СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ДРЕВЕСНО-ВОЛОКНИСТЫХ ПЛИТ
METHOD FOR PRODUCTION OF FIBERBOARDS

Настоящее изобретение относится к способу получения древесноволокнистых плит, таких как плиты МДФ.
Рынок древесноволокнистых плит средней плотности (МДФ) и древесноволокнистых плит высокой плотности (ХДФ) постоянно растет. Плиты МДФ и ХДФ можно обрабатывать как обычные ДСП. Однако благодаря своей однородной структуре они также подходят для производства профилированных деталей, и их использование становится все более широко распространенным при производстве мебели.
Для производства древесноволокнистых плит древесину разделяют на древесные частицы, склеивают и прессуют в плиты. В этом процессе используется древесина различных типов, в основном из хвойных пород, таких как ель и сосна. Также можно использовать другие породы дерева, такие как бук или эвкалипт.
Древесину для производства волокна окоряют и измельчают в древесную стружку. После этого древесную стружку измельчают на частицы древесины в измельчающем устройстве, так называемом рафинере.
Рафинер может состоять из двух металлических дисков с радиальным рельефом, которые непосредственно примыкают друг к другу. Один из этих дисков может двигаться, или оба могут вращаться в противоположных направлениях. Рафинеры обычно работают под положительным давлением. Древесную стружку разбивают на волокна между этими двумя дисками, при этом тонкость волокон зависит от размера зазора между дисками.
Разбиение на волокна древесной стружки потребляет энергию. Энергопотребление рафинера составляет до 400 кВт/ч на тонну древесины. Энергозатраты на разбиение на волокна могут составлять до 20% затрат на производство плиты МДФ. Для снижения потребления энергии древесная стружка может быть подвергнута гидротермической предварительной обработке. Для этого древесную стружку обычно предварительно обрабатывают в котле при температуре от 100 до 180°С и давлении до 10 бар. Эта процедура смягчает среднюю пластинку и облегчает разбиение на волокна в рафинере.
На следующей стадии к древесной волокнистой пульпе добавляют связующее, такое как мочевино-формальдегидная смола (UF-смола), смешанная смола, состоящая из мочевины и меламина (MUF-смола), фенолформальдегидная смола (PF-смола) или диизоцианатный адгезив. Связующее обычно добавляют к еще влажным волокнам, но также могут добавлять после сушки. Добавление к влажным волокнам обычно проводят на так называемой «продувной линии». Вместе со связующим можно добавлять воски.
После этого волокна сушат в сушилке до остаточной влажности около от 7% до 15%. На следующих стадиях связанные волокна распределяют с образованием матов, и предварительно уплотняют (предварительно прессуют). После этого предварительно уплотненные маты прессуют в плиты в нагретых прессах при температуре от 170 до 240°С.
Обычно плиты затем следует шлифовать и полировать для получения гладкой поверхности, которую можно покрыть лаком или декоративным слоем. Стадия размалывания необходима, потому что плиты часто имеют недостаточное связывание волокон и шероховатости на поверхности, возникающие в результате неравномерного распределения.
Таким образом, задача настоящего изобретения состоит в обеспечении способа получения древесноволокнистых плит, который уменьшает или полностью устраняет вышеупомянутые недостатки. В частности, задача состоит в обеспечении способа получения древесноволокнистых плит, в котором снижается сложность размалывания и/или достигается лучшее внутреннее связывание волокон и/или более гладкая поверхность полученной древесноволокнистой плиты и/или полученные древесноволокнистые плиты демонстрируют лучшую стабильность. Еще одна задача состоит в уменьшении проникновения воды в древесноволокнистую плиту.
Согласно настоящему изобретению это достигается посредством применения поверхностно-активных веществ.
Хотя в ЕР 2168738 действительно описано применение поверхностно-активных веществ при получении древесноволокнистых плит, цель поверхностно-активных веществ в этом случае состоит в том, чтобы облегчить проникновение пропитывающей жидкой среды в сырые древесноволокнистые плиты. Таким образом достигается заданная конечная влажность. Тип используемого поверхностно-активного вещества дополнительно не уточняются.
В ЕР 2619016 В1 раскрыт способ получения деревянных панелей, в котором в варианте осуществления, добавляют добавку перед прессованием лепешки древесного материала. Добавка может содержать поверхностно-активное вещество, но поверхностно-активное вещество дополнительно не уточняется.
В "Advantages of Alkylpolyglycoside Surfactants in Mechanical Pulping", IPCOM000230969D, описано применение алкилполигликозидов при получении древесной пульпы для производства бумаги.
Тем не менее, указанные публикации не направлены на достижение вышеуказанной задачи.
Однако вышеуказанная задача достигается способом согласно настоящему изобретению получения древесноволокнистых плит, включающим следующие стадии:
a) дробление древесины в древесную стружку,
b) гидротермическая предварительная обработка древесной стружки паром в емкости для предварительной пропарки при температуре от 100 до 180°С и давлении от 1 до 10 бар,
c) размалывание предварительно обработанной древесной стружки в тонкодисперсные древесные частицы в рафинере в присутствии пара при температуре от 150°С до 200°С и давлении от 4.5 до 16 бар,
d) склеивание и сушка тонкодисперсных древесных частиц, где сушку древесных частиц также можно проводить перед склеиванием,
e) формование матов из связанных волокон и предварительное уплотнение матов,
f) прессование склеенных и высушенных древесных частиц при температуре от 170 до 240°С в древесноволокнистые плиты,
где размалывание с) предварительно обработанной древесной стружки в тонкодисперсные древесные частицы и/или склеивание (как правило в, так называемой, продувной линии (d)) и/или образование и предварительное уплотнение волокон (е) проводят в присутствии одного или множества поверхностно-активных веществ.
Задача также решается посредством обеспечения способа получения тонко дисперсных древесных частиц, включающего следующие стадии:
a) дробление древесины в древесную стружку,
b) гидротермическая предварительная обработка древесной стружки паром в емкости для предварительной пропарки при температуре от 100 до 180°С и давлении от 1 до 10 бар,
c) размалывание предварительно обработанной древесной стружки в тонкодисперсные древесные частицы в рафинере в присутствии пара при температуре от 150°С до 200°С и давлении от 4.5 до 16 бар,
d) склеивание и сушка тонкодисперсных древесных частиц, где сушка древесных частиц также может быть проведена перед склеиванием, и где необязательно одно или множество поверхностно-активных веществ вводят с клеящим веществом в продувную линию,
e) формование матов из связанных волокон и предварительное уплотнение матов, где необязательно одно или множество поверхностно-активных веществ распыляют на или под предварительно спрессованный мат, и
необязательно f) прессование склеенных и высушенных древесных частиц при температуре от 170 до 240°С в древесноволокнистые плиты.
Добавление поверхностно-активных веществ можно осуществлять на всех стадиях способа или только на одной или более стадиях способа. Например, по меньшей мере одно поверхностно-активное вещество может быть добавлено на стадии d) и/или на стадии е).
Неожиданно было обнаружено, что некоторые технические преимущества могут быть достигнуты посредством способа согласно настоящему изобретению.
Поверхность древесноволокнистых плит неожиданно становится более гидрофобной из-за добавления поверхностно-активных веществ согласно настоящему изобретению. Поверхность древесноволокнистых плит также становится более гладкой, а размалывание можно сократить или даже вовсе отказаться от него. Последующий процесс нанесения покрытия также функционально улучшен.
Наконец, при применении способа согласно настоящему изобретению древесноволокнистые плиты также показывают более привлекательный внешний вид и повышенную стабильность.
При использовании на стадии рафинера поверхностно-активные вещества могут быть добавлены к древесной стружке либо в камере для предварительной обработки паром, либо в подающем шнеке выше по ходу потока от рафинера. При применении на стадии склеивания, поверхностно-активные вещества можно вводить в продувную линию в виде водного раствора. Водные растворы поверхностно-активных веществ также могут применяться для распыления на или под предварительно спрессованный мат.
Используемые количества поверхностно-активных веществ обычно составляют от 0,05 мас.% до 5 мас.%, предпочтительно от 0,1 мас.% до 3 мас.% из расчета на абсолютно сухую (bd) древесину.
Применяемые поверхностно-активные вещества могут быть анионными или неионными. Также могут применяться комбинации множества различных поверхностно-активных веществ.
Предпочтительно применяют комбинации, содержащие неионные поверхностно-активные вещества, или неионные поверхностно-активные вещества сами по себе.
Анионные поверхностно-активные вещества могут быть сульфатами, сульфонатами или фосфатами разветвленных или неразветвленных жирных спиртов или оксоспиртов, разветвленными или неразветвленными оксилатами жирных спиртов или оксилатами оксоспиртов. Также возможны сульфаты, сульфонаты или фосфаты нафтилового спирта или этоксилированного нафтилового спирта, арилалкиловые спирты или арилалкилэтоксилаты.
8
20
8
14
Подходящими анионными поверхностно-активными веществами являются сульфаты простых эфиров жирных спиртов с разветвленными или неразветвленными C-С алкильными цепями и 2-50 этиленоксидными (ЕО) единицами. Особенно предпочтительными являются сульфаты простых эфиров жирных спиртов с C-C алкильной цепью и с 2-12 разветвленными и/или неразветвленными этиленоксидными единицами.
8
14
Также подходящими являются сульфаты простых эфиров жирных спиртов с C-C алкильной цепью и с 2-12 разветвленными и/или неразветвленными этиленоксидными единицами.
Неионные поверхностно-активные вещества могут представлять собой алкилалкоксилаты спиртов с неразветвленной или разветвленной, первичной или вторичной алкильной цепью, или арилалкоксилаты. Предпочтительными являются алкил или арилалкоксилаты формулы (I)
в которой
1
4
24
R = линейный или разветвленный, первичный или вторичный С-С алкилфенил и нафтил,
2
1
16
R = линейный или разветвленный C-C алкил,
3
1
18
R = Н, бензил, линейный или разветвленный C-C алкил,
n = 1-200,
m = 0-80,
где алкиленоксидные единицы могут быть расположены блочно или случайно в любом желаемом порядке.
8
15
Другими используемыми неионными поверхностно-активными веществами являются разветвленные или неразветвленные C-С алкилэтоксилаты с от 3 до 20 этиленоксидными единицами.
8
15
Другими используемыми неионными поверхностно-активными веществами являются разветвленные или неразветвленные C-С алкилэтоксилаты с от 3 до 20 этиленоксидными единицами.
Неионные поверхностно-активные вещества могут представлять собой РО/ЕО блок-сополимеры.
5
6
Согласно предпочтительному варианту осуществления неионные поверхностно-активные вещества могут представлять собой алкилполигликозиды на основе С сахаров или С сахаров или их смесей, предпочтительно общей формулы (IIa) или (IIb)
1
2
b
a
RO(RO)(Z)(IIa)
1
a
2
b
RO(Z)(RO)H(IIb),
где
1
4
30
R = линейный или разветвленный С-С алкил,
2
2
4
R = С-С алкилен,
Z = независимо друг от друга, сахарный остаток, предпочтительно глюкоза или ксилоза,
b = 0-12,
а = 1-15, дробные числа также возможны.
1
8
16
В предпочтительных алкилполигликозидах R представляет собой линейный или разветвленный C-C алкильный радикал, b=0, и а=1.1-4.
В контексте настоящего изобретения термины «древесные частицы», «древесная стружка», «тонкодисперсные древесные частицы», «волокна» относятся к тонкодисперсным целлюлозосодержащим частицам. Они включают, например, волокна и стружку дерева и других целлюлозосодержащих материалов. Все волокнистые материалы, полученные из растений, могут быть использованы в качестве основного материала для древесных частиц и древесноволокнистых плит. Например, в качестве сырья обычно используется древесина, но подходящие целлюлозосодержащие частицы можно также получить из пальм и однолетних растений, таких как багасса или солома. Еще одним источником являются отходы сельского хозяйства. Предпочтительными основными материалами являются светлые породы дерева, в частности ель или сосна, но также можно использовать более темные породы дерева, такие как бук или эвкалипт.
Древесные материалы (целлюлозосодержащее сырье) измельчают и, необязательно, промывают на стадии а) способа согласно настоящему изобретению. Затем следует гидротермическая предварительная обработка древесной стружки паром.
На стадии b) способа согласно настоящему изобретению измельченный древесный материал предварительно обрабатывают паром в емкости (котле) для предварительной пропарки. Это предпочтительно проводится при давлении от 1 до 10 бар и температуре от 100 до 180°С. Точные значения температуры и давления зависят от используемого сырья. Для измельчения однолетних растений обычно достаточно более низких температур, чем те, которые требуются для измельчения многолетних растений, таких как древесина.
На стадии с) предварительно гидротермически обработанный измельченный древесный материал переносят в так называемый рафинер, где его измельчают на мелкие частицы. Рафинер обычно представляет собой устройство для размалывания с вращающимися и, необязательно, неподвижными лопастями или дисками для размалывания волокнистых материалов, и предпочтительно содержит два металлических диска, снабженных радиальным рельефом, которые близко прилегают друг к другу. Из этих двух дисков один может двигаться, а другой может быть неподвижным, но оба диска также могут вращаться в противоположных направлениях. Рафинер обычно работает под положительным давлением.
Размалывание предварительно обработанного измельченного древесного материала также может осуществляться в других устройствах, подходящих для этой цели.
Производство древесных волокон для плит МДФ в рафинере обычно происходит при температурах от 150 до 180°С и, в основном, при температуре около 170°С.
Поверхностно-активные вещества могут быть добавлены согласно настоящему изобретению на различных стадиях способа. Первая возможность дозирования - это рафинер или камера для предварительной обработки паром выше по ходу потока от рафинером. Используемое количество поверхностно-активных веществ составляет от 0,05 мас.% до 5 мас.%, предпочтительно от 0,1 мас.% до 3 мас.% из расчета на абсолютно сухую (bd) древесину.
На стадии d) способа согласно настоящему изобретению тонкодисперсные древесные частицы склеивают и сушат, где сушка древесных частиц также может быть проведена перед склеиванием. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения на этой стадии могут быть добавлены поверхностно-активные вещества.
Обычно частицы древесины выгружают из рафинера посредством положительного давления, преобладающего в рафинере, через продувную линию. Затем древесные частицы могут быть непосредственно, то есть еще влажными, склеены в продувной линии. Второй возможностью дозирования поверхностно-активных веществ согласно настоящему изобретению является продувная линия. Поверхностно-активные вещества можно добавлять в виде водного раствора путем введения в продувную линию. Используемое количество поверхностно-активных веществ составляет от 0,05 мас.% до 5 мас.%, предпочтительно от 0,1 мас.% до 3 мас.% из расчета на абсолютно сухую (bd) древесину. После этого они проходят сушилку, в которой сушатся до остаточного содержания влаги от 8 до 15%.
Согласно другому варианту осуществления древесные частицы сначала сушат, а затем склеивают в сухом состоянии и далее обрабатывают.
Древесные материалы, получаемые согласно настоящему изобретению, могут представлять собой плиты МДФ, ХДФ, ДСП или OSB. Предпочтительны плиты МДФ и ХДФ, особенно предпочтительны плиты МДФ.
МДФ, ХДФ, OSB и ДСП также называют древесными плитами. Их получают путем заливки связанных волокон или стружки в маты, при необходимости холодного предварительного уплотнения и прессования их в плиты в нагретых прессах при температуре от 170 до 240°С. На этой стадии способа, согласно варианту осуществления настоящего изобретения, также могут быть добавлены поверхностно-активные вещества, предпочтительно путем распыления поверхностно-активных веществ в виде водного раствора на или под предварительно спрессованный мат.
Связующие вещества, используемые в качестве клеящего вещества, обычно представляют собой мочевино-формальдегидные смолы, частично упрочненные меламином, мочевино-меламино-формальдегидные смолы, меламиноформальдегидные смолы, фенол-меламиновые смолы и фенолформальдегидные смолы. В качестве дополнительного связующего используются изоцианаты, обычно на основе полиметилендиизоцианата.
Древесные частицы могут быть непосредственно склеены, т.е. все еще влажными, в продувной линии. Однако предварительно высушенные древесные частицы также могут быть склеены в смесителях, предпочтительно в миксерах смесителях действия.
Склеивание в смесителях особенно предпочтительно при производстве ДСП и OSB, а склеивание в продувной линии предпочтительно осуществляется при производстве плит ХДФ и МДФ. Еще один возможный метод склеивания является так называемое сухое склеивание, при котором на высушенные древесные частицы распыляют клеящее вещество.
Если древесные частицы склеивают в продувной линии, они затем проходят через сушилку, в которой их сушат до остаточной влажности от 8 до 15 мас.%.
На стадии е) способа согласно настоящему изобретению склеенные и высушенные древесные частицы затем выливают в маты, необязательно подвергают предварительному холодному уплотнению и прессуют в плиты в нагретых прессах при температуре от 170 до 240°С.
Еще одним возможным способом дозирования поверхностно-активных веществ согласно настоящему изобретению является предварительное уплотнение волокнистых матов выше по ходу потока от нагретого пресса. Поверхностно-активные вещества можно распылять в виде водного раствора на или под волоконный мат. Используемое количество поверхностно-активных веществ составляет от 0,05 мас.% до 5 мас.%, предпочтительно от 0,1 мас.% до 3 мас.% из расчета на абсолютно сухую (bd) древесину.
Некоторые аспекты настоящего изобретения далее пояснены более подробно с помощью следующих иллюстративных примеров.
Для всех испытаний древесную стружку ели разбивали на волокна в рафинер и склеивали в продувной линии, используя клеящий состав, показанный в таблице 1.
Древесную стружку разбивали на волокна в рафинер при температуре около 180°С, давлении около 9 бар и с зазором между фрезами 0,12 мм. Время пребывания в котле выше по ходу потока от рафинера составляло от 3 до 4 минут. Требуемую энергию измеряли в процессе измельчения.
Энергия узла разбиения на волокна приводится в кВтч/т bd. Bd означает «абсолютно сухая древесина».
Пример 1
Связанные волокна затем сушили в сушилке до содержания влаги около 8 мас.%, переливали с образованием мата, предварительно уплотняли и спрессовывали при 220°С в плиту толщиной около 4 мм.
Плиты МДФ имеют шероховатую поверхность с темными участками.
Чтобы протестировать гидрофобность поверхностей, на поверхность капают каплю воды и измеряют время, необходимое для полного впитывания капли в плиту.
Во втором испытании измеряли прочность при поперечном растяжении плиты (согласно EN 319); результаты показаны в Таблице 2.
Пример 2
8
10
В примере 2, древесную стружку ели разбивали на волокна в присутствии C-С алкилполигликозида. Поверхностно-активное вещество дозировали непосредственно в рафинер в виде 25%-ого водного раствора, содержащего 1% активного поверхностно-активного вещества на основе количества древесины.
Связанные волокна затем сушили в сушилке до содержания влаги около 8 мас.%, переливали в мат, предварительно уплотняли и прессовали при 220°С в плиты толщиной около 4 мм.
Плиты имели гладкую, глянцевую и однородную поверхность (см. также Таблицу 3).
Пример 3
8
14
В примере 3, древесную стружку ели разбивали на волокна в рафинере и склеивали вместе в продувной линии. В то же время 20%-ый раствор C-C алкилполигликозида, содержащий 0.5% активного поверхностно-активного вещества на основе количества древесины, вводили в продувную линию.
Связанные волокна затем сушили в сушилке до содержания влаги около 8 мас.%, переливали в мат, предварительно уплотняли и прессовали при 220°С в плиты толщиной около 4 мм.
Плиты имели гладкую, глянцевую и однородную поверхность (см. также Таблицу 4).
Пример 4
13
В примере 4, древесную стружку ели разбивали на волокна в рафинере и склеивали вместе в продувной линии. В то же время 20%-ый раствор С оксоспирта этоксилата + 12 ЕО единиц, содержащий 0.5% активного поверхностно-активного вещества на основе количества древесины, вводили в продувную линию.
Связанные волокна затем сушили в сушилке до содержания влаги около 8 мас.%, переливали в мат, предварительно уплотняли и прессовали при 220°С в плиты толщиной около 4 мм.
Плиты имели гладкую, глянцевую и однородную поверхность (см. также Таблицу 5).
Пример 5
В примере 5 древесную стружку ели разбивали на волокна в рафинере и склеивали вместе в продувной линии.
8
14
Затем связанные волокна сушили в сушилке до влажности около 8 мас.%, переливали в мат и предварительно уплотняли. 20%-ный раствор C-C алкилполигликозида распыляли на предварительно спрессованные маты, при этом применяя 0,4% активного поверхностно-активного вещества из расчета на количество древесины. После этого мат прессовали при температуре 220°С в плиту толщиной около 4 мм.
Обработанная сторона плиты гладкая, глянцевая и однородная. Необработанная сторона шероховатая и покрыта пятнами (см. также Таблицу 6).
Пример 6
В примере 6, древесную стружку ели разбивали на волокна в рафинере и склеивали вместе в продувной линии. В то же время, 20%-ый раствор натриевой соли сульфата простого эфира жирного спирта с 12 ЕО единицами, содержащего 0.7% активного поверхностно-активного вещества на основе количества древесины, вводили в продувную линию.
Связанные волокна затем сушили в сушилке до содержания влаги около 8 мас.%, переливали в мат, предварительно уплотняли и прессовали при 220°С в плиты толщиной около 4 мм.
Плиты имели гладкую, глянцевую и однородную поверхность (см. также Таблицу 7).