NO773823L - Fremgangsmaate til fremstilling av varmformbare plater - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte som tillater fremstilling av varmformbare plater fra et råmateriale som består av modifiserte lignocellulosefibre. Oppfinnelsen angår også plater som er fremstilt på denne måte,og varmformede produkter som kan fremstilles fra platene.

Prinsippet med fremstilling av plater fra et utgangsmateriale av lignocellulosefibre ved en våt, halvvåt eller tørr prosess er vel kjent. Tilsetning av plastmaterialer, spesielt harpikser av fenoltypen, til den masse som anvendes ved fremstilling av panelene, er også kjent.

Arten av råmaterialene, dvs. den kjemiske sammensetning og dimensjonene av fibrene, kan medføre produksjonsvanskeligheter ved fremstillingen av platene. En av de avgjørende faktorer for prosessens økonomi er fraskillelsen av vann fra massen, en operasjon som fortrinnsvis utføres ved filtrering,og som er nødvendig ved fremstilling av platen, samt fortrinnsvis bør utføres på relativt kort tid;. Filtreringsevnen, som kan uttrykkes som den hastighet hvormed vannet fjernes fra en masse ved filtrering i platefabrikken, kan modifiseres ved hjelp av forskjellige tilsetninger som benyttes under fremstillingen av massen. De fleste tilsetninger forandrer ikke filterevnen i en gunstig retning.

På et bestemt område manifesterer utilstrekkelige filtreringsegenskaper seg i særlig markert grad. Det er funnet at filtrerbar-heten blir dårligere med et økende innhold av grunnfibre av ligno-cellulose fremstilt fra ikke-raffinert materiale, hvor fibrene består hovedsakelig av regenererte fibre (recuperation fibres)

som f.eks. brukt papir eller rå plantefibre.

En ytterligere ulempe som skyldes bruken av tilsetningsstoffer og spesielt fenolharpikser til massen, er den resulterende alvorlige forurensning av vannet, hovedsakelig fra fenolforbindelser

og salter.

I CH-PS 378 665 ér det angitt at en masse fremstilt fra et materiale som inneholder 20 % brukt papir,medfører så dårlige filtreringsegenskaper at produktiviteten blir betydelig redusert. Ifølge patentet foreslås der en mekanisk behandling som imidlertid er begrenset til brukt papir behandlet ved en tørrprosess som ikke reduserer den forurensning som skyldes nærværet av vanlige tilsetningsstoffer.

Hensikten med oppfinnelsen er således å skaffe en fremgangsmåte til fremstilling av varmformbare plater fra et ligno-cellulose-grunnmateriale fremstilt av ikke-raffinert materiale ved en halvvåt prosess, hvor det er mulig å unngå de ovennevnte ulemper.

Oppfinnelsen skaffer en fremgangsmåte til fremstilling av varmformbare plater fra lignocellulosefibre,karakterisert vedat der i en suspensjon av fibre i vann som danner en vanlig masse for fremstilling av plater, utføres en podeoperasjon på i det minste en del av fibrene med en alkenisk monomer i"nærvær av et redoks-katalysatorsystem med en pH-verdi på under 4.

Operasjonene for filtrering, tørking og forming av platene utføres på en måte som er vanlig ved fremstilling av varmformbare plater. Det er funnet at massen av fibre er bemerkelsesverdig lett å filtere etter podebehandlingen ifølge oppfinnelsen.

Under podingen gjennomgår en del av monomeren en homopolymerisasjon. Denne homopolymerfraksjon reduserer ikke kvaliteten av produktet og forblir i den masse som vannet skilles fra ved filtrering.

Det vann som utskilles ved filtrering,er i stor utstrekning fritt for forurensende stoffer og kan resirkuleres direkte en rekke ganger uten behov for noen som helst behandling.

Fremgangsmåten er egnet for alle typer ligno-cellulosefibre, men er spesielt fordelaktig når den anvendes på råmaterialer som består av regenererte fibre, spesielt resirkulert papir som f.eks. gamle aviser, og rå plantefibre som bambus, bagasse, etc.

Under de angitte podebetingelser, dvs. ved en pH-verdi på under 4 i nærvær av et redoks-katalysatorsystem, vil en relativt stor andel av monomerene gjennomgå en homopolymerisasjon, men en poding vil også finne sted delvis på cellulosen (polysakkarid) og på ligninet. Valget av pH-verdien og katalysatorsystemet tillater en optimal fordeling av den polymer som er bundet på fibrene, dvs. podet på cellulosen og ligninet, og av den polymer som bare er avleiret på fibrene som en homopolymer for oppnåelse av en god kohesjon av fibrene til hverandre. Det ser ut til at den podede polymer sikrer en god vedheftning av homopolymeren på fibrene, samtidig som nærværet av homopolymeren på fibrene medfører en god binding av fibrene med hverandre når produktet underkastes varm-forming.

Det er videre vel kjent i polymerkjemien at den midlere molekylvekt av polymeren er av stor betydning for produktets mekaniske egenskaper. De ovennevnte driftsbetingelser er avgjørende for oppnåelse av tilfredsstillende egenskaper av det produkt som skal varmformes.

Polymerisasjonsbetingelsene må således følges nøye. Når pH-verdien er høyere enn 4, har man observert at bare bruken av spesielt behandlede eller raffinerte fibre vil gi tilfredsstillende kvaliteter.

Under de ovennevnte betingelser vil det resulterende produkt inneholde 0,5 - 20 % podepolymerer, nærmere bestemt 0 - 10 % podet cellulose og 0 - 10 % podet lignin, foruten 10 - 30 % homopolymer. Produktene er ikke klebrige.

I lys av nødvendigheten av å anvende billige reagenser, er de mest interessante monomerer styren, metyl-metakrylat og metyl-akrylat. Andre monomerer som f.eks. akrylnitril og etyl-akrylat, kan imidlertid også vise seg like godt egnet.

Når det arbeides under trykk, kan vinylmonomerer som f.eks. vinylklorid eller vinylidenklorid også anvendes. Disse reagenser er av interesse for oppnåelse av brannhemmende egenskaper i de fremstilte produkter.

De øvrige kjemiske og fysiske betingelser for utførelse av podingen avhengig av arten av de valgte monomer, er de vanlige og er f.eks. beskrevet i FR-PS 2 276 423, GB-PS 1 011 431, US-PS 3 330 686 og 3 533 725 og DE-OS 1 546 468.

Det katalysatorsystem som foretrekkes både på grunn av sin effektivitet og fordi det medfører lave kostnader, er Fe/E^C^-redoks-systemet.

Ved anvendelse av resirkulert papir som cellulosegrunn-materiale som underkastes poding, vil massen alltid inneholde en tilstrekkelig mengde jern.

Når man anvender Fe/H2C>2-redokssysternet, bør jerninnholdet vanligvis være på minst 0,0001 - 0,01 % av den samlede vekt av suspensjonen og væsken. Innholdet av H202bør være 0,0001 - 1 %.

Forholdet mellom den samlede fibermengde og den samlede vekt av suspensjon og væske bør være 0,5 - 8 %.

Forholdet mellom monomerene og lignocellulosegrunnmaterialet bør fortrinnsvis være 5 - 40 %, spesielt 9 - 30 %. Den øvre angitte grense skyldes hovedsakelig økonomiske betraktninger og ønskeligheten av å bevare den fiberformede karakter av produktet, men også reaktiviteten av monomeren,som påvirker mengden av monomer som podes eller homopolymeriseres.

De beste resultater oppnås med verdier på 15 - 20 % for styren og med verdier på 25 - 30 % for metyl-metakrylat.

Podingen utføres vanligvis ved en temperatur på 10 - 100°C, fortrinnsvis 30 - 70°C, og helst 50 - 60°C.

Etter filtrering blir den tørkede masse,som da har et vann-innhold som fortrinnsvis er under 1 %, presset i et kort tidsrom (0,5 - 2 minutter) ved et midlere trykk på ca. 10 - 100 bar, fortrinnsvis 30 - 80 bar, og en temperatur på 160 - 220°C.

Det er også mulig å anvende en blanding av fibre som er behandlet i henhold til oppfinnelsen,og vanlige fibre, dvs. raffinerte og/eller ikke-raffinerte fibre som ikke er blitt podet, idet tilstedeværelsen av podede fibre i henhold til oppfinnelsen kraftig forbedrer filtreringsegenskapene av det ferdige produkt.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er det mulig å

oppnå en verdi for den vannavgivende evne ("Canadian Freeness") målt i henhold til den skandinaviske standardmetode SCAN-C19:65 (svarende til Canadian Standard Method CPPA C 1:62) på over 500, når man går ut fra en verdi på under 500.

Den fremgangsmåte som den foreliggende oppfinnelse går ut på, skaffer varmformbare plater som kan fremstilles fra råmaterialer som har en vannavgivende evne på under 500, og som i en utstrekning på 20 - 100 % stammer fra ikke-raffinerte fibre, f.eks. fra resirkulert papir, idet platene kan fremstilles på en økonomisk måte og med en kvalitet som er sammenlignbar med kvaliteten av plater fremstilt fra raffinerte materialer. Platene kan brukes ved fremstilling av formede gjenstander som f.eks. innerkledningen i bil-dører.

Oppfinnelsen vil bli nærmere beskrevet under henvisning til en del eksempler som belyser, men ikke begrenser oppfinnelsen. De i eksemplene angitte prosentandeler er vektprosenter med mindre noe annet er angitt.

Eksempel 1

Hensikten med dette eksempel er å tillate sammenligning mellom masser fremstilt på vanlig måte og masser fremstilt i henhold til oppfinnelsen.

Der ble fremstilt en vandig suspensjon av 8 % fiberstoffer

av varierende opprinnelse. Suspensjonen ble deretter oppvarmet

til 50 - 60°C. Reagenser bestående av 0,1 % FeS04og 1 % H2C>2 i 100 % konsentrasjon ble tilsatt massen, og monomeren ble deretter tilført. Reaksjonen var fullført etter en time,og resultatene er angitt i tabell I.

Eksempel 2

Andelen av podet polymer i avhengighet av forskjellige para-metre ble studert i ■ laboratoriemålestokk. 10 g cellulose (bleket kraftpapir eller avispapir) ble ført inn i en Erlemeyer-kolbe på 500 ml sammen med 250 ml vann. Den fikk deretter tilsatt 5 ml 0,ln FeCl3og 5 ml 3 %'s H202. Det ble funnet at der selv i nærvær av lignin ble oppnådd poding, skjønt en betydelig andel homopolymer kan danne seg i dette tilfelle.

Utbyttet av monomer var i alle tilfelle nær 100 %. Resultatene av prøvene er gjengitt i tabell II. Prosentandelen av homopolymer er bestemt ved ekstraksjon med dikloretan eller benzen.

Eksempel 3

Forskjellige ytterligere bestemmende faktorer ble studert.

I en 2-liters reaktor forsynt med et deksel og et røreverk ble 1,5 liter vann og 30 g cellulose som skulle podes, ført inn, idet cellulosen på forhånd var knust.

Den nødvendige mengde Fe<111>ble deretter tilsatt i form av

en oppløsning av 0,ln FeCl3og 3 %'s (10 volumprosents) H202 •

Ved avslutning av reaksjonen ble der utført filtrering og tørking.

Prosentandelen av homopolymer bestemmes ved ekstraksjon ved hjelp av dikloretan eller benzen.

Tabell III viser resultatene oppnådd ved poding av metyl-metakrylat på avispapir.

Eksempel 4

Virkningen av fremgangsmåten på forskjellige råmaterialer ved poding med metyl-metakrylat ble studert ved behandling av 60 g av produktet i en 2-liters reaktor. Den anvendte starter var FeSC^/^C^-systemet, og pH-verdien ble innstilt med H2SO4. Temperaturen var 60°C, og reaksjonen tok 60 minutter. Resultatene er gitt i tabell IV.

Eksempel 5

Et sammenligningsforsøk i likhet med ovenfor ble utført, denne gang med styren. Resultatene er gitt i tabell V.

Eksempel 6

Virkningen av blandinger av monomerer ble også studert ved poding på 60 g avispapir i en 2-liters reaktor.

Resultatene er vist i tabell VI.

Eksempel 7

Sammensetninger inneholdende podepolymeren fremstilt ved anvendelse av styren som monomer under reaksjonsbetingelser som angitt i eksempel 1 og inneholdende 8 % podet styren og 16 % styren-homopolymer sammen med ikke-podede fibre er blitt fremstilt.

Deres egenskaper sammenlignet med egenskapene til en 100 % ikke podet fibermasse er vist i tabell VII.

Claims (12)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av varmformbare plater fra lignocellulosefibre,karakterisert vedat der i en suspensjon av fibre i vann som danner en vanlig masse for fremstilling av plater, utføres en podeoperasjon på i det minste en del av fibrene med en alkenisk monomer i nærvær av et redoks-katalysatorsystem ved en pH-verdi på under 4.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1,karakterisertved at de monomerer som benyttes,er styren, mety1-metakrylat og metyl-akrylat.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat det katalysatorsystem som benyttes ,er Fe/H202-redokssysternet.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 3,karakterisertved at 0,00001 - 0,01 vektprosent Fe og 0,00001 - 0,1 vektprosent H2O2/regnet på den samlede vekt av suspensjonen og væsken, benyttes til poding.

5. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav,karakterisert vedat monomerene benyttes i en mengde på 5 - 40 %, fortrinnsvis 9 - 30 % av lignocellulosegrunnmaterialet.

6. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav,karakterisert vedat podingen utføres ved en temperatur på 60 - 100°C, spesielt 30 - 70°C, og helst 50 - 60°C.

7. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav,karakterisert vedat der fremstilles 0,5 - 20 vektprosent podede produkter, regnet på lignocellulosemassen, fordelt med 0 - 10 % på podet cellulose og 0 - 10 % på podet lignin,og 10 - 30 % homopolymer.

8. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav,karakterisert vedat fibre som ikke har gjennomgått en podeoperasjon,blandes med fibre som er blitt behandlet ved pode-prosessen.

9. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav,karakterisert vedat massen etter filtrering tørkes ned til et fuktighetsinnhold på under 1 % og gjennomgår en presse-operasjon av kort varighet ved et midlere trykk på 10 - 100 bar og en temperatur på 160-220°C.

10. Fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav,karakterisert vedat der tas utgangspunkt i en masse med en verdi for avvanningsevnen (Canadian Freeness value determined by the Scandinavian Standard iMethod SCAN-C 21 : 65) på under 50 0,og at verdien for avvanningsevnenøkes til en verdi høyere enn 500.

11. Varmformbare plater fremstilt ved en fremgangsmåte som angitt i et av de foregående krav ,fra lignocellulosefibre som inneholder 20 - 100 % ikke-raffinerte fibre som stammer fra brukt papir og/ eller rå plantefibre.

12. Bruk av plater som angitt i krav 11, til fremstilling av formede gjenstander som f.eks. innerkledning for bildører.