DE3123999A1 - Verfahren zur verringerung der viskositaet von tanninloesung - Google Patents

Description

• Verfahren zur Verringerung der Viskosität von Tanninlösung
• Für die Herstellung von Hoizspanplatten bzw. 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 Idee, Klebstoffe auf Basis vonTanninformaldehydharzen zu entwickeln, liegt mehr als dreißig Jahre zurück (Dalton 1950, 1953, Narayanamurti 1957, 1959, 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 und Spanplatten produzieren, die Tanninformaldehydharze im Bindemittelsystem enthalten.
• Der Einsatz von Tanninformaldehydharzen als Bindemittel in Holzspanplatten setzte zögernd ein, da die mit dem Einsatz der Tanninformaldehydharze verbundenen Probleme bis jetzt mehr oder minder ungelöst blieben. Hierzu gehören die hohe Viskosität im technischen Konsistenzbereich (40...60 % Stoffdichte), die relativ kurze Topfzeit infolge der hohen Reaktivität und die Neigung, bereits vor dem Pressen in technischen Anlagen vorzuhärten. Diese Nachteile auf der einen Seite und die nahezu unbegrenzte Verfügbarkeit von wohlfeilen Bindemitteln auf Erdölbasis in der Vergangenheit auf der anderen Seite haben die Weiterentwicklung dieser Harzsysteme verhindert. Erst die Verknappung und Verteuerung der Bindemittel auf Erdöl- bzw. Erdgasbasis hat das Interesse an den Tanninen bzw. Tannlnformaldehydharzen geweckt, da es sich hier um aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnene Stoffe handelt.
• Es hat sich herausgestellt, daß die Tanninformaldehydharze im technisch relevanten Konsistenzbereich (40...60 %) eine sehr hohe Viskosität aufweisen, die ihre Verarbeitung in den üblichen Beleimungsanlagen problematisch macht. Ferner ist eine gleichmäßige Verteilung des Bindemittels beim Versprühen von Leimflotten höherer Viskositäten nicht immer gewährleistet.
• Das Ziel der vorliegenden Erfindung war es daher, ein Verfahren zur Verringerung der Viskosität von Tanninen bzw. Tanninformaldehydkondensaten bei -hoher Stoffkonsistenz zu entwickeln, ohne die Klebefähigkeit der Tannine bzw. der Tanninformaldehydharze zu beeinträchtigen. Darüber hinaus war es das Ziel, durch die Verringerung der Viskosität keine Nachteile in Kauf zu nehmen, wie z. B. eine Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften der mit den Tanninen bzw. Tanninformaldehydharzen hergestellten Holzwerkstoffe. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß bestimmte Ligninsulfonate bzw. Sulfitablaugen, die ein hohes Dispergiervermögen besitzen, in der Lage sind, die Viskosität von Tanninlösungen bzw. von Lösungen aus Tanninformaldehydharzen in bestimmten, für die Verleimung relevanten pH-Bereichen, herabzusetzen.
• In Tabelle 1 ist die Auslaufzeit einer 50-%igen Tanninlösung aus Mimosenrinde (Mimosa-Tannin), die einer handelsüblichen Sulfitablauge (50 %ig) mit der Bezeichnung Borresperse NA der Firma Borregaard und die eines Gemisches im Verhältnis 1:1 dieser beiden Lösungen aufgeführt.
• Tabelle 1 : Bezeichnung Feststoffgehalt Auslaufzeit in 4-mm-Tatichuslau f=hecher (nach DIN 53 211) bei % pH-Wert 4 Mimosa 50 2'0l'' Borresperse NA 50 14'' Mimosa + Borresperse NA 1 : 1 50 36' Aus den tabellarischen Angaben läßt sich ersehen, r1aß die Auslaufzeit der Mischung mit dem pH-Wert 4 weit niedriger liegt, als der rechnerische Mittelwert aus den Auslaufzeiten der beiden Einzelkomponenten (vgl. hierzu Tabelle 2).
• Tabelle 2: Auslaufzeit Mimosa 2 min. 01 sec.
• Auslaufzeit Borresperse NA 14 sec.
• Mittelwert aus Auflaufzeit Mimosa/Borresperse NA (rechnerisch) 1 min. 08 sec.
• Auflaufzeit Mimosa + Borresperse NA 1 : 1 36 sec.
• Mit anderen Worten: Sulfitablauge wirkt unter den angegebenen Bedingungen als "Verfldssiger" für die Tanninlösung.
• Der weitaus größte Teil der erfindungsgemäß beschriebenen Vorgehensweise liegt aber darin, daß mit Mischungen aus Sulfitablauge und Tannin bzw. Tanninformaldehydharz der geschilderten Art Holzwerkstoffe hergestellt werden können, die bis zu 30 % (bezogen auf Tannin) Sulfitablauge enthalten, ohne daß die physikalischtechnologischen Eigenschaften der hergestellten Spanplatten bzw.
• Holzwerkstoffe merklich beeinträchtigt werden. Versuche ergaben, daß Beimischungen von 10 - 20 % Sulfitablauge, bezogen auf den Tanningehalt gleicher Konzentration, die Eigenschaften der>Spanplatten auch bei der Herstellung nicht beeinträchtigen.
• Zwischen 25 % und 30 % beginnen die Preßzeit zu steigen und/oder die Festigkeitseigenschaften abzunehmen.
• Nimmt man in Kauf, daß die Preßzeit merklich länger oder die Festigkeitseigenschaften merklich ungünstiger werden, sind auch Beimischungen bis 40 % ohne weiteres möglich.
• Unterhalb von etwa 5 % Beimischung ändert sich die Viskosität der Tannine nicht merklich, oberhalb von-ca. 8 % beginnt der derzeit wirtschaftlich und verfahrenstechnisch sinnvolle Anteil von Sulfitablauge in der Leimmischung.
• Die Sulfitablauge kann durch Ligninsulfonate, auch in verunreinigter Form, ersetzt werden, ohne daß sich hierdurch die angegebenen Mischungsverhältnisse oder Eigenschaften unerwartet ändern. Die nachfolgend beschriebenen Beispiele veranschaulichen das beanspruchte Verfahren und die damit errei-chten Vorteile.
• Um die Wirksamkeit der erfindungsgemßen Maßnahmen unter Beweis zu stellen, wurden zum einen Holzspanplatten unter Anwendung von Tanninen, zum anderen von Tanninent denen Sulfitablauge ("Zewa EF" der Ligninchemie) beigegeben wurde, hergestellt. Über die mengenmäßigen Anteile an Sulfi,tablauge und Tannin in der Deck- und Mittelschicht der hergestellten Holzspanplatten gibt Tabelle 3 Aufschluß. Den Holzspänen wurde zusätzlich Harnstoff als Puffersubstanz und Formaldehydfänger zugesetzt. Als Härtungsbeschleuniger diente Ammoniumperoxodisulfat. In beiden, oben angeführten Fällen, wurde der Leimflotte Paraformaldehyd als Härtungsbeschleuniger und Harnstoff als Formaldehydfänger in den tabellarisch angeführten Mengen (Feststoff bezogen auf atro Späne) beigegeben.
• Die Preßzeit betrug bei den einzelnen Plat£en'5,0 bzw. 6,5 min.
• bei einer Preßtemperatur von 2000C. In einem Fall (B) wurde in den Deckschichten kein Härtungsbeschleuniger eingesetzt. Der Einsatz von vergorenen Sulfitablaugen hat sich insbesondere als vorteilhaft erwiesen, da hiermit bessere Festigkeitseigenschaften der Platten erreichbar sind.
• Die hergestellten Platten wurden nach den üblichen DIN-Normen auf ihre mechanisch-technölogischen Eigenschaften geprüft. Die ermittelten Werte sind in Tabelle 4 aufgeführt. Aus diesen tabellarischen Werten läßt sich erkennen, daß durch den teilweisen Ersatz der Tannine durch Sulfitablauge die Querzugfestigkeit und die Biegefestigkeit der hergestellten Holzspanpxlatten eher verbessert-als verschlechtert werden. Auch die Dickenquellung und Wasseraufnahme erfahren keine nennenswerte Beeinträchtigung. Tabelle 3 Platten- Tannin Sulfit- Harn- Paraform- Wachsdis- Ammoniumbezeichnung (Mimosa- ablauge stoff aldehyd persion peroxodi-Extrakt) (Zewa EF) (Feststoff) sulfat % % % % % % DS 13 - 2 2 1 0,25 A MS 10 - 1,54 1,54 0,75 0,19 DS 11 2 2 2 1 -B MS 8,46 1,54 1,54 1,54 0,75 0,19 DS 11 2 2 2 1 0,25 C MS 8,46 1,54 1,54 1,54 0,75 0,19 Tabelle 4 Platten- Preßtem- Preßzeit Biegefestig- Querzug Quellung Wasseraufnahme bezeichnung peratur keit V20 2 h 24 h 2 h 24 h °C min. N/mm2 N/mm2 % % % % 200 5,0 15,09 0,76 2,32 9,52 8,97 30,42 A 200 6,5 16,09 0,79 2,14 9,57 7,54 27,26 200 5,0 16,53 1,00 2,11 9,44 9,33 33,09 B 200 6,5 15,79 0,82 2,84 10,79 9,96 34,36 200 5,0 16,47 0,79 3,07 10,22 9,82 31,53 C 200 6,5 15,51 0,86 3,14 10,33 9,59 31,45 Literaturverzeichnis Dalton, L.K. 1950: Tanninformaldehyde resin as adhesive for wood. Australien Journal of Applied Science 1, 54-70 Dalton, L.K. 1953: Resins from Sulphited Tannins as Adhesives for Wood. Australien Journal of Applied Science 4, 136-145 Narayanamurti, D. und P.R. Rao. 1957: Plywood Adhesives from Mangrove Barks. Proceedings of the Mangrove Symposium.
• 110-113 Narayanamurti, D. und N.R. Das. 1958: Tànnin-Formaldehyde Kleber.
• Kunststoffe 48, 459-462 Plomley, K.F., Gottstein, I.W. und W.E. Hillis. 1957: Tannin-Formaldehyde Adhesives. Forest Products Newsletter CSIRO No. 234, 6-8 Plomley, K.F., Gottstein, I.W.'- und W.E. Hillis. 1964: Tannin-Formaldehyde Adhesives for=Wood. I. Australien Journal of Applied Science 15, 171-182

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Verringerung der Viskosität von Tannin-Lösungen bzw. Tanninformaldehydharz-Lösungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Tannin-Bösung bzw. der Tanninformaldehydharz-Lösung.

   Ligninsulfonate bzw. Sulfitablaugen zugesetzt werden.
2. 2. Verfahren gemäß Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die zugegebenen Sulfitablaugen vorher entzuckert (vergoren) sind.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß 5 - 40 % Ligninsulfonat oder Sulfitablauge, bezogen auf den Tanningehalt gleicher Feststoffkonzentration, zugemischt werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß 8 - 30 % Ligninsulfonat oder Sulfitablauge, bezogen auf den Tanningehalt gleicher Feststoffkonzentration, zugemischt werden.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß 10 - 20 % Ligninsulfonat oder Sulfitablauge, bezogen auf den Tanningehalt gleicher Feststoffkonzentration, zugemischt werden.