DE102007024261A1 - Hydrophobierte Lignocellulosen, Werkstoffe enthaltend hydrophobierte Lignocellulosen und Verfahren zur Hydrophobierung von Lignocellulosen - Google Patents

Hydrophobierte Lignocellulosen, Werkstoffe enthaltend hydrophobierte Lignocellulosen und Verfahren zur Hydrophobierung von Lignocellulosen Download PDF

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Abstract

Gegenstand der Erfindung sind hydrophobierte Lignocellulosen sowie aus Lignocellulosen, wie Holzfasern, Holzspäne und Stands, hergestellte Werkstoffe jeweils enthaltend aliphatische Kohlenwasserstoffe mit 20 und mehr Kohlenstoffatomen und aliphatische polycyclische Ester als Hydrophobierungsmittel und eine Verfahren unter Verwendung derartiger Hydrophobierungsmittel.

Description

  • Die Erfindung betrifft hydrophobierte Lignocellulosen sowie aus Lignocellulosen, wie Holzfasern, Holzspäne und Stands hergestellte Werkstoffe, insbesondere Holzwerkstoffe, jeweils enthaltend Paraffinwachse und aliphatische polycyclische Ester als. Hydrophobierungsmittel und ein Verfahren unter Verwendung derartiger Hydrophobierungsmittel.
  • Vielfach ist es gewünscht, Wasseraufnahme und Quellneigung von saugfähigen Werkstoffen, wie Holzwerkstoffen, zu reduzieren. Daneben sollen die Holzwerkstoffe hohe Biegefestigkeiten und Querzugfestigkeiten besitzen. Nach in Europa geltenden Normen (DIN EN 317, DIN EN 312, DIN EN 319; EN 622) müssen Holzwerkstoffe bestimmten Anforderungen in Bezug auf Dickenquellung und Wasseraufnahme genügen. Der Grund hierfür ist die Eigenschaft von Lignocellulose-Materialien, bei Kontakt mit Wasser oder in feuchter Luftatmosphäre Wasser einzulagern und in trockener Atmosphäre wieder abzugeben. Die damit einhergehende Quellung bzw. Schwindung und die damit verbundene mangelnde Dimensionsstabilität der Materialien ist nicht nur für viele Anwendungen unerwünscht, sondern kann auch zur Rissbildung führen. Zudem werden viele Materialien in feuchtem Zustand leicht von Holz abbauenden oder Holzverfärbenden Mikroorganismen befallen.
  • Um die geforderten Grenzwerte einzuhalten, werden Holzwerkstoffe beim Produktionsprozess mit Hydrophobierungsmitteln versehen. Neben einer Reduktion der Dickenquellung und der Wasseraufnahme soll das Hydrophobierungsmittel die Produkteigenschaften wie die Querzugsfestigkeit und die Biegefestigkeit des aus diesem erstellten Holzwerkstoff nicht negativ beeinflussen. Insbesondere Holzwerkstoffe, wie z. B. Faserplatten zum Einsatz als Trägerplatten in Laminatfußböden, haben sehr hohe Anforderungen an die Dickenquellung, Wasseraufnahme und Kantenquellung.
  • Wachse sind eine Klasse von Stoffen, die durch ihre mechanisch-physikalischen Eigenschaften definiert sind. Wachse sind hierbei i. d. R. Multi-Komponentensysteme. Wachs im Sinne dieser Erfindung sind Zusammensetzungen, die bei 25°C fest sind, z. B. von verformbar weich über knetbar bis brüchig hart (jeweils bei Normaldruck, 1013 mbar).
  • Wachse schmelzen über dem Erstarrungspunkt ohne Zersetzung und sind wenig oberhalb des Schmelzpunktes flüssig und hierbei i. d. R. relativ niedrig viskos und nicht fadenziehend.
  • Die Anwendung von Wachsen auf bzw. in derartigen Werkstoffen bzw. deren Einsatzstoffen enthaltend bzw. bestehend aus Lignocellulosen als Hydrophobierungsmittel, auch in Form wässriger Dispersionen, ist an sich bekannt.
  • Zur Hydrophobierung von aus Lignocellulosen bestehenden Holzwerkstoffen mit Paraffin sind eine Reihe von Untersuchungen bekannt. Hierzu ist z. B. auf den Aufsatz von Roffael, E., Schriever, E., May, H.-A., Adhäsion 11 (1982), S. 10–19, „Hydrophobierung von Spanplatten mit Paraffin", Teil 1 und auf die Veröffentlichung von May, H.-A. und Roffael, E. „Hydrophobierung von Spanplatten mit Paraffinen", Teil 4 (Adhäsion 28, (1,2), 17–21) hinzuweisen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Hydrophobierungsmittel für Lignocellulosen bereitzustellen, das über eine gegenüber rein paraffinischen Wachsphasen verbesserte Hydrophobierungswirkung verfügt bzw. mit weniger Zugabemenge Hydrophobierungsmittel eine vergleichbare Hydrophobierungswirkung entfaltet.
  • Obige Aufgaben sind gelöst durch die hydrophobierten Lignocellulosen, das Verfahren hierzu und die Werkstoffe enthaltend die hydrophobierten Lignocellulosen jeweils gemäß unabhängigen Ansprüchen. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche oder nachfolgend beschrieben.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Hydrophobieren von Holzwerkstoffen enthaltend Lignocellulosen, bei dem man das Lignocellulose-Material mit einem derartigen Hydrophobierungsmittel imprägniert. Das Material bildet nach Verpressen den Werkstoff, insbesondere einen Holzwerkstoff. Häufig ist dem Verpressen eine Trocknung vorgeschaltet.
  • Zur Herstellung der Holzwerkstoffe werden Bindemittel eingesetzt. Als Bindemittel kann beispielsweise ein säurehärtendes Harnstoffformaldehydharz verwendet werden. Es kann sich auch um ein alkalisch härtendes Phenolformaldehydharz handeln. Weiter kann das Bindemittel alternativ auch ein Klebstoff auf Basis eines polymeren Diphenylmethandiisocyanat (PMDI) sein oder ein Tanninformaldehydharz.
  • Das Hydrophobierungsmittel kann in Form einer Schmelze oder einer Dispersion auf die Lignocellulosen aufgebracht werden. Im Falle der Verwendung von Dispersionen ist die kontinuierliche Phase Wasser und die diskontinuierliche Phase das Wachs, wobei das Wachs anteilig langkettige Kohlenwasserstoffe enthält.
  • Langkettige Kohlenwasserstoffe im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Verbindungen, die ausschließlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen und Erstarrungspunkte von größer 35 bis 150°C, vorzugsweise 40 bis 100°C (bei Normaldruck und ggf. in Bezug auf die Stoffzusammensetzung), aufweisen bzw. unabhängig hiervon mittlere C-Zahlen von 20 bis i. d. R. 100 Kohlenstoffatomen, insbesondere 20 bis 50 Kohlenstoffatomen, haben. Als Kohlenwasserstoffe kommen gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffe (aliphatische Kohlenwasserstoffe), vorzugsweise aber gesättigte Kohlenwasserstoffe in Frage.
  • Die Kohlenwasserstoffe können erdölbasierte Paraffinwachse, ein Fischer-Tropsch Wachs, ein Polyolefinwachs sein, aus Mischungen dieser bestehen und/oder ein Raffinationsprodukt dieser sein. Nachfolgend sind für den erfindungsgemäßen Einsatz geeignete Typen beschrieben.
  • Die langkettigen gesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffe werden häufig als Paraffinwachse bezeichnet. Die in der Industrie üblicherweise verwendeten Paraffinwachse sind Produkte der Erdölraffination und bestehen hauptsächlich aus Mischungen von bei über 35°C festen n- und iso-Alkanen unterschiedlicher Mengenverhältnisse. Auch der Einsatz von Fischer-Tropsch Wachsen ist möglich.
  • Die einsetzbaren Paraffinwachse können in makro- und mikrokristalline Wachse eingeteilt werden. Makrokristalline Wachse bestehen aus gesättigten, überwiegend geradkettigen, überwiegend unverzweigten Kohlenwasserstoffen (n-Alkane) und besitzen ein Molekulargewicht, das etwa zwischen 280 und 700 (g/mol) liegt (Anzahl der Kohlenstoffatome in der Kette zwischen 20 und etwa 50).
  • Im Unterschied zu den makrokristallinen Paraffinen bestehen die mikrokristallinen Paraffine vorwiegend aus verzweigen Alkanen (iso-Alkane) und gesättigten ringförmigen Kohlenwasserstoffen (cyclo-alkane). Der Schmelzbereich liegt zwischen 60°C und 90°C. Mikrokristalline Paraffine sind auch durch Hydroisomerisierung von Fischer-Tropsch-Wachsen zugänglich.
  • Unter Fischer-Tropsch-Wachs wird das durch eine Fischer-Tropsch-Synthese gewonnene Paraffin verstanden. Die Anzahl der Kohlenstoffatome in der Kette liegt zwischen 20 und etwa 100. Der Erstarrungspunkt bei ca. 35°C bis ca. 105°C. Im Weiteren wird hierzu auch auf die Veröffentlichung von A. Kühnle in Fette, Seifen, Anstrichmittel 84. Jahrgang, Nr. 4, Seiten 156 bis 162 verwiesen.
  • Weiterer zwingender Bestandteil der Wachsphase bzw. des Hydrophobierungsmittels sind aliphatische polycyclische Ester. Diese umfassen mindestens zwei (unmittelbar) verknüpfte Kohlenstoffcyklen, insbesondere drei und mehr Kohlenstoffcyklen, vorzugsweise in Form von 6-Ringen. Die aliphatischen polycyclischen Ester werden nachfolgend in Bezug auf ihre Säuregruppe und Alkoholgruppe erläutert.
  • Es ist zumindest eine Carboxylgrupe (COO(H)) mit dem Polycyclus verknüpft, vorzugsweise direkt über das Carbonyl-Kohlenstoffatom. Die Säuregruppe weist vorzugsweise nur eine Carboxylgruppe auf. Diese Gruppe bildet dann die Säuregruppe. Die Säuregruppe(n) der aliphatischen polycyclischen Ester sind insbesondere aus Harzsäuren (Englisch: tall oil rosin) erhältlich. Chemisch handelt es sich bei den Harzsäuren in Abhängigkeit von der Rohstoffquelle häufig um Carbonsäuren, die auf Terpenen basieren.
  • Typische Vertreter geeigneter Harzsäuren sind Abietinsäure, Neoabietinsäure, Lävopimarsäure, Pimarsäure und Palustrinsäure. Die erfindungsgemäß eingesetzten Komponenten sind somit z. B. aus Abietinsäure oder Pimarinsäure durch Veresterung erhältlich.
  • Figure 00040001
  • Neben der Abietinsäure ((CH3)4C15H17COO(H)) sind auch Neoabietinsäure, Palustrinsäure oder Dehydroabietinsäure einsetzbar, für die Pimarsäure ((CH3)3(CH2)C15H23COO(H)) seien die Levopimarinsäure und die Isopimarinsäure genannt. Insbesondere sind auch deren doppelbindungs-hydrierte Varianten geeignet.
  • Geeignete kommerziell erhältliche Produkte sind: Sylvatec® RE 90 (Arizona Chemical), Pentalyn® H-E Ester (Eastman Chemical), Permalyn® 5110 (Eastman Chemical) und Foral 105-E und Foralyn 110-E (Eastman Chemical). Besonders bevorzugt sind solche Ester obiger polycyclischer Carbonsäuren, die Pentaerythrit als Alkohol-Gruppe enthalten.
  • Die die Säuregruppe bildenden Harzsäuren gehören zur Stoffgruppe der tricyclischen Diterpen-Carbonsäuren. Abietinsäure ist z. B. Hauptbestandteil des Koniferenharzes. Erhitzt man Kiefernharze in geschlossenen Kesseln auf über 100°C, so destillieren Wasser und Terpentinöl über, während die im Kessel zurückbleibende Schmelze bei der Abkühlung zu einer glasartigen Masse – Kolophonium genannt – erstarrt, deren Hauptbestandteil die Abietinsäure einschließlich verschiedener Isomere (Dextropimarsäure, Laevopimarsäure usw.) ist. Es ist auch möglich, die polycyclischen Carbonsäuren mit Mono-Alkoholen, typischerweise mit C1- bis C32-Alkoholen wie Methanol, zu verestern.
  • Die Alkoholgruppe der Ester ist vorzugsweise ein Polyol, wobei nur ein Teil der Hydroxy-Gruppen vorzugsweise aber alle verestert sein können (partielle und volle Veresterung), insbesondere Polyole aufweisend 2 bis 8 Hydroxy-Gruppen, vorzugsweise 3 bis 8 Hydroxy-Gruppen und zwei bis 12 Kohlenstoffatome. Geeignete Alkohole sind Ethylenglykol, Triethylenglykol, Glycerol oder Neopentylglykol und insbesondere Pentaerythritol. Es ist auch möglich, die Polyole durch Dicarbonsäuren zu verknüpfen oder einige der Alkoholgruppen durch andere Monocarbonsäuren zu verestern. Ebenso einsetzbar sind Polyole aufweisend Ether-Gruppen wie Dipentaerythrit (CAS Numer: 126-58-9).
  • Beispiele für mehrwertige Alkohole sind Polyethylenglykol, Polypropylenglykol, Polybutylenglykol, Cyclohexandiol, Glycerin, Diglycerin, Neopentylglykol, Trimethylolpropan, Trimethylolethan, Pentaerythrit, Dipentaerythrit, Sorbitan, Sorbit, Butandiol, Butantriol, 2-Buten-1,4-diol, 2-n-Butyl-2-ethylpropandiol, 2-Butan-1,4-diol, 3-Chlor-1,2-propandiol, 1,4-Cyclohexandimethanol, 3-Cyclohexen-1,1-dimethanol, Decalindiol, 2,3-Dibrom-2-buten-1,4-diol, 2,2-Diethyl-1,3-propandiol, 1,5-Dihydroxy-1,2,3,4-tetrahydronaphthalin, 2,5-Dimethyl-2,5-hexandiol, 2,2-Dimethyl-1,3-propandiol, 2,2-Diphenyl-1,3-propandiol, Dodecandiol, Mesoerythrit, 2-Ethyl-1,3-hexandiol, 2-Ethyl-2-(hydroxymethyl)-1,3-propandiol, 2-Ethyl-2-methyl-1,3-propandiol, Heptandiol, Hexandiol 3-Hexen-2,5-diol, 2-Methyl-1,4-butandiol, 2-Methyl-2,4-pentandiol, Nonandiol, Ocandiol, Pentandiol, 1-Phenyl-1,2-ethandiol, Propandiol, 2,2,4,4-Tetramethyl-1,3-cyclobutandiol, Glucose alpha-(1-Aminoethyl)p-hydroxybenzylalkohol, 2-Amino-2-ethyl-1,3-propandiol, 2-Amino-2-methyl-1,3-propandiol, 3-Amino-1,2-propandiol, N-(3-Aminopropyl)diethanolamin, N,N-Bis(2-hydroxyethyl)piperazin, 2,2-Bis(hydroxymethyl)-2,2'2''-nitrilotriethanol, 2,2-Bis(hydroxymethyl)propionsäure, 1,3-Bis(hydroxymethyl)harnstoff, 1,2-Bis(4-pyridyl)-1,2-ethandiol, N-n-Butyldiethanolamin, Diethanolamin, N-Ethylendiethanolamin, Triethanolamin und alpha-(1-Aminoethyl)-p-hydroxybenzylalkohol.
  • Erfindungsgemäß kommen die Wachse in Form einer wässrigen Dispersion oder in geschmolzenem Zustand zur Anwendung. In den Dispersionen liegen die Wachsbestandteile als disperse Phase, d. h. in Form feinster, verteilter Partikel vor. Typischerweise liegen die mittleren Teilchendurchmesser bei 10 nm bis 10 μm, insbesondere 0,1–3 μm. Die hier angegebenen Teilchengrößen sind gewichtsmittlere Teilchengrößen, wie sie durch dynamische Lichtstreuung ermittelt werden können. Verfahren hierzu sind dem Fachmann geläufig, beispielsweise aus H. Wiese in D. Distler, Wässrige Polymerdispersionen, Wiley VCH 1999, Kapitel 4.2.1, S. 40ff und dort zitierte Literatur sowie H. Auweter, D. Hörn, J. Colloid Interf. Sei. 105 (1985) 399, D. Lüge, D. Hörn, Colloid Polym. Sci. 269 (1991) 704 oder H. Wiese, D. Hörn, J. Chem. Phys. 94 (1991) 6429.
  • Die Dispersion wird mit einem Emulgator stabilisiert. Emulgatoren sind grenzflächenaktive amphotere Substanzen oder hochmolekulare Substanzen. Der Emulgator kann anionisch, kationisch, nicht-ionogen oder von Betain-Struktur sein.
  • Als Emulgatoren seien genannt:
    • – Alkoholpolyethylenglykolether, z. B. solche der allgemeinen Formel R-O-(R1-O)n-H,
    • – Fettsäureesterpolyethylenglykolether, z. B. solche der allgemeinen Formel R-COO-(R1-O)n-H,
    • – Alkylpolyalkylenglykolethercarbonsäuren, z. B. solche der allgemeinen Formel R-O-(R1-O)n-CH2-COOH bzw. deren Alkanolammonium- oder Alkali- oder Erdalkalimetallsalze,
    • – Alkylamidoalkylbetaine, z. B. solche der allgemeinen Formel R-CONH(CH2)uN+(CH3)2-CH2-COO–,
    • – Aminoxide, z. B. solche der allgemeinen Formel R-NO(CH3)2, wobei jeweils R einen verzweigten oder linearen, gesättigten oder ungesättigten C8- bis C20- bzw. C7- bis C19-Kohlenwasserstoffrest, n eine Zahl von 2 bis 20, R1 einen Alkylenrest mit 2 bis 4 Kohlenwasserstoffen, z. B. -C2H4- oder -C3H6-, ggf. für jedes n verschieden, und u eine Zahl von 1 bis 10 darstellt.
    • – Produkte aus der Alkoxylierung von Triglyceriden, die ganz oder teilweise mit C6- bis C22-Fettsäuren verestert sind, wobei pro Mol Triglycerid 2 bis 40 Mol Alkoxylierungsmittel eingesetzt werden.
    • – Partiell neutralisierte Partialglyceride von ein oder mehrwertigen C2- bis C22-Carbonsauren, wie z. B. Linolsäure, Stearinsäure, Isostearinsäure, Palmitinsäure, Laurinsäure, Caprylsäure, Caprinsäure, Citronensäure und/oder Milchsäure.
    • – Ester des Polyglycerins, worin die Carbonsäure-Gruppe vorzugsweise 2 bis 22 Kohlenstoffatome aufweist.
    • – C6- bis C32- Carbonsäuren, insbesondere C8- bis C26-Fettsäuren vollständig oder partiell, insbesondere vollständig verseift, z. B. mit Aminen oder Aminverbindungen wie Alkanolaminen (z. B. Diethanolamin).
  • Zu den anionischen Emulgatoren gehören beispielsweise Carboxylate, insbesondere Alkali-, Erdalkali- und Ammoniumsalze von Fettsäuren, z. B. Kaliumstearat, die üblicherweise auch als Seifen bezeichnet werden; Acylglutamate; Sarkosinate, z. B. Natriumlauroylsarkosinat; Taurate; Methylcellulosen; Alkylphosphate, insbesondere Mono- und Diphosphorsäurealkylester; Sulfate, insbesondere Alkylsulfate und Alkylethersulfate; Sulfonate, weitere Alkyl- und Alkylarylsulfonate, insbesondere Alkali-, Erdalkali- und Ammoniumsalze von Arylsulfonsäuren sowie alkylsubstituierte Arylsulfonsäuren, Alkylbenzolsulfonsäuren, wie beispielsweise Lignin- und Phenolsulfonsäure, Naphthalin- und Dibutylnaphthalinsulfonsäuren, oder Dodecylbenzolsulfonate, Alkylnaphthalinsulfonate, Alkylmethylestersulfonate, Kondensationsprodukte von sulfoniertem Naphthalin und Derivaten davon mit Formaldehyd, Kondensationsprodukte von Naphthalinsulfonsäuren, Phenol- und/oder Phenolsulfonsäuren mit Formaldehyd oder mit Formaldehyd und Harnstoff, Mono- oder Dialkylbernsteinsäureestersulfonate; sowie Eiweisshydrolysate und Lignin-Sulfitablaugen, ggf. in Form ihrer neutralen oder gegebenenfalls basischen Salze.
  • Zu den nichtionischen Emulgatoren gehören z. B. Fettalkoholalkoxylate und Oxoalkoholalkoxylate, insbesondere Ethoxylate und Propoxilate mit Alkoxylierungsgraden von üblicherweise 2 bis 80 und insbesondere 3 bis 40, z. B. Alkoxylate von C8- bis C30-Alkanolen oder Alk(adi)enolen, z. B. von iso-Tridecylalkohol, Laurylalkohol, Oleylalkohol oder Stearylalkohol sowie deren Alkylether und Alkylester, z. B. deren Acetate; alkoxylierte tierische und/oder pflanzliche Fette und/oder Öle, beispielsweise Maisölethoxylate, Rizinusölethoxylate, Talgfettethoxylate mit Alkoxylierungsgraden von üblicherweise 2 bis 80 und insbesondere 3 bis 40, Glycerinester, wie beispielsweise Glycerinmonostearat, Fettsäureester polymerer Alkoxylate, insbesondere von Polyethylenoxiden mit Alkoxilierungsgraden von 3 bis 100 wie z. B. PEG 300-Oleat, -Stearat oder Laurat, als Monooder Diester, – Copolymere Alkoxylate aus Ethylenoxid und Propylenoxid, z. B. die Pluronic® – Marken der BASF, Alkylphenolalkoxylate, wie beispielsweise ethoxyliertes iso-Octyl-, Octyl- oder Nonyl-Phenol, Tributylphenolpolyoxyethylenether mit Alkoxylierungsgraden von üblicherweise 2 bis 80 und insbesondere 3 bis 50, – Fettaminalkoxylate, Fettsäureamid- und Fettsäurediethanolamidalkoxylate mit Alkoxylierungsgraden von üblicherweise 2 bis 80 und insbesondere 3 bis 50, insbesondere deren Ethoxylate, Zuckertenside, Sorbitester, wie beispielsweise Sorbitanfettsäureester (Sorbitanmonooleat, Sorbitantristearat), Polyoxyethylensorbitanfettsäureester, Alkylpolyglycoside, N-Alkylgluconamide, Alkylmethylsulfoxide, Alkyldimethylphosphinoxide, wie beispielsweise Tetradecyldimethylphosphinoxid.
  • Weitere Emulgatoren, die hier beispielhaft genannt werden sollen, sind Perfluoremulgatoren, Silikonemulgatoren, Phospholipide, wie beispielsweise Lecithin oder chemisch modifizierte Lecithine, Aminosäureemulgatoren, z. B. N-Lauroylglutamat.
  • Emulgatoren im Sinne der Erfindung sind auch hochmolekulare Substanzen wie Gummi Arabicum, Gum Ghatti oder Celluloseverbindungen.
  • Möglich sind auch Emulgator-Gemische, z. B ein anionischer und ein nicht-ionischer Emulgator. Die Emulgatoren sind zu 0,2 bis 10 Gew.-%, insbesondere zu 2 bis 6 Gew.-% bezogen auf die Gesamtzusammensetzung zugesetzt.
  • Der Emulgierprozess gliedert sich i. d. R. in folgende Abschnitte: Einbringen der aliphatischen polycyclischen Ester in die Wachsphase, Vormischen der einzelnen Komponenten zu einer grobdispersen Voremulsion (Premix) und Feinemulgieren durch Tropfenaufbruch beim Überschreiten der kritischen Deformation und Stabilisieren der neu entstandenen Phasengrenzflächen durch den Emulgator.
  • Das Hydrophobierungsmittel wird als Festwachs oder in Form von Dispersionen bei der Herstellung der Holzwerkstoffe auf Basis von Strands, Spänen oder Fasern zugegeben, um deren Hydrophobierung, insbesondere in Form von Platten, zu bewirken und vor allem die Wasseraufnahme und das hierdurch verursachte Quellen zu verringern. Als Messwert wird häufig die Dickenquellung nach 2 h bzw. nach 24 h Lagerung in Wasser herangezogen (z. B. nach DIN EN 622 und DIN EN 317). Die Hydrophobierung soll einer Verringerung der mechanischen Festigkeiten unter dem Einfluss der Feuchtigkeit entgegenwirken und Längen- oder Dickenausdehnungen bei höherer Umgebungsfeuchte vermeiden helfen.
  • Die Hydrophobierungsmittel verlangsamen die Wasseraufnahme und die Dickenquellungsgeschwindigkeit bei Unterwasserlagerung. Neben der eigentlichen Hydrophobierungswirkung verbessern die Wachse auch die Gleitfähigkeit der Späne, Strands oder Fasern. Dies wirkt sich positiv auf die Förderbarkeit und Streufähigkeit der Späne, Strands oder Fasern aus.
  • Die Wachse können in Form einer wässrigen Dispersion auf die Späne aufgebracht werden. Die Wachsdispersionen können sowohl als Gemisch mit dem Bindemittel aufgedüst werden als auch getrennt vor oder nach der Bindemittelzugabe auf die Späne, Strands oder Fasern aufgebracht werden.
  • Die Wachse sollen keine oder wenig Einfluss auf das Abbinden der Deckschicht-(DS) und/oder Mittelschichtleime haben. Gängig sind säurehärtende Harnstoffstoffformaldehydharze, alkalisch härtende Phenolformaldehydharze, PMDI oder Tanninformaldehydharze.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich grundsätzlich zum Hydrophobieren beliebiger Lignocellulose-Materialien mit beliebigen Abmessungen. Insbesondere eignet sich das erfindungsgemäße Verfahren zum Imprägnieren von Holz.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt sowohl das Hydrophobieren feinteiliger Materialien wie Fasern, Späne, Strands, Chips, Schnitzel und dergleichen, flächiger dünner Materialien mit Dicken <= 5 mm, insbesondere <= 1 mm wie Furniere und insbesondere auch das Imprägnieren großformatiger Teile mit Mindestabmessungen oberhalb 1 mm, insbesondere > 5 mm, speziell >= 10 mm. Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen eignen sich insbesondere zum Imprägnieren von Holz oder Holzwerkstoffen, speziell zum Imprägnieren von Spanplatten bzw. Faserplatten (einschließlich Grobspanplatten, bzw. OSB-Platten, oder Flachpressplatten). Die erfindungsgemäß verwendeten Zusammensetzungen eignen sich auch zum Imprägnieren anderer, von Holz verschiedener Lignocellulose-Materialien, z. B. von Naturfaserstoffen wie Bambus, Stroh, Flachs, Bagasse, Baumwollstängel, Jute, Sisal, Kokosfasern, Bananenfasern, Schilf, z. B. Chinaschilf, Ramie, Hanf, Manilahanf, Esparto (Alfagras), Reisschalen und Kork.
  • Das Imprägnieren kann in an sich üblicher Weise erfolgen, z. B. durch Tauchen oder Besprühen. Ebenso können Druck und Vakuum eingesetzt werden.
  • Die nachfolgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung ohne diese zu beschränken.
  • Versuchsbeschreibung
  • Unter Verwendung eines thermomechanischen Faserstoffs und eines Harnstoff-Formaldehydharzes (BASF K 350) wurden im Labormaßstab unter Zugabe der Wachse in Form einer wässrigen Dispersion mitteldichte Faserplatten (MDF) im Blender-Verfahren hergestellt, und diese auf die folgenden physikalisch-technologischen Eigenschaften untersucht: Rohdichte (EN 323), Feuchtegehalt (EN 322), Dickenquellung (2 h und 24 h in Anlehnung an EN 317), Wasseraufnahme (2 h und 24 h in Anlehnung an DIN 52351) und Kantenquellung (2 h und 24 h in Anlehnung an EN 13329).
  • Als Rohstoff für die Herstellung der MDF wurde ein thermomechanischer Faserstoff (TMP) verwendet. Zur Herstellung der MDF wurde die jeweilige Wachsdispersion zusammen mit dem Bindemittel (BASF K 350) auf den Faserstoff aufgetragen. Anschließend wurden die beleimten Fasern zu einer Faserstoffmatte von 45 cm × 45 cm gestreut und zu 19 mm dicken MDF gepresst. Die Bedingungen für die Herstellung der MDF fasst Tabelle 1 zusammen.
  • Nach dem Pressen wurden die Platten auf eine durchschnittliche Dicke von 18,5 mm geschliffen und besäumt. Anschließend wurden die MDF über einen Zeitraum von einer Woche im Normalklima (20°C/65% rel. Luftfeuchte gem. DIN 50 014) gelagert. Aus den MDF wurden Prüfkörper entsprechend den jeweiligen Prüfnormen ausgeformt. Anschließend erfolgte die Ermittlung der geforderten physikalisch-technologischen Eigenschaften (Dickenquellung, Kantenquellung und Wasseraufnahme) der Platten.
  • Die Ergebnisse der Prüfungen sind in Tabelle 2 zusammengestellt. Die Referenzplatten ohne Hydrophobierungsmittel (Blindwert) zeigten die höchste Dickenquellung, Kantenquellung und Wasseraufnahme, gefolgt von der Referenz Paraffinwachsdispersion. Von den eingesetzten, mit aliphatisch polycyclischen Estern modifizierten Dispersionen wies Sylvatec RE90 eine verbesserte Hydrophobierungswirkung bei deutlich niedrigerer Dickenquellung, Kantenquellung und Wasseraufnahme auf. Die Ergebnisse wurden an jeweils 3 Mustern aus zwei hergestellten Platten ermittelt. Erfindungsgemäß wurde ein Anteil Paraffinwachs mit aliphatischen polycyclischen Ester ersetzt. Die Zusammensetzung der eingesetzten Paraffinwachse war jeweils gleich.
  • In weiteren Untersuchungen wurde ein Optimum bei 6 bis 14 Gew.-%, insbesondere etwa 10 Gew.-% aliphatisch polycyclischen Estern in und bezogen auf die Wachsphase bzw. das Hydrophobierungsmittel gefunden und die Wirkung bestätigt.
  • In weiteren Untersuchungen wurde ein Pentaerythrit-Ester (Pentalyn H-E) mit unterschiedlichen Einsatzkonzentrationen (0 bis 3 Gew.-% Feststoff der Wachsdispersion bezogen auf Fasern atro (atro = auf die Trockenmasse Lignocellulosen bezogen) bei der Herstellung von MDF eingesetzt . Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse: Tabelle 4 zeigt eine deutliche Verbesserung der Hydrophobierung durch das mit Pentaerithrit-Ester modifizierte Paraffin über den Konzentrations-Bereich von 0,25% bis 3% Hydrophobierungsmittel (Feststoff bezogen auf Fasern atro).
  • 1 zeigt das Beispiel der Wasseraufnahme nach 2 h und nach 24 h mit und ohne Zusatz an Pentalyn H-E wie in Tabelle 4 gezeigt. Es ist zu erkennen, dass mit wesentlich geringerer Zugabemenge des erfindungsgemäßen Hydrophobierungsmittels vergleichbare Ergebnisse erzielt werden können, bzw. bei gleicher Zugabemenge die Quelleigenschaften wesentlich verbessert werden können. Tabelle 1 Versuchsparameter
    Solldicke 19 mm nach Schleifen (20 mm Distanzleisten)
    Sollrohdichte 0,78 Gew.-% g/cm3
    Presstemperatur 200°C
    Schließzeit 30 s
    Presszeit 20 s/mm
    Hydrophobierungsmitteldosierung 0,25% Feststoff bezogen auf Fasern atro
    Feststoffgehalt Hydrophobierungsmittel 60 Gew.-%
    Bindemittel BASF Kaurit 350 10 Gew.-% Feststoff auf atro Faserstoff
    Härtungsbeschleuniger Ammoniumsulfat (40 Gew.-%ige Lösung) 2 Gew.-% Feststoff auf Festharz
    Feuchtegehalt beleimter Fasern 11 Gew.-%
    Tabelle 2 Feuchtegehalt, Rohdichte sowie Wasseraufnahme, Dickenquellung und Kantenquellung gemessen jeweils nach 2 h und 24 h (Gehalt Harztyp 10 Gew.-%, bezogen auf die Wachsphase, Rest Paraffin)
    V V V E E V
    1 2 3 4 5 6
    Blindwert o. WD Paraffmische Wachsphase Escorez 1102F Sylvatec RE90 Dertoline SG2 Escorez 5380
    Harztyp - Aliphatische KW (kein Ester) Pentaerythritveresterte polycyclische Carbonsäure wie aus Kolophonium erhältlich Glycerin veresterte polycyclische Carbonsäure wie aus Kolophonium erhältlich Cycloaliphatische KW (kein Ester
    Feuchte [%] 7,51 7,48 7,73 7,48 7,58 7,66
    Rohdichte [g/cm''] 0,780 0,777 0,779 0,775 0,777 0,771
    Wasseraufnahm 2h [%] 6,5 5,4 5,5 4,7 5,4 5,7
    Wasseraufnahme 24 h [%] 26,6 22,9 23,1 19,9 23,1 24,2
    Dickenquellung 2 h [%] 3,2 2,7 2,6 2,1 2,6 2,8
    Dickenquellung 24 h [%] 11,3 8,9 8,5 7,3 8,5 9,5
    Kantenquellung 2 h [%] 4,5 3,3 3,6 2,9 3,1 3,1
    Kantenquellung 24 h [%] 21,1 18,3 20,0 15,1 18,2 18,4
    Tabelle 3 Zusammensetzung der eingesetzten Dispersionen (Gew.-%)
    Komponente Wachsdispersion
    Wasser 40,7
    Fettsäure 18–22 1,7
    Diethanolamin 1,1
    Wachsphase * 56,5
    • * = 10 Gew.-% obiger Harztyp und 90 Gew.-% Paraffin
    Tabelle 4 Hydrophobierung und mechanische Eigenschaften mit und ohne aliphatisch polycyclischem Estern (Pentalyn H-E) bei unterschiedlichen Zugabemengen an Hydrophobierungsmittel (Feststoff bezogen auf Fasern atro)
    Blindwert 0,25% 1% 2% 3%
    Pentalyn H-E [%] 0 0 10 0 10 0 10 0 10
    Feuchte [%] 6,23 5,74 5,86 5,96 6,08 7,42 7,11 6,95 7,06
    Rohdichte [g/cm''] 0,707 0,709 0,706 0,692 0,685 0,681 0,693 0,666 0,694
    Wasseraufnahme 2 h [%] 63,6 12,6 10,8 5,9 5,0 5,2 4,3 4,1 3,8
    Wasseraufnahme 24 h [%] 93,8 34,2 31,8 25,8 21,4 25,0 22,4 21,6 19,8
    Dickenquellung 2 h [%] 14,9 1,8 1,5 1,4 1,3 1,1 1,1 0,9 1,0
    Dickenquellung 24 h [%] 27,6 9 8,5 6,1 5,5 5,5 5,4 5,2 4,9
    Kantenquellung 2 h [%] 18,5 14,0 13,1 3,5 2,9 2,9 2,6 2,3 1,9
    Kantenquellung 24 h [%] 23,5 21,5 20,8 15,8 14,8 12,8 11,5 10,5 10,2
    Querzugfestigkeit [N/mm2] 0,5 0,48 0,49 0,59 0,54 0,51 0,5 0,48 0,45
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Claims (28)

  1. Zusammensetzung aufweisend die folgenden Komponenten (a) Lignocellulosen und ein Hydrophobierungsmittel enthaltend: (b.1) aliphatische Kohlenwasserstoffe mit im Mittel mehr als 20 Kohlenstoffatomen und (b.2) zumindest teilweise veresterte aliphatische polycyclische Carbonsäuren.
  2. Zusammensetzung gemäß Anspruch 1 enthaltend die Komponenten (b.1) und (b.2) in der Summe zu 0,2 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise zu 0,25 bis 2,5 Gew.-%, bezogen auf die Trockenmasse von (a).
  3. Zusammensetzung gemäß zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche enthaltend die Komponenten (b.1) und (b.2) in einem Gewichtsverhältnis von 40:1 bis 2:1, vorzugsweise 20:1 bis 5:1.
  4. Zusammensetzung gemäß zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest teilweise veresterten aliphatischen polycyclischen Carbonsäuren in Bezug auf die Carbonsäure mindestens drei miteinander unmittelbar verknüpfte Kohlenstoffcyklen, insbesondere genau drei Kohlenstoffcyklen, aufweisen, vorzugsweise in Form von 6-Ringen.
  5. Zusammensetzung gemäß zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest teilweise veresterten aliphatischen polycyclischen Carbonsäuren Monocarbonsäuren sind und vorzugsweise die -C(=O)-O-Gruppe am Carbonylkohlenstoffatom mit einem Kohlenstoffcyklus verknüpft ist.
  6. Zusammensetzung gemäß zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zur Veresterung der aliphatischen polycyclischen Carbonsäuren eingesetzten Alkohole Polyole sind, die 2 bis 8 Hydroxy-Gruppen und zwei bis 12 Kohlenstoffatomen aufweisen, vorzugsweise 3 bis 6 Hydroxy-Gruppen und drei bis 12 Kohlenstoffatome.
  7. Zusammensetzung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenwasserstoffe zu größer 10 Gew.-%, vorzugsweise zu größer 60 Gew.-% und insbesondere zu größer 80 Gew.-% n-Alkane sind.
  8. Zusammensetzung gemäß zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (b.2) als Säuregruppen Abietinsäure, Neoabietinsäure, Lävopimarsäure, Pimarsäure, Palustrinsäure, Abietinsäure und/oder Pimarinsäure bzw. durch Hydrieren der Doppelbindung zugängliche Derivate aufweisen.
  9. Zusammensetzung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aliphatischen Kohlenwasserstoffe langkettige, gesättigte Kohlenwasserstoffe, Fischer-Tropsch-Wachse, Polyolefinwachse und/oder aus Erdöl gewonnene Paraffinwachse sind.
  10. Zusammensetzung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydrophobierungsmittel in Mischung Wachsfeststoffe mit einem Erstarrungspunkt von größer 35 bis 150°C, insbesondere 40 bis 100°C, sind.
  11. Zusammensetzung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponente (b.2) im Mittel mehr als 20 Kohlenstoffatome aufweist.
  12. Zusammensetzung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung weiterhin Emulgatoren enthält, vorzugsweise anionische Emulgatoren auf Basis von Fettsäuren oder verseiften Fettsäuren.
  13. Zusammensetzung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lignocellulosen in Form von Fasern, Spänen und/oder Strands, insbesondere Holzfasern, Holzspänen und/oder Holzstrands vorliegen.
  14. Verfahren zur Hydrophobierung von Lignocellulosen umfassend zumindest die Schritte • in Kontaktbringen der Lignocellulosen mit dem Hydrophobierungsmittel gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche enthaltend die Komponenten (b.1) und (b.2) und • Verpressen der hydrophobierten Lignocellulosen zu einem Werkstoff, insbesondere einem Holzwerkstoff.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Lignocellulosen in Form von Fasern, Spänen und/oder Strands, insbesondere Holzfasern, Holzspänen und/oder Holzstrands vorliegen.
  16. Verfahren gemäß Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass das in Kontakt bringen mit dem Hydrophobiermittel in Form einer oder mehrerer Wachsdispersionen aufweisend als kontinuierliche Phase jeweils Wasser und enthaltend die Komponenten (b.1) und/oder (b.2) in Form von Wachsfeststoffteilchen erfolgt, vorzugsweise in Form einer Wachsdispersionen enthaltend die Komponenten (b.1) und (b.2).
  17. Verfahren gemäß Anspruche 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Wachsfeststoffteilchen in der kontinuierlichen Phase mittlere Teilchendurchmesser von 10 nm bis kleiner 10 μm, insbesondere 100 nm bis 3 μm, haben.
  18. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass in Wachsdispersion größer 0,1 bis kleiner 6 Gew.-% Emulgator enthalten ist.
  19. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Wachsdispersion aufweist: • von kleiner 70 Gew.-% bis 30 Gew.-%, vorzugsweise von 40 bis 60 Gew.-%, Wasser, • von größer 0,5 bis 10 Gew.-% , vorzugsweise von 1 bis 4 Gew.-%, zumindest einen Emulgator und • von größer 20 bis 80 Gew.-% , vorzugsweise von 40 bis 60 Gew.-%, Wachse bildend die disperse Phase (Wachsphase), wobei die Wachse • zu 99 bis 75 Gew.-%, vorzugsweise von 95 bis 85 Gew.-%, bezogen auf die Wachsphase, Komponete (b.1) umfassen und • zu 1 Gew.-% bis zu 25 Gew.-%, vorzugsweise von 5 bis 15 Gew.-%, bezogen auf die Wachsphase, Komponete (b.2) umfassen.
  20. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktieren der Fasern, Späne oder Strands in Wasser eingebracht bzw. aufgeschlämmt mit der Wachsdispersion erfolgt oder die Wachsdispersion zur Anlagerung auf die Fasern, Späne oder Strands aufgesprüht wird.
  21. Verfahren gemäß Anspruch 13, wobei das in Kontakt bringen mit dem Hydrophobiermittel in Form einer auf über 35°C erhitzten Schmelze der Komponenten (b.1) und (b.2) erfolgt, vorzugsweise durch Aufsprühen der Schmelze.
  22. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoffe mitteldichte Faserplatten, hochdichte Faserplatten (HDF), OSB (Oriented Strand Boards) oder Spanplatten sind.
  23. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoffe hochdichte Faserplatten (HDF) sind und als Trägerplatten in Laminatfußböden eingesetzt werden.
  24. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Lignocellulosen aus Laubholz erhältlich sind oder umfassen.
  25. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 13 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf das Trockengewicht der Lignocellulosen 0,1 bis 5 Gew.-%, insbesondere 0,5 bis 3,5 Gew.-%, der Komponenten (b.1) und (b.2) in Summe eingebracht sind.
  26. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 13 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoffe enthaltend Fasern, Späne und/oder Strands mitteldichte Faserplatten, hochdichte Faserplatten, OSB (Oriented Strand Boards) oder Spanplatten sind.
  27. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 13 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren vor dem Verpressen noch den Schritt des Trocknens der hydrophobierten Lignocellulosen umfasst.
  28. Hydrophobierte Werkstoffe, insbesondere Holzwerkstoffe, herstellbar nach dem Verfahren gemäß zumindest einem der 13 bis 27.
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