NO813990L

NO813990L - PROCEDURE FOR DIMENSIONAL STABILIZATION OF PRESSED TREMATERIALS

Info

Publication number: NO813990L
Application number: NO813990A
Authority: NO
Inventors: Eberhard Giebeler
Original assignee: Ruetgerswerke Ag
Priority date: 1980-11-25
Filing date: 1981-11-24
Publication date: 1982-05-26
Also published as: FR2494623A1; FI813725A7; FI813725L; CH656343A5; DE3044221A1; FR2494623B3; SE8106141L; CA1159643A

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte for foredling av trematerialer som er blitt fortettet ved hjelp av en presse-rne tode... The invention relates to a method for processing wood materials that have been densified with the help of a press-rne...

Den naturlige dimensjonsforandring for tre og trepro-dukter ved vekslende trefuktighet er en ulempe ved denne materialgruppe. Dimensjonsstabiliteten kan forbedres ved konstruksjonsmessige, kjemiske bg fysikalske forholdsregler. Tallrike forslag for løsning av dette problem eksisterer i praksis' og i litteraturen. The natural dimensional change for wood and wood products due to changing wood moisture is a disadvantage of this material group. Dimensional stability can be improved by structural, chemical and physical precautions. Numerous proposals for solving this problem exist in practice and in the literature.

En fremgangsmåte for dimensjonsstabilisering av treA procedure for dimensional stabilization of wood

ved temperaturer mellom 120 og 180°C i en gassatmosfære ved gasstrykk opp til 15 bar er beskrevet i vest-tysk patentskrift 2263785 som en spesielt økonomisk metode. Ved disse prosessbetingelser kan dimensjonsstabiliteten forbedres med 50-70% i løpet av få timer. For massivt tre er imidlertid faren for rissdannelse i fuktig tre stor. Av denne grunn blir ifølge vest-tysk publisert patentsøknad 2916677 tre med en utgangsfuktighet av under 10% og ved en temperatur mellom 160 og 240°C behandlet i en gassatmosfære under trykk. at temperatures between 120 and 180°C in a gas atmosphere at gas pressure up to 15 bar is described in West German patent document 2263785 as a particularly economical method. Under these process conditions, the dimensional stability can be improved by 50-70% within a few hours. For solid wood, however, the risk of cracking in moist wood is great. For this reason, according to West German published patent application 2916677, wood with an initial moisture content of less than 10% and at a temperature between 160 and 240°C is treated in a gas atmosphere under pressure.

For trematerialer som er blitt fortettet ved hjelp avFor wood materials that have been densified using

en pressemetode, som spon- eller fiberplater og dessuten finer- eller laminert tre, er ulempen ved den naturlige dimensjonsforandring av treet i platéplanet bare meget liten, mens en ekstremt høy tykkelsesøkning av opp til 30% som langt overgår den naturlige svelling av tre, forekommer loddrett til platéplanet når fuktighet opptas. Årsaken ..til denne store økning av tykkelsen er at trefibrene og -laminatene bestreber seg på å vende tilbake til utgangsstillingen før pressingen og komprimeringen. a pressing method, such as chipboard or fiberboard and also veneer or laminated wood, the disadvantage of the natural dimensional change of the wood in the board plane is only very small, while an extremely high increase in thickness of up to 30%, which far exceeds the natural swelling of wood, occurs perpendicular to the plate plane when moisture is absorbed. The reason ..for this large increase in thickness is that the wood fibers and laminates strive to return to their initial position before the pressing and compression.

Det er derfor blitt forsøkt å oppnå dimensjonsstabilisering av sponplater ved å behandle trespon med varme og trykk ved fremgangsmåten ifølge vest-tysk patentskrift 2263758 eller vest-tysk publisert patentsøknad 2916677, og å fremstille sponplatene fra disse behandlede spon. Attempts have therefore been made to achieve dimensional stabilization of chipboards by treating wood chips with heat and pressure using the method according to West German patent document 2263758 or West German published patent application 2916677, and to produce the chipboards from these treated chips.

Denne metode er imidlertid forbundet med en betydelig brannrisiko. Dessuten blir sponene sprø ved behandlingen under varme og trykk, slik at vanskeligheter oppstår når sponplatene fremstilles. However, this method is associated with a significant fire risk. In addition, the chips become brittle during processing under heat and pressure, so that difficulties arise when the chipboards are manufactured.

Ved fremgangsmåten ifølge vest-tysk publisert patent-søknad 1453382 blir kokefast limte tresponplater behandlet In the method according to the West German published patent application 1453382, non-boiling glued chipboards are treated

med fuktig luft under trykk ved -temperaturer mellom 70 og 150°C. På grunn av den nødvendige behandlingstid av fra with moist air under pressure at temperatures between 70 and 150°C. Due to the required processing time of from

en/og endog til flere dager er denne fremgangsmåte meget uøkonomisk. Dessuten blir reduksjonen i tykkelsesøkningen forholdsvis liten og må ytterligere forbedres ved dessuten one/and even to several days, this method is very uneconomical. Moreover, the reduction in the increase in thickness is relatively small and must be further improved by also

å påføre et hydrofobéringsmiddel på sponene.to apply a hydrophobic agent to the chips.

Det har derfor vært behov for å komme frem til enThere has therefore been a need to arrive at one

sikker, økonomisk fremgangsmåte for dimensjonsstabiliseringsafe, economical procedure for dimensional stabilization

av trematerialer som er blitt fortettet ved hjelp av en pressemetode, ved hjelp av hvilken en optimal svellefasthet of wood materials that have been densified using a pressing method, with the help of which an optimal swelling resistance

for det behandlede tremateriale kan oppnås i løpet av enfor the treated wood material can be obtained within a

kort behandlingstid.short processing time.

Denne oppgave er blitt løst ifølge oppfinnelsen ved at trematerialene som er blitt fortettet ved hjelp av en pressemetode, behandles i en gassatmosfære som er blitt komprimert til 4-5 bar, ved en temperatur av 160-220°C. This task has been solved according to the invention in that the wood materials that have been densified using a pressing method are processed in a gas atmosphere that has been compressed to 4-5 bar, at a temperature of 160-220°C.

Selv om det opprinnelig ble antatt at limingen av trematerialene ville bli ødelagt ved anvendelse av fremgangsmåte-betingelsene ifølge oppfinnelsen, at det ville være vanskelig Although it was originally thought that the gluing of the wood materials would be destroyed using the process conditions of the invention, that it would be difficult

å håndtere på forhånd formede deler forbundet med en jevn reklimatisering, og at ujevne spenninger av ikke reparerbare forkastninger ville oppstå,viste det seg at ved betingelsene ifølge oppfinnelsen kunne trematerialer, som sponplater og laminater, lett og problemløst behandles og at formforandringene under behandlingsprosessen kunne være neglisjerbart små. Ved behandlingen ved høye trykk og temperaturer blir tilstanden stabilisert efter at trematerialet er blitt fortettet. to handle pre-formed parts associated with a uniform reclimatization, and that uneven stresses from unrepairable faults would occur, it turned out that under the conditions according to the invention, wooden materials, such as chipboards and laminates, could be easily and problem-free processed and that the shape changes during the processing process could be negligibly small. During the treatment at high pressures and temperatures, the condition is stabilized after the wood material has been densified.

Fibrenes bestrebelse på å gå tilbake til deres opprinnelige tilstand blir meget sterlct redusert. Samtidig blir trefibrene, som beskrevet i vest-tysk publisert patensøknad 2916677 og vest-tysk patentskrift 2263758, forbedret hva gjelder deres svelleforløp. Av denne grunn avtar den i for-bindelse med finer og sponplater allerede forholdsvis lave fuktighetsdeformasjon i platéplanet ytterligere ved anvendelse av den beskrevne fremgangsmåte. Dette er en fordel, spesielt for byggeelementer med store flater eller med meget stor The effort of the fibers to return to their original state is greatly reduced. At the same time, the wood fibers, as described in West German published patent application 2916677 and West German patent document 2263758, are improved in terms of their swelling process. For this reason, in connection with veneers and chipboards, the already relatively low moisture deformation in the board plane decreases further when using the described method. This is an advantage, especially for building elements with large surfaces or with very large surfaces

lengde.length.

Det er. en ytterligere fordel, ved den foreliggende fremgangsmåte at det fås foredlede trematerialer hvis tykkelses-økning under innvirkning av fuktighet er mindre enn tykkelses-økningen for trematerialer som er blitt fremstilt fra trespon som er blitt behandlet som beskrevet i vest-tysk patentskrift 2263758 og vest-tysk publisert patentsøknad 2916677. It is. a further advantage, with the present method, that refined wood materials are obtained whose thickness increase under the influence of moisture is less than the thickness increase for wood materials that have been produced from wood shavings that have been treated as described in West German patent document 2263758 and West German published patent application 2916677.

På grunn av den oppnådde reduksjon av tykkelsessvel-lingen kan anvendelsesmulighetene for dimensjonsstabile profiler på tresponbasis- forbedres og utvides. Det er tenkbart at piastomsluttede vindusprofiler på basis av laminater, eller sponplater vil kunne fremstilles. På grunn av at trematerialenes bøyefasthet synker ved denne fremgangsmåte er typene med høy bøyefasthet, som f.eks. OSB-platene, fore-trukket blant sponplatene. Due to the achieved reduction in thickness swelling, the application possibilities for dimensionally stable profiles on a wood chip basis can be improved and expanded. It is conceivable that piastre-enclosed window profiles on the basis of laminates or chipboard could be produced. Due to the fact that the bending strength of the wood materials decreases with this method, the types with high bending strength, such as e.g. The OSB boards, pre-drawn among the chipboards.

Det er en vesentlig forutsetning for den foreliggende fremgangsmåte at bindemidlet som anvendes i trematerialet, har god temperaturbestandighet. Det foretrekkes her å anvende fenolharpikser. Ureaharpikser kan ikke anvendes. It is an essential prerequisite for the present method that the binder used in the wood material has good temperature resistance. It is preferred here to use phenolic resins. Urea resins cannot be used.

Trematerialer er mindre utsatt for rissdannelse enn massivt tre. Av denne grunn kan vanninnholdet varieres innen området 0-20%. Jo større den minste tredimehsjon, som regel platens tykkelse, er, desto lavere skal vanninnholdet være. Den foredlede plates formstabilitet vil alltid bare bli ytterligere forbedret jo lavere treets fuktighetsinnhold er. På den annen side er dimensjonsstabiliseringen av treet ved høye fuktighetsgrader bedre. Det optimale område for treets fuktighet er derfor mellom 4 og 12%. Wood materials are less prone to cracking than solid wood. For this reason, the water content can be varied within the range 0-20%. The larger the smallest dimension, usually the thickness of the plate, the lower the water content should be. The dimensional stability of the processed board will always only be further improved the lower the wood's moisture content. On the other hand, the dimensional stabilization of the wood at high humidity levels is better. The optimum range for the wood's humidity is therefore between 4 and 12%.

Trematerialene behandles i en reaksjonsbeholder i en komprimert gassatmosfære ved en temperatur av 160-220°C. Arbeidstrykkene ligger vanligvis mellom 4 og 15 bar, spesielt mellom 6 og 12 bar. The wood materials are treated in a reaction vessel in a compressed gas atmosphere at a temperature of 160-220°C. The working pressures are usually between 4 and 15 bar, especially between 6 and 12 bar.

Behandlingstiden er som regel mellom 0,5 og 8 timer. Den er vanligvis kortere jo høyere den valgte temperatur er. The treatment time is usually between 0.5 and 8 hours. It is usually shorter the higher the selected temperature.

Spesielt gode resultater, spesielt hva gjelder å unngå spenninger og partialtrykkgradienter, kan oppnås dersom pro-duktene som unnviker fra treet ved varmebehandlingen, anrikes i reaksjonsbeholderen. Dette Tcan oppnås f. eks. ved å anvende en høy fyllingsgrad for reaktoren, dvs., ved et lavt forhold mellom reaktorvolum og trevolum, fortrinnsvis lavere enn 7, og/eller ved tilsetning av ett eller flere stoffer som inneholdes i trekondensat. • Particularly good results, especially when it comes to avoiding stresses and partial pressure gradients, can be achieved if the products escaping from the wood during the heat treatment are enriched in the reaction vessel. This T can be achieved e.g. by using a high degree of filling for the reactor, i.e., by a low ratio between reactor volume and wood volume, preferably lower than 7, and/or by adding one or more substances contained in wood condensate. •

Blant de stoffer som inneholdes i trekondensatet, som f.eks. maursyre, eddiksyre, furfural, furfurylalkohol, methanol eller også vann, er spesielt eddiksyre og/eller maursyre egnet. Også høyere alkancarboxylsyrer, spesielt med opp til 6 carbonatomer, hhv. også anhydridene av de nevnte syrer, f.eks. eddiksyreanhydrid, kan anvendes som tilsetningsmiddel. Tilsetningsmidlene kan da tilføres til reaksjonsrommet før varmebehandlingen eller de tilsettes fortrinnsvis utenfra til reaktoren under behandlingen. En ytterligere mulighet består i å drenke treet som skal behandles, før det behandles med tilsetningsmidlene. Among the substances contained in the wood condensate, such as e.g. formic acid, acetic acid, furfural, furfuryl alcohol, methanol or also water, acetic acid and/or formic acid are particularly suitable. Also higher alkanecarboxylic acids, especially with up to 6 carbon atoms, resp. also the anhydrides of the aforementioned acids, e.g. acetic anhydride, can be used as an additive. The additives can then be added to the reaction space before the heat treatment or they are preferably added from outside the reactor during the treatment. A further possibility consists in soaking the wood to be treated, before it is treated with the additives.

Mengden av tilsetningsmiddel er vanligvis ikke av kritisk betydning. Summen av partialtrykkene skal som regel ikke overskride 12 bar. I intet tilfelle skal konsentrasjoner nås ved hvilke allerede en delkondensasjon av tilsetningsmidlene finner sted i reaksjonsbeholderen. The amount of additive is usually not of critical importance. The sum of the partial pressures should not normally exceed 12 bar. In no case should concentrations be reached at which partial condensation of the additives already takes place in the reaction vessel.

Av sikkerhetsgrunner og for å undertrykke en oxyder-eride nedbrytning av treet skal oxygenkonsentrasjonen i reaksjonsbeholderen ikke overskride 5 volum%. For å sikre at det oppnås en mest mulig lys farvetone for det behandlede tre er det gunstig å utelate oxygen fullstendig. Det arbeides da i en inertgassatmosfære, f.eks. i nitrogen. For safety reasons and to suppress oxidative degradation of the wood, the oxygen concentration in the reaction vessel must not exceed 5% by volume. To ensure that the lightest possible color tone is achieved for the treated wood, it is beneficial to omit oxygen completely. Work is then done in an inert gas atmosphere, e.g. in nitrogen.

Som reaksjonsbeholder (reaktor) anvendes fortrinnsvisIt is preferably used as a reaction vessel (reactor).

en autoklav av korrosjonsbestandig materiale, f.eks. av 1.4571-eller 1.4541-stål. Størrelsen og dimensjoneringen er da avhengig av størrelsen for treet som skal behandles. Varmetilførselen skjer fortrinnsvis via varmesløyfer som an autoclave made of corrosion-resistant material, e.g. of 1.4571 or 1.4541 steel. The size and dimensions then depend on the size of the wood to be treated. The heat is supplied preferably via heating loops such as

er bygget inn i realts jonsbeholderen og som tilføres overopp-hetet vanndamp med et trykk av f.eks. 40 bar. For å forbedre varmevekslingen .fra varmebæreren og over i gassatmosfæren og fra gassatmosfæren og over i treet har det da vist seg gunstig å sirkulere gassen i reaksjonsrommet, f.eks. ved hjelp av en ventilator eller eri vifte. is built into the realts ion container and which is supplied with superheated water vapor with a pressure of e.g. 40 bars. In order to improve the heat exchange from the heat carrier into the gas atmosphere and from the gas atmosphere into the wood, it has then proved beneficial to circulate the gas in the reaction space, e.g. using a ventilator or eri fan.

Avspenningen og avkjølingen av reaktoren og dens inn- hold må foregå langsomt for å unngå beskadigelser av produktet. Den angjeldende periode er avhengig av produktet. For sponplater med en tykkelse av 16 mm kan trykkopphevelsen finne sted f.eks. fra 10 bar til 1 bar i løpet av 15 minutter og avkjøling fra en omgivende lufttemperatur av 190°C til værelsetemperatur. The relaxation and cooling of the reactor and its contents must take place slowly to avoid damage to the product. The relevant period depends on the product. For chipboards with a thickness of 16 mm, the pressure relief can take place e.g. from 10 bar to 1 bar within 15 minutes and cooling from an ambient air temperature of 190°C to room temperature.

Eksempel 1 ( med sammenligningseksempel)Example 1 (with comparative example)

Et bøkelaminat med dimensjonene 50 x 100 x 1000 mm (radial x tangensial x aksial) som var fremstilt av 1,2 mm skallfinér som var blitt limt sammen med fenolharpiks, ble behandlet ved 195°C i en ^-atmosfære ved et samlet trykk av 10 bar for de sirkulerte gasser. Treets begynnelses-fuktighet var 5%. Efter en behandlingstid av 2,5 timer ble trykket i reaktoren opphevet og reaktoren avkjølt til ca. 70°C i løpet av 20 minutter. A beech laminate of dimensions 50 x 100 x 1000 mm (radial x tangential x axial) made from 1.2 mm shell veneer bonded with phenolic resin was treated at 195°C in a ^-atmosphere at a total pressure of 10 bar for the circulated gases. The wood's initial humidity was 5%. After a processing time of 2.5 hours, the pressure in the reactor was lifted and the reactor cooled to approx. 70°C within 20 minutes.

I tabell 1 er egenskapene for det således foredlede trelarrfinat vist sammenlignet med uforedlet bøkelaminat. Svellingen ble hver gang bestemt efter 14 døgns lagring av prøvestykkene i vann ved 20°C. In table 1, the properties of the thus refined woodlarfinate are shown compared to unprocessed beech laminate. The swelling was each time determined after 14 days of storage of the test pieces in water at 20°C.

Eksempel 2 Example 2

Bøkelaminat fremstilt fra 4 mm skallfinér ved sammen-liming med fenolharpiks og med dimensjonene 50.x 100 x 1000 mm behandles som angitt i eksempel 1 og undersøkes. Platenes utgangsfuktighet var 8%. Tabell 2 viser egenskapene for det således foredlede laminat sammenlignet med ubehandlet bøke-laminat. Beech laminate produced from 4 mm shell veneer by gluing together with phenolic resin and with the dimensions 50 x 100 x 1000 mm is treated as indicated in example 1 and examined. The panels' initial humidity was 8%. Table 2 shows the properties of the thus refined laminate compared to untreated beech laminate.

Eksempel 3 Example 3

En vanlig handelstilgjengelig sponplate med en plate-tykkelse av 16 mm og limt med fenolharpiks ble behandlet i 2,5 timer ved 195°C og et gasstrykk på 10 bar i en re-sirkulert nitrogenatmosfære. Utgangsfuktigheten var 10%.. Tabell 3 viser de tilsvarende prøveverdier sammenlignet A common commercially available chipboard with a board thickness of 16 mm and glued with phenolic resin was treated for 2.5 hours at 195°C and a gas pressure of 10 bar in a re-circulated nitrogen atmosphere. The initial humidity was 10%. Table 3 shows the corresponding sample values compared

med prøveverdiene for en ubehandlet sponplate.with the sample values for an untreated chipboard.

Eksempel 4 Example 4

4 mm tykke hårdfiberplater foredles i 1 time ved 195°C i en N2~atmosfære. Det samlede trykk er 10 bar. Hårdfiber-platenes utgangsfuktighet er 10%. 4 mm thick hard fiber boards are refined for 1 hour at 195°C in an N2 atmosphere. The total pressure is 10 bar. The hard fiber boards' initial humidity is 10%.

I tabell 4 er de tilsvarende prøveverdier vist sammen lignet med prøveverdiene for en uforedlet hårdfiberplate. In table 4, the corresponding test values are shown together compared to the test values for an unmodified hard fiber board.

Eksempel 5 Example 5

Foredling av en sponplate med orienterte spon (OSB-typen) foretas i 1 time ved 195°C i en ^-atmosfære av 10 bar. Den anvendte OSB-plate er av "1-lags-typen", dvs. at det foreligger bare ett enhetlig skikt og sponorientering. Tykkelsen er 3,6 mm. Processing of a chipboard with oriented chips (OSB type) is carried out for 1 hour at 195°C in a ^-atmosphere of 10 bar. The OSB board used is of the "1-layer type", i.e. there is only one uniform layer and chip orientation. The thickness is 3.6 mm.

I tabell 5 er de tilsvarende prøveverdier vist sammenlignet med prøveverdiene for en ikke foredlet OSB-plate. In table 5, the corresponding test values are shown in comparison with the test values for an unprocessed OSB board.

Claims

1. Method for dimensional stabilization of wood materials that have been compressed using a press method, by treatment under heat and pressure, characterized in that the wood materials are treated at a temperature of 160-220°C in a gas atmosphere that has been compressed to 4-15 bar .

2. Method according to claim 1, characterized in that the gas atmosphere is compressed to 6-12 bar.

3. Method according to claim 1 or 2, characterized in that the processing time . is 0.5-8 hours.

4. Method according to claims 1-3, characterized in that the water content of the wood material is 0-20% by weight.

5. Method according to claims 1-4, characterized in that the wood material's water content is 4-12% by weight.

6. Method according to claims 1-5, characterized in that the gas atmosphere is recirculated.

7. Method according to claims 1-6, characterized in that the wood decomposition products which are formed during the treatment of the wood material and water are intentionally enriched in the gas atmosphere.

8. Method according to claims 1-7, characterized in that a gas atmosphere is used in which inert gases, such as nitrogen, are enriched and in which air oxygen is present in an amount below 5% by volume.