DE4224629A1 - Verfahren zum Recycling von Holzwerkstoffen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Recycling von in der Regel plat­ tenförmigen Elementen aus mit Harnstoff-Formaldehyd-Bindemitteln verleim­ ten Holzwerkstoffen.

Holzwerkstoffe der in Rede stehenden Art sind insbesondere Holzfaserplat­ ten, Holzspanplatten und Sperrholzplatten, die nicht beschichtet sein müssen, aber häufig mit einer Beschichtung aus Kunststoff als Arbeitsplat­ ten und Möbelelemente sowie als Elemente für den Innenausbau Verwendung finden (Beschichtung mit HPL-Platten, d. h. Hochdruck-Schichtstoffplatten od. dgl.). Mit dem Recycling von derartigen Elementen hat sich die Fachwelt schon vor vielen Jahren befaßt (Anfang der 70er Jahre), da schon früh er­ kannt wurde, daß hier wertvolles Material beim Verbrennen oder Deponieren sinnlos und umweltgefährdend vernichtet wird. Bei einem damals vorgeschla­ genen Verfahren sollten die Elemente in größere Teile gebrochen werden, so daß sie im Druckraum eines Autoklaven Platz finden. Für die Technik des thermisch-hydrolytischen Aufschlusses im Autoklaven darf auf den allgemein bekannten Stand der Technik verwiesen werden, beispielsweise in Lueger "Lexikon der Technik", DVA Stuttgart, Stichwort "Autoklaven" bzw. "Druck­ behälter".

Das früher beschriebene Verfahren mußte mit relativ hohem Druck im Autokla­ ven gefahren werden, die nach diesem Aufschließungsschritt vorliegenden spanförmigen Grundbestandteile wurden dann wieder einer Verleimung mit Harnstoff-Formaldehyd-Bindemitteln zu neuen Elementen zugeführt. Die Werk­ stoffqualität der aus diesem Sekundärrohstoff hergestellten neuen Elemente war aber so schlecht, daß sie eigentlich nicht ernsthaft eingesetzt werden konnten. Trotz seitheriger vielfältiger Bemühungen der Fachleute ist es bis heute nicht gelungen, ein zu neuen verleimten Elementen aus Sekundär­ werkstoff mit zu Neuware vergleichbaren Eigenschaften führendes Verfahren zu finden.

Der Lehre der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, anzugeben, wie man mit einem Recycling-Verfahren der in Rede stehenden Art zu neuen Elementen mit befriedigenden Eigenschaften, die mit denen aus Neuware gefertigter Elemente zu vergleichen sind, kommt.

Eine erste Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Gegenstand des Anspruchs 1, eine zweite Alternative ist Gegenstand des Anspruchs 3.

In beiden Alternativen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt im Vorbe­ handlungsschritt zunächst ein Brechen der Elemente in kleine Bruchstücke, d. h. Bruchstücke mit Abmessungen von einigen Zentimetern. Das hat zwei Ergebnisse, einerseits eine wesentlich erhöhte Oberfläche für die Wechsel­ wirkung mit dem gesättigten Wasserdampf im Aufschließungsschritt, also eine wesentlich verbesserte Wirksamkeit des thermisch-hydrolytischen Auf­ schlusses, andererseits eine wesentlich bessere Raumausnutzung im Druckbe­ hälter, insbesondere im Autoklaven. Dadurch wird die Zerlegung in die fasrigen, spanförmigen bzw. plättchenförmigen Grundbestandteile wesent­ lich effektiver.

In der ersten Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt der wesent­ liche Kern der Erfindung in der Wahl der richtigen Bindemittel für die er­ neute Verleimung der Grundbestandteile zu neuen Elementen. Hier ist erkannt worden, daß man mit den für Neuware bewährten Bindemitteln nicht arbeiten kann, sondern anders einkondensierte Harnstoff-Formaldehyd-Bindemittel ver­ wenden sollte, nämlich solche mit einem höheren Molverhältnis an Formaldehyd. Diese Erkenntnis beruht auf der Tatsache, daß der thermisch-hydrolytische Aufschluß der Bruchstücke zwar die fasrige Grundstruktur der Grundbestand­ teile wiederherstellt, indem die durch die Verleimung gegebene Vernetzung rückgängig gemacht wird, daß aber an den einzelnen Fasern, Spänen oder Plättchen noch so viel Harnstoff-Reste anhaften, daß bei Einsatz normaler Bindemittel ein Harnstoff-Überschuß eintritt, der die Eigenschaften der dann entstehenden Elemente stark beeinträchtigt. Erfindungsgemäß wird der so erkannte Harnstoff-Überschuß durch einen Formaldehyd-Überschuß im Bin­ demittel kompensiert, so daß das dort vorliegende überschüssige Formaldehyd mit dem an den Fasern befindlichen Rest-Harnstoff letztlich insgesamt wie­ der zu den richtigen Einstellungsverhältnissen führt.

Die im Anspruch 3 beschriebene Alternative beruht zunächst auf der gleichen Erkenntnis zu den Harnstoff-Resten auf den fasrigen Grundbestandteilen nach Ablauf des Aufschließungsschrittes. Diese Alternative beinhaltet einen zu­ sätzlichen Verfahrensschritt, nämlich den der Reinigung der Grundbestand­ teile mit einer Reinigungsflüssigkeit, bei der es sich am besten um reines Wasser handeln sollte. Dadurch werden die Harnstoff-Reste von den Fasern abgespült und die Fasern werden in ihren Anfangszustand zurückgeführt. Diese Maßnahme beruht auf der Erkenntnis, daß die Harnstoff-Reste durch den Aufschließungsschritt wasserlöslich geworden sind und sich so in der Reini­ gungsflüssigkeit ansammeln. Damit wird dann letztlich erreicht, daß die fasrigen, spanförmigen, plättchenförmigen od. dgl. Grundbestandteile so weiterverarbeitet werden können, wie das mit Neuware erfolgt, also insbe­ sondere mit den üblichen Harnstoff-Formaldehyd-Bindemitteln oder auch mit anderen Bindemitteln, beispielsweise auf Phenolharz-Basis. Man muß also hier nicht mit den in Alternative 1 erforderlichen speziellen bzw. chemisch speziell eingestellten Bindemitteln arbeiten.

In beiden Alternativen werden, wie Versuche ergeben haben, als Endprodukt neue, in der Regel plattenförmige Elemente aus Holzwerkstoffen hergestellt, die in ihren Eigenschaften den Elementen aus Neuware praktisch nicht nach­ stehen.

Wie weiter oben schon erläutert worden ist, arbeitet man im Aufschließungs­ schritt bevorzugt mit gesättigtem Wasserdampf, also in einer Sattdampfatmo­ sphäre. Die dabei bevorzugten Temperatur-/Druck-Bereiche sind im Anspruch 4 angegeben. Die Zusammenhänge ergeben sich aus dem der Literatur entnehmbaren Zustandsdiagramm von Wasser.

Versuche haben gezeigt, daß die im Anspruch 5 beschriebene Aufschließungszeit ausreicht.

Aus verfahrenstechnischen Gründen und insbesondere aus Gründen der Optimie­ rung der Energiebilanz des gesamten Verfahrens empfiehlt es sich, daß der heiße Wasserdampf aus dem Aufschließungsschritt in einem Vorwärmschritt bei normalem Druck zur Vorwärmung und Dämpfung der Bruchstücke verwendet wird. Das kann in Verbindung mit einem Autoklaven sowohl bei chargenweiser als auch beikontinuierlicher Beschickung passieren, man arbeitet gewissermaßen im Gegenstrom, so daß das Aufwärmen der Bruchstücke im Autoklaven dann ent­ sprechend weniger lange dauert und die Aufschließung etwas schneller wird.

Um eine Geruchsentwicklung zu unterbinden oder zumindest zu mindern, emp­ fiehlt es sich, daß der Dampf aus dem Autoklaven vor dem Öffnen und Entlee­ ren des Autoklaven abgesaugt und vorzugsweise durch Frischluft ersetzt wird.

Weiter empfiehlt es sich, daß nach dem Aufschließungsschritt, vorzugsweise erst nach dem Reinigungsschritt, in einem Trennungsschritt verunreinigende Materialreste wie Nichteisenmetalle, Kunststoffteile, Beschichtungsteile etc. aus dem Sekundärwerkstoff abgetrennt werden. Diese Maßnahme empfiehlt sich natürlich insbesondere bei mit Beschichtungen aus Kunststoff versehenen Elementen als Ausgangsmaterial, beispielsweise Küchenarbeitsplatten od. dgl. Es wäre für das aus dem Sekundärwerkstoff hergestellte neue Element ungün­ stig, wenn sehr viele Verunreinigungen im Ausgangsmaterial enthalten sind. Eine geringfügige Menge von relativ kleinvolumigen Verunreinigungen macht hingegen nichts aus. Zweckmäßig erfolgt im Trennungsschritt eine Siebung und Sichtung des Materials. Für die Konstruktion entsprechend passender Sichter darf auf die Literatur verwiesen werden (siehe erneut Lueger "Lexi­ kon der Technik" aaO zum Stichwort "Sichter").

Für das Verfahren nach der zweiten Alternative gemäß Anspruch 3, also das Verfahren unter Einschluß des wesentlichen Reinigungsschrittes der Grundbe­ standteile, empfiehlt es sich, daß die Spülung im Gegenstrom in einem Kas­ kadensystem erfolgt, also die schon am besten gesäuberten Grundbestandteile mit der saubersten Reinigungsflüssigkeit und die noch gar nicht gesäuberten Grundbestandteile mit der schon am stärksten verschmutzten Reinigungsflüssig­ keit gespült werden.

In der Reinigungsflüssigkeit, insbesondere also im Wasser, sammeln sich Harnstoff-Verbindungen, im wesentlichen Methylolharnstoff, Dimethylol­ harnstoff etc. Diese chemischen Produkte kann man ebenfalls für die wei­ tere Verwendung nutzen, dazu empfiehlt es sich dann, daß die benutzte (verschmutzte) Reinigungsflüssigkeit aufkondensiert, insbesondere mittels Eindampfung oder Ultrafiltration eingedickt und so ein Reststoffkonzentrat, das im wesentlichen Harnstoff-Verbindungen enthält, gewonnen wird.

Dieses Konzentrat besteht im wesentlichen aus den zuvor schon angegebenen Harnstoff-Verbindungen. Verwendungsmöglichkeiten für ein solches Konzentrat sind in den Ansprüchen 13, 14 und 15 beschrieben. Insbesondere die Nutzung für die Reduktion von Stickoxiden in Verbrennungsanlagen erscheint nach heutigem Wissensstand sehr interessant, da die betroffenen Materialien hier besonders wirkungsvoll sind.

Claims (15)

1. Verfahren zum Recycling von in der Regel plattenförmigen Elementen aus mit Harnstoff-Formaldehyd-Bindemitteln verleimten Holzwerkstoffen ohne oder mit einer Beschichtung aus Kunststoff, insbesondere von Holzfaser-, Holzspan- und Sperrholzplatten,
bei dem in einem Vorbehandlungsschritt die Elemente in kleine Bruchstücke gebrochen und evtl. vorhandene Metallteile wie Beschläge od. dgl. abgeschie­ den werden,
bei dem dann in einem Aufschließungsschritt die Bruchstücke über eine be­ stimmte Aufschließungszeit einer, vorzugsweise gesättigten Wasserdampfatmo­ sphäre unter hohem Druck und unter hoher Temperatur ausgesetzt werden und
bei dem dann der dann schon in seine fasrigen, spanförmigen bzw. plättchen­ förmigen od. dgl. Grundbestandteile zerfallene Werkstoff - Sekundärwerkstoff - zu neuen, in der Regel plattenförmigen Elementen verleimt wird, wobei zur Verleimung chemisch angepaßte, nämlich die an den Fasern, Spänen, Plättchen od. dgl. noch anhaftenden Reste von Harnstoff einkondensierende Harnstoff- Formaldehyd-Bindemittel verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Harnstoff-Formaldehyd- Bindemittel mit einem überproportional hohen Molverhältnis an Formaldehyd verwendet werden.

3. Verfahren zum Recycling von in der Regel plattenförmigen Elementen aus mit Harnstoff-Formaldehyd-Bindemitteln verleimten Holzwerkstoffen ohne oder mit einer Beschichtung aus Kunststoff, insbesondere von Holzfaser-, Holzspan- oder Sperrholzplatten,
bei dem in einem Vorbehandlungsschritt die Elemente in kleine Bruchstücke gebrochen und evtl. vorhandene Metallteile wie Beschläge od. dgl. abgeschie­ den werden,
bei dem dann in einem Aufschließungsschritt die Bruchstücke über eine be­ stimmte Aufschließungszeit einer, vorzugsweise gesättigten Wasserdampfatmo­ sphäre unter hohem Druck und unter hoher Temperatur ausgesetzt werden und bei dem in einem Reinigungsschritt der dann schon in seine fasrigen, span­ förmigen, plättchenförmigen od. dgl. Grundbestandteile zerfallene Werkstoff bei normalem Druck intensiv mit einer Reinigungsflüssigkeit, insbesondere mit reinem Wasser, gespült wird und so ein von anhaftenden Harnstoff-Resten befreiter Sekundärwerkstoff hergestellt wird, der mit für Neuware geeigne­ ten Bindemitteln zu neuen Elementen verleimt werden kann.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Aufschließungsschritt mit einer Temperatur zwischen 120°C und 180°C (390 bis 450 K), vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen 140°C und 160°C (410 bis 430 K) und mit einem Druck zwischen 2 und 11 bar, vorzugsweise zwischen 4 und 5 bar gearbeitet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Aufschließungszeit von 2 bis 5 min, vorzugsweise von ca. 3 min, bei einer Vorlaufzeit (Aufheizzeit) von 0,5 bis 2 min, vorzugsweise von ca. 1 min, eingehalten wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der heiße Wasserdampf aus dem Aufschließungsschritt in einem Vorwärmschritt bei normalem Druck zur Vorwärmung und Dämpfung der Bruchstücke verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufschließungsschritt in einem chargenweise oder kontinuierlich beschick­ ten Autoklaven durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf aus dem Autoklaven vor dem Öffnen und Entleeren des Autoklaven abgesaugt und vor­ zugsweise durch Frischluft ersetzt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Aufschließungsschritt, vorzugsweise erst nach dem Reinigungsschritt, in einem Trennungsschritt verunreinigende Materialreste wie Nichteisenme­ talle, Kunststoffteile, Beschichtungsteile etc. aus dem Sekundärwerkstoff abgetrennt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennung durch Siebung und/oder Sichtung erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 3 und ggf. einem der Ansprüche 4 bis 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Spülung im Gegenstrom in einem Kaskadensystem erfolgt, also die schon am besten gesäuberten Grundbestandteile mit der saubersten Reinigungsflüssigkeit und die noch gar nicht gesäuberten Grund­ bestandteile mit der schon am stärksten verschmutzten Reinigungsflüssig­ keit gespült werden.

12. Verfahren nach Anspruch 3 und ggf. einem der Ansprüche 4 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß die benutzte (verschmutzte) Reinigungsflüssigkeit aufkondensiert, insbesondere mittels Eindampfung oder Ultrafiltration ein­ gedickt und so ein Reststoffkonzentrat, das im wesentlichen Harnstoffver­ bindungen enthält, gewonnen wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Reststoff­ konzentrat als Sekundärrohstoff für die Herstellung von Leimen auf Basis Harnstoffharz insbesondere wieder für die Herstellung entsprechender Holz­ elemente verwendet wird.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Reststoff­ konzentrat für die Harzkondensation von Harnstoff-Formaldehyd-Harzen ver­ wendet wird.

15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Reststoff­ konzentrat für die selektive, nichtkatalytische Reduktion von Stickoxiden (NO_x) in Verbrennungsanlagen verwendet wird.