DE2221353C3

DE2221353C3 - Verfahren zur Herstellung von Holzwerkstoffen und mit Kunststoff beschichteten Platten und zur Verklebung von Holzwerkstoffen und Kunststoffen

Info

Publication number: DE2221353C3
Application number: DE2221353A
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Dr. Werner 7500 Karlsruhe Clad; Dipl.-Chem. Dr. Ashad Razvi
Original assignee: HELMITIN-WERKE CHEMISCHE FABRIK HEINICKE KG 6780 PIRMASENS DE
Current assignee: HELMITIN-WERKE CHEMISCHE FABRIK HEINICKE KG 6780 PIRMASENS DE
Priority date: 1972-05-02
Filing date: 1972-05-02
Publication date: 1981-03-19
Also published as: CA984103A; DE2221353A1; DE2221353B2; FR2183176A1; AT323865B; FR2183176B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Holzwerkstoffen und mit Kunststoff beschichteten Platten und zur Verklebung von Holzwerkstoffen und Kunststoffen mit Hilfe eines Bindemittels bzw. Klebemittels auf der Basis von Zellstoffablauge.

Seit mehreren Jahrzehnten sind vorzugsweise härtbare Kunstharze al» Bindemittel bzw. Klebemittel für Holzwerkstoffe sowie zur Verleimung von Holz in Gebrauch, die sich gut bewährt haben. Da es sich insbesondere bei der Spanplattenfertigung um ganz erhebliche Mengen von Kunstharz handelt, deren Koste;! sowohl unter privatwirtschaftlichen als auch volkswirtschaftlichen Aspekten einen beträchtlichen Ausgabenposten darstellen, hat es nicht an Versuchen gefehlt, auf kostengünstigere Bindemittel auszuweichen. Dabei wurden u. a. auch Sulfitablauge und Sulfatablauge aus der Zellstoffgewinnung als Ausgangsmaterial zur Herstellung von Binde- bzw. Klebemitteln in Erwägung gezogen, von denen wegen ihres hohen Ligningehaltes eine gewisse Eignung als Basis für Holzklebemittel angenommen werden konnte.

Bei bisherigen Versuchen mit Zcllstoffablaugen als Bindemittel zur Herstellung von Spanplatten zeigte sich, daß die erhaltenen Erzeugnisse nur dann ausreichende Festigkeiten aufwiesen, wenn bei ihrer Herstellung hohe Preßtemperaturen (über 200° C) und

lange Preßzeiten (über 1,5 Minuten pro Millimeter Plattendicke) angewendet wurden (E. Roffael und W. Rauch, Holzforschung 25, [1971], S. 112).

Sie besaßen Rohdichten von etwa 0,8 g/cm³ und zerfielen meistens bei Einwirkung von Feuchtigkeit. Eine geringere Feuchtigkeitsempfindlichkeit besaßen Platten, die einer Nacbtemperatur bei 200° C unterzogen wurden (GB-PS 9 93 693 [1962]). Durch Zumischen von Aminoplast-Kondensation konnten die Preßzeiten, die Rohdichte und die Dickenquellung der Platten gesenkt werden (DE-AS 12 23 534), wobei jedoch als Kondensationsmittel Schwefelsäure zugegeben werden mußte. Neuerdings ergaben Spanplatten, die als Bindemittel neben Sulfitablauge 10-14% Phenolharz des Typs »Novolack« enthielten, gute Festigkeitswerte (E. Roffael und W. Rauch, Holzforschung 25, [1971], S. 149). Auch hier betrugen die Preßtemperaturen noch 220-250° C, aid die Rohdichten der Platten lagen mit etwa 0,8 g/cm^J verhältnismäßig hoch. Schließlich ist auch Sulfitablauge mit Zusätzen von Salzen des sechswertigen Chroms als Kit zum Aufkleben von Gehbelägen vorgeschlagen worden (GM-PS 9 75 049 und 9 77 363).

Bei der Herstellung von Hol/werkstoffen und mit Kunststoff beschichtete Platten und bei der Verklebung von Holzwerkstoffen und Kunststoffen mit Hilfe eines Bindemittels bzw. Klebemittels auf der Basis von Zellstoffablauge kommt es darauf an, den wesentlichen Bestandteil dieser Ablaugen, das Lignin, durch Vernetzung in einen wasserunlöslichen Zustand überzuführen. In den voranstehend beschriebenen Verfahren zur Herstellung von Spanplatten erfolgte die Vernetzung des Lignins durch Kondensationsreaktionen (H. Nimz, Holzforschung 23, [1969, S. 84]), die hohen Temperaturen, lange Preßzeiten, thermische Nachbehandlung sowie Zusätze von Säuren und Amino- oder Phenoplasten erforderten.

Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Holzwerkstoffen etc. der eingangs erwähnten Art vorzuschlagen, das es gestattet, auf die Anwendung hoher Temperaturen, langer Preßzeiten, thermischer Nachbehandlungen sowie auf die Anwendung von Säuren und Amino- oder Phenoplasten zu verzichten. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß

a) Zellstoffablauge aus Sulfit- bzw. Sulfat-Zellstoffherstellung.

b) eine Redox-Komponente und

c) ein Oxydationsmittel

miteinander gemischt werden und dieses durch die Mischung entstehende Bindemittel bzw. Klebemittel, gegebenenf slMs unter Einwirkung von Wärme, der Erhärtung überlassen wird. Die Erhärtung des angegebenen Bindemittels erfolgt durch radikalische Vernetzung infolge oxydativer Kupplung der Ligninsubstanzen der Zellstoffablauge, wodurch sich da» erfindungsgemäßc Verfahren von mit Bindemitteln auf ähnlicher Basis arbeitenden Verfahren in mehrfacher Hinsicht vorteilhaft auszeichnet.

Die Vernetzung setzt bereits bei Raumtemperatur oder etwas darunter ein, und eine zusätzliche Beheizung ist nicht notwendig, es sei denn zur Beschleunigung der Aushärtung. Ohne Schwierigkeiten können Platten mit relativ geringer Rohdichte, das bedeutet also ohne Aufwendung höherer Drücke, hergestellt werden. Beide Umstände haben eine beträchtliche Einsparung an Energie und Material kosten zur Folge.

Zusätze von Aminoplasten oder Phenolplasten sind überflüssig. Bemerkenswert ist, daß bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens chemische Bindungen zwischen Holz und Bindemittel eintreten, die zur Verfestigung und Homogenisierung der Verbundkörper bzw. der Leimfugen beitragen. Im Gegensatz zur Herstellung von Spanplatten auf der Basis von Aminoplasten und Phenolplasten fällt jegliche Geruchsbelästigung, insbesondere die durch Formaldehyd, fort. Durch die niedrigen Preßtemperaturen wird die Dampfentwicklung beim Verpressen vermieden. Schließlich verdient Erwähnung, daß das erfindungsgemäße Verfahren durch die Bereitstellung eines Bindemittels auf der Basis eines Abfallproduktes der Zellstoffgewinnung in der einschlägigen Industrie nicht nur ein kostengünstiges Hilfsmittel zur Verfügung stellt, sondern auch durch die Wiederverwendung eines schädlichen industriellen Nebenproduktes einen ansehnlichen Beitrag zur Reinhaltung der Umwelt, insbesondre der Gewässer leistet.

In der praktischen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Bindemittelkomposition als Zweistoffsystem zur Verwendung gelangen, indem ein Gemisch von a) Zellstoffablauge und b) einer Redox-Komponente einerseits und c) ein Oxydationsmittel andererseits unmittelbar vor Gebrauch vermischt wird. Durch diese Maßnahme wird die Lagerhaltung und Anwendung des Bindemittels bzw. Klebemittels vereinfacht.

Vorzugsweise gelangen Sulfitablaugen bzw. Sulfatablaugen mit einem Feststoffgehalt von 40 bis 60 Gew.-% zur /erwendung, die gegebenenfalls vorher durch Eindickung arfkonzc vtriert worden sind.

Als Redox-Komponente können anstelle oder neben Kaliumferricyanid Salze und t ~j/. oder Komplexsalze von in mehreren Wertigkeitsstufen auftretenden Schwermetallen, wie solche von Eisen, Kupfer, Chrom, Blei, Kobalt, Mangan, Zinn verwendet werden; ferner können auch andere Redoxsubstanzen wie Natriumhydrosulfit (Rongalit) oder Reduktone, wie Ascorbinsäure, Chinon und Enzyme, bevorzugt Peroxydasen, einzeln oder zu mehreren mitverwendet werden.

Als Oxydationsmittel können an Stelle oder neben Wasserstoffperoxyd auch andere Peroxydverbindungen, z. B. organischer Peroxysäuren, deren Salze oder Ester; organische Hydroperoxyde wie Cumolhydroperoxyd oder Butylhydroperoxyd; ferner Säureperoxyde wie Dibenzolperoxyd oder Diacetylperoxid u. dgl. verwendet werden. Schließlich können auch anorganische Peroxyde, wie Natriumperoxyd, KaIiumperoxydisulfat u. dgl. einzeln oder in Gemeinschaft mit anderen als Oxydationsmittel dienen.

Es ist im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens, daß in das zur Verwendung gelangende Bindemittel zusätzlich an sich bekannte Hydrophorbierungsmittel. Flammschutzmittel oder Schädlingsbekämpfungsmittel, insbesondere Fungizide, einzeln oder zu mehreren eingearbeitet werden können, die dazu dienen, die Holzsubstanz der mit dem Bindemittel verarbeiteten Erzeugnisse zu konservieren und gegen das Eindringen von Feuchtigkeit zu schützen.

In weiterer Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens können dem Bindemittel bitw. Klebemittel geringe Mengen von Phenolen und bzw. oder Polyalkoholen, wie Glyzerin, Mannit oder Polysaccharide zugemischt werden, wodurch in besonderen Fällen die Bindemitteleigenschaften verbessert werden können.

Bei der Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zweckmäßig die Komponenten a), b) und c) in solchen Anteilen gemischt, daß das Bindemittel bzw. Klebemittel aus 10 bis 80 Gew.-% Festsubstanz

ί der Zellstoffablauge, 1 bis 4 Gew.-% Wasserstoffperoxyd (33%) oder einer stöchiometrisch entsprechenden Menge einer anderen Peroxydverbindung und 0,1 bis 2,0 Gew.-% Kaliumferricyanid oder einer stöchiometrisch entsprechenden Menge einer anderen

Redoxsubstanz und Wasser besteht.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann angewendet werden zur Herstellung von Holzspanplatten aus Holspänen, für die Verarbeitung von Vollholz, z. B. Furnieren, zur Herstellung von Sperrholz- oder Tisch-

' · lerplatten und zur Verarbeitung aller möglichen Zellulose enthaltenden Materialien, ferner als Klebstoff zum Verbinden von Holzwerkstoffen mit Kunststoffen oder von Kunststoffen untereinander und mit anderen Materialien, z. B. für Gehbeläge auf Decken,

-Ό Kunststoffbelägen auf Holz und anderen Unterlagen. Die Preßtemperaturen und Preßzeiten orientieren sich nach den jeweils verwendeten Redox-Systeme η und können leicht durch einfache Handversuche ermittelt werden; vorzugsweise sollten die Preßtempe-

-'"> raturen zwischen 40 und 80° C liegen. Die dabei anzuwendenden Preßzeiten Hegen zwischen wenigen Sekunden und einer Minute, vorzugsweise bei etwa ein8r halben Minute.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung mögen die

in nachstehend wiedergegebenen Versuchsbeispiele dienen, in denen alle Prozentangaben als Gewichtsprozente zu verstehen sind.

Beispiel 1

r. 50 g luftfeuchte Kiefernholzspäne (etwa 7% Feuchtigkeit) wurden mit 40 g Dicklauge (etwa 50%ig, pH = 4,2), 1 cm³ einer handelsüblichen Paraffinemulsion und 300 mg Kaliumferricyanid 5 Minuten gemischt, dann mit 5 cm³ einer 33%igen Wasser-4(i stoffperoxydlösung unter Mischen bedüst und anschließend noch weitere 5 Minuten gemischt. Aus dem so erhaltenen Spankuchen wurde in einer Preßform (8x10 cm) eine Matte geformt, die 10 Minuten bei 70° C und einem Anfangsdruck von 20 at/cm² auf Di-4, stanzleisten zu einer 18 mm dicken Platte gepreßt wurde.

Die Prüfung der Platte (Einschichtplatte) nach DIN 52360-52365 ergab folgende Kenndaten:

Rohdichte: 0,55 g/cm'
Vi Querzugfestigkeit: 6,2 kp/cm²

Dickenquellung nach 2stdg. Wasserlagerung:

4,8%

Dickenquellung nach 24stdg. Wasserlagerung:

15,8%

Beispiel 2

Aus 1200 g vorgetrockneten Kiefernholspänen (etwa 3,5% Feuchtigkeit), 600 g Dicklauge (etwa 50%ig), 5 g Kaliumferricyanid und 100 cm' Wasserbo stoffperoxyd (33%ige) wurde unter den in Beispiel 1 genannten Bedingungen eine Dreischichtplatte mit den Maßen 400 X 400 X 16 mm hergestellt, die die folgenden Kenndaten besaß:
Rohdichte: 0,559 g/cm³
(,5 Querzugfestigkeit: 8,1 kp/cm²

Biegefestigkeit: 247 kp/cm²
Dickenquellung nach 2stdg. Wasserlagerung: 9,8%

Dtckenquellung nach 24stdg. Wasserlagerung:

17,5%

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist zur Erleichterung der Handhabung vorgesehen, daß die Sulfit- bzw. Sulfatablauge mit der Redoxkomponente auf Vorrat gemischt und als Zweistoff gemisch unter Luftabschluß auf Lager gehalten wird, dem erst kurz vor Uebraucb das Oxydationsmittel zugemischt wird. Bei dieser Anwendungsform können auch etwaige vorgesehene Zusätze, wie Hydrophobierungsmittel, Flammschutzmittel und SchMingsbekärapfungsmittel, sowie auch die Zusätze zur Verbesserung der Bindemitteleigenschaften dem Zweistoffgemisch aus Sulfit- (Sulfat-)ablauge und Redoxkomponente zugemischt und in dieser Weise auf Lager gebalten werden. Bei dieser Anwendungsweise ist also in allen Fällen nur noch das Oxydationsmittel vor Gebrauch beizumischen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Holzwerkstoffen und mit Kunststoff beschichtete Platten und zur Verklebung von Holzwerkstoffen und Kunststoffen mit Höfe eines Bindemittels bzw. Klebemittels auf Basis Zellstoffablauge, dadurch gekennzeichnet, daß man

a) Zellstoffablauge aus der Sulfit- bzw. Sulfat-Zellstoffherstellung,

b) eine Redoxkomponente, und

c) ein Oxydationsmittel

mischt und dieses Bindemittel bzw. Klebemittel nach dem Aufbringen bzw. Einbringen, gegebenenfalls unter Einwirken von Wärme erhärten läßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch von a) Zellstoffablauge und b) einer Redoxkomponente mit c) einem Oxydationsmittel vermischt sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Bindemittel bzw. Klebemittel geringe Mengen von Phenolen und/oder Polyalkoholen zugemischt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß a), b) und c) in solchen Anteilen gemischt werden, daß das Bindemittel bzw. Klebemittel aus 10 bis 80 Gew.-% Festsubstanz der Zellstoffablauge. 1 bis 4Gew.-% Wasserstoffperoxyd (33%) oder einer stöchiometrisch entsprechenden Menge einer anderen Peroxydverbindung und 0,1 bis 2,0 Gew.-% Kaliumferricyanid oder einer stöchiometrisch entsprechenden Menge einer anderen Redoxsubstanz und Wasser besteht.