生产漂白的木材颗粒和浅色至白色木料的方法.pdf

本发明涉及一种生产漂白的木材颗粒的方法和一种生产由漂白的木材颗粒生产的浅色至白色的木基材料的方法。

1.  一种生产漂白的木材颗粒的方法，其包括如下步骤：
a)在精制机中研磨任选预处理的粉碎的含纤维素的原料，以得到木材颗粒，和
b)从精制机中取出木材颗粒，
其中所述木材颗粒通过在步骤a)或步骤b)中加入包含至少一种选自亚磺酸及其盐，稳定的亚硫酸氢盐，稳定的亚硫酸盐和稳定的连二亚硫酸盐的漂白剂的漂白组合物而漂白。

2.  根据权利要求1的方法，其中所述漂白组合物包含至少一种选自稳定的亚硫酸氢盐、稳定的亚硫酸盐和亚磺酸盐的漂白剂。

3.  根据权利要求1或2的方法，其中所述漂白组合物包含：
i)60-95重量％的一种或多种亚硫酸氢盐
ii)1-25重量％的一种或多种亚硫酸盐
iii)1-10重量％的一种或多种碱性盐
iv)0-10重量％的一种或多种三聚磷酸盐。

4.  根据权利要求1-3中任一项的方法，其中在步骤b)中所述木材颗粒经由喷放管线取出。

5.  根据权利要求1-4中任一项的方法，其中在将粉碎的含纤维素的原料用于步骤a)之前，将其在浸煮器中预处理。

6.  根据权利要求1-5中任一项的方法，其中将木材、甘蔗渣或稻草用作木材颗粒的原料。

7.  一种生产浅色至白色木基材料的方法，其包括根据权利要求1-6中任一项所述的步骤a)和b)，和
步骤c)加工漂白的木材颗粒，以得到浅色至白色的木基材料。

8.  根据权利要求7的方法，其中步骤b)之后，直接进行步骤c)。

9.  根据权利要求7或8的方法，其中将至少一种白色颜料在生产浅色至白色木基材料的过程中加入。

10.  根据权利要求7-9中任一项的方法，其中将至少一种荧光增白剂在生产浅色至白色木基材料的过程中加入。

11.  根据权利要求7-10中任一项的方法，其中将至少一种白色颜料和至少一种荧光增白剂在生产浅色至白色木基材料的过程中加入。

12.  根据权利要求7-11中任一项的方法，其中所述浅色至白色的木基材料为MDF板、HDF板、OSB板或颗粒板。

13.  一种通过根据权利要求1-6中任一项的方法生产的漂白的木材颗粒。

14.  一种通过根据权利要求7-12中任一项的方法生产的浅色至白色的木基材料。

生产漂白的木材颗粒和浅色至白色木料的方法
本发明涉及一种生产漂白的木材颗粒的方法和一种生产由漂白的木材颗粒生产的浅色至白色的木基材料的方法。
在木基材料领域中，所谓的中密度纤维板(MDF板)和高密度纤维板(HDF板)的市场快速增长。在过去十年中，产量已经扩大超过10倍。
MDF和HDF板可如同常规颗粒板一样加工。然而，由于其结构均匀，它们还适合于生产异型件(profiled part)，这在家具构造中日益证实。因此，用于房间和装饰用(例如在展销会构造中)的陈设件以及高质量的家具例如由这些板制造且为了保持木状结构可见，因此仅使其配有无色涂层或用贴面层压。
当然，取决于所用木材类型，这些板多少具有在家具领域中较少价值的显著棕色。
通过用公开在WO-A 04/35276中且包含颜料和染料的着色剂制剂Beta染色，可补偿木材纤维的自然色。以该方式可获得着色的，完全染色的，耐晒的且因此在审美上高质量的MDF板，其适合生产耐久的物品，如用于生活领域的家具。
对生产例如用于厨房或浴室的家具和内部装饰物品而言，浅色或甚至白色的木基材料，尤其是木基材料板是特别令人感兴趣的。
WO 2006/042651描述了浅色至白色的木基材料板，其浅色的自然色通过使用漂白的木材纤维和合适的话加入白色颜料和/或荧光增白剂而获得。在化学漂白中，通过氧化和/或还原化学品将木材颗粒中的赋予颜色的成分破坏或使其失效。木材纤维通常在逆流过程中在漂白塔中或在通常用作原料的木片的加工过程中在预热器或在浸煮器中漂白。随后将塑化的木片在精制机中分离纤维并将纤维通过所谓的喷放管线(blowline)从精制机中取出。氧化物质如过氧化氢和无机和有机过酸的盐(如过碳酸盐)和还原物质如亚磺酸、亚硫酸盐和连二亚硫酸盐均用作漂白剂。
木材纤维在漂白塔中的漂白在其生产中是额外的工艺步骤，这增加了设备成本。因此如WO 2006/042651A1所述，有利的是将木材纤维的漂白转入为其生产工艺。然而，漂白剂必须仔细选择，因为引入工艺中的漂白剂及其反应和降解产物随后可能保留在由其产生的木材纤维上和产品中。为将现有装置用于木材纤维的生产，漂白剂必须特别合适且它们必须具有相应的稳定性、氧化还原电势和反应时间。此外，它们不应经受不利的随后反应。
因此，过氧化氢例如不适合作为漂白剂，因为其必须在导致木材纤维溶胀和在终产物中不希望的随后泛黄的碱性介质中工作。氧气和臭氧用于纸浆的漂白，但含木质素的木材的漂白需要长的反应时间。亚硫酸盐和许多有机漂白剂在规定条件下氧化还原电势太低且因此在该情况下作为漂白剂太弱。另一方面，连二亚硫酸钠反应性高，但在高于80至100℃的温度下分解。所产生的且保留在木材纤维中的降解产物例如为硫化氢和硫代硫酸盐，其在终产物中以不令人愉快的气味而引入注意。
因此，本发明目的为生产漂白的木材颗粒的另一方法，其中既没有不希望的，也没有不利的源自漂白剂的化合物保留在木材颗粒上或其内部，通过该方法实现了良好的漂白效果，且该方法可以整合入现有的生产木材纤维的方法中，且不会产生设备的高成本。
该目的通过生产漂白的木材颗粒的方法而实现，其包括如下步骤：
a)在精制机中研磨任选预处理的粉碎的含纤维素的原料，以得到木材颗粒，和
b)从精制机中取出木材颗粒，
其中所述木材颗粒通过在步骤a)或步骤b)中加入包含至少一种选自亚磺酸及其盐，稳定的亚硫酸氢盐，稳定的亚硫酸盐和稳定的连二亚硫酸盐的漂白剂的漂白组合物而漂白。
在优选实施方案中，木材颗粒在步骤b)中经由喷放管线而取出。
在同样优选的实施方案中，在将粉碎的含纤维素的原料用于本发明方法的步骤a)之前，将其在浸煮器(digester)中预处理。
此外，找到了一种生产浅色至白色木基材料的方法，其包括如下步骤：
a)在精制机中研磨任选预处理的粉碎的含纤维素的原料，以得到木材颗粒，
b)从精制机中取出木材颗粒，和
c)加工漂白的木材颗粒，以得到浅色至白色的木基材料，
其中所述木材颗粒通过在步骤a)或步骤b)中加入包含至少一种选自亚磺酸及其盐，稳定的亚硫酸氢盐、稳定的亚硫酸盐和稳定的连二亚硫酸盐的漂白剂的漂白组合物而漂白。
在优选实施方案中，木材颗粒在步骤b)中经由喷放管线而取出。
在同样优选的实施方案中，在将粉碎的含纤维素的原料用于本发明方法的步骤a)之前，将其在浸煮器中预处理。
生产漂白的木材颗粒的本发明方法可整合入现有的生产木材颗粒的方法中，而不会产生设备的高成本。待根据本发明使用的漂白组合物的主要优点为：它们不在精制机或喷放管线中过早降解，且尽管木材颗粒的非常短至短的停留时间(在精制机中数毫秒范围，在喷放管线中数分钟范围)，其显示了非常好至良好的漂白效果且不在木材颗粒上或在其中留下不利的或甚至有害的化合物。
如果将相同原料用于木材颗粒，则令人惊讶的是，与由在浸煮器或预处理器中漂白的木材颗粒生产的木基材料相比，通过本发明方法生产的木基材料具有较高明度。
特别有利的是在根据本发明生产漂白的木材颗粒之后，直接生产木基材料，因为此处在无其它设备成本下获得浅色至白色的木基材料。
就本发明而言，“木材颗粒”应理解为指小的含纤维素的颗粒。它们例如包括木材和其它含纤维素材料的纤维和碎片。原则上，所有可由植物得到的纤维状材料可用作本发明木材颗粒和木基材料的基础材料。因此，通常将木材用作原料，但合适的含纤维素的颗粒也可由棕榈和一年生植物如甘蔗渣或稻草获得。农业废弃产品构成另一来源。优选的基础材料为浅色的木材类型，尤其是云杉或松木，但也可使用较深的木材类型如山毛榉或桉树。
首先将含纤维素的原料粉碎和合适的话洗涤。然后合适的话可进行预处理。例如首先将木材细细地砍碎并洗涤并首先将湿水的木块(碎片)预加热。
在本发明方法的优选实施方案中，将粉碎的含纤维素的原料在所谓的浸煮器中预处理。这通常在2-5巴的压力和100-180℃的温度下进行。确切的温度和压力取决于每种情况下所用的原料。对一年生植物的浸煮而言，比多年生植物如木材的浸煮中低的温度通常是足够的。
在步骤a)中，将任选预处理的，粉碎的含纤维素的原料传输至所谓的精制机并在其中研磨以产生木材颗粒。精制机通常为具有旋转的和合适的话静止的用于研磨纤维的刀/盘的研磨单元，且优选由两个配有径向凸起(radial relief)且相互临近存在的金属盘组成。关于这两个盘，一个盘可以移动，但两个盘也可以相反方向旋转。通常在精制机中使用超计大气压。任选预处理的，粉碎的含纤维素的原料的研磨也可在适合该目的的其它设备中进行。
在步骤b)中，从精制机中取出木材颗粒。在本发明的优选实施方案中，将木材颗粒通过所谓的喷放管线吹出精制机。喷放管线通常应理解为指吹风管，木材颗粒通过该吹风管被精制机中盛行的超计大气压取出。
根据本发明，木材颗粒在精制机中或在由精制机取出木材颗粒的过程中通过加入包含至少一种漂白剂的漂白组合物而漂白。根据优选实施方案，如果木材颗粒经由喷放管线取出，则漂白组合物的加入可在精制机中或在喷放管线中进行。
根据本发明，木材颗粒被还原性漂白。适用于还原漂白的例如是还原性硫化合物，如连二亚硫酸盐、焦亚硫酸盐、亚硫酸盐或二氧化硫，亚磺酸及其盐，尤其是碱金属盐，特别是钠盐，以及羟基羧酸，如柠檬酸和苹果酸。根据本发明，使用包含至少一种选自稳定的连二亚硫酸盐、稳定的亚硫酸氢盐、稳定的亚硫酸盐和亚磺酸及其盐的漂白剂的漂白组合物。稳定的亚硫酸氢盐、稳定的亚硫酸盐和亚磺酸及其盐优选用作漂白剂，其中优选羟基甲基亚磺酸作为亚磺酸。
连二亚硫酸盐、亚硫酸盐和亚硫酸氢盐的稳定通过加入碱性盐而进行。
除了所述至少一种漂白剂和合适的话其稳定剂外，漂白组合物还可包含其它助剂如配位剂，如EDTA或聚磷酸盐。
根据本发明，木材颗粒优选借助下述漂白组合物漂白。本发明漂白组合物包含：
a)60-95重量％的一种或多种亚硫酸氢盐
b)1-25重量％的一种或多种亚硫酸盐
c)1-10重量％的一种或多种碱性盐
d)0-10重量％的一种或多种三聚磷酸盐。
所用亚硫酸氢盐可为碱金属盐；优选亚硫酸氢钠和亚硫酸氢钾，特别优选亚硫酸氢钠。
可以使用的亚硫酸盐为碱金属盐；优选亚硫酸钠和亚硫酸钾，特别优选亚硫酸钠。
碱性盐可选自碳酸盐和碳酸氢盐；优选碱金属碳酸盐，特别优选碳酸钠。
可使用的三聚磷酸盐为三聚磷酸钾和三聚磷酸钠，优选三聚磷酸钠。
根据本发明，将漂白组合物加入含纤维素的原料或在木材颗粒生产过程中加入木材颗粒中。加入在精制机中或在取出木材颗粒的过程中进行。根据优选实施方案，木材颗粒经由喷放管线取出；根据本发明，在该实施方案中将包含至少一种漂白剂的漂白组合物在精制机或在喷放管线中，优选在精制机或在喷放管线开始处，特别优选在精制机中加入。
计量加入漂白组合物，以使漂白剂的量基于绝对干燥纤维为0.1-6重量％，优选0.5-5重量％，特别优选1-3重量％。
通常以水溶液形式将漂白组合物加入精制机或喷放管线中的木材颗粒中，其中水溶液中漂白组合物的浓度为1-25重量％，优选5-20重量％，特别优选10-15重量％。
可将漂白的木材颗粒进一步直接加工；还可将它们干燥并以干燥状态进一步加工。此外，可将干燥的木材颗粒在进一步加工之前临时储存。进一步加工漂白的木材颗粒的优选可能性为尤其在漂白步骤之后直接生产木基材料。
本发明进一步涉及一种生产浅色至白色木基材料的方法，其包括如下步骤：
a)在精制机中研磨任选预处理的粉碎的含纤维素的原料，以得到木材颗粒，
b)从精制机中取出木材颗粒，和
c)加工漂白的木材颗粒，以得到浅色至白色的木基材料，
其中所述木材颗粒通过在步骤a)或步骤b)中加入包含至少一种选自亚磺酸及其盐，稳定的亚硫酸氢盐、稳定的亚硫酸盐和稳定的连二亚硫酸盐的漂白剂的漂白组合物而漂白。
根据本发明，木材颗粒优选在步骤a)或b)中用下述漂白组合物漂白：
a)60-95重量％的一种或多种亚硫酸氢盐
b)1-25重量％的一种或多种亚硫酸盐
c)1-10重量％的一种或多种碱性盐
d)0-10重量％的一种或多种三聚磷酸盐。
在生产浅色至白色木基材料的优选实施方案中，木材颗粒在步骤b)中经由喷放管线而取出。
在同样优选的实施方案中，在将粉碎的含纤维素的原料用于本发明方法的步骤a)之前，将其在浸煮器中预处理。
根据本发明生产的木基材料可为MDF板、HDF板、颗粒板或OSB板。优选MDF板和HDF板，特别优选MDF板。
MDF板、HDF板、OSB板也被称作木基材料板。它们优选通过如下程序生产，其中将涂覆胶的纤维或碎片倾注以得到毡，合适的话在冷时预压缩且在170-240℃的温度下在加热的压机中压制以得到板。
根据本发明，用作胶的粘合剂通常包括在某些情况下用三聚氰胺增强的脲/甲醛树脂，以及脲/三聚氰胺/甲醛树脂、三聚氰胺/甲醛树脂、苯酚/三聚氰胺树脂和苯酚/甲醛树脂。异氰酸酯用作其它粘合剂且通常基于聚亚甲基二异氰酸酯。
根据本发明，木材颗粒可在喷放管线中直接，即在仍湿润时用胶涂覆。然而，预先干燥的木材颗粒也可在混合器，优选连续操作的混合器中用胶涂覆。尤其在颗粒板和OSB板的生产中，优选在混合器中用胶涂覆；对生产HDF板和MDF板而言，用胶涂覆优选在喷放管线中进行。用胶涂覆的另一可行方法为所谓的干胶涂覆，其中用胶喷雾干燥的木材颗粒。
如果木材颗粒在喷放管线中用胶涂覆，随后使它们通过干燥机，其中将它们干燥至水分含量为8-15重量％。然后，将涂覆胶和合适的话干燥的木材颗粒倾注以得到毡，合适的话在冷时预压缩且在170-240℃的温度下在加热的压机中压制以得到板。
在本发明的特别优选的实施方案中，漂白的木材颗粒的进一步加工在漂白之后直接进行。在根据本发明通过在精制机中或在喷放管线开始处加入漂白组合物而漂白后，将漂白的木材颗粒在喷放管线中涂覆胶，然后在干燥机中干燥至残留水分含量为8-15重量％并进一步加工以得到木基材料。
在生产浅色至白色木基材料的本发明方法的另一优选实施方案中，在生产过程中将至少一种白色颜料加入木材颗粒。从中获得所得木基材料的Beta染色。
根据本发明，术语“白色颜料”包括无机颜料，如二氧化钛(金红石，C.I.颜料白6)、碳酸钙和混合的碳酸钙/镁(如白云石)、氧化锌、亚硫酸锌、锌钡白和硅酸铝钠，以及赋予白色的强的光散射塑性乳液和分散体。优选无机白色颜料，特别优选二氧化钛。也可使用白色颜料的混合物。
白色颜料优选以其中它们以细碎形式存在的水分散体的形式使用，这是因为可以该形式将其与胶分开或与胶一起经由喷放管线直接引入木基材料的生产过程中。这些颜料分散体可包含其它常规助剂，尤其是润湿剂和分散剂，消泡剂和生物杀伤剂，防沉降剂，保水剂和流变改性剂，且它们优选通过例如在搅拌的球磨机中将所有组分湿磨而制备。
白色颜料在制备的木基材料中的推荐浓度通常基于绝对干燥的木材纤维为0.5-15％，优选1-6％。
白度的进一步增加可通过加入由于其浅蓝色荧光(补色)而补偿了泛灰和泛黄的荧光增白剂而获得。
原则上合适的是所有发蓝光的荧光染料，特别是市售产品如(BASF)、(Clariant)或(Ciba)，选自包括1，2-二苯乙烯、二苯乙烯基联苯、香豆素、萘二甲酰亚胺以及经由双键连接的苯并噁唑和苯并咪唑体系的物质的化学分类。
可将荧光增白剂以水分散体或水溶液形式与胶分开或与胶一起引入木基材料的生产过程中。
如果使用荧光增白剂，则其在制备的木基材料中的浓度通常基于绝对干燥的木材纤维为0.01-1％，优选0.08-0.2％。
非常特别优选那些其中结合了至少一种白色颜料和至少一种荧光增白剂的本发明木基材料，这是因为其单独贡献通过协同效应而增强，产生了最大的整体白度。
关于该方法，特别有利的是将白色颜料和荧光增白剂一起制备为单个水分散体，在将胶液体通过喷放管线注入木基材料生产过程之前将该水分散体加入胶液体中。
由本发明方法得到的压制的木基材料板的物理性能的任何变化可通过胶质量和胶量的选择而控制。对应参数的选择是本领域熟练技术人员熟悉的。
本发明进一步涉及可通过生产漂白木材颗粒的本发明方法生产的漂白的木材颗粒。
本发明进一步涉及可通过上述本发明方法之一生产的浅色至白色的木基材料。
本发明参考MDF板的生产而说明。
MDF生产工艺通常在28-30kg/h的生产量下进行，碎片通过精制机分离纤维，且将所得纤维通过喷放管线排出并在喷放管线中用实施例中每种情况下提及的胶批料连续涂覆。
将胶涂覆的木材纤维在随后连续的干燥机中干燥至残留水分含量为约9重量％，然后将其分批倾注以得到毡，在冷时预压缩且在190℃下在15s/2mm的压缩时间因子下压制以得到16mm厚的板。
对比例C1(不根据本发明)
将云杉木片用作含纤维素的原料。将纤维在不加入漂白组合物下分离纤维并在喷放管线中用表1所提及的胶批料连续涂覆。
表1：