DE19530894A1

DE19530894A1 - Holzschutzmittel aus pflanzlichen Rohstoffen und Verfahren zu seiner Herstellung

Info

Publication number: DE19530894A1
Application number: DE1995130894
Authority: DE
Inventors: Hans Joachim Dr Ing Mueller
Original assignee: WAIDMUELLER GmbH
Current assignee: WAIDMUELLER GmbH
Priority date: 1995-08-14
Filing date: 1995-08-14
Publication date: 1997-02-20

Description

Die Erfindung betrifft ein ökologisch verträgliches Holzschutzmittel auf Natur basis mit hoher fungizider und insektizider Wirkung für die Anwendung bei der Konservierung und Imprägnierung von Holzteilen und Holzfolgeprodukten, der konservierenden Werterhaltung und Rekonstruktion von alten Holzteilen sowie als Zusatz zu Lasuren und Anstrichfarben.

Holzschutzmittel stellen vorwiegend toxische stark gesundheitsschädliche biozide synthetische Produkte auf der Basis organischer Verbindungen dar, deren Anwendung entsprechend der Giftigkeit der bioziden Wirkstoffe für die Umwelt nur unter besonderen Vorsichtsmaßnahmen erfolgen darf. Holzschutzmittel auf der Basis pflanzlicher Rohstoffe mit breitem Wirkungs spektrum sind bisher nicht bekannt. Aus der DE 41 09 473 ist die Herstellung eines insektizid wirkenden Mittels aus den Samen des Neembaumes bekannt. In DE 34 36 859 wird ein Insektizid aus Pfefferextrakt beschrieben. In DD 2 32 060 wird die Herstellung von Anstrichfarben aus Waldabfällen vorgeschlagen, die jedoch keine ausreichende fungizide Wirkung besitzen.

Es bestand deshalb die Aufgabe, auf der Basis pflanzlicher Rohstoffe ein ökologisch verträgliches, gesundheitsunschädliches Naturprodukt mit hoher Holzschutzwirkung zu entwickeln, das bei seiner Herstellung und Anwendung ökologischen Erfordernissen besser gerecht wird und entsprechend den Anwendungsbedingungen variabel dosierbar und für die Holzbehandlung auch von Holzfolgeprodukten sowie für die Restauration gut geeignet ist. Bei den Versuchen mit Holzschutzmitteln auf der Basis verarbeiteter Färber pflanzen wurde überraschend gefunden, daß die die fungizide und insektizide Wirkung verursachenden stofflichen Komponenten in bisher nicht bekanntem Umfang herausgelöst und angereichert werden können und damit der für Holzschutzmittel erforderliche Wirkungsgrad erreicht werden kann. Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale gelöst. Das Holzschutzmittel enthält einen Extrakt, der durch fermentativen Aufschluß der Blatt- und Stengelmasse von Färberpflanzen, insbesondere von Isatis tinctoria, Polygonum tinctorium, Rubia tinctorum und Reseda luteola erhalten worden ist. Das Holzschutzmittel, dessen fungizid und insektizid wirkende Inhaltsstoffe pflanzlichen Ursprungs sind, zeichnet sich auf Grund seiner natur stofflichen Basis durch eine verbesserte ökologische Verträglichkeit aus.

Bei dem Verfahren zur Herstellung des Holzschutzmittels wird zunächst das frische Pflanzenmaterial (Blatt, Stengel) zerkleinert und im Anschluß daran einer fermentativen Umsetzung unterzogen, bei der durch mikrobielle , enzymatische und hydrolytische Vorgänge eine Freisetzung der fungizid und insektizid wirkenden Inhaltsstoffe erfolgt.

Im einzelnen enthält das Verfahren nachfolgend aufgeführte Verfahrensschritte:

1. Zerkleinerung des Pflanzenmaterials mit gegebenenfalls vorangegangenem Waschen,
2. Fermentation (Gärung, Silierung) des zerkleinerten Pflanzenmaterials,
3. Gewinnung des Rohextraktes durch Fest-Flüssig-Trennung des Fermen tationsproduktes,
4. Extraktgrundreinigung durch Flockung/Klärungsfällung und anschließende Fest-Flüssig-Trennung/Separation,
5. Anwendungsspezifische Extraktreinigung, vorzugsweise durch Aktivkohle, Ionenaustausch oder Membranverfahren,
6. Gewinnung des Wirkstoffkonzentrates durch Aufkonzentrierung bis zur kristallinen Form.

Gemäß der Erfindung wird das geerntet Pflanzenmaterial möglichst in frischem Zustand verarbeitet. Bei Verschmutzung findet zunächst eine Blattwäsche statt. Danach wird das Pflanzenmaterial gehäckselt. Der Fermentationsprozeß des zerkleinerten Pflanzenmaterials zur Gewinnung des Extraktrohproduktes ist sowohl mit pflanzeneigenem mikrobiellen Besatz als auch mit mikrobiellen Starterkulturen realisierbar. Gemäß dem dritten Verfahrensschritt erfolgt die Trennung des Wirkstoff extraktes von der im Laufe des Fermentationsprozesses hydrolisierten mus artigen Struktur des Pflanzenmaterials durch bekannte Pressensysteme für grob strukturierte Stoffsysteme in diskontinuierlicher und kontinuierlicher Arbeits weise. Das auf diese Art gewonnene Fermentationsprodukt enthält neben den wünschenswerten Inhaltsstoffen insbesondere Begleitstoffe, noch nicht abge trennte feindisperse Pflanzenbestandteile und Biomasse, die die Extraktqualität und Lagerstabilität negativ beeinflussen. Im Ergebnis des Verfahrensschrittes 4 wird ein gut lagerfähiges Rohprodukt erhalten. Dazu wird das flüssige Fermentationsprodukt zur Ausflockung uner wünschter Begleitstoffe, restlicher Feststoffanteile und Biomasse bei basischem pH-Shift durch Zugabe von vorzugsweise NaOH, Soda, Kalk, auf einen pH-Wert im Bereich von pH 8,8-9,0 eingestellt. Nach einer Phase intensiver Durch mischung kommen für die Abtrennung der ausgeflockten Bestandteile Verfahren der Sedimentation, Filtration und Separation in Frage, wobei vorzugsweise die Separation zur Herstellung des Wirkstoffrohproduktes angewendet werden sollte. Gemäß Anspruch 3 und Verfahrensschritt 2 werden die Pflanzentelle (Blatt, Stengel) in zerkleinerter, frischer, aber auch möglich in frischer, unzerkleinerter bzw. getrockneter Form verarbeitet und zur Gewinnung der Wirkstoffe vorzugs weise einem fermentativen Aufschluß unterworfen. Ebenfalls auf diesem Weg verarbeitbar ist Pflanzenmaterial, aus dem in einer dem Grundverfahren vorge schalteten Prozeßstufe durch wäßrige Extraktion Inhaltsstoffe für die Naturfarb stoffherstellung entzogen sind.

Vorrangig werden frische, gehäckselte Pflanzenteile fermentativ aufgeschlossen. Erfindungsgemäß werden bei der Realisierung der Fermentation im diskontinuier lichen Betrieb 3 mögliche Wege beschritten und angewandt:

- Fermentation im BATCH-Betrieb (Standkultur-Wannengärung)
- teilsubmerse Fermentation im Behälter mit zyklischer Bewegung
- Silierung als stapelbarer fermentativer Aufschluß für Zeiten von Erntespitzen und zur Gewährleistung einer kontinuierlichen Produktion.

Der für das Verfahren charakteristische fermentative Aufschlußprozeß ist dadurch gekennzeichnet, daß in der 1. Phase das Mikroorganismenwachstum dominiert, der pH-Verlauf ein Minimum im aciden Bereich erreicht und in der 2. Phase der Anstieg des pH in den basischen Bereich die Hydrolyse und Anreich erung der Fermentationsprodukte abschließt. Bei der teilsubmersen Fermentation im Behälter wird durch eine zyklische Bewegung der Pflanzenbestandteile und Mikroorganismen in begrenzt wäßrigem System ein intensiverer und beschleunigter Prozeßablauf gewährleistet.

Aufschlußgrad der pflanzlichen Rohstoffe sowie Zusammensetzung, Art und Konzentration der Inhaltsstoffe sind mit den physikochemischen Stoffkenn größen pH und λ beschreibbar. Während bei dem Prozeß der Farbstoff-Extraktion (Indigo) die Inhaltsstoffe im unteren λ -Niveau bei λ < 2,0 mS/cm liegen, werden bei dem fermentativen Aufschluß fungizide Pflanzeninhaltsstoffe wirksam, die im λ -Bereich λ=30-45 mS/cm liegen.

Die Lösung der Aufgabe der Herstellung eines hochaktiven Wirkstoffkonzen trates mit vervielfachter Grundwirkung und einer unbegrenzten Lagerstabilität erfordert die Anreicherung der fungiziden Inhaltsstoffe. Zu diesem Zweck wird das nach den Verfahrensstufen 1-4 hergestellte Rohprodukt aufkonzentriert, vorzugsweise durch produktschonende thermische Einengung im Vakuumbetrieb. Versuche zur Herstellung eines Produktes auf Basis des Färberwaid (Isatis tinctoria) erfolgten mit Rohextraktchargen λ = 35-42 mS/cm, pH < 7,5. Die aufkonzentrierten Lösungen ergaben bei Eindampfverhältnissen < 3 Konzen trationen von λ < 100 mS/cm. Anzustreben sind Aufkonzentrierungen auf mindestens 100 mS/cm bei Eindampftemperaturen von < 60°C, wobei sich die pH-Werte der Konzentrate unwesentlich verändern. Der so erhaltene flüssige Wirkstoff kann entweder unmittelbar verarbeitet werden, ist aber auch variabel verdünnbar einzusetzen. Eine weitere Aufkon zentrierung bis zur kristallinen Form ist möglich. Für die Holzschutzwirkung verantwortlich zeichnen die für Isatis tinctoria beschriebenen Inhaltsstoffe

- Tryptanthrin,
- indol-3-acetonitril,
- p-Cumarsäuremethyiester.

Nachgewiesen werden konnte die Wirksamkeit des Mittels im Bereich des Holzschutzes an geeigneten Testsystemen, bei denen mittels

- Termitentest,
- Hausbockkäfer (Larven)
- Blattläuse und
- holzzerstörender Pilze

die insektiziden und fungiziden Eigenschaften beschrieben wurden.

Die Wirksamkeit der Mittel im Bereich des Holzschutzes erstreckt sich auf die Wirkung gegen insbesondere Insekten(Hausbockkäfer, Nagekäfer, Termiten) und Pilze (Schimmelpilze, Bläuepilze, holzzerstörende Basidiomyzeten). Entsprechend der Prüfvorschriften der Wirksamkeit gegenüber holzzerstörenden Pilzen, die auf Agar gezüchtet werden (DIN EN 11 3), wurden mit 4 Prüfpilzen

- Merullus lacrimans,
- Coniophora puteana,
- Trametes versicolor,
- Gleophylium trabeum

Screening-Versuche in Petrischalen durchgeführt und eine ausgeprägte Hemm wirkung in Abhängigkeit von der Wirkstoffkonzentration, insbesondere bei den Pilzen,

- Merulius lacrimans und
- Conlophora puteana

nachgewiesen.

Die Testung verschiedener Wirkstoffprodukte von Färberpflanzen in weiteren Screening-Versuchen auf Petrischalen mit auf dem Agar aufgelegten Holzklötzchen sind in nachfolgender Tabelle wiedergegeben.

Die für die verschiedenen Wirkstoffprodukte stark differierenden Ergebnisse im Fungizidtest weisen auf den unterschiedlichen Gehalt an Wirksubstanz in den Proben hin. Als Maß für Art und Menge der in Lösung befindlichen fungiziden Inhaltsstoffe konnte die physikochemische Stoffkenngröße λ ermittelt werden. Eine Korrela tion zwischen fungizider Wirkung und der Stoffkenngröße ist nachgewiesen.

Claims

1. Holzschutzmittel aus pflanzlichen Rohstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß es Extrakte aus Pflanzenteilen, vorrangig von Färberpflanzen enthält.

2. Holzschutzmittel aus pflanzlichen Rohstoffen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß es Extrakte aus
Isatis tinctoria,
Polygonum tinctorium,
Rubia tinctorum,
Reseda Iuteola
enthält, die durch Verarbeitung der Blatt- und Stengelmasse erhalten worden sind.

3. Holzschutzmittel aus pflanzlichen Rohstoffen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es Extrakte enthält, die durch fermentativen Aufschluß des pflanzlichen Rohstoffes erhalten worden sind.

4. Verfahren zur Herstellung eines Holzschutzmittels mit vorzugsweise insektizider und fungizider Wirkung, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte:

a) Zerkleinerung des Pflanzenmaterials mit gegebenenfalls vorangegangenem Waschen,
b) Fermentation des zerkleinerten Pflanzenmaterials,
c) Gewinnung des Rohextraktes durch Fest-Flüssig-Trennung des Fermentationsproduktes
d) Extraktreinigung(Grundreinigung), insbesondere durch Klärungsfällung/Flockung und anschließender Separation.

5. Verfahren zur Herstellung eines hochaktiven Wirkstoffkonzentrates mit vervielfachter fungizider Grundwirkung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß der Rohextrakt vorzugsweise durch thermische Einengung aufkonzentriert wird.

6. Verwendung der physikochemischen Stoffkenngröße λ (elektrische Leitfähigkeit) für die quantitative Bestimmung der in Lösung befindlichen fungizid und insektizid wirkenden Inhaltsstoffe.