Verfahren zur Herstellung von quellungsarmen und feuchtebeständigen Faserplatten aus recycelten Altfaserplatten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, das zu einer erheblichen Verbesserung der Verleimbarkeit von recycelten Fasern aus gebrauchten Aminoplastharz-gebundenen Faserplatten führt. Dadurch können neue Faserplatten, insbesondere mitteldichte Faserplatten (MDF) und hochdichte Faserplatten (HDF) mit geringer Dickenquellung sowie mit hoher Feuchtebeständigkeit und Hydrolyseresistenz hergestellt werden.

Problemstellung

Für die Herstellung von MDF und HDF werden überwiegend Nadelhölzer (Fichte und Kiefer) in Form von Industrieresthölzern (Hackschnitzel, Sägespäne) und Durchforstungshölzern verwendet. Das Holz wird entrindet (soweit erforderlich), zerkleinert, gewaschen, vorgedämpft, in einem Kocher bei Temperaturen von ca. 170°C bis 180°C thermohydrolytisch aufgeschlossen und danach in einem Refiner ebenfalls unter Druck mechanisch zerfasert (sog. thermomechanisches Verfahren (TMP-Verfahren)). In einigen Werken wird zudem auch das in der Zellstoffindustrie bekannte chemo-thermomechanische Aufschlussverfahren (CTMP-Verfahren) angewendet. Die hergestellten nativen Holzfasern werden in einer Blowline beleimt, getrocknet, zu Fasermatten gestreut und in einer Heißpresse bei Temperaturen von 180°C bis 240°C zu MDF oder HDF gepresst.

Das Recycling von gebrauchten Faserplatten wird bislang wenig praktiziert, kann jedoch in Zusammenhang mit einer möglichen zukünftigen Verknappung von Nadelholzhölzern für die Holzfaserplattenindustrie an Bedeutung gewinnen. Die Einsatzquote von Recyclingmaterial bzw. Gebrauchtfaserplatten beträgt in der Holzfaserplattenindustrie zurzeit nur etwa 2-3 %. Dies liegt u.a. daran, dass der thermohydrolytische Aufschluss von bindemittelhaltigen gebrauchten Faserplatten, wie Aminoplastharz-gebundenen MDF oder HDF gegenüber dem Aufschluss von reinem Holz ein komplexer chemischer Vorgang ist, der diverse chemische Reaktionen umfasst, die sowohl das Verhalten der gewonnenen recycelten Faserstoffe als auch die Eigenschaften daraus hergestellter neuer Holzfaserplatten beeinflussen können. So führt nach bisherigem Kenntnisstand die Mitverwendung von Gebrauchtfaserplatten im MDF-Herstellungsprozess u.a. zu einer signifikanten Verschlechterung der Querzugfestigkeit der hergestellten MDF.

Unsere Lösung

Wissenschaftler an der Georg-August-Universität Göttingen haben ein neuartiges Verfahren zur Herstellung von quellungsarmen und feuchtebeständigen Faserplatten aus recycelten Gebrauchtfaserplatten entwickelt. Es konnte überraschend gezeigt werden, dass sich die Entfernung der Abbauprodukte des in Aminoplastharz-gebundenen Gebrauchtfaserplatten vorhandenen Bindemittels durch Auswaschen der hergestellten Recyclingfasern unabhängig vom eingesetzten Aufschlussverfahren (TMP- oder CTMP) vorteilhaft auf die Eigenschaften der hergestellten Faserplatten, insbesondere in Bezug auf die Dickenquellung sowie die Feuchtebeständigkeit und Hydrolyseresistenz der Platten auswirkt. Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich in bekannte Herstellungsverfahren von Faserplatten integrieren. Bestehende Anlagen müssen lediglich durch einen Waschschritt ergänzt werden. Die erfindungsgemäß hergestellten Faserplatten zeichnen sich durch niedrige Dickenquellungswerte sowie durch eine hohe Querzugfestigkeit und Kochquerzugfestigkeit aus, die den normativen Anforderungswerten entsprechen. Ziel ist die vermehrte stoffliche Nutzung gebrauchter Faserplatten zur Gewinnung von Recyclingfasern für die Holzfaserplattenindustrie, um daraus neue Faserplatten mit speziellen Eigenschaften herzustellen.

Gebrauchte Aminoplast-gebundene Faserplatten wurden sowohl thermomechanisch (TMP) als auch chemo-thermomechanisch (CTMP) zu Recyclingfasern aufgeschlossen. Ein Teil der recycelten Fasern wurden mit Wasser ausgewaschen. Aus den ungewaschenen und gewaschenen Recyclingfasern wurden im Labor PMDI-gebundene HDF hergestellt. Der Bindemittelanteil lag bei 5% bezogen auf atro Fasern. Dargestellt sind Platten, die mit ungewaschenen und gewaschenen Recyclingfasern unter gleichen Bedingungen hergestellt wurden.

Die mit Recyclingfasern hergestellten Platten wiesen insgesamt niedrige Dickenquellungswerte auf, die deutlich unter den normativen Anforderungswerten lagen. Quelle: T. Schneider.

 

 

Das Auswaschen des recycelten Fasermaterials, welches eine Entfernung der Abbauprodukte der recycelten Fasern und insbesondere wohl auch der in den recycelten Fasern vorliegenden Bindemittelabbauprodukte umfasst, führte zu einer erheblichen Verbesserung sowohl der Querzugfestigkeit als auch der Kochquerzugfestigkeit der hergestellten Faserplatten. Quelle: T. Schneider

Vorteile

  • Wiederverwertung von Produktionsreststoffen der Faserplattenherstellung oder Gebrauchtfaserplatten in weitaus größerem Umfang als nach dem bisherigen Stand der Technik
  • Nutzung bestehender Herstellungsverfahren weiterhin möglich
  • Herstellung von quellungsarmen Faserplatten und Platten mit hoher Feuchtebeständigkeit der Verleimung und Hydrolyseresistenz
  • Erschließung alternativer Rohstoffquellen bzw. Sicherung der Rohstoffversorgung für die Holzfaserplattenindustrie
  • Energieaufwand zur Herstellung von Recyclingfasern aus gebrauchten Holzfaserplatten ist geringer als von Fasern aus nativem Holz
  • Verbesserung der Verleimbarkeit von Recyclingfasern bietet Potenzial für Bindemitteleinsparungen
  • Wiederverwendung gebrauchter Holzfaser- und Holzspanplatten trägt zur Ressourcenschonung und Umweltentlastung bei

Anwendungsbereiche

  • Herstellung von Faserplatten (LDF, MDF, HDF), Faserdämmstoffen, Faserformteilen
  • Übertragung des Verfahrens auf Industrien, bei denen für den Aufschluss die Extruder-Technologie zum Einsatz kommt (z.B. Hersteller von WPC)

Entwicklungsstand

Erste erfolgreiche Versuche erfolgten im Technikumsmaßstab.

Patentsituation

Es wurde eine deutsche Patentanmeldung eingereicht (Anmelder: Georg-August-Universität Göttingen Stiftung Öffentlichen Rechts).

Kontakt

Dr. Stefan Uhle
Patentmanager Life Science
E-Mail: suhle(at)sciencebridge.de
Tel: +49 551 30724 154
Referenz: BioT-2148-SUG

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