DE19827179A1 - Verfahren zur Erhöhung der Reaktivität von Tanninlösungen - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Erhöhung der Reaktivität von Tanninlösungen gegenüber Formaldehyd durch Extraktion mit harnstoffhaltigen wäßrigen Lösungen beschrieben.

Description

Für die Herstellung von Holzwerkstoffen können neben den konventionellen Bindemitteln wie Harnstofformaldehydharzen, Phenolformaldehydharzen und Diisocyanaten auch Extrakte bestimmter Rinden- und Holzarten, die unter dem Sammelbegriff "Tannine" zusammengefaßt sind, eingesetzt werden.

Die Extraktion der Tannine aus den Hölzern und Rinden erfolgt hauptsächlich durch Heißwasser bei Temperaturen zwischen 70°C und 140°C, vorzugsweise zwischen 100°C und 130°C. Die Extraktmenge hängt von den Extraktionsbedingungen sowie auch von dem Rohmaterial ab, das extrahiert wird. Beispielsweise können aus der Mimosarinde etwa 30% der Extraktstoffe bei Temperaturen um 110°C gewonnen werden, während aus der Rinde der Kiefer gemäßigter Zonen (z. B. Pinus sylvestris) unter den selben Bedingungen nur noch ca. 10% Extraktstoffe gewonnen werden. Insofern hängt die Ausbeute sowohl von den Extraktionsbedingungen als auch von dem eingesetzten Rohmaterial ab (vgl. hierzu Dix und Marutzky 1983). Es wurde auch vorgeschlagen, bei der Extraktion Alkali, Alkalisulfite oder Sulfite einzusetzen (Gray und Crosby 1957, Herrick und Bock 1958, Gray und Steinberg 1960, Jenkin 1982, Woo 1982).

Die Idee, Klebstoffe auf Basis von Tanninformaldehydharzen zu entwickeln, liegt mehr als vierzig Jahre zurück (Dalton 1950, 1953, Narayanamurti 1957, 1958, Plomley und Mitarbeiter 1957, 1964). Diese obenerwähnten Arbeiten bildeten die Grundlage für die Verwendung von Tanninformaldehydharzen als Bindemittel in Holzwerkstoffen. Danach können Extraktstoffe bestimmter Rinden und Hölzer mit Formaldehyd kondensiert werden. Die nach der Kondensation zu erhaltenden Tanninformaldehyd-Polymerisate können für die Herstellung von Holzwerkstoffen als Bindemittel eingesetzt werden. Basierend hierauf konnten einzelne Betriebe an verschiedenen Stellen der Welt Sperrholz, Spanplatten und Faserplatten produzieren, die Tanninformaldehydharze im Bindemittelsystem enthalten.

Die als Bindemittel für Holzwerkstoffe geeigneten Tannine sind die kondensierten Tannine, die hauptsächlich aus Quebrachoholz (Argentinien, Paraguay, Bolivien) und Mimosarinde (Südafrika, Brasilien) hergestellt werden. In Chile werden seit einigen Jahren Tannine aus der Rinde von Pinus radiata gewonnen. Geringe Mengen an kondensierten Tanninen werden aus Mangrovenrinde und aus Pecan-Nuß hergestellt. Hydrolysierbare Tannine, die z. B. aus Kastanien- und Eichenholz extrahiert werden, sind für die Herstellung von Bindemitteln nach dem bisherigen Kenntnisstand nicht geeignet. In der Bundesrepublik Deutschland werden Tannine als Bindemittel für die Herstellung von Span- und mitteldichten Faserplatten (MDF) eingesetzt; hierfür werden die Tannine aus Hölzern und Rinden tropischer und subtropischer Baumarten bezogen.

Für die Herstellung von Bindemitteln aus Tanninharzen spielt die Reaktivität der gewonnenen Extrakte gegenüber Formaldehyd als Vernetzungsmittel eine entscheidende Rolle. Der Gehalt an gegenüber dem Formaldehyd reaktiven Polyphenolen hängt ebenfalls vom Rohmaterial sowie von den Extraktionsbedingungen ab. Die Reaktivität der Tanninlösungen gegenüber dem Formaldehyd wird in der Regel durch Bestimmung der sogenannten "Stiasny-Zahl" ermittelt. Die Stiasny-Zahl ist ein Maß für den Extraktanteil, der durch Vernetzung mit Formaldehyd aus der Extraktstofflösung ausscheidet (vgl. Prasetya und Roffael 1991). Extraktlösungen, die eine hohe Reaktivität gegenüber Formaldehyd bzw. eine hohe Stiasny- Zahl aufweisen, gelten als besonders geeignet für der Herstellung von Holzwerkstoffen.

Da die Reaktivität der Extrakte gegenüber Formaldehyd ein wichtiges Kriterium für die Eignung der Extrakte als Bindemittel darstellt, war es die Aufgabe dieser Erfindung, eine einfache Methode zu finden, um die Reaktivität der Extraktstoffe gegenüber Formaldehyd zu erhöhen. Es wurde nun überraschend gefunden, daß die Reaktivität der Extraktstoffe gegenüber Formaldehyd wesentlich erhöht wird, wenn man die Extraktion statt mit Wasser mit verdünnter Harnstofflösung vornimmt. Die Extraktion mit Harnstofflösung kann auch mit der Zugabe von verschiedenen Stoffen wie NaOH, Ammoniak, Natriumsulfit usw. kombiniert werden. Das folgende Beispiel soll die Erfindung verdeutlichen, ohne sie einzuschränken.

Fichtenrinde wurde zum einen mit Wasser bei 90°C und 130°C und zum anderen mit verdünnter Harnstofflösung, die eine Harnstoffmenge von 2% (Feststoff/atro Rinde) enthielt, extrahiert. Das Flottenverhältnis Extraktlösung:Rinde betrug 10 : 1. In dem Extrakt wurde die Ausbeute und die Reaktivität der Extraktlösung nach der von Stiasny entwickelten Methode (Stiasny-Zahl) bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 zusammengestellt.

Tabelle 1

Aus den tabellierten Angaben wird deutlich, daß bei vergleichbaren Extraktionsbedingungen die Extraktion mit harnstoffhaltigen Lösungen stets den Vorteil der höheren Reaktivität gegenüber dem Formaldehyd besitzt als die wäßrigen Extraktlösungen, die keinen Harnstoff enthalten. Selbstverständlich können die Tanninlösungen, die Harnstoff in der Extraktionsflüssigkeit enthalten, als Bindemittel verwendet werden.

Literaturverzeichnis

Dalton, L.K. 1950: Tanninformaldehyde resin as Adhesive for Wood.
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Dalton, L.K. 1953: Resins from Sulphited Tannins as Adhesives for Wood.
Australian Journal of Applied Science 4, 136-145
Dix, B. und Marutzky, R. 1983: Untersuchungen zur Gewinnung von Polyphenolen aus Nadelholzrinden. Holz als Roh- und Werkstoff 41, 45-50
Gray, K.R. und Crosby, H.L. 1957: Bark treatment process and product.
U.S.-Patent 2 782 241
Gray, K.R. und Steinberg, J.C. 1960: Alkali bark derivative.
U.S.-Patent 2 938 893
Herrick, F.W. und Bock, L.H. 1958: Thermosetting, exterior-plywood type adhesives from bark extracts. Forest Products Journal 8 (10), 269-274
Jenkin, D.J. 1982: Adhesives from Pinus radiata bark extractives.
Presentation at International Symposium on Adhesion and Adhesives for Structural Materials Washington State University, Pullman/USA
Narayanamurti, D. und Rao, P.R. 1957: Plywood Adhesives from Mangrove Barks.
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Narayanamurti, D. und Das, N.R. 1958: Tannin-Formaldehyd-Kleber.
Kunststoffe 48, Nr. 10, S. 459-462
Plomley, K.F., Gottstein, I.W. und Hillis, W.E. 1957: Tarnin-Formaldehyde Adhesives.
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Plomley, K.F., Gottstein, I.W. und Hillis, W.E. 1964: Tannin-Formaldehyde Adhesives for Wood. 1. Australian Journal of Applied Science 15, 171-182
Prasetya, B. und Roffael, E. 1991: Neuartige Charakterisierung von natürlichen Polyphenolen hinsichtlich ihrer Vernetzbarkeit. Holz als Roh- und Werkstoff 48, 341-344
Woo, J.K. 1982: Bark adhesives for particleboard and plywood.
Presentation at International Symposium on Adhesion and Adhesives for Structural Materials Washington State University, Pullman/USA

Claims (6)

1. Verfahren zur Extraktion von tanninhaltigen, pflanzlichen Rohmaterialien dadurch gekennzeichnet, daß die Extraktionslösung Harnstoff enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Harnstoffmenge zwischen 1% und 5% beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Extraktlösung neben dem Harnstoff auch Ammoniak enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Extraktionslösung neben dem Harnstoff auch Natriumsulfit enthält.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 und 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Extraktion bei einer Temperatur von 130°C vorgenommen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, und 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Extraktion bei einer Temperatur von 70°C vorgenommen wird.