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Title:
METHOD FOR APPLYING GLUE TO WOOD CHIPS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/164821
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for applying glue to comminuted lignocellulosic particles (10) in the production of material boards, in which a glue which can be cured by temperature and/or addition of curing agents and comprises at least one formation of colloids is brought via a conveying device (2) of adjustable volumetric flow rate and via conveying lines (15a, 15c) to a dispersing unit (1) in which the glue is homogenised by means of a comminution device and a mixing device and is then conveyed via conveying lines (15a) to nozzle assemblies (6) which spray the glue onto the particles (10) in a mixing chamber (5). According to the invention, the amount of glue conveyed is determined and assigned in an evaluation unit (8) to a rotation speed of the dispersing unit, and this rotation speed is then set to ensure sufficient viscosity and reactivity for the production of material panels in a glue which is used for wetting lignocellulosic particles, in particular wood chips.

Inventors:
BERNS JOCHEM (DE)
AENGENVOORT DIETER (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/050502
Publication Date:
August 20, 2020
Filing Date:
January 10, 2020
Export Citation:
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Assignee:
SIEMPELKAMP MASCHINEN- UND ANLAGENBAU GMBH (DE)
International Classes:
B27N1/02; B01F23/80; B05B12/08; B27N3/18
Foreign References:
DE102015100667A12016-08-04
DE102011103326A12012-11-29
US20070177454A12007-08-02
DE102015100667A12016-08-04
Attorney, Agent or Firm:
ANDREJEWSKI • HONKE PATENT- UND RECHTSANWÄLTE PARTNERSCHAFT MBB (DE)
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Claims:
Patentansprüche:

1. Verfahren zur Beleimung von zerkleinerten lignocellulosischen Partikeln (10) im Zuge der Herstellung von Werkstoffplatten, wobei ein durch Temperatur und/oder Zugabe von Hartem aushärtbarer, wenigstens eine Ausbildung von Kolloiden umfassender Leim über eine volumenstromverstellbare Fördereinrich tung (2) und Förderleitungen (15a, 15c) zu einer Dispergiereinheit (1 ) verbracht wird, in der der Leim mittels einer Zerkleinerungseinrichtung und einer Misch einrichtung homogenisiert wird und schließlich über Förderleitungen (15a) zu Düsenanordnungen (6) gefördert wird, die den Leim in einer Mischkammer (5) auf die Partikel (10) sprühen, dadurch gekennzeichnet, dass die geförderte Leimmenge ermittelt und in einer Auswerteeinheit (8) einer Drehzahl der Dispergiereinheit zugeordnet wird und diese Drehzahl daraufhin eingestellt wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren Anwendung bei der Spänebeleimung findet.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die geförderte Leimmenge durch eine Einstellung der Leimfördereinrichtung (2) ermittelt wird oder durch Messgeräte zur Volumenstrommessung erfasst wird.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit (8) die über wenigstens einen Temperatursensor (12) ermittelte Umgebungstemperatur Berücksichtigung findet.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit (8) eine zugegebene Härtermenge Berücksich tigung findet.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in hinterlegten Daten der Auswerteeinheit (8) berücksichtigt wird, ob der zu dispergierende Leim für eine Mittel- oder eine Deckschicht der Werkstoff platte vorgesehen ist.

7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Leim für Deckschichten und Mittelschichten in unterschiedlichen

Dispergiereinheiten homogenisiert wird.

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass chemische und/oder physikalische Eigenschaften des Leims zumindest nach der Dispergiereinheit über wenigstens ein Messgerät (11 ) erfasst werden.

9. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Messgerät (11 ) ein Infrarot- oder Nahinfrarot-Sensor eingesetzt wird.

Description:
Verfahren zum Beieimen von Holzspänen

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beleimung von zerkleinerten lignocellu- losischen Partikeln im Zuge der Herstellung von Werkstoffplatten, wobei ein durch Temperatur und/oder Zugabe von Hartem aushärtbarer, wenigstens eine Ausbildung von Kolloiden umfassender Leim über eine volumenstromverstell- bare Fördereinrichtung und Förderleitungen zu einer Dispergiereinheit verbracht wird, in der der Leim mittels einer Zerkleinerungseinrichtung und einer Misch einrichtung homogenisiert wird und schließlich über Förderleitungen zu Düsenanordnungen gefördert wird, die den Leim in einer Mischkammer auf die Partikel sprühen.

Werkstoffplatten werden heute aus unterschiedlichen zerkleinerten lignocellu- losischen Partikeln und für unterschiedliche Anforderungen hergestellt. Nah verwandte Werkstoffplatten sind dabei sogenannte Spanplatten und soge nannte Faserplatten. Trotz ihrer relativ nahen Verwandtschaft bestehen im Her- Stellungsprozess noch deutliche Unterschiede, und technologische Erkennt nisse sind nicht ohne weiteres von einem Herstellungsprozess auf den anderen übertragbar.

So werden bei der Herstellung von auf Holzspänen basierenden Werkstoff- platten beispielsweise anders eingestellte Leimsorten verwendet, als dies bei der Herstellung von auf Holzfasern basierenden Werkstoffplatten der Fall ist.

Derartige Unterschiede spiegeln sich letztlich auch im Aufbau der Werkstoff plattenherstellungsanlage wieder. So werden beispielsweise nach dem Stand der Technik Dispergiereinheiten innerhalb des Herstellungsprozesses haupt sächlich für Faserplatten eingesetzt.

Dispergiereinheiten arbeiten nach dem Rotor-Stator-Prinzip mit hohen Scher- gradienten. Sie werden auch als Homogenisator bezeichnet. Die Dispergierein heit besitzt einen Einlass und einen Auslass für den Leim. Durch einen inneren Rotorkranz wird der Leim sehr stark beschleunigt, um dann an einem Stator kranz abgebremst und geschert zu werden. Auf diese Weise werden Feststoff anteile und/oder Tropfen effektiv zerkleinert und homogen verteilt. Die extreme Feinverteilung von Feststoffen (Suspensionen) und Flüssigkeiten (Emulsionen) in dem vorgelegten Leim wird durch ein aufwändig abgestimmtes Zusammen spiel verschiedener Zerkleinerungsvorgänge bewirkt. Die Zentrifugalkraft im Rotor erzeugt gleichzeitig eine Umwälzung des Behälterinhalts. Feststoffanteile und/oder Tropfen werden zuverlässig zerkleinert und homogen verteilt. Bislang wurden derartige Dispergiereinheiten im Wesentlichen im Zuge der Herstellung von Faserplatten verwendet, um mechanische Verunreinigungen und nicht komplett gelöste Reaktionsprodukte zu dispergieren.

Dieses Verfahren berücksichtigt bislang nicht die unterschiedlichen Herstell- verfahren, Kenndaten und Eigenschaften der Leime, wie sie bei der Herstellung von Faser- und Spanplatten eingesetzt werden. Dabei weisen Spanplattenleime im Vergleich zu Faserplattenleimen häufig einen deutlich höheren Feststoff gehalt und eine andere Abpufferung auf, um einen schnellen Fertigungsprozess zu gewähren. Der Leim, der zur Benetzung von Fasern verwendet wird, reagiert weniger schnell auf mechanische Einwirkungen und Temperaturerhöhungen, wie ihn die Scherkräfte in der Dispergiereinheit erzeugen. Bei der Holzspäne beleimung ist eine Dispergiereinheit bislang weniger zufriedenstellend einge setzt worden. Der Leim, der zur Benetzung der Holzspäne verwendet wird, rea giert sehr schnell auf Temperaturerhöhungen. Das ist für einen schnellen Fertigungsprozess in einer beheizbaren Presse auch so erwünscht.

Das mit diesem Leim zur Benetzung der Holzspäne verbundene Problem ist aber, dass der Leim durch die Dispergierung so rasch seine Konsistenz und Reaktivität ändert, dass er bereits in den Rohrleitungen, Düsen und Misch- kammern, also bereits vor dem anschließenden Plattenpressvorgang, in uner wünschter Weise vorreagiert und zumindest partiell aushärtet und an den Wandungen haften bleibt.

Denn die Viskositätsänderung ist nicht allein abhängig von der Temperatur. Ein Verfahren zur Konditionierung von Leim durch dem Dispergierer vor- oder nachgeschaltete Wärmetauscher, wie es in der DE 10 2015 100 667 A1 offen bart ist, ist deshalb in vielen Fällen nicht ausreichend.

Es wurde festgestellt, dass die in Abhängigkeit von der Spänezufuhr schwankende benötigte Leimmenge zu unterschiedlichen Homogenisierungen in der Dispergiereinheit führt und somit nicht kalkulierbare Auswirkungen auf die Viskositätsentwicklung uns Reaktivität des Leims hat.

Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, bei einem Leim, der für die Benetzung von lignocellulosischen Partikeln, insbesondere Holzspänen ver- wendet wird, eine für die Produktion der Werkstoffplatten ausreichende Viskosi tät und Reaktivität zu sorgen.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die geförderte Leimmenge ermittelt und in einer Auswerteeinheit einer Drehzahl der Dispergiereinheit zugeordnet wird und diese Drehzahl daraufhin eingestellt wird.

Dabei wird die Drehzahl der Dispergiereinheit mit einem Steuerungsprogramm möglichst automatisch verändert und eingestellt.

In der Erfindung wurde erkannt, dass die Zerstörung der Kolloide einen ent scheidenden Faktor zur Lösung der Aufgabe darstellt. Je nachdem wie intensiv der Scherprozess der Dispergiereinheit abläuft, verhalten sich auch die Viskosi tät und Reaktivität des Leims. Hinzu kommt vermutlich, dass der Rotor mit seinen auf den Leim wirkenden Scherkräften, die Leimpartikel nur partiell erwärmt. Je nach geförderter Leimmenge lässt sich eine Drehzahl finden, die einerseits für eine ausreichende Homogenisierung des Leims ausreicht, andererseits den Leim aber noch nicht so weit ändert, dass der Herstellungs prozess negativ beeinflusst wird, was sich zum Beispiel in einer vorzeitigen Aushärtung des Leims und Verstopfung der Düsen äußern kann. Die Drehzahl der Dispergiereinheit ist danach hauptverantwortlich für die Intensität der Reak tivität des Leims. Die Reaktivität des Leims hängt im Übrigen stark mit der pH- Wert-Änderung zusammen, die er durch die Behandlung in der Dispergierein heit erfährt. Überraschenderweise konnte mit der definierten Drehzahl- anpassung jeweils eine optimale Einstellung für das Verhältnis von Reaktivität zu offener Zeit eingestellt werden. Die optimale Einstellung kann sogar dazu genutzt werden, wenigstens 10% der Leimmenge einzusparen, die bei her kömmlichen Prozessen benötigt wird. Während dieses erfindungsgemäßen Prozesses verändert der Leim seine Reaktivität durch die Drehzahlanpassung genau so, dass schließlich für eine ausreichende Haftung der Späne beim Ver- pressen gesorgt ist.

Bei allen diesen Einstellungen geht die Erfindung davon aus, dass die Para meter des Produktionsprozesses als Grundlage für die Einstellungen in das Verfahren eingeflossen sind. Dazu gehören beispielsweise die Schichtdicke, die die beleimten Späne bilden sollen und die Produktionsgeschwindigkeit. Werden diese Parameter verändert, ändert sich selbstverständlich auch der Späne- und damit der Leimdurchsatz, was bei gleichbleibender Drehzahl der Dispergierein heit sofort zu unterschiedlichen Reaktivitäten des Leims führen würde. In der Auswerteeinheit sind die Daten hinterlegt und können der geeignetsten Dreh zahl des Dispergierers zugeordnet werden.

Bevorzugt findet das Verfahren Anwendung bei der Spänebeleimung. Die Produktion von Spanplatten stellt weit höhere Ansprüche an die Einstellung der Reaktivität des Leims. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren haben sich völlig neue Möglichkeiten ergeben, hier gezielt Einfluss zu nehmen.

Es ist von Vorteil, wenn die geförderte Leimmenge beispielsweise durch eine Einstellung der Leimfördereinrichtung ermittelt wird (beispielsweise die Dreh- zahl einer Förderpumpe) oder durch Messgeräte zur Volumenstrommessung erfasst wird.

In der Auswerteeinheit ist eine direkte Zuordnung von Leimdurchflussmenge und Drehzahl des Rotors der Dispergiereinheit hinterlegt. Diese wird im Vorfeld empirisch oder durch mathematische Berechnungsmethoden ermittelt. Dabei steigt die Drehzahl mit zunehmender Durchflussmenge an, um den gleichen Homogenisierungsgrad zu erreichen. Weitere Einflussfaktoren können ebenfalls Berücksichtigung finden, so dass eine multivariate Auswertung vorgesehen sein kann.

Es ist demgemäß vorteilhaft, wenn in der Auswerteeinheit zusätzlich die über wenigstens einen Temperatursensor ermittelte Umgebungstemperatur Berücksichtigung findet.

Da die Temperatur, die bei der Dispergierung entsteht, ein entscheidender Faktor für die Viskosität und Reaktivität ist, ist es sinnvoll, auch die einflussnehmende Umgebungstemperatur in der Zuordnung von Leimmenge zu Drehzahl des Dispergierers aufzunehmen.

Es ist vorteilhaft, wenn in der Auswerteeinheit eine eventuell zugegebene Härtermenge Berücksichtigung findet.

Die Härtermenge bestimmt ebenfalls den Abbindungsprozess. Der zeitliche Verlauf der Viskositätsänderung mit einem Härter ist heutzutage aber berechenbar und kann entsprechend in der Zuordnung von Leimmenge zu Drehzahl des Dispergierers aufgenommen werden. Dementsprechend kann die Zugabe der Härtermenge auch unter Berücksichtigung der in der Auswerteein heit vorliegenden und/oder ermittelten Daten gesteuert und/oder geregelt werden.

Es ist von Vorteil, wenn in hinterlegten Daten der Auswerteeinheit berücksichtigt wird, ob der zu dispergierende Leim für eine Mittel- oder eine Deckschicht vor gesehen ist.

Vielfach benötigen die Schichten von Holzwerkstoffplatten unterschiedliche Leimmengen in eventuell sogar unterschiedlichem Reaktionsverhalten. Das kann beispielsweise einfach auch daran liegen, dass sich die Verhältnisse der Schichtdicken von Mittelschichten und Deckschichten unterscheiden. Außer- dem können in der Mittelschicht andere Spangrößen verwendet werden als in der Deckschicht.

In Bezug auf die Gesamtdicke der endgültigen Holzwerkstoffplatte benötigen relativ dicke Mittelschichten verständlicherweise auch mehr Leim, um die gewünschten Festigkeiten zu erreichen. Die Mittelschicht mit dem gleichen homogenisierten Leim zu versehen wie beispielsweise relativ dünne Deck schichten, führt dazu, dass der Leim in der Mittelschicht einer Holzfaserplatte weniger reaktiv ist als bei den Deckschichten, an die in der Regel auch noch ein heißes Pressband herangeführt wird. Ein solches unausgeglichenes Verhältnis wäre äußerst unerwünscht. Deshalb ist es sinnvoll in der Auswerteeinheit vor- zugeben, ob der Leim für eine Mittel- oder eine Deckschicht homogenisiert wird. Selbstverständlich gilt diese Aussage analog zu relativ dicken Deckschichten und einer dünnen Mittelschicht umgekehrt genauso. Deswegen ist es von besonderem Vorteil, wenn der Leim für Deckschichten und Mittelschichten in unterschiedlichen Dispergiereinheiten homogenisiert wird.

Man produziert also getrennt den Leim für die Deckschichten und die Mittel- Schicht, so dass der Leim im Herstellungsprozess der Holzwerkstoffplatte die jeweils richtige Konsistenz und Reaktivität.

Es ist besonders bevorzugt, wenn chemische und/oder physikalische Eigen schaften des Leims zumindest nach der Dispergiereinheit über Messgeräte erfasst werden.

Als Messgerät ist insbesondere ein Infrarot- oder Nahinfrarot-Sensor geeignet, der vorzugsweise eingesetzt wird. Mit der IR/NIR-Spektroskopie ist es seit einiger Zeit möglich, im Herstellprozess eines Leims das molekulare Verhältnis von Formaldehyd und Harnstoff sowie den Feststoffgehalt kontinuierlich zu überwachen. Diese Möglichkeiten nutzt die Erfindung mit einer derartigen Messung hinter der Dispergiereinheit, um Rück schlüsse über den zeitlichen Verlauf der Viskositätsänderung des Leims sowie der Reaktivität zu gewinnen. Die Erkenntnisse fließen dann ebenfalls in die Drehzahlsteuerung der Dispergiereinheit ein.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Fig. 1 , einer beispielhaften Prinzipskizze, für das Verfahren näher erläutert.

Vorab sei erklärt, dass es sich bei durchgezogenen Linien zwischen zwei Bau teilen und Förderleitungen handelt, bei gestrichelten Linien und Steuerleitungen und bei strichpunktierten Linien um Signalleitungen.

Fig. 1 zeigt eine Pumpe 2 für das Bindemittel oder den Leim, mit dem lignocel- lulosische Partikel 10, die einer Mischkammer 5 zugeführt werden, über eine Düsenanordnung 6 in der Mischkammer 5 besprüht werden. Bei der Düsenanordnung 6 kann es sich um Ein- oder Mehrstoffdüsen handeln. Der Druck in einer Düse kann bis hin zu dem von Hochdruckdüsen (etwa 60 bis 100 bar) reichen zur Zerteilung des Leims oder Bindemittels in sehr feine Tropfen. Außerdem können die Düsen einzeln, ggf. sogar unabhängig voneinander ansteuer- und regulierbar sein. Der Weg des Leims verläuft von der Pumpe 2 über die Förderleitungen 15c und 15a bis zur Düsenanordnung 6. Unterwegs kann aus einem Reservoir 3 über eine Pumpe 4 Härter in den Leim dosiert werden. Das Verbindungsglied zwischen den Förderleitungen 15c und 15a ist die Dispergiereinheit 1 , der über den Motor 7 angetrieben wird. Dispergiereinheiten arbeiten nach dem Rotor-Stator-Prinzip mit hohen Schergradienten. Sie werden auch als Homogenisator bezeichnet. Die Dispergiereinheit besitzt einen Einlass am Ende Förderleitung 15c und einen Auslass für den Leim zu Beginn io

der Förderleitung 15a. Durch einen inneren, nicht dargestellten Rotorkranz wird der Leim sehr stark beschleunigt, um dann an einem ebenfalls nicht darge stellten Statorkranz abgebremst und geschert zu werden. Auf diese Weise werden Feststoffanteile und/oder Tropfen effektiv zerkleinert und homogen ver- teilt. Die extreme Feinverteilung von Feststoffen (Suspensionen) und Flüssig keiten (Emulsionen) in dem vorgelegten Leim wird durch ein aufwändig abge stimmtes Zusammenspiel verschiedener Zerkleinerungsvorgänge bewirkt. Über die Drehzahl des Rotors kann die Reaktivität des Leims beeinflusst werden. Diese Drehzahlanpassung ist sehr gewinnbringend einsetzbar, denn der Durch- satz an Partikeln 10 kann schwanken oder für unterschiedliche Produkte, Dicken und einzelne Schichten in der zu erzeugenden Werkstoffplatte in gewünschter Weise variieren.

Dazu sind ein einer Auswerteeinheit 8 Drehzahlen hinterlegt, von denen eine in Abhängigkeit verschiedenerer gemessener Parameter ausgesuchte über eine Steuerung 9 und die Steuerleitung 13 an den Motor 7 weitergegeben wird. Zuvor werden die verschiedenen Parameter mit der Zuordnung zu der einzu stellenden Rotordrehzahl abgefragt und verglichen, um danach die Motordreh zahl einzustellen.

Der wichtigste Parameter ist die geförderte Leimmenge. Deren Maß kann bei spielsweise über die Drehzahl der Pumpe 2 ermittelt und über eine Signal leitung 14c an die Auswerteeinheit weitergegeben werden. Selbstverständlich können hier im Rahmen der Erfindung alternativ auch andere Messverfahren und Messvorrichtungen eingesetzt werden. Ein weiterer wichtiger Parameter ist die eventuell zugegebene Härtermenge zum Leim. Auch diese lässt sich beispielsweise über die Härterpumpe 4 dosieren, wobei der eingestellte Wert ebenfalls über die Signalleitung 14a an die Auswerteeinheit 8 übergeben wird.

Auch die Umgebungstemperatur, die in Fig. 1 über einen Temperatursensor 12 und die Signalleitung 14b zur Auswerteeinheit gebracht wird, kann ein einfluss nehmender Parameter sein. Ferner sollte aus dem Werkstoffplattenherstellprozess heraus angegeben sein, ob der gerade geförderte Leim für eine Deckschicht oder eine Mittelschicht ein gesetzt wird. Dieser Parameter kann bedeutungsvoll sein, weil ggf. unterschied liche Reaktivitäten des Leims gefordert sein können. Es ist also möglich, die in Fig. 1 dargestellte Anlage in mehrfacher Ausfertigung für unterschiedliche Auf- gaben, also beispielsweise für Deck- und Mittelschichten der Werkstoffplatte vorzusehen.

Als vielfach sehr entscheidender Parameter können chemische und/oder physi kalische Eigenschaften des Leims zumindest nach der Dispergiereinheit 1 über ein Messgerät 11 erfasst werden. Die gemessenen Werte werden über die Signalleitung 14d an die Auswerteeinheit weitergegeben. Als Messgerät 11 hat sich im Rahmen der Erfindung insbesondere eines mit einem IR-Sensor oder speziell ein Nahinfrarotsensor erwiesen. Mittels automatisierter FTIR- Spektrometer kann die Harnstoff- und/oder die Formaldehydkonzentration sowie den Feststoffgehalt und die Pufferkapazität genau erfasst werden. Diese

Werte ändern sich mit der Drehzahl der Dispergiereinheit 1 und sind einfluss nehmend auf die Reaktivität und Viskosität des Leims. Das Messgerät kann auch mit multivariater Auswertung, oder als zyklisch messendes und aus wertendes Gerät eingesetzt werden.