbstündige Hachhärtungsbehandlung eingebracht. Diese Nachhärtungsbehandlung war notwendig, um die Bindungsqualität zu verbessern, wenn die Heißpreßzeit kurz war. ITachhärtungstemperaturen von 121 ⁰C und 149 °C (250 bzw. 300 ⁰P) waren weniger wirksam als 177 °C (35Ο ⁰P). Die Prüfergebnisse zeigten, daß eine Fachhärtung von 2 Stunden bei 14-9 ⁰C etwa das gleiche Ergebnis lieferte wie eine Stunde bei 177 ⁰C. Die Verlängerung der Eachhärtungsbehandlung bei 177 ⁰C würde die Dimensionsstabilität der Platten stark verbessern, jedoch ihre Pestigkeitseigenschaften vermindern. Die Prüfergebnisse sind auf folgender Tabelle zusammengefaßt:

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Press- . ' „ . ■

No. Temp. Zeit Dichte in Torsions- Dickenaus- Wasserabsorp

0,66 (41,5)	41,	8	15,	⁵	163 111 (2320) (1580)	27,7
0,68 (42,6)	108,	8	44,	5	154,6 101 (2200) (1440) 168,7 123 (2400) (1750)	23,0
0,64 (40,3) 0,69 (4-3,4)	104,	2	50, 56,	6 9	18,7 22,0

(psi)

•204 6 0,66 41,8 15,5 - - 27,7 81,2

(400)

204 8 0,68 108,8 44,5 163 111 23,0 77,6

■o

tT 3 204 10 0,64 91,6 50,6 154,6 101 18,7 ' 83,2

S 4 204 12 π. μ 104,2 56,9 ^68,7^12^ ²²'° ⁷³»⁷ ^

-J (400)

^ Anforderungen gemäß Norm

<° CSA 0188 (68) für Platten Sorte P 40⁵ - 140.6 70,3

ITVjU ( \J , ^ — — ■»—'

(2000) (1000) -J

, cn

'Die Proben wurden 2 Stunden in Wasser gekocht und dann naß geprüft.

Die Proben wurden 2 Stunden in Wasser gekocht und naß geprüft. Die Naß M.O.E. (Bruchmodul) xvurde auf die Trockendicke der Proben vor dem Kochen berechnet.

^ CSA 0I88 (68) erfordert eine innere Bindefestigkeit von 2,8 kg/cm = 40 psi, was etwa 40 in.-Ib. beim Torsion-Scher-Versuch ist. .

Beispiel 4-

Handelsüblich erhältiches Kalziumlignosulfonatpulver, das durch Sprühtrocknen von Ablauge erhalten wird, wurde in diesem Beispiel verwendet.. 100 Teile Pappelspäne wurden zuerst mit 0,7 Teilen konzentrierter Schwefelsäure (verdünnt in drei Teilen Wasser) besprüht und dann mit 4- Teilen Ealziumlignosulfonatpulver gemischt. Drei Platten von 38,1 χ 38,1 χ 1,27 cm (15 χ 15 χ 1/2 Zoll) wurden bei 204- ⁰C mit 6 bis Minuten Preßzeit gepreßt. Die heißgepreßten Platten wurden unmittelbar in einen auf 177 °C erhitzten Ofen für eine einstündige ITachhärtungsbehandlung eingebracht. Die Prüfergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:

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Press-No. Temperatur Zeit Dichte Torsion-Scherung M.O.E. · Dickenaus- Wasserab-

⁰C (min) g/cnr trocken naß trocken naß dehnung sorption ISI

^/ kg/cm τ» τ« ■

1 204 6 0,64 55,4 24,9 154.7 84,4 23,5 (400) (40,0) (2000) (1200)

2 204 ■ 8 0,71 76,2 39,3 168,7 109 23,6 (400) (44,2) (2400) (1550)

3 204 10 0,64 84,8 41,5 143,4 88 90,6

' *- (400) (40,3) (2040) (1250)

tj CSA 0188 (68) Anforderungen · '

"^; für Platten der Sorte P 40 140,6 70,3 - - so

S . , (2000) (1000) ι

CO . ■■ ι . »■ ■- ——·" ■' " ■■' ■ · ~————ⁱ' ■■■■

89	,9	96
80	,6	95
90	99

Proben wurden zwei Stunden in Wasser gekocht und naß geprüft.

Proben wurden zwei Stunden in Wasser gekocht und naß geprüft. Die Naß M.O.E, wurde

auf die Trockendicke der Proben vor dem Kochen berechnet.

- 20 Beispiel j?

In diesem Beispiel wurden Pappelspäne, die von einein kanadischen Spanplattenhersteller erhalten wurden, verwendet. Diese Späne waren tangential von Rundholz mittels eines Zerspäners so abgeschnitten, daß sie zugespitzte Enden hatten. Sie wurden auf einen.Feuchtigkeitsgehalt von 4- bis 5 % getrocknet. Die nominaldicke der Späne betrug 0,76 mm (0,030 Zoll) mit einer kontrollierten Länge entlang der Paser von 58,1 mm (1 1/2 Zoll) und mit regeliosenBreiten von 3,2 bis 76 mm (1/8 bis 3 Zoll).

100 Teile Trockengewicht dieser Späne wurden zuerst mit 0,9 Teilen konzentrierter Schwefelsäure, verdünnt mit 3 Teilen Wasser, besprüht. Die behandelten Späne wurden dann mit 5 Teilen gepulvertem Kalzium-Lignosulfonat (sprühgetrocknete Sulfitablauge) gemischt. 5 Platten von 9,5 mm (3/8 Zoll) Dicke und 38,1 χ 38,1 (15 χ 15 Zoll) Größe wurden bei einer Plattentemperatur von 210⁰C (410⁰J¹) 4 oder 5 Minuten !angepresst. Während des Heißpressens wurden Teflon-beschichtete Zwischenplatten verwendet um das Ankleben der Platten an die Zwischenplatten zu vermeiden. Nach dem Pressen (es wurde keine ITachhärtungsbehandlung angewandt) wurden die Platten bei 21,1⁰C (70⁰F) und 65 % relativer Feuchtigkeit 2 Wochen konditioniert, bevor sie geprüft wurden. Die Prüfergebnisse sind nachfolgend zusammengefaßt.

409837/0869

•Η
CQ
P)

PiCvI

a • ο

Pl

M O O

OJ

CQ CQ Φ rl

a	Pi	VD	O	V	CO	4
rl Φ		OJ	OJ	CVi	OJ	OJ
O ·
GQp
I H
O I
•rl	Φ
CQ ·
rl Pj	O	co	VD	OO	LfN	VD
O ·Η	O					C
ΞΗ v-x	rl	VD^-	ocT	o"	VD	O
	■P		O-	OJ	co	er»
			V

Q) -PKN •-%

υ ο ο

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L>-O LTNO

-OJ -VD

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vO 4 O -v -O

OJ KN ν KN

CO KN CNLfN V-OJ

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0OO

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OCT> OJOJ

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cool

CTvOO

v-oj

-O COO

ν- oj

co

KN

OJ

00

V KN OJlXN VDLfN OJlXN KNLfN VO -VD- VD- VD- VD-

-CO -00 —V -CO -CTv

OKN OKN O4 OKN OKN

IXN

LfN

O	O	O	ο	O	O
V	V	V	V	ν-	V
OJ		OJ	4-	OJ	4

OO OO

OJ

KN

LTN

■Β

rl ¹S

•Η

H H O tsl

LTN

ψ*

OJ

Pl φ ,Ω O

rl Fm

409837/0869

Beispiel 6

100 Teile (Trockengewicht) an handelsüblichen Papp.espänen ifurden zuerst mit 0, 6 Teilen konzentrierter Schwefelsäure, verdünnt mit 3 Teilen Wasser, gesprüht. Diese Späne wurden, dann mit 4- Teilen gepulvertem Kalzium-Lignosulfonatgemischt. 5 Platten von 38,1 χ 38,1 cm Größe und Dicken von 9»5 mm (3/8 Zoll), 12,7 mm (1/2 Zoll) und 19 mm (3/4 Zoll) wurden "bei Plattentemperaturen von 210⁰C (410⁰I¹) verschiedene Zeitspannen gepresst.

Um das Ankleben der Stahlzwischenplatten zu verhindern, wurden sie zuerst mit einer sehr dünnen Schicht einer Ölemulsion besprüht, bevor die Matte auf den Platten gebildet wurde. Die ölemulsion wurde mit 100 Gewichtsteilen Sojabohnenöl (oder Mineralöl) und 15 Teilen Natriumhydroxid hergestellt (die Menge an Natriumhydroxid in der Ölemulsion wurde variiert Je nach der Menge an Schwefelsäure, die auf die Späne gesprüht war). Während des Heißpressens vrarde die Säure auf den Teilchen, die auf den Oberflächen der Matten frei lagen, durch das Natriumhydroxid in der Emulsion neutralisiert, welche auf den Pressplatten aufgesprüht war. Diese Neutralisation verhinderte nicht nur das Ankleben der Platten an den Pressplatten sondern verminderte auch das Dunkelwerden der Plattenoberfläche. Überdies bildete das auf den durch das Heißpressen gehärteten Plattenoberflächen verbliebene öl einen Schutzfilm auf der Plattenoberfläche, der sehr wasserabstoßend war.

Nach dem Heißpressen wurden die Platten bei 21, 1⁰C und 65 % relativer Feuchtigkeit 2 Wochen konditioniert, bevor sie geprüft wurden. Die Prüfergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt.

409837/0869

	Plattendicke	Press-	Zeit	Dichte	Torsion-Scherung	naß²	M. 0. E.	naß	I
	mm (Zoll)	Temperatur	(min)	g/cm³ (pcf)	trocken	20,1	kg/cm (psi) trocken	■ 73,8 (1050)	'ro
		⁰C (⁰F)	4	0,61 '(38,3)	76,4	36,8	156,8 (2230)	102,6 (1460)	I
	;	210 (410)	5	0,66 (41,5)	98,6	27,8	244,7 ■ (3480)	80,8 (1150)
			6	0,63 (39,1)	93,8	33,8	173 _N (2460)
	12,7. (1/2)		10	0,71 (44,5)	100,6	21,8
	19 (3/4)	210 (410)	15	0,66 (41,4)	68,3
O CD		210 (410)
837-
/086"

An Proben von 2,54 cm (1 inch) im Quadrat.

Die .Proben wurden 2 Stunden in Wasser gekocht und dann naß geprüft.

Beispiel 7

Dieses Beispiel zeigt das Heißpressen von mit Sulfitablaugenflüs.sigleit gebundenen Platten bei einer verhältnismäßig tiefen Pressplattentemperatur von 177 C (350 F).

100 Teile Trockengewicht von Weichahornhobelspänen (-8 + 10mesh = <2,4 - >2 mm) wurden mit einer modifizierten Sulfitablaugeflüssigkeit besprüht. Diese Flüssigkeit bestand aus 10 Gewicht steilen gepulvertem Kal^zium-Lignosulf onat, ein Teil konzentrierter Schwefelsäure und 4 1/2 Teilen Wasser. Die Hobelspäne hatten einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 14 % nach dem Binderauftrag. 3 Matten (38,1 χ 38,1 cm) wurden gebildet und unter einem Druck von 28 at (400 psi) 2 Minuten vorgepreßt. Die vorgepreßten Matten waren sehr kompakt aufgrund der hohen Klebrigkeit der modifizierten Sulfitablaugeflüssigkeit und konnten daher ohne Verwendung von Zwischenplatten gehandhabt werden. Alle drei Matten wurden zu Platten von 9,525 mm (3/8 Zoll) Dicke bei einer Plattentemperatur von 177 ⁰C (35O°F) für 15,12 bzw. 10 Minuten gepreßt.

Die Matte wurde jedoch zwischen zwei feine Siebe (40 mesh = 0,42 mm) aus rostfreiem Stahl während des Heißpressens eingelegt. Dies beseitigte das Ankleben und erleichterte weiter den Eintritt von Dampf aus der Matte. Unmittelbar nach dem Heißpressen erhielten alle Platten eine Fachhärtungsbehandlung (Erhitzen der Platten in einem Ofen bei einer Temperatur von 149°C (300°F) für eine Stunde). Die Prüfergebnisse für diese drei Platten von 9,5 mm sind in der folgenden Tabelle gezeigt.

409837/0869

Press-

Platt θ-Νγ.

Temperatur

⁰C (⁰F)

Zeit (min)

Dichte g/cnK (pcf)

Torsion-Scherung (in-lb)

trocken

naß'

M. 0. E.

kg/cm² (psi)
trocken naß

1	177. (350) -	15	0,90 (56,5)	185	89	205,3 (2920)	88,6' • (1260)
2	177, (350)	12	0,82 . (51,5)	120	52	170 (2420)	99,8 (1420)
3	177, (350)	10	0,80 (50,0)	110	38	173 ' ' (2460)	77,3, (1100)

O IO OO U)

° An einer Probe von 2,54 cm im Quadrat oo

<° Die Proben wurden 2 Stunden in Wasser gekocht und näß geprüft.

Beispiel 8

Dieses Beispiel zeigt die Möglichkeit der Herstellung von Spanplatten mit modifizierter Ablauge, die extrem'hohe oder extrem niedre Säuregehalte aufweist. Vier modifizierte Ablaugen wurden für diesen Zweck hergestellt. Die Rezepturen A," B und C wurden jeweils mit 100 Gewichtsteilen einer Ablauge mit 50 % Feststoffgehalt (Kalzium-Lignosulfonat) und 1 bzw. 2 bzw. 3 Teilen konzentrierter Schwefelsäure hergestellt. Die Rezeptur D wurde mit 100 Gewichtsteilen gepulvertem Katrium-Lignosulfonat und 100 Teilen konzentrierter Schwefelsäure, verdünnt mit 100 Teilen Wasser, hergestellt. Jode dieser modifizierten Ablaugen wurde jeweils auf Weißkieferteilchen (1/4 - 1/8 mesh-Größe) in einer Menge von 10 Teilen Trockengewicht auf 100 Teile Weißkiefernteilchen aufgesprüht. Die behandelten Teilchen wurden zu einer Matte gebildet (38, 1 χ 38 x1 cm) und durch Heißpressen zu einer 7*937 ^ (5/16 Zoll) dicken Platte, die eine Dichte von etwa 0,'64- g/cm (50 Ib) hatte, Es wurden insgesamt 19 Platten bei den 4 verschiedenen Säuregraden im Abiaugenbinder hergestellt. Die Prüfergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt. Bei Bewertung dieser Ergebnisse ist vom praktischen Standpunkt aus ersichtlich, daß Säuregehalte außerhalb des Bereichs dieses Beispiels keinen geeigneten Binder zur Herstellung von .Spanplatten liefern.

409837/0889

Pr e s s"bedingungen~

Platte-Nr. Harztyp

O CO 00 Ca>

O 00

σ>

(O

1 2

3 4

5 6

7 8

9 10

11 12

13 14

17*

18* 19*

Temperatur	Zeit	Torsion-Scherung	naß	M. 0. R.	naß	(450)
⁰O	(min)	(in-lb) _o '	—5		5	(400)
(⁰P)		trocken	—5	•kg/cm (psi) ο	5	(350)
210 (410)	120	102	—5.	trocken	5	(280)
210 (410)	60	98	—5	232 (3300)	5
210· (410)	. 12	97	5	206 (2930)	5	(590)
210 (410)	8	104		219 (3120)	5	(530)
210 (410)	120	115	—⁵	200 (2850)	5	(360)
210 (410)	60	130		249 (3540)	5	(670)
210 (410)	40	^ 28		204 (2900)	5
210 (410)	20	132	8	187 "(2660)	31,6
210 (410)	10	80	9	193 (2750)	28
210 (410)	120	54	9	244 (3470)	24,6
210 (410)	60	79	6	176 (2500)	20
210 (410)	30	105	„5	157,5(2240)	5
210 (410)	20	77	40	183 (2600)	41,5
210 (410)	10	121	30	.155 (2200)	37,3
121 (250)	60	106	30	21,1 (300)	25,3
121 (250)	40	107	45	95 (1350)	47
121 (250)	30	114	3	93 (1320)
149 (300)	10	105	91^1300)
177 (350)	5	3	104 (1480)
3

ro -ο

CD CD

Bemerkungen zu den Fußnoten;

An Prüf proben von 2,54- cm im Quadrat

ρ
Die Proben wurden 2 Stunden in Wasser gekocht und naß

geprüft.

^Die Matte explodierte während des Heißpressens wegen des durch den hohen Säuregehalt gebildeten Gases.

Die fertigen Platten Nummer 15 ^is 19 waren stark sauer (pH-Werte lagen um etwa 2).

-⁷Es erfolgte Ent schichtung.

Beispiel 9

Preßzeit in Minuten, die erforderlich ist, um eine kochfeste Bindung in Spanplatten von 9, 5 mm (3/8 Zoll) Dicke zu er-

/1

halten, die mit 5 % Kalzium-Lignosulfonat mit verschiedenen Schwefelsäuregehalten gebunden sind.

ρ Platten- Schwefelsäuregehalt im Kalziumlignofulfonat

temp. ⁰C 7,5% 10% 12,5% 15% 17,5% 20% 22,5%' 100%

204 ,
(400) 20^ 10 8 7 6 5 4

177
(350) 40 25 16 12 9 7 6 5

149
(300) 80 50 40 30 25 20 15 10

121
(250) _______ 20

Kalziumlignosulfonat-f eststoffe bezogen auf Trockengewicht der fertigen Platte „
2 /bezogen auf

Gewichtsprozen t/Kalziumlignosulfonatfeststoffe

^ die Preßzeit ' kann um etwa 20% verkürzt werden, wenn nach dem Heißpressen eine Nachhärtungsbehandlung folgt Matte explodierte während des Fressens

^ Matte zeigte Zeichen von Verkohlung.

409837/0869

Beispiel 10

pH-Wert der fertigen Platte (kochfeste Bindung), die mit 5% Kalziumlignosulfonat und verschiedenen Schwefelsäuregehalten

1 gebunden ist

Säuregehalte % 7,5 10 12,5 15 17,5 20 22,5 100

pH-Wert der

Platte 4,1 3,7 3,5 3,3 3,1 2,9 2,6 1,0

. bezogen auf

Gewichtsprozent/Kalziumlignosulfonatfeststoffe.

Beispiel 11

Dieses Beispiel zeigt Spanplatten, die mit Sulfitablauge gebunden sind, welche nach der Säurezugabe gereinigt wurde.

100 Gewichtsteile handelsübliche Ablauge (Kalziumlignosulfonat) mit 50% Feststoffen wurden, zuerst mit 8 Teilen konzentrierter Schwefelsäure gemischt. Die angesäuerte Aoauge wurde dann filtriert, um unlösliches Material zu entfernen, das nach der Säurezugabe ausgefallen war. Der gereinigte Binder wurde in einer Menge von 5 Teilen (Feststoffgewicht) auf 100 Teile handelsübliche Pappelspäne gesprüht, und die besprühten Späne wurden als Kernmasse zur Herstellung von 3 Schichten spanplatten verwendet.

Weitere 100 Teile Ablauge wurden zuerst mit 6 Teilen konzentrierter Schwefelsäure gemischt und dann zur Entfernung

409837/0869

des Niederschlags gereinigt. Der gereinigte Binder wurde in einer Menge von 6 Teilen Trockengewicht (nach Eeinigung) auf 100 Teile Pappelspäne gesprüht. Die besprühten Späne wurden als Deckschichtmaterial zur Herstellung von 3-Schichten-Spanplatten verwendet. Das Verhältnis zwischen Deckschichten und-Kernschicht betrug 4- : 5, bezogen auf Gewicht-der besprühten Späne. Die Prüfergebnisse an vier Spanplatten, die mit dem gereinigten Harzbinder gebunden waren, der aus der Sulfitablauge hergestellt wurde, sind nachfolgend zusammengefaßt.

409837/Q869

Platte-Nr,

Press-

TemperatUro_C

(⁰F)

Zeit min

Dichte

g/cnr

(pcf)

Torsion-Scherung

in-Ib trocken naß

M. O. E.

ρ kg/cm (psi)

trocken

naß

	210 (410)	4	0,70 (43,8)	110,0	16,3	240 (3410)	79,5_N (1130)
2	210 (410)	5	0,67_N (41,9)	122,0	26,9	242 (3440)	115 , (1630)
3	210 (410)	5	(47,6)	100,5	38,0	261,5 (3720)	122,3_s (1740)
4	210 (410)	6	0,74 (46,0)	100,5	40,4	256" • (3640)	121,6 (1730)

Beispiel 12

Dieses Beispiel zeigt die Arbeitsweise zur Verminderung der

die Acidität der fertigen Spanplatten, mit der säuremodifi-

zierten Ablauge gebunden sind. Diese Arbeitsweise umfaßt die Behandlung der fertigen Platte in einem geschlossenen Behälter, der mit Ammoniakgas (NH.,) gefüllt ist· Die Einwirkungsdauer hängt vor allem vom ursprünglichen pH-Wert der fertigen Platte, dem gewünschten Neutralisationsgrad und der Plattendicke ab. Diese Nachbehandlung mit Ammoniak kann die Acidität der Platte auf jeden gewünschten Grad vermindern ohne andere Eigenschaften zu verändern. Die folgende Tabelle zeigt .das Ergebnis dieser Behandlung.

409837/0889

WIEKUNG DEE AMMONIAK-NEÜTEALISATION AUF DIE PLATTENACIDITÄT UND DIE TORSION-SCHEEUNGSFESTIGKEIO?

Platte-	Dicke	Einwirkungszeit	pH	vor	nach	OJorsion-'Scherung	vor	nach
Nr.	mm (Zoll)	Min.			in-rb	80,7	89,4
	9,5 (3/8)		2,76	6,73	48,1	53,1
1	9,5 (3/8)	30	2,92	7,25	69,1	72,0
2	9,5 (3/8)	30	2,89	6,65 ·	102,7	97,9
3	9,5 (3/8)	20	2,82	5,56	120,9	120,3
4	9,5 (3/8)	20	2,78	4,76	99,5	103,4
5	12,7 (i/2)	10	2,80	6,15	92,6	91,6
6	12,7 (1/2)	30	2,63	• 4,91	115,1	121,4
7	12,7 (1/2)	20	2,79	3,70	83,2	80,9
8	19,0 (3/4)	10	2,80	3,98	121,2	109,7
9	19,0 (3/4)	30	2,59	4,12
10	30

Beispiel 13

Dieses Beispiel zeigt die Möglichkeit der Entfernung von Kalziumionen ohne Säurezugabe zur Ablauge· Ablauge auf Kalziumbasis (50 % Feststoffe) wurde zuerst auf 25 % Feststoffe· mit Wasser verdünnt und dann durch eine Säule von Kationenaustauscherharz geschickt { BEXYN 101, ein organischer, stark saurer Kationenaustauscher). Durch das Kationenaustauscherharz wurden die Kalziumionen in der Ablauge entfernt. Die entmineralisierte Ablauge zeigt nach Konzentrieren auf 50 % Feststoffgehalt einen pH-Wert von weniger als 1 und verhielt sich wie eine mit Säure modifizierte Ablauge.*

Die entmineralisierte Ablauge wurde auf hammergemahlende Weißkieferteilchen (1/8 - 1/4 inch = 3,17 - 6,35 mm) in einer Menge von acht Teilen demineralisierte Laugenfeststoffe auf Teile trockenes Holz gesprüht. Die harzbeschichteten Teilchen wurden bei 77⁰C (170⁰F) etwa 10 Minuten im Ofen getrocknet,um den Feuchtigkeitsgehalt auf etwa 5 - 6 % zu verringern, bevor die Matte gebildet wurde. 4 homogene Platten (38,1 χ 38,1 χ 9,5 mro) wurden bei einer Plattentemperatur von 210⁰C mit einem Druck von 42 kg/cm (600psi) erzeugt. Zwei mit Teflon beschichtete Zwischenplatten wurden auf die Mattenoberflächen während des Heißpressens aufgelegt. Die Prüfergebnisse sind nachfolgend zusammengefaßt.

409837/0889

Platte-irr,

. Press-Temperatur Zeit

⁰C Min

(⁰F)

Dichte Torsion-Scherung

g/cm* in-lb

Cpcf) trocken naß

•M. O. E. kg/cm² (psi) trocken naß

210 (410)

0,68 (42,7)

130

12

102 (1450)

60,< (860'

210 (410)

0,72_n (45,3)

O,77_N (48,2)

0,80 (49,7)

142

158

173

24

32

43.

129 (18^0)

157 . (2230)

167 (2370)

77,0 (1100)

85 (1210)

90 (1280)

Beispiel 14

Dieses Beispiel zeigt die Möglichkeit der Herstellung von Spanplatten, die mit angesäuert em Kalziumlignosulfonatpulver gebunden sind. Das angesäuerte Pulver wurde zuerst hergestellt, indem gewisse Menge an Schwefelsäure mit 50 %iger Ablauge gemischt und das Gemisch dann bei Temperaturen von 149⁰C (30O⁰F) sprühgetrock net wurde. Es wurden zwei gepulverte Bindemittel mit zwei Säuregehalten zur Herstellung von Spanplatten hergestellt. Das Pulver ■mit den höherem Säuregehalt, das 7 Gewichtsteile konzentrierte Schwefelsäure auf 100 Gewichtsteile Kalziumablauge mit 50 % Feststoffgehalt vor dem Sprühtrocknen enthielt, wurde als Bindemittel für die Kernschicht von Spanplatten verwendet. Das Pulver mit dem geringeren Säuregehalt, das 6 Gewichtsteile konzentrierte Schwefelsäure auf 100 Gewichtsteile Kalziumablauge mii 15 % Feststoffen vor dem Sprühtrocknen aufwies, wurde als Binder für die Deckschichten der Platte verwendet. Das angesäuerte Pulver wurde mit Pappelspänen in einer Menge von 4 Gewichtsteilen auf 100 Teile trockene Späne gemischt. Nach dem Mischen haftete das feine Pulver (100 mesh = 0,15 mm) gut an den Spanoberflächen. Das Verhältnis von Deckseite/Kern/Deckseitenmaterial für Spanplatten von 9, 5 mm Dicke war 1:2:1 Gewichtsteile. 6 Pappelspanplatten (38,1 χ 38,1 χ 9j5 mm) wurden bei einer Plattentemperatur von 210⁰C und einem Druck von 28 at (400psi) hergestellt. Die Prüfergebnisse sind nachstehend gezeigt.

409837/0869 ORfQiNAL. inspected

	■ Platte-Hr.	Press-	Zeit	Dichte	Torsion-Scherung	•	M. O. E.	(psi)
		Temperatur	Min	g/cm*	in-lb	naß	kg/cm	naß
		⁰C		(pcf)	trocken	18	trocken	. 75
	1,2	C op)	4	0,64	99		207	(1070)
		210		(40,1)⁺		22	(2940)	92
	3,4	(410)	5	0,66	99		221	(1310)
		210		(41,4)		25	(3140)	84
*·>	5,6	(410)	6	0,63	82		197	(1200)
(O OO		210		(39,1)			, (2800)
ca		(410)
/0869

*Jede Zahl zeigt den Durchschnittswert von 2 Platten«

Beispiel 15

Dieses Beispiel zeigt die Möglichkeit, die modifizierte Ablauge als Bindemittel für Spanplatten zu verwenden, die mit anderen Materialien als Holz gemacht werden. Ein Binder wurde hergestellt, indem 8 Gewichtsteile konzentrierte Schwefelsäure gründlich mit 100 Teilen einer AhIauge auf Kalziumbasis mit 50% Peststoffen gemischt wurden. Die modifizierte Flüssigkeit wurde jeweils auf Bagassesplinter (1/8 - 1/4 mesh) und Weißkieferrindenteilchen (I/8 - 1/4 mesh) in einer Menge von 8 Teilen modifizierter Abiaugenfeststoffe zu 100 Teilen trockener Bagasse t>zw. Rinde aufgesprüht. Die mit Flüssigkeit beschichteten Splinter und Teilchen wurden in einem Ofen bei einer Temperatur von 77°C (17O°F) getrocknet, um einen Feuchtigkeitsgehalt von etwa 5 bis 6% zu erzielen, bevor die Matte gebildet und heißgepreßt.wurde. 6 Platten (38,1 χ 38,1 χ 0,95 cm, und zwar jeweils 3 Platten aus Bagasse und aus Rinde) wurden bei Plattentemperaturen von 200⁰C (400⁰F) bei einem Druck von 28 bis 42,2 kg/cm² (400 bis 600 psi) hergestellt. Die Prüfergebniss.e sind nachfolgend zusammengefaßt.

409837/0869

Tabelle 18

Platte-	temp.	Preß	zeit
Nr.	⁰C	(min)

Dichte

g/cnr Cpcf) Torsion-Scherung
(in-lb)

trocken

naß

kg/cm (psi) trocken naß

Bagasse

O
(O
OO

1
2

204
(400)

5
5

0,72_s (45,2)

0,81 (50,6)

7/0	3 .	204 (400)	5	0,89_n (55,3)
869
				Rinde
	4	204 (400)	• 5	0,88 (54,9)
	5	204 (400)	6	0,89 (55,7)
	6	204 (400)	7	o,90 (56,1)

21
29
33

19
24
26

108 (1540)

164.5 (2340)

179_n (2530)

44 (620)

(750)

49 (700)

28 (400)

45 (640)

56 (800)

8 (110)

12

(170) ,S₀

16 Ξ (230) ο

CJ)

Beispiel 16

Dieses Beispiel zeigt die Möglichkeit der Verwendung der modifizierten Ablauge als Klebstoffbinder für Sperrholz. Die Sulfitablaugeflüssigkeit (Kalziumbase, 50% Feststoffe) wurde zuerst gründlich mit 5 Gewichtsteilen konzentrierter Schwefelsäure zu 100 Gewichtsteilen der Ablauge mit 50% Feststoffen gemischt und dann filtriert, um die Kalziumniederschläge zu entfernen. Douglaskiefer- -und Pappelbrettchen (3»2 mm χ 30,5 x 30,5 cm, 2 - 3% Feuchtigkeitsgehalt) wurden mit der modifizierten Ablauge in einer Menge von 261,5 g Feststoffen pro m (15 g Feststoffe per square foot) bestrichen. Die mit Bindemittel beschichteten Furnierbretter wurden aufeinandergeschichtet, wobei die Zeit, die sie bei geschlossener Presse aufeinanderge schicht et waraa,4-5 Minuten vor dem Heißpressen betrug ' 2 Platten aus dreischichtigem Sperrholz (jeweils Douglaskiefer und Pappel) wurden 5 Minuten bei 177°C bei einem Plattendruck von 10,5 kg/cm² (150 psi) heißgepreßt. Bei Prüfung der Sperrholzplatten sowohl unter trockenen als auch nassen Bedingungen zeigte die gebrochene Oberfläche einen hohen Prozentsatz an Versagen im Holz.

Beispiel 17

Dieses Beispiel zeigt die Möglichkeit der Herstellung von holzgefüllten Formkörpern mit dem angesäuerten Pulver von Kalziumlinosulfonat. Das angesäuerte Abiaugenpulver wurde durch Sprühtrocknen eines Gemisches erhalten, das aus 5 Gewichtsteilen konzentrierter Schwefelsäure und 100 Gewichtsteilen Ablauge (50% Feststoffe) bestand. Die Sprühtrocknungstemperatur betrug 149°C (300⁰F) und das feine Pulver wurde

so gesiebt, daß es durch ein Sieb von 0,15 mm (100 mesh)

20 Gewichtsprozent des Pulverharzes wurden gründlich mit

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mit 100 Teilen Trockengewicht an Weißkieferteilchen (100 mesh und 5% Feuchtigkeitsgehalt) gemischt. Eine Scheibe von 10,16 cm (4- Zoll) Durchmesser und 12,7 mm Dicke wurde bei einer Presswerkzeugstemperatur von 177°C bei einem Druck von 70,3 kg/cm und einer Presszeit von 20 Minuten hergestellt. Die Scheibe hatte ein spezifisches Gewicht von 1,1 und zeigte gute Festigkeit und Dimensionsstabilität.

Beispiel 18

Dieses Beispiel zeigt die Möglichkeit einer Wärmebehandlung für Sulfitablauge bei hoher Temperatur, um die erforderliche Säuremenge für den Klebebinder zu vermindern. Etwa 800 mm Kalziumlignosulfonatflüssigkeit (50% Feststoffe) wurden zuerst in ein zylindrisches Stahlgefäß von etwa 1000 ml Volumen eingebracht und dieses dicht verschlossen. Das verschlossene Gefäß wurde etwa 2 Stunden lang in ein auf eine Temperatur von 177⁰C erhitztes ölbad eingetaucht. Während dieser Heizperiode stieg der Druck im Gefäß allmählich auf 1913 kg/cm· (275 psi) oder mehr. Die durch Wärme und Druck behandelte Flüssigkeit wurde dunkler und viskoser bei teilweiser Polymerisation derselben.

Ein Bindemittel wurde hergestellt, indem 20 Gewichtsteile einer 20%igen Schwefelsäurelösung mit 100 Gewichtsteilen der behandelten Lignosulfonatflüssigkeit (etwa 50% Feststoffgehalt) gründlich gemischt wurden. Der modifizierte flüssige Binder wurde auf handelsübliche Pappelspäne in einer Menge von 5 -Gewichtsteilen Bindemittelflüssigkeitfeststoffen auf 100 Teile trockene Späne aufgesprüht. Die mit Bindemittel behandelten Späne wurden durch Heißluft von 66°C (150⁰F) 5 Minuten lang getrocknet, um den Feuchtigkeitsgehalt der Späne auf etwa 8 bis 10% zu verringern. Es wurden 3 homogene Platten (38,1 χ 38,1 χ 0,95 cm) bei einer Plattentemperatur von 204⁰C und einem 7-minütigem Druck von 28,1 kg/cm hergestellt. 2 mit Teflon beschichtete Zwischenplatten wurden auf die Mattenoberflächen während

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des Heißpressen^ aufgelegt. Die Prüfergehnisse sind in der folgenden TabeXe zusammengefaßt.

	0,66 (41,5)	lorsiön-Scherung	M.O.E.	»	naß
	0,68 (42,6)	(in.-Ib) trocken . naß	kg/cm^£ , (psi) trocken	79,5_N (1130)
Platten- Dichte-, Nr. g/enr (psf)	0,70 (44,0)	92 18	"195,5 (2780)	87 (1240)
1	116 31	204 (2900)	100 (1420)
2	110 27	213,7 (3040)
3

Der Vergleich der obigen Ergeb—nisse mit denjenigen von Beispiel 14 zeigt die Wirksamkeit der Behandlung die gestattet, geringere Säuremengen für vergleichbare Ergebnisse zu benutzten.

Es wurde weiter gefunden, daß die Heißpießbehandlung auch auf eine Zusammensetzung angewandt werden kann, in welcher das Ligninsulfonat und die Mineralsäure kombiniert wurden. Bei Einbeziehung der Säure wird die Behandlungszeit beträchtlich verringert, wobei die Behandlungszeit von der Temperatur, dem Druck und der Zusammensetzung abhängt.

Auf der Basis der obigen Feststellungen umfaßt die derzeit bevorzugte Arbeitsweise zur Herstellung eines Klebebinders in trockener Pulverform die Stufen

1. der Vereinigung von konzentrierter Sulfitablauge mit Säure,

2. gewünschtenfalls Entfernung des Niederschlages, 3- Anwendung einer Hitze- und Druckbehandlung und 4. Sprühtrocknung.

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In einem älteren Vorschlag (P 24 02 440.6) ist ein Verfahren zum Pressen von Spanplatten unter Verwendung von Dampf in einer Presse mit einem Paar Preßplatten beschrieben, wobei jede Platte öffnungen in der Oberfläche hat, die der anderen Platte gegenüberliegt, und wobei die Presse eine Dichteinrichtung aufweist, welche eine Kammer umgrenzt, die den Raum zwischen den Platten umschließt und wobei eine Matte bzw. ein Vlies von Holzteilchen und warmhärtendem Klebstoffbinder gepreßt wird, indem man unter Druck stehenden Dampf,' vorzugsweise Sattdampf, durch die Öffnungen einer Pressplatte in die Matte einleitet und aus den öffnungen der anderen Pressplatte abläßt, wobei man den Dampfaustritt zur Aufrechterhaltung eines erhöhten Druckes und einer erhöhten Temperatur für eine zum Härten des Klebstoffbinders ausreichende Zeit beschränkt und schließlich den Dampf aus der Dichtkammer abläßt und die Pressplatten zur Entnahme der Spanplatte trennt. Zweckmäßig wird zum Aufbau eines Druckes in der Kammer der Dampfauslaß so lange gesperrt oder beschränkt, bis in der Presse ein vorbestimmter Druck erreicht ist. Bevorzugt kann man die Strömungsrichtung des Dampfes umkehren und die Matte kann vor dem Dampf pressen schon vorgepreßt sein.

Das vorliegende Verfahren eignet sich besonders gut zur Kombination mit dem oben beschriebenen Dampfpressen, da festgestellt wurde, daß beim Pressen unter Dampfinjektion weniger Mineralsäure erforderlich ist, um vergleichbare Ergebnisse zu erhalten. Es wird angenommen, daß der Dampf organische Säure aus den Holzteilchen freisetzt und somit mehr Säure verfügbar macht, die für das Verfahren notwendig ist. So zeigen dampfgepresste Spanplatten einen tieferen pH. Zusätzlich zum Vorteil der geringeren benötigten Säuremenge wird auch die Schädigung der Holzteilchen durch Hydrolyse, welche Säure hervorrufen kann, vernachlässigbar. Überschlagweise wird etwa 1/4 der Säure erforderlich, die bei früheren Verfahren zur Herstellung gepresster Spanplatten unter Verwendung von Sulfitablauge erforderlich war, um vergleichbare Ergebnisse zu erzielen. Beim Dampfpressen können zufriedenstellende Ergebnisse mit einem Säuregehalt von nur

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2 %, gemessen als konzentrierte Schweb.".,säure und bezogen auf das Gewicht der Sulfitatiaugefeststoffe, erzielt werden.

L INSPECTED

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Claims

Patentansprüche

1. Bindemittelzusammensetzung zum Binden von Lignozellulosematerialien, gekennzeichnet durch ein Konzentrat, das Ligninsulfonat enthält, welches zur Erzielung eines pH-Werts von nicht mehr als etwa 2 behandelt ist, gemessen als Lösung des Konzentrats mit 50% Feststoffen.

2. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert mittels Ersatz von Kationen durch Wasserstoffionen erniedrigt ist.

3· Zusammensetzung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert mittels Zugabe einer Mineralsäure erniedrigt ist.

4-, Zusammensetzung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert mittels Elektrodialyse erniedrigt ist,

5. Zusammensetzung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mineralsäure Schwefelsäure ist.

6. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung mit 50% Feststoffen einen pH-We_rt zwischen, etwa 0,1 und etwa 2 aufweist.

7. Zusammensetzung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert im Bereich von 0,2 bis 1,5 liegt.

8. Zusammensetzung nach Anspruch 1,. dadurch gekennzeichnet, daß sie in trockner gepulverter Form vorliegt.

9· Zusammensetzung nach Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet, daß der entstandene Niederschlag entfernt ist.

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10. Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie unter Druck zur Erzielung einer teilweisen Polymerisation erhitzt ist.

11. Verfahren zur Herstellung eines Klebstoffbinders für LignoZellulosematerialen aus einem Konzentrat von Ligninsulfonat, dadurch gekennzeichnet, daß man 1. das Konzentrat zur Erzielung eines ph-Wertes von nicht mehr als etwa 2, gemessen als Lösung des Konzentrats mit 50% Feststoffen, behandelt und 2. das Ligninsulfonatkonzentrat zur teilweisen Polymerisation erhitzt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß Stufe 2 nach Stufe 1 durchgeführt, wird.

. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das behandelte und erhitzte Konzentrat weiter zur Erzielung eines Klebstoffbinders .in trockener gepulverter Form sprühgetrocknet wird.

. Verfahren zur Herstellung von Spanplatten, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Gemisch von Lignozelluloseteilchen, Ligriinsulfonat in einem Mengenanteil, der wenigstens 2 Gewichtsprozent Feststoffen, bezogen auf das Teilchengewicht äquivalent ist, einer Mineralsäure in einer Menge, die 2 bis 20 Gewichtsprozent, gemessen als konzentrierte Schwefelsaufe, und bezogen auf das Gewicht der Ligninsulfonatfeststoffe äquivalent ist, bildet, eine Matte oder Bahn aus dem Gemisch bildet und die Matte bei einer Temperatur von ca. 150⁰C (300⁰F) oder mehr in der Hitze verpreßt.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,

daß zuerst die Mineralsäure und die Lignozelluloseteilchen gemischt werden und danach mit Ligninsulfonat in

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gepulverter Form vermischt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14-, dadurch gekennzeichnet, daß das Ligninsulfonat in Form einer !Flüssigkeit verwendet wird und zuerst Ligninsulfonat und Mineralsäure vermischt und dann sprühgetrocknet werden und danach mit den Lignozelluloseteilchen vermischt wird.

17· "Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß - das flüssige Gemisch von Ligninsulfonat und Mineralsäure unter Druck bis zu teilweisen Polymerisation vor dem Sprühtrocknen erhitzt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 14-, dadurch gekennzeichnet, daß der Mengenanteil an Mineralsäure zu festem Ligninsulfonat, ausgedrückt durch das Gewicht, 4· "bis 16% "beträgt.

19· "Verfahren nach Anspruch 14-, dadurch gekennzeichnet, daß als Mineralsäure Schwefelsäure verwendet wird.

20. Verfahren, nach Anspruch 14-, dadurch gekennzeichnet, daß. zur Erzielung von feuerverzögernden Platten als Mineralsäure Phosphorsäure verwendet wird.

21. Verfahren nach Anspruch 14-, dadurch gekennzeichnet, daß die Matte zur Verfestigung und teilweisen Aushärtung der Spanplatte -heißgepreßt und die teilweise ausgehärtete Spanplatte für ausreichende Zeit zur Härtung der Spanplatte auf den gewünschten Grad einer erhöhten !Temperatur unterworfen wird.

22. Verfahren nach Anspruch 14-, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte nach dem Pressen zur Abnahme ihrer Azidität

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behandelt wird.

23· Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst Ligninsulfonat und Säure vereinigt und dann vor dem Mischen mit den Lignozelluloseteilchen unlösliches Material entfernt wird.

24. Verfahren nach Anspruch 14,, dadurch gekennzeichnet, daß" Ligninsulfonat verwendet wird, das aus Sulfitablauge erhalten ist.

25- Zusammensetzung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ligninsulf onat Kalzium-, Ammonium-, Magnesium— oder Hatriumlignosulfonat enthält.

und 25

26. Anwendung der Bindemittelzusammensetzung nach Anspruch 1 — 10 / beim Pressen von Spanplatten aus einer Matte von Holzteilchen und einem warmhärtenden Klebstoffbinder unter Verwendung von Dampf in einer Presse mit einem Paar Pressplatten und Einrichtungen zum Begrenzen einer Dichtkammer zwischen den Pressplatten, wobei über Öffnungen in den einanderzugewandten Oberflächen der Pressplatten unter Druck stehender Dampf durch die Öffnungen einer Pressplatte in die Matte eingeleitet und aus den Öffnungen der anderen Pressplatte abgelassen wird und wobei der Dampfaustritt zur Aufrechterhaltung eines erhöhten Drucks und einer erhöhten Temperatur für eine zum Harten des Klebstoffbinders ausreichende Zeit beschränkt wird und schließlich der Dampf aus der Dichtkammer abgelassen und die Spanplatte aus der Presse entnommen wird.

27- Anwendung des Verfahrens gemäß Anspruch 11-24 für das Dampfpressen von Spanplatten gemäß Anspruch 26.

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