B. Dix

Zur Hydrophobierung von mitteldichten Faserplatten (MDF) mit Paraffinen Teil 1: Einfluss der chemischen Zusammensetzung des Paraffins und des Emulgatortyps auf die Hydrophobierung von MDF

The main objective of the conducted research work was to explore the influence of chain length and amount of n-paraffins as well as the chemical composition of technical paraffins (chain length and amount of n- and iso-alkanes) on the thickness swelling, water absorption and internal bond strength of MDF. Pronounced differences in the sizing efficiency of n-paraffins with different chain length (C20, C28, C36) were found. On using 0.1% paraffin (based on dried fibers) sizing efficiency increases between C20 and C28. Higher paraffin content (>0.25%) has an insignificant influence on the swelling behaviour of MDF. In the range between 0.1% and 1.0% (solid based on dry fibers) paraffin has no negative impact on the physical-mechanical properties of the boards. The influence of paraffin chain length on the equilibrium moisture content (EMC) seems to be negligible. Further investigations were carried out using technical paraffins with different chemical composition (chain length and amount of n- and iso-alkanes) as a sizing agent for MDF. The results show that technical paraffins with a high content of long-chain-n-alkanes are more effective sizing agents than technical paraffins with low-chain-n-alkanes. Moreover, the type of used emulsifier (anionic, cationic) was also investigated. Anionic and cationic emulsifiers were equivalent in their sizing effect.ZusammenfassungDas Ziel der Untersuchungen war es, den Einfluss der chemischen Zusammensetzung von Paraffinen (Kettenlänge und Menge an n-Paraffinen, Anteil und Kettenlänge an n- und iso-Alkanen in technischen Paraffinen) und des Emulgatortyps (anionisch, kationisch) auf die Hydrophobierungswirkung in MDF zu untersuchen. Die Wirkung der n-Paraffine auf die Dickenquellung und Wasseraufnahme von nach dem Blender-Verfahren hergestellten MDF war abhängig von deren Kettenlänge (C20, C28, C36) und der eingesetzten Menge an n-Paraffinen (0,1...1,0% Paraffin/atro Fasern). Die Wirkung des n-Paraffins C20 als Hydrophobierungsmittel auf die Quellungsverminderung war bei einer Menge von 0,1% (bezogen auf Faserstoff) weitaus schwächer als die der langkettigen Paraffine (C28 und C36), die bereits ab einer Menge von 0,1% die Dickenquellung und Wasseraufnahme der MDF erheblich mehr verminderten. Die mit 0,5...1,0% Paraffin (atro Faserstoff) hergestellten MDF wiesen nur geringfügig niedrigere Dickenquellungs- und Wasseraufnahmewerte auf als die mit 0,25% Paraffin gefertigten Platten. Die Ergebnisse von Sorptionsmessungen zeigten eine insgesamt geringe Wirkung der Paraffine auf die Ausgleichsfeuchte der MDF. Die Untersuchungsergebnisse geben Hinweise darauf, dass bei entsprechender Kettenlänge der n- und iso-Alkane der Einfluss der Kettenlänge denjenigen des Anteils an iso-Alkanen womöglich überkompensiert. Weitere Untersuchungen betrafen die Ermittlung des Einflusses des Emulgatortyps (anionisch, kationisch) auf die Hydrophobierung von MDF. Der Emulgatortyp hatte nahezu keinen Einfluss auf die Dickenquellung der MDF.

Über die Eignung von thermo-mechanischem und chemo-thermo-mechanischem Holzstoff (TMP und CTMP) aus Buchen- und Kiefernholz für die Herstellung von mitteldichten Faserplatten (MDF)

ZusammenfassungZu Beginn der Arbeit wird über den Kenntnisstand bei der Herstellung von mitteldichten Faserplatten (MDF) berichtet. Im Anschluß daran werden Ergebnisse von Untersuchungen zum Aufschluß von Buchen- und Kiefernholz nach dem TMP- und CTMP-Verfahren unter verschiedenen Bedingungen aufgezeigt. An den hergestellten Fasern wurden verschiedene physikalischchemische Untersuchungen vorgenommen, die zu folgenden Schlußfolgerungen geführt haben: Innerhalb des TMP-Verfahrens nimmt der chemische und biologische Sauerstoffbedarf (CSB und BSB5) mit steigender Aufschlußtemperatur zu. Die Abwasserbelastung bei der CTMP-Herstellung ist generell höher als bei der TMP-Herstellung, der Unterschied in der Abwasserbelastung ist bei hohen Aufschlußtemperaturen relativ gering.Die Ergebnisse zeigen ferner, daß der CTMP-Aufschluß anscheinend schonender als der TMP-Aufschluß verläuft, da der damit erhaltene Stoff generell größere Faserlängen, insbesondere bei Buchenholz, aufweist. Der Aufschluß nach dem CTMP-Verfahren führt zur vermehrten Abspaltung von Acetylgruppen und zur Bildung von Acetationen gegenüber dem TMP-Verfahren, die Abgabe an Essigsäure aus dem nach dem CTMP-Verfahren hergestellten Stoff ist entsprechend höher. Auch innerhalb des TMP-Verfahrens werden mit zunehmender Aufschlußtemperatur mehr Acetylgruppen abgespalten. Weiterhin wurde festgestellt, daß der pH-Wert des TMP-Stoffes und dessen Pufferkapazität gegen Alkali mit zunehmender Aufschlußtemperatur ab- bzw. zunehmen. Entsprechend erhöht sich die Abgabe an flüchtigen Säuren aus dem Faserstoff mit steigender Aufschlußtemperatur, generell geben die CTMP-Stoffe mehr flüchtige Säuren ab als die TMP-Stoffe.Aus den unter verschiedenen Aufschlußbedingungen hergestellten Stoffen wurden MDF hergestellt, deren Eigenschaften in den folgenden Mitteilungen beschrieben werden.AbstractA condensed review on the state of the art of the producton of medium density fibreboards is given. Thereafter, results of investigations on pulping beech and pine wood under differnet conditions according to the TMP- and CTMP-process are presented. The pulps derived from both wood species were analysed for some of their physical and chemical properties. The results reveal: Within the TMP- and CTMP-process, both the chemical and biological oxygen demand increase with increasing pulping temperature. In general, however, waste water from the CTMP-process has higher chemical and biological oxygen demand. The CTMP-process seems to be milder than the TMP-process as it leads to pulps with higher fibre length, especially in case of beech. The content of acetyle groups is much lower in CTMP-pulps than in TMP-pulps, CTMP-pulps emit also more acetic acid than TMP-pulps. With increasing pulping temperature the pH-value decreases and the buffering capacity towards alkali increases. MDF were prepared from TMP- and CTMP-pulps and their properties were evaluated. The results are included in the next parts of the publication.

Thermomechanical (TMP) and Chemo-Thermomechanical Pulps (CTMP) for Medium Density Fibreboards (MDF)

Summary Thermomechanical (TMP) and chemo-thermomechanical pulps (CTMP) were prepared from spruce under different pulping conditions. The fibres were dried at 70 °C and medium density fibreboards (MDF) were made therefrom in pilot plant scale using urea-formaldehyde resins as a binder. The results of testing the physical-mechanical properties reveal that the pulping temperature has a significant influence on the thickness swelling and water absorption of the boards. MDF prepared from fibres produced at high pulping temperature (180 °C) generally show lower thickness swelling and water absorption than MDF made from fibres produced at low pulping temperature (140°C and 160 °C). However, high pulping temperature may have a negative effect on the internal bond strength of the boards. In general, CTMP leads to MDF with higher internal bonding strength compared to those derived from TMP. In addition, the influence of different drying conditions (150 °C and 170 °C) of TMP and CTMP on the physical-mechanical properties of MDF was assessed. MDF made from CTMP showed lower thickness swelling when dried under high temperature.

Influence of Different Catalyst Systems on the Hydrolytic Stability of Particleboards Bonded with Unmodified and Modified UF-Resins

After a storage time of one year, the influence of different catalyst Systems on the release of formaldehyde and volatile acids from particleboards bonded with unmodified and modified UF-resins was studied at 30 °C (only for formaldehyde), 40 °C and 50 °C and 100% relative humidity. The results reveal that modification of UF-resins with a melamine resin of molar ratio F:M 1.6: l and resorcinol significantly increases the hydrolysis resistance of the UF-resin in the boards. Resorcinol, especially at higher ternperatures, was even more effective than melamine resin. Measurable differences in the formaldehyde release of particleboards were detected. The boards were separately bonded with two low-emission UF-resins with subtle differences in the chemicai composition. The amount of hardener, varied between 0.8% and 3.2% (based on resin of 66% solids), had practically no influence on the release of volatile acids from particleboards. In contrast to the behaviour of solid wood, UF-particleboards made from pine Chips released substantially more formic acid than acetic acid, especially at high temperatures. Modification of the UF-resin with resorcinol and melamine resin had no effect on the release of acetic acids from the boards. The release of formic acid decreased slightly on modifying the resin with resorcinol and melamine resin. The results indicate that the influence of modification and resin type on the hydrolytic resistance of the boards is still apparent even after a storage time of one year.

Mitteldichte Faserplatten (MDF) aus jungem Pappelholz unterschiedlicher Eigenschaften

The morphological structure and proximate chemical composition of 5-year-old and 16-year-old poplar wood samples and the properties of MDF made from them were examined and compared.

Über die Eignung von thermo-mechanischem (TMP) und chemo-thermomechanischem (CTMP) Holzstoff aus Buchen- und Kiefernholz für die Herstellung von mitteldichten Faserplatten (MDF)

ZusammenfassungMitteldichte Faserplatten (MDF) wurden aus thermo-mechanischem Holzstoff (TMP) und chemo-thermo-mechanischem Holzstoff (CTMP) der Kiefer hergestellt. Als Bindemittel wurden ein mit Melamin verstärktes Harnstoff-Formaldehydharz (UF-Harz) und ein Klebstoff auf Basis von polymerem Diisocyanat (PMDI) eingesetzt. An den hergestellten MDF wurden neben den mechanisch-technologischen Eigenschaften auch einige chemische Eigenschaften wie Formaldehydabgabe, pH-Wert, Pufferkapazität und Abgabe an flüchtigen Säuren ermittelt. Die Ergebnisse zeigen, daß die nach dem CTMP-Verfahren hergestellten Faserstoffe zu MDF mit höheren mechanischen Festigkeiten bei der Verleimung mit UF-Harz führen als die TMP. Die Formaldehydabgabe der aus den CTMP hergestellten MDF ist deutlich niedriger als die der aus den TMP hergestellten Platten. Dies hängt vermutlich damit zusammen, daß die am CTMP anhaftenden Chemikalien (Natriumsulfit und -bisulfit) als Formaldehydfänger dienen. Die aus den CTMP hergestellten MDF geben mehr Essigsäure ab als die MDF aus den TMP. Die Aufschlußchemikalien bei dem CTMP-Verfahren spalten in etwas stärkerem Maße die Acetylgruppen des Holzes ab und führen somit zur Bildung von Acetationen bzw. Essigsäure.AbstractMedium density fibreboards (MDF) were made from thermomechanical (TMP) and chemo-thermo-mechanical pulps (CTMP) derived from pine wood. As a binder a melamine reinforced urea formaldehyde resin (UF-resin) and diisocyanate polymers (PMDI) were applied. The mechanical-technical properties of the boards as well as some of their chemical properties were evaluated. The results of the investigation led to the following conclusions: MDF from CTMP showed in general higher mechanical properties (bending strength) compared to MDF from TMP. Moreover, the formaldehyde release of the CTMP-boards was lower. This may be due to the formaldehyde scavenging properties of the used pulping chemicals during the process of CTMP. MDF from CTMP showed much higher release of acetic acid compared to MDF from TMP. This is likely to higher deacetylation of the wood substance during CTMP process compared to the TMP technique.

Zur Hydrophobierung von mitteldichten Faserplatten (MDF) mit Paraffinen Teil 3: Methoden zur Erfassung der Hydrophobierung von Faserstoffen durch Paraffine

ZusammenfassungEs wurden zwei Methoden auf ihre Eignung zur Erfassung der Hydrophobierung von thermomechanischen Faserstoffen (TMP) durch Paraffine untersucht, namentlich die Methode zur Erfassung der Benetzung von Holzfasern (Benetzbarkeit) (Roffael et al. 2002) sowie der Cobb-Test (EN 20535, ISO 535), der in der Papierindustrie für die Bestimmung des Wasseraufnahmevermögens von Papier dient. Im ersten Teil der Untersuchungen wurden industriell hergestellte Kiefern-TMP mit n-Paraffinen unterschiedlicher Kettenlänge (C20, C28 und C36) hydrophobiert. Die Zugabe der n-Paraffindispersionen erfolgte in Abmischung mit dem Bindemittel nach dem Blender-Verfahren. Es zeigte sich, dass die Benetzbarkeit der aus den hydrophobierten Kiefernfaserstoffen hergestellten Prüfblätter mit steigender Kettenlänge der n-Paraffine abnahm. Die Untersuchungen zum Wasseraufnahmevermögen der Prüfblätter mittels Cobb-Test (Cobb30-Werte) ließen die gleichen Tendenzen erkennen; das Wasseraufnahmevermögen (Cobb30-Wert) von Prüfblättern nahm ab, wenn zu ihrer Herstellung Kiefern-TMP eingesetzt werden, die mit n-Paraffinen steigender Kettenlänge hydrophobiert wurden. Ferner wurden Untersuchungen an Blowline-beleimten hydrophobierten Kiefern-TMP durchgeführt. Bei der Herstellung der Kiefern-TMP nach dem Blowline-Verfahren wurden drei in ihrer chemischen Zusammensetzung unterschiedliche technische Paraffine in Form von Paraffindispersionen zum einen den Kiefern-Hackschnitzeln vor dem Holzaufschluss im Kocher zugegeben und zum anderen in Abmischung mit dem Bindemittel (MUF-Harz) im Blasrohr (Blowline) auf die Kiefernfasern gesprüht. Sowohl die Untersuchungen zur Ermittlung der Benetzbarkeit der Prüfblätter als auch die Untersuchungen zur Ermittlung des Wasseraufnahmevermögens der Prüfblätter mit Hilfe des Cobb-Tests ließen erkennen, dass die Zugabe der Paraffindispersion zu den Hackschnitzeln vor dem Aufschluss im Kocher zu einer besseren Hydrophobierung des Faserstoffs führte als die Abmischung der Paraffindispersion mit dem Bindemittel in der Blowline. Des Weiteren ließen Untersuchungsergebnisse über den Einfluss der Holzart (Kiefer, Fichte) auf die Hydrophobierung von Kiefern- und Fichten-TMP erkennen, dass unabhängig vom verwendeten Paraffintyp Prüfblätter, hergestellt aus Kiefern-TMP, eine schlechtere Benetzbarkeit aufwiesen als Prüfblätter aus Fichten-TMP. Es konnten ferner deutliche Unterschiede im Wasseraufnahmevermögen der aus Kiefern- und Fichten-TMP hergestellten Prüfblätter festgestellt werden. Grundsätzlich gingen die Ergebnisse des Wasseraufnahmevermögens mit den Ergebnissen der Benetzbarkeit der Prüfblätter konform. Die aus Kiefern-TMP hergestellten Prüfblätter hatten im Vergleich zu den aus Fichten-TMP hergestellten ein niedrigeres Wasseraufnahmevermögen. Anhand dieser und anderer Untersuchungsergebnisse ist anzunehmen, dass die vergleichsweise schlechtere Benetzbarkeit und Wasseraufnahme der mit Kiefern-TMP hergestellten Prüfblätter auf den höheren Gehalt an hydrophoben Extraktstoffen (Fette und Harze) des Kiefernholzes zurückzuführen ist. Insgesamt lassen die Ergebnisse deutlich werden, dass beide Methoden für die Charakterisierung und Beurteilung der Hydrophobierung von Faserstoffen durch Paraffine geeignet sind.AbstractThe first part of this publication deals with the influence of chain length and amount of n-paraffins as well as the chemical composition of technical paraffins (chain length and amount of n- and iso-alkanes) on the thickness swelling, water absorption and internal bond strength of MDF (Roffael et al. 2005a). The second part reports on the effect of resination process (blender- and blowline-technique) as well as different methods of adding paraffin dispersion in both resination processes on paraffin sizing of MDF (Roffael et al. 2005b). This paper describes two different methods for evaluation of paraffin sizing on thermo-mechanical pulps (TMP). In one method the sizing degree was measured by determining the wettability of handsheets made from paraffin sized TMP as previously described by Roffael et al. (2002). In the other method paraffin sizing of fibres was determined by using the well known Cobb test which quantifies the water absorption of handsheets. Industrial produced TMP of Scots pine was resinated in the blender by using an MUF-resin together with n-paraffin dispersions of different chain length (C20, C28, C36). The MUF-resin was not cured. Handsheets were manufactured from the MUF-resinated TMP and kraft pulp (ratio 1:1). On using 0.25% n-paraffin (based on dried fibres) wettability of handsheets decreased with increasing chain length of n-paraffins (C20 to C36). Also the results of the Cobb test (Cobb30) showed that water absorption of handsheets decreased by using n-paraffins with higher chain length. Further investigations were carried out on handsheets, manufactured from kraft pulp and TMP resinated in the bowline (ratio 1:1). Within the blowline-process three technical paraffins with different chemical composition were applied in two different ways. In one case the paraffin dispersion was added to the chips before thermo-mechanical pulping. In the other case the paraffin dispersion was added to the fibres together with the resin in the blowline. Results of wettability and of water absorption of handsheets (Cobb test) showed that adding paraffin dispersion to the chips prior to thermo-mechanical pulping leads to more effective paraffin sizing than applying the paraffin dispersion to the fibres together with the resin in the blowline. Moreover, the influence of type of softwood (Scots pine and Norway spruce) on the paraffin sizing of TMP was investigated. Irrespective of the chemical composition of the used technical paraffins it was found, that handsheets manufactured from TMP of Norway spruce showed better wettability and higher water absorption than handsheets manufactured from TMP of Scots pine. The lower water absorption of handsheets manufactured from TMP of Scots pine may be due to the higher content of hydrophobic extractives in pine.

Zur Hydrophobierung von mitteldichten Faserplatten (MDF) mit Paraffinen Teil 2: Einfluss des Beleimungsverfahrens (Blender-, Blowline-Verfahren) und der Art der Zugabe von Paraffindispersionen auf die Hydrophobierung von MDF

ZusammenfassungDas Ziel der Untersuchungen war es festzustellen, inwieweit bei der Herstellung von MDF das Beleimungsverfahren (Blender- und Blowline-Verfahren) und die Art der Zugabe von Paraffindispersion bei den jeweiligen Verfahren die Hydrophobierung von MDF beeinflusst. Beim Blender-Verfahren zeigte sich, dass die Zugabe der Paraffindispersion vor dem Aufbringen des Bindemittels auf den Faserstoff zu vergleichsweise niedrigeren Dickenquellungs- und Wasseraufnahmewerten führte als eine gemeinsame Abmischung von Paraffindispersion und Bindemittel. Ferner kam es bei getrenntem Aufbringen von Paraffin und Bindemittel zu einer Verbesserung der Querzugfestigkeit der MDF. Beim Blowline-Verfahren wurde die Paraffindispersion entweder den Hackschnitzeln vor dem Aufschluss im Kocher zugegeben oder in Abmischung mit dem Bindemittel in der Blowline den Fasern zudosiert. Die bei 140°C, 160°C und 180°C gewonnenen Kiefern-Faserstoffe wurden für die Herstellung von MDF eingesetzt. Unabhängig von der Art der Zugabe des Paraffins innerhalb des MDF-Herstellungsprozesses nahmen mit steigender Aufschlusstemperatur die Dickenquellung und Wasseraufnahme der MDF deutlich ab. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass beim Blowline-Verfahren die Zugabe der Paraffindispersion zu den Hackschnitzeln vor dem Aufschluss im Kocher eine bessere Hydrophobierungswirkung bei den hergestellten MDF bewirkt als die gemeinsame Abmischung der Paraffindispersion mit dem Bindemittel.AbstractThe main objective of this study was to evaluate the influence of resination process (blender and blowline technique) on paraffin sizing of MDF. Moreover, the method of adding paraffin dispersion within the blender- and the blowline-process on MDF properties was also investigated. For blender-resinated MDF it was found, that adding paraffin dispersion to the fibers before resination leads to lower thickness swelling and water absorption values as well as higher internal bond strength than adding the paraffin dispersion together with the resin to the fibers. Within the blowline-process paraffin dispersion was applied in two different ways. In one method the paraffin dispersion was added to the chips before thermo-mechanical pulping. In the other method the paraffin dispersion was added to the fibers together with the resin in the blowline. In both cases the chips were pulped at temperatures of 140°C, 160°C and 180°C. Irrespective of the method of adding the paraffin within the blowline-process it was found that an increase of pulping temperature from 140°C to 180°C leads to a reduction of thickness swelling and water absorption values of the MDF. Moreover, the results reveal that adding paraffin dispersion to the chips before pulping leads to more effective sizing than applying the paraffin dispersion to the fibers together with the resin in the blowline.

Extrahierbarer Harnstoff in MDF, hergestellt nach dem Blowline- und Blender-Verfahren

Extractable urea was determined in water extractives of medium density fiberboards (MDF), prepared using the blowline- and blender-technique. The results reveal: higher amounts of urea are extractable from boards resinated in the blowline than in the blender. Therefore, it seems that less cross-linking of the resin takes place in the blowline than in the blender.