ES2349873T3 - Procedimiento para fabricar paneles de fibras de densidad media y piezas moldeadas de fibras con emisión reducida y bajo hinchamiento. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para fabricar paneles de fibras, en particular paneles de fibras de densidad media, a partir de lignocelulosas, en el que las lignocelulosas se disgregan químico-termohidrolíticamente y a continuación se separan las fibras en un refinador, se dotan de un aglutinante, se esparcen para formar esterillas de fibras y se prensan para formar paneles de fibras, caracterizado porque la separación de las fibras de las lignocelulosas se realiza en presencia de taninos condensados añadidos en el refinador y la aportación de aglutinantes a las fibras se realiza según el procedimiento blow-line (línea de soplado) en un blender (mezclador).
Description
Procedimiento para fabricar paneles de fibras de
densidad media y piezas moldeadas de fibras con emisión reducida y
bajo hinchamiento.
La invención se refiere a un procedimiento para
fabricar paneles de fibras de densidad media (MDF) según el
preámbulo de la reivindicación 1, con emisión reducida de compuestos
orgánicos volátiles (VOC) y a la vez bajo hinchamiento. Como
compuestos orgánicos volátiles se consideran compuestos orgánicos
cuyo punto de ebullición se encuentra entre 50ºC y 260ºC. Los
compuestos orgánicos volátiles proceden en gran parte de la madera,
pero en parte también del aglutinante. También la interacción entre
aglutinante y madera influye sobre la composición de los
componentes volátiles, siendo otros factores influyentes las
condiciones de fabricación de los paneles de fibras de densidad
media. Los compuestos de madera emiten también formaldehído. No
obstante, el formaldehído no se encuentra entre los compuestos
orgánicos volátiles según la definición de los mismos.
Para fabricar paneles de fibras de densidad
media, se encolan fibras de lignocelulosas con un aglutinante, se
esparcen para formar esterillas de fibras y a continuación se
prensan en caliente, dado el caso tras un proceso de prensado
previo. Las lignocelulosas pueden ser maderas y plantas anuales.
La obtención de fibras a partir de las
lignocelulosas se realiza por lo general según un procedimiento
termomecánico (procedimiento TMP), conociéndose también la
fabricación de fibras según el procedimiento
químico-termomecánico (procedimiento CTMP) por el
documento EP 0 639 434. Para la fabricación de fibras de madera
según el procedimiento TMP se lavan primeramente productos de la
trituración de la madera, como recortes de madera, para eliminar
eventuales partículas de arena. Tras el lavado se preevaporan los
recortes de madera por lo general a temperaturas entre 60ºC y 80ºC
y llegan a continuación, mediante un transporte de tornillo sin fin,
al llamado digestor, donde los mismos usualmente se disgregan
termohidrolíticamente a temperaturas de 170ºC a 180ºC. Tras la
disgregación se conducen los recortes de manera disgregados a un
refinador a presión, donde los mismos se someten a una separación
de fibras bajo presión a temperaturas de igualmente 170ºC a 180ºC. A
la separación de fibras en el refinador a presión puede seguir una
etapa de refino sin presión. Las condiciones de disgregación pueden
variar en función del material primario, pudiendo así utilizarse en
plantas anuales temperaturas más bajas de 140ºC a 160ºC para la
disgregación. Tras la etapa de refino se transportan las fibras,
mediante la presión que reina en el refinador, a una tubería de
soplado, donde las mismas se dotan de un aglutinante. En la
fabricación de fibras según el proceso CTMP se añaden a los
productos de la trituración de la madera, antes o durante la
disgregación, productos químicos como sulfito sódico e hidróxido
sódico o combinaciones de sulfito sódico e hidróxido sódico.
También es posible añadir otros productos químicos.
Como aglutinantes para la fabricación de paneles
de fibras de densidad media, se utilizan principalmente resinas
aminoplásticas como resinas de formaldehído a base de urea (resinas
UF), siendo poco significativos al respecto comparativamente otros
aglutinantes sintéticos como resinas de fenolformaldehído (resinas
PF) y adhesivos a base de diisocionatos polímeros (PMDI). Para
aglutinar las fibras pueden utilizarse también aglutinantes
termoplásticos como resinas de reacción de metacrilato. El
aglutinante utilizado para fabricar MDF se inyecta a menudo en la
tubería de soplado, pero puede también aplicarse tras el secado de
las fibras en un mezclador. Son posibles también combinaciones de
ambos procedimientos, pudiendo inyectarse en la tubería de soplado
sólo una parte del aglutinante y aplicándose el resto sólo después
del secado en el mezclador. Puede introducirse también en la
tubería de soplado un aglutinante de determinada composición y
utilizarse tras el secado otro aglutinante con una
composición
distinta.
distinta.
Además de los aglutinantes sintéticos, pueden
utilizarse aglutinantes a base de sustancias naturales como resinas
de formaldehído con tanino (resinas TF) para la fabricación de MDF.
Las resinas TF se obtienen mediante reacción entre taninos y
formaldehído. Los taninos, en particular los taninos condensados, se
obtienen mediante extracción de determinadas cortezas y maderas.
Especialmente adecuadas para ello son la madera de quebracho
(quebracho colorado), así como cortezas tales como la corteza de
acacia (acacia mearnsii), corteza de abeto (picea
abies), etcétera. La extracción de taninos a partir de maderas y
cortezas se realiza por lo general a temperaturas entre 70ºC y
130ºC en agua en el procedimiento de cascada según el principio de
la contracorriente. Durante la extracción pueden añadirse también
productos químicos como sulfito sódico y/o hidróxido sódico,
predominantemente para aumentar la solubilidad del tanino en agua.
La sulfitación del tanino puede realizarse también tras la
extracción. Para la fabricación de resinas TF se transforman los
taninos extraídos con formaldehído. Como otro aglutinante natural
puede utilizarse almidón en diversas formas (almidón nativo, almidón
oxidado, almidón modificado). También se conocen combinaciones de
tanino y almidón como aglutinantes.
En el curso del tratamiento termohidrolítico en
el digestor y en el refinador se produce por un lado la
descomposición química parcial de la madera. Resultan compuestos
muy volátiles como formaldehído, furfural, furfural hidroximetílico,
ácido fórmico y ácido acético. Las hemicelulosas de la madera se
descomponen también parcialmente para formar hidratos de carbono
solubles. El ácido fórmico y el ácido acético que se liberan de la
madera tienen un cierto efecto disgregador sobre la madera. Además
de la descomposición en los hidratos de carbono, puede también
verse atacada la lignina en medida reducida, con lo que pueden
resultar productos de la descomposición de la lignina como metanol
y formaldehído. La composición química de los compuestos orgánicos
volátiles a partir del material de la madera o bien a partir de las
fibras fabricadas con el mismo, depende de los tipos de madera. En
el caso de la madera de pino pueden resultar aldehídos como
pentanal, hexanal y octanal en grandes cantidades. También influyen
sobre la composición de los componentes volátiles el tipo de
disgregación y las condiciones de
disgregación.
disgregación.
Los componentes volátiles de la descomposición
de la madera pueden, partiendo de refinador, emitirse al entorno,
parcialmente durante el secado de las fibras ya que son volátiles en
el vapor de agua. Además, los ácidos fácilmente volátiles pueden
funcionar como agentes endurecedores y provocar un precondensado
del aglutinante inyectado en la tubería de soplado y dado el caso
durante el secado. Esto da lugar a una reducción de la efectividad
adhesiva del aglutinante durante el prensado. Los hidratos de
carbono descompuestos y no volátiles que se producen durante la
disgregación permanecen en los paneles de fibras fabricados y
reducen en cierto modo su resistencia
biológica.
biológica.
El documento DE 101 24 638 A1 describe un
procedimiento para fabricar paneles de lignocelulosa unidos por
tanino a partir de placas de aglomerado y de fibras usadas, en el
que los productos de trituración procedentes de las placas usadas
se disgregan con soluciones de tanino con una concentración de entre
1% y 30% en la gama de temperaturas entre 70ºC y 200ºC, se secan,
se esparcen para formar esterillas y se prensan en caliente. La
meta del procedimiento es fabricar paneles de fibras de densidad
media con el aglutinante de resina de formaldehído con tanino, sin
que el tanino llegue a reaccionar previamente con el formaldehído,
para generar resinas de formaldehído con tanino. Mediante la
disgregación de placas de aglomerado de madera y de fibra de madera
usadas, se libera formaldehído y el mismo reacciona con la solución
de tanino diluida en agua para formar resina de formaldehído
con
tanino.
tanino.
Es tarea de la invención por un lado reducir la
cantidad de componentes fácilmente volátiles procedentes de paneles
de fibras de media densidad y evitar en amplia medida su formación y
por otro lado mejorar las características
físico-tecnológicas de los paneles fabricados. En
particular debe reducirse el hinchamiento de las placas.
La solución a la tarea que sirve de base a la
presente invención se define según la parte caracterizadora de la
reivindicación 1.
Este procedimiento se diferencia de las
conclusiones del documento EP 1 266 730 A1, que tiene como objeto
la adición de taninos condensados a las virutas o fibras húmedas
antes del encolado de las virutas o de las fibras. Según las
conclusiones del documento EP 1 266 730 A1, no están presentes los
taninos durante la disgregación y tampoco las fibras tienen que
obtenerse según el procedimiento CTMP. En la presente invención es
tan obligatoria la disgregación según el procedimiento CTMP como la
adición de cantidades optimizadas de taninos condensados.
Evidentemente pueden introducirse los taninos polifenólicos
condensados juntamente con otros aditivos como medios de
hidrofobización y/o con otras sustancias polifenólicas como aceite
de nuez de anacardo en el
refinador.
refinador.
Además, se observó sorprendentemente que la
acción reductora del tanino sobre la emisión de los paneles
fabricados en cuanto a formaldehído se mantiene también después de
su fabricación. La liberación de formaldehído de los paneles
fabricados utilizando tanino en el refinador desciende bastante más
rápidamente que la que se produce cuando no se utilizan
taninos.
Este procedimiento con una aplicación combinada
de CTMP y la presencia de taninos es adecuado para todas las
lignocelulosas. La adición de productos químicos en el marco del
proceso CTMP puede realizarse antes de la disgregación o durante la
disgregación de la forma conocida. Como productos químicos pueden
utilizarse sulfito sódico, bisulfito sódico e hidróxido sódico o
mezclas optimizadas de los mismos. Puesto que el sulfito sódico y
el bisulfito sódico pueden sulfitar el tanino y aumentar su
solubilidad en agua, puede combinarse con esta forma de proceder la
disgregación y la separación de fibras de los recortes de madera con
la sulfitación del tanino condensado en el refinador de manera
adecuada.
El siguiente ejemplo describe la invención, sin
que quede limitada al mismo.
En un primer ensayo se disgregaron recortes de
madera procedentes de madera de pino a una temperatura de 170º
termohidrolíticamente y a continuación se separaron las fibras
(procedimiento TMP) en el refinador bajo presión y a una
temperatura de 170ºC. Tras la separación se secaron las fibras y se
encolaron con una resina UF en proporción del 12% (resina sólida
referida a fibras atro, es decir, con secado absoluto) y a
continuación se conformaron para formar esterillas y se prensaron
en caliente a una temperatura de 200ºC para formar paneles de
fibras de densidad media con una densidad aparente de consigna de
750 kg/m^{3} y un espesor de 16 mm. El coeficiente de tiempo de
prensado fue de 15 s/mm. Los paneles así fabricados se almacenaron a
continuación en un clima de 20ºC y 65% de humedad relativa del
aire, antes de probarlos en cuando a sus características
físico-tecnológicas y a la
emisión.
emisión.
A efectos comparativos se disgregaron recortes
de madera de pino a una temperatura de 170ºC y en la etapa de
separación de las fibras en el refinador y bajo presión se añadieron
a los recortes de madera antes de la disgregación taninos
condensados en una cantidad de un 2% (sustancia sólida respecto a
material de madera atro o con secado absoluto) (ensayo 2). Tras la
separación de las fibras se encolaron las fibras secadas usualmente
con la resina UF en una cantidad del 12% (resina sólida respecto a
fibras secas), se conformaron para formar esterillas de fibras y se
prensaron en caliente para formar paneles de fibras de densidad
media (ver ensayo 1). Los paneles así fabricados se almacenaron a
continuación a 20ºC y un 65% de humedad relativa, antes de
comprobarse sus características físico-tecnológicas
y su emisión.
En un tercer ensayo se fabricaron paneles de
fibras de densidad media a partir de fibras que fueron fabricadas
añadiendo un 1% de Na_{2}SO_{3} y 0,5% de NaOH (sustancia sólida
respecto a material de madera atro) según el procedimiento CTMP. La
temperatura de disgregación fue de 170ºC. La fabricación de las MDF
se realizó bajo las mismas condiciones que en el caso de las fibras
TMP (ver ensayo 1).
En un cuarto ensayo se añadieron a los recortes
de madera de pino tanto un 1% de Na_{2}SO_{3} y 0,5% de NaOH
(sustancia sólida respecto al material de madera atro) como también
tanino de madera de quebracho en cantidades del 2% (sustancia
sólida respecto al material de madera atro). La temperatura de
disgregación se encontraba igualmente en 170ºC. Tras la separación
de las fibras se siguieron tratando las fibras desecadas para
formar MDF. La fabricación del MDF se realizó bajo las mismas
condiciones que en el caso de las fibras TMP (ensayo
1).
1).
Los resultados se compendian en las tablas 1 a
3.
De la tabla 1 resulta claro que la resistencia
frente a la tracción transversal de las fibras obtenidas según el
procedimiento CTMP y los paneles fabricados utilizando tanino en el
refinador (ensayo 4) es bastante más alta que la de los paneles
fabricados de otra manera (ensayos 1 a 3). Además, queda claro que
mediante la utilización combinada de CTMP y tanino (ensayo 4) se
reduce claramente el hinchamiento (24 h) de los paneles fabricados.
Igualmente aumenta considerablemente la resistencia a la flexión de
los paneles fabricados mediante la utilización combinada de CTMP y
tanino (ensayo 4). Con este procedimiento mejoran considerablemente
las propiedades de resistencia (resistencia a la tracción
transversal, resistencia a la flexión) de los paneles y también se
reduce claramente su hincha-
miento.
miento.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Tal como se deduce de la tabla 2, mediante la
aplicación combinada de CTMP y tanino (ensayo 4) se reducen
claramente las emisiones de los paneles en cuanto a componentes
orgánicos volátiles (VOC) como hexanal y
pentanal.
pentanal.
La adición de tanino al fabricar las fibras
según el procedimiento CTMP (ensayo 4) origina una clara reducción
adicional de la emisión de formaldehído (24 h) del material fibroso
(ver tabla 3).
\vskip1.000000\baselineskip
Como aglutinante para la fabricación de paneles
de fibras de densidad media pueden utilizarse en el sentido de la
invención tanto aquéllos que originan una unión
fibra-con-fibra resistente a la
humedad como también aquéllos que originan una unión
fibra-con-fibra con reducida
resistencia a la humedad. Aglutinantes típicos para fabricar
encolados resistentes a la humedad son resinas de
tanino-formaldehído (resinas TF), resinas de
melamina-urea-fenol-formaldehído
(resinas MUPF), resinas de fenol-formaldehído
(resinas PF) que se endurecen alcalinamente y adhesivos a base de
PDMI (difenilmetano-diisocianato polímero). A los
aglutinantes que dan lugar a una unión
fibra-con-fibra con reducida
resistencia a la humedad pertenecen las resinas de
urea-formaldehido (resinas UF).
Claims (11)
1. Procedimiento para fabricar paneles de
fibras, en particular paneles de fibras de densidad media, a partir
de lignocelulosas, en el que las lignocelulosas se disgregan
químico-termohidrolíticamente y a continuación se
separan las fibras en un refinador, se dotan de un aglutinante, se
esparcen para formar esterillas de fibras y se prensan para formar
paneles de fibras,
caracterizado porque la separación de las
fibras de las lignocelulosas se realiza en presencia de taninos
condensados añadidos en el refinador y la aportación de aglutinantes
a las fibras se realiza según el procedimiento
blow-line (línea de soplado) en un blender
(mezclador).
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque como aglutinante se
utiliza una resina aminoplástica, resina de fenolformaldehído,
resina de formaldehído con tanino y/o un adhesivo a base de
diisocianatos.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó
2,
caracterizado porque al aglutinante se le
añade almidón como diluyente.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque como aglutinante se
utiliza una combinación de tanino, formaldehído y almidón.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3,
caracterizado porque como aglutinante se
utilizan resinas de reacción de metacrilato.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque los paneles de
fibras fabricados se reelaboran para formar piezas moldeadas.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque a las lignocelulosas
se les añade antes de la disgregación sulfito sódico, bisulfito
sódico y/o hidróxido sódico.
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque las cantidades de
sulfito sódico, bisulfito sódico y/o hidróxido sódico añadido se
encuentran entre 0,1% y 2% de sustancia sólida referida a
lignocelulosas atro.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque el tanino añadido es
un tanino sulfitado o no sulfitado.
10. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque los paneles
fabricados se almacenan o se almacenan en caliente.
11. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque los paneles
fabricados presentan una densidad aparente de al menos 1000
kg/m^{3}.
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