EP3953413A1 - Bindemittel auf basis von ölpflanzentrestern zur herstellung von verbundwerkstoffen - Google Patents

Bindemittel auf basis von ölpflanzentrestern zur herstellung von verbundwerkstoffen

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Publication number
EP3953413A1
EP3953413A1 EP20719139.6A EP20719139A EP3953413A1 EP 3953413 A1 EP3953413 A1 EP 3953413A1 EP 20719139 A EP20719139 A EP 20719139A EP 3953413 A1 EP3953413 A1 EP 3953413A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
binder
pomace
wood
production
boards
Prior art date
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Pending
Application number
EP20719139.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Euring
Alireza Kharazipour
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Georg August Universitaet Goettingen
Original Assignee
Georg August Universitaet Goettingen
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Georg August Universitaet Goettingen filed Critical Georg August Universitaet Goettingen
Publication of EP3953413A1 publication Critical patent/EP3953413A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08HDERIVATIVES OF NATURAL MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08H8/00Macromolecular compounds derived from lignocellulosic materials
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09JADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J189/00Adhesives based on proteins; Adhesives based on derivatives thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09JADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J191/00Adhesives based on oils, fats or waxes; Adhesives based on derivatives thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09JADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J193/00Adhesives based on natural resins; Adhesives based on derivatives thereof
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09JADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J197/00Adhesives based on lignin-containing materials

Definitions

  • the present invention relates to the field of wood and composite materials, in particular to methods of manufacturing wood and composite materials.
  • binders in particular binders which are free of formaldehyde or in which the wood and / or composite materials produced emit no formaldehyde or only emit insignificant formaldehyde after production.
  • a binder according to claim 1 Accordingly, a binder for the production of wood and / or composite materials is proposed, containing possibly further processed pomace from oil plants.
  • wood and composite materials can be produced in this way, which on the one hand are free of formaldehyde and on the other hand meet the requirements prevailing in the field of technology in many applications.
  • Invention understood in particular fiber composites, chipboard and oriented or unoriented beach boards as well as insulating materials and insulating boards.
  • the wood and / or composite materials are thus selected from the group comprising fiber composites, chipboard, oriented or unoriented strand boards, insulating materials and insulating boards.
  • fiber composites in the sense of the present invention are in particular mono- or multi-layer fiberboard, medium density fiberboard (MDF) and hard fiberboard (HDF), having a bulk density> 400 kg / m 3 to about 1200 kg / m 3, insulation or insulation boards or porous fiberboard with a bulk density of 20 kg / m 3 to 400 kg / m 3 .
  • MDF boards usually have a bulk density of> 400 kg / m 3 to 900 kg / m 3 and thicknesses between 3 mm and 60 mm.
  • HDF boards usually have bulk densities> 900 kg / m 3 and thicknesses between 1 mm and 10 mm.
  • Porous fiber boards and wood fiber insulation materials / boards usually have
  • chipboard is to be understood as meaning, in particular, single-layer or multilayer chipboard, generally with a bulk density of about 400 kg / m 3 to 750 kg / m 3 and thicknesses of 7 mm to 70 mm.
  • a or multi-layer insulation materials and insulation boards made of chips which can also have a lower bulk density than normal chipboard, understood. These have bulk densities ⁇ 400 kg / m 3 .
  • Oriented Strand Boards in the context of the present invention are understood to mean in particular multi-layer coarse chipboard with a crosswise orientation of the chips (preferably strands). By orienting strands, when using suitable adhesives, the strength values can be significantly increased compared to chipboard.
  • USB Unoriented Strand Boards
  • the wood and / or composite materials can be single-layer or multilayer. Likewise, the wood and / or composite materials can either be in their pure form (a type of
  • Fibers / chips / strands or mixed form (combined at least two types of fibers / chips / strands or mixtures thereof).
  • thermomechanically comminuted and / or digested lignocellulose-containing material are in particular fibers, chips, strands or
  • fibers are understood to mean in particular wood fibers; However, the present invention is not restricted to this, so that the term “fibers” also includes mixtures of wood fibers and plastic fibers, as well as fibers from annual or perennial plants.
  • the term “fibers” means in particular - preferably lignocellulose-containing - fibers with a length of> 0.5 mm to ⁇
  • fibers with a length of> 1 mm to ⁇ 6 mm and a fiber diameter of> 0.1 mm to ⁇ 1 mm.
  • chips means in particular
  • Chips can be divided into top and middle layer chips. The chip sizes differ in fine material (top layer chips with about 0.3 mm to 1 mm length and 0.2 mm thickness) and coarse material (middle layer chips with about 1 mm to 5 mm length and 0.2 mm to 0.5 mm thickness ).
  • “Strands” are special, namely long and narrow cutting chips which, due to their shape, are particularly suitable for the direction-oriented and non-oriented scattering of OSB and USB panels. Ideally, the dimensions are approx. 100 mm long and 10 mm wide.
  • Oil plants are, in particular, plants which provide fatty seeds, in particular sesame,
  • Flax, rapeseed, hemp, soy and sunflower Flax, rapeseed, hemp, soy and sunflower.
  • a preferred oil plant for the purposes of the present invention is rapeseed.
  • pomace of oil plants is understood to mean in particular mixtures of substances which - before further processing - have the following composition (in each case w / w of the entire mixture) > 25%, preferably> 30% proteins and / or proteinaceous material,
  • nitrogen-free extract substances such as starch, sugar, hemicelluloses, cellulose and lignin,
  • the term “essentially” in the sense of the present invention means a proportion (in w / w, where applicable) of> 95%, preferably> 97%, further preferably> 99%.
  • the binder preferably contains pomace from oil plants - this also applies analogously below for the other components - (in w / w of the binder) in a proportion of> 10% to ⁇ 35%, preferably> 15 % to ⁇ 20%. This has been found to be advantageous for most applications of the present invention.
  • the binder preferably also contains a chaotropic compound. This has proven to be advantageous in many applications, since it denatures the proteins of the pomace, which often greatly increases the binding agent capacity.
  • Particularly preferred chaotropic compounds are SDS, guanidine hydrochloride and urea.
  • the content of chaotropic compound (in w / w of the binder) is - except in the case of urea - preferably> 0.5% to ⁇ 2%, in the case of urea preferably> 12% to ⁇ 20%.
  • the binder continues to be a polyhydric alcohol. Glycerine and sugar alcohols with more than three carbon atoms are particularly preferred.
  • the binder preferably has an alkaline pH. This has been the case with many
  • the pH is preferably in the range from> 7% to ⁇ 13, even more preferably from> 10 to ⁇ 12.
  • the binder is also a water repellent.
  • Preferred water repellants are waxes, e.g. B. beeswax, sugar cane waxes and paraffins. The proportion of
  • Water repellant (in w / w of the binder) is preferably> 0.5% to ⁇ 2%
  • the present invention also relates to the use of possibly
  • the present invention also relates to a wooden and / or
  • Composite material comprising a binding agent containing possibly further processed pomace from oil plants.
  • the present invention also relates to a process for the production of binders containing further processed pomace from oil plants, comprising the steps of a) comminuting the pomace and, if necessary, sieving it out in order to obtain a fine pomace material
  • the average particle size is preferably ⁇ 200 pm, more preferably ⁇ 100 pm.
  • Step a) preferably takes place in such a way that the pomace is first comminuted by suitable measures such as milling or grinding. Milling in a hammer mill is preferred.
  • the crushed pulp material preferably has a residual moisture content (in w / w) of ⁇ 10% b) addition of water or alkaline solution
  • step b) a defined amount of water or an alkaline solution is then added to the comminuted pomace material.
  • an alkaline solution > 0.05% to ⁇ 1%, even more preferably> 0.1% to ⁇ 0.5% potassium hydroxide or sodium hydroxide solution is used.
  • step b) the further binder constituents can be added, as described above.
  • Step b) and / or c) are preferably carried out at room temperature
  • components to be used according to the invention are not subject to any special exceptional conditions in terms of their size, shape, material selection and technical conception, so that the selection criteria known in the field of application can be used without restriction.
  • the comminuted material was then sieved out using a sieve tower, the smallest (lowest) sieve having a mesh size of 100 ⁇ m.
  • the yield of material was approx. 50%, this had a residual moisture content of approx. 8%.
  • Tab. 1 Composition of binders according to the invention
  • the Colasol K 35 used was from Fritz Haecker GmbH & Co. KG.
  • Colasol is made up of 35% skin proteins and 50% water as well as 15% urea (pH 6.8 - 7.2). b) Manufacture of wood and / or composite materials
  • Top layer chips (about 0.2 to 0.4 mm thick) and middle layer chips (about 0.3 to 0.8 mm thick) were used to manufacture the chipboard.
  • the middle and top layer chips were dried to 2% to 6% residual moisture.
  • the chips were in a gluing unit according to a circulation process with the binder, consisting of 12% rapeseed binder according to Example A (see Table 1) in the top layer and 10% rapeseed binder according to Example A in the middle layer.
  • the glued chips were scattered manually on a 60 cm x 45 cm format in such a way that the finer top layer chips each formed the outer layers and the coarser middle layer chips formed the core of the scattering (chip cake).
  • the chip mat was tested for wet weight and then pressed at 200 ° C for 3 - 4 minutes.
  • the panels were removed from the press and air cooled. After 2 days the panels were trimmed, 0.1-0.2 mm sanded and, after air conditioning at 20 ° C and 65% rel. Air humidity checked for its physical-technological properties.
  • the panels were sanded and trimmed and, after air conditioning in a normal climate, formed into test specimens and tested according to the current test standards.
  • the panels produced had a bulk density of approx. 650 kg / m 3 , that is to say absolutely comparable with the reference panels produced with UF resin.
  • the moisture content of the panels was 9.5%.
  • the transverse tensile strength requirements of EN 312 for type P2 panels are 0.35 N / mm 2 .
  • Rape pulp bound chipboard (density 650 kg / m 3 )
  • the MDF was manufactured on an MDF pilot plant. First of all, wood fibers were fed via a conveyor belt through the blender mixer, in which the glue with rapeseed pulp binder took place. In order to ensure an even distribution, the amount of fiber and the amount of fine that reached the mixer per minute were regulated accordingly via the pump power and the speed of the conveyor belt.
  • the fine liquor was composed of 10% rapeseed pulp binder according to Example A (see Table 1).
  • the fibers were then gently dried in a flow tube dryer at 80 ° C. and passed to a fiber bunker. From the fiber bunker, the glued fibers were scattered over discharge and scattering rollers to form a fiber fleece that was continuously removed by hand and pressed in the hot press with dimensions of 60 cm x 45 cm at 200 ° C.
  • All panels produced have a target density of 800 kg / m 3 with a thickness of 8 to 12 mm.
  • the MDF produced had a bulk density of approx. 800 kg / m 3 and were comparable to the reference panels produced with UF resin.
  • Table 4 shows various mechanical and technological properties.
  • the fibers were glued and the fibers were formed into a fleece similar to the MDF manufacturing process.
  • the gluing was carried out with Example C (see Table 1).
  • the fleece was then not transferred to the hot press, but to a unit for hardening insulation materials that works according to the hot air / superheated steam process (EP2961580B 1).
  • the curing process was carried out using hot air and superheated steam. In principle, during the curing process, first hot air and then superheated steam flowed through the compressed fleece. Following the curing process of all variations, the finished wood fiber insulation panels were removed from the press and conditioned in a standard climate.
  • the insulation boards produced had a bulk density of approx. 180 kg / m 3 and were comparable to the reference boards produced with pMDI. Table 6 shows various mechanical-technological properties. Tab. 7: Insulation boards (gross density 180 kg / m 3 )

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Bindemittel auf Basis von Ölpflanzentrestern zur Herstellung von Verbundwerkstoffen. Es hat sich gezeigt, dass derartige Trester eine Alternative zu herkömmlichen formaldehydhaltigen Bindemitteln sein können.

Description

Bindemittel auf Basis von Ölpflanzentrestern zur Herstellung von Verbundwerkstoffen
B e s c h r e i b u n g
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Holz- und Verbundwerkstoffen, insbesondere auf Verfahren zur Herstellung von Holz- und Verbundwerkstoffen.
Aktuell werden zur Herstellung von Holzwerkstoffen in Europa mit einem Anteil von ca. 96,5 % überwiegend Erdöl-basierte Polykondensations-Harze eingesetzt, wobei in dieser Gruppe wiederum die sog. Hamstoff-Formaldehyd-Harze bzw. mit der englischsprachigen
Bezeichnung die sog.„UF“-Harze (Urea Formaldehyde) bei weitem überwiegen.
Bei allen technologischen und auch wirtschaftlichen Vorteilen dieser Harze bleibt jedoch ein entscheidender Nachteil bestehen, dass diese Harze nämlich grundsätzlich hydrolyseanfällig sind und daher auch die damit hergestellten Holzwerkstoffe selbst Jahre nach ihrer
Herstellung immer noch Formaldehyd emittieren. Diese Formaldehydemissionen klingen zwar nach und nach auf immer geringere Restemissionswerte ab, erreichen aber wegen ihrer Hydrolyseempfindlichkeit niemals den Grad der Formaldehydfreiheit.
Es besteht somit die Notwendigkeit, alternative Bindemittel bereitzustellen, insbesondere Bindemittel, die formaldehydfrei sind bzw. bei denen die entstehenden Holz- und/oder Verbundwerkstoffe nach der Herstellung keinen oder nur unwesentlich Formaldehyd emittieren. Diese Aufgabe wird durch ein Bindemittel gemäß Anspruch 1 gelöst. Demgemäß wird ein Bindemittel für die Holz- und/oder Verbundwerkstoffherstellung vorgeschlagen, enthaltend ggf. weiterverarbeitete Trester von Ölpflanzen.
Überraschenderweise hat sich herausgestellt, dass so Holz- und Verbundwerkstoffe hergestellt werden können, die zum einen formaldehydfrei sind, zum anderen bei vielen Anwendungen die auf dem Gebiet der Technik vorherrschenden Anforderungen erfüllen.
Dabei werden unter "Holz- und/oder Verbundwerkstoffe" im Sinne der vorliegenden
Erfindung insbesondere Faserverbundstoffe, Spanplatten und Oriented oder Unoriented Strand Boards sowie Dämmstoffe und Dämmplatten verstanden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind somit die Holz- und/oder Verbundwerkstoffe ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Faserverbundstoffe, Spanplatten, Oriented oder Unoriented Strand Boards, Dämmstoffe und Dämmplatten.
Unter„Faserverbundstoffen“ im Sinne der vorliegenden Erfindung werden insbesondere ein- oder mehrschichtige Faserplatten, Mitteldichte Faserplatten (MDF) und Harte Faserplatten (HDF), mit einer Rohdichte > 400 kg/m3 bis ca. 1200 kg/m3, Dämmstoffe oder Dämmplatten oder poröse Faserplatten mit einer Rohdichte von 20 kg/m3 bis 400 kg/m3 verstanden. MDF- Platten besitzen i. d. R. eine Rohdichte > 400 kg/m3 bis 900 kg/m3 und Dicken zwischen 3 mm bis 60 mm. HDF-Platten haben i. d. R. Rohdichten > 900 kg/m3 und Dicken zwischen 1 mm und 10 mm. Poröse Faserplatten und Holzfaserdämmstoffe/-platten haben i. d. R.
Rohdichten < 400 kg/m3 und Dicken bis zu 200 mm.
Unter„Spanplatten“ im Sinne der vorliegenden Erfindung werden insbesondere ein- oder mehrschichtige Spanplatten i. d. R. mit einer Rohdichte von etwa 400 kg/m3 bis 750 kg/m3 mit Dicken von 7 mm bis 70 mm verstanden. Zusätzlich werden auch ein- oder mehrschichtige Dämmstoffe und Dämmplatten aus Spänen, welche auch eine geringere Rohdichte als normale Spanplatten haben können, verstanden. Diese besitzen Rohdichten < 400 kg/m3.
Unter "Oriented Strand Boards" (OSB) im Sinne der vorliegenden Erfindung werden insbesondere mehrschichtige Grobspanplatten mit kreuzweiser Orientierung der Späne (bevorzugt Strands) verstanden. Durch die Orientierung von Strands können bei Verwendung geeigneter Klebstoffe die Festigkeitswerte gegenüber Spanplatten deutlich erhöht werden.
Unter "Unoriented Strand Boards" (USB) im Sinne der vorliegenden Erfindung versteht man insbesondere, dass die Strands nicht kreuzweise sondern unorientiert und unabhängig voneinander gestreut sind. Der Vorteil bei Produktion von USB-Platten ist, dass diese auch an konventionellen Spanplattenanlagen nach dem Wurf- und Windstreuverfahren hergestellt werden können.
Es sei darauf hingewiesen, dass gemäß der vorliegenden Erfindung die Holz- und/oder Verbundwerkstoffe einschichtig oder mehrschichtig vorliegen können. Ebenso können die Holz- und/oder Verbundwerkstoffe entweder in Reinform (eine Art von
Fasem/Späne/Strands) oder Mischform (kombiniert mindestens zwei Arten von jeweils Fasem/Späne/Strands oder Mischungen daraus) vorliegen.
Unter„mechanisch oder thermomechanisch zerkleinertem und/oder aufgeschlossenem lignocellulosehaltigen Material“ werden insbesondere Fasern, Späne, Strands oder
Mischungen daraus verstanden.
Unter„Fasern“ im Sinne der vorliegenden Erfindung werden insbesondere Holzfasern verstanden; die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, so dass unter dem Begriff„Fasern“ auch Mischungen von Holzfasern und Kunststofffasern verstanden werden, sowie Fasern aus Ein- oder Mehrjahrespflanzen. Dabei bedeutet der Term„Fasern“ insbesondere - bevorzugt lignocellulosehaltige - Fasern mit einer Länge von > 0,5 mm bis <
10 mm und einem Faserdurchmesser von > 0,02 mm bis < 1 mm. Bevorzugt sind
insbesondere Fasern mit Länge von > 1 mm bis < 6 mm und einem Faserdurchmesser von > 0,1 mm bis < 1 mm.
Unter "Spänen" im Sinne der vorliegenden Erfindung wird insbesondere aus
Waldindustrieholz zerspantes Holzmaterial verstanden sowie Späne aus Ein- oder
Mehrjahrespflanzen, darüber hinaus gelten im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere Sägenebenprodukte, wie Hobelspäne, Sägespäne, Schälspäne etc., sowie zerspante Partikel aus Gebrauchtspanplatten und Ausschussplatten ebenfalls als Spänen. Späne lassen sich in Deck- und Mittelschichtspäne unterteilen. Die Spangrößen unterscheiden sich dabei in Feingut (Deckschichtspäne mit etwa 0,3 mm bis 1 mm Länge und 0,2 mm Dicke) und Grobgut (Mittelschichtspäne mit etwa 1 mm bis 5 mm Länge, sowie 0,2 mm bis 0,5 mm Dicke).
Unter "Strands" versteht man spezielle, nämlich lange und schmale Schneidspäne, die durch ihre Formgebung für die richtungsorientierte und -unorientierte Streuung von OSB und USB- Platten besonders geeignet sind. Die Abmessungen betragen im Idealfall ca. 100 mm Länge und 10 mm Breite.
Unter„Trester von Ölpflanzen“ werden insbesondere die Rückstände verstanden, die beim Pressen von Ölpflanzen verbleiben. Dabei sind Ölpflanzen im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere Pflanzen, welche fetthaltige Samen liefern, insbesondere Sesam,
Lein, Raps, Hanf, Soja und Sonnenblumen. Eine bevorzugte Ölpflanze im Sinne der vorliegenden Erfindung ist Raps.
Unter„Trester von Ölpflanzen“ werden gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung insbesondere Stoffgemische verstanden, welche - vor einer Weiterverarbeitung - die folgende Zusammensetzung aufweisen (jeweils Gew/Gew der gesamten Mischung) > 25 %, bevorzugt > 30 % Proteine und/oder proteinisches Material,
> 20 % bis <40 %, bevorzugt > 25 % bis <35 % stickstofffreie Extraktstoffe, wie Stärke, Zucker, Hemicellulosen, Cellulose und Lignin,
> 5% bis <15% Fette und Öle,
> 5% bis <15% Rohfasern,
> 3% bis <10% mineralische Bestandteile, wie Rohasche; sowie
> 5% bis <15% Restfeuchtigkeit, wobei sich die einzelnen Bestandteile zu 100% aufaddieren.
Bei einigen Trestern wird der Ölgehalt durch weiteres Pressen nochmals vermindert, so dass gemäß einer alternativen Ausführungsform insbesondere Stoffgemische verstanden werden, analog zu den obigen, nur mit einem Anteil von > 2% bis <5% Fetten und Ölen.
Der Term„ggf. weiterverarbeitet“ ist im Sinne der vorliegenden Erfindung so zu verstehen, das der Trester noch weiteren Prozessschritten unterworfen werden kann, jedoch - ausser ggf. vorgenommener Trocknung und Aussieben - im Wesentlichen keine stoffliche Abtrennung von Tresterbestandteilen erfolgt.
Der Ausdruck„im Wesentlichen“ im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet dabei einen Anteil (in Gew/Gew, wo anwendbar) von >95%, bevorzugt > 97%, ferner bevorzugt >99%.
Bevorzugt enthält das Bindemittel vor der Herstellung des Holz- und Verbundwerkstoffs Trester von Ölpflanzen - dies gilt analog auch im Folgenden für die weiteren Bestandteile - (in Gew/Gew des Bindemittels) in einem Anteil von > 10% bis <35%, bevorzugt > 15% bis <20%. Dies hat sich für die meisten Anwendungen der vorliegenden Erfindung als vorteilhaft herausgestellt. Bevorzugt enthält das Bindemittel weiterhin eine chaotrope Verbindung. Dies hat sich bei vielen Anwendungen als vorteilhaft herausgestellt, da so die Proteine des Tresters denaturiert werden, was die Bindemittelfähigkeit oftmals stark erhöht. Besonders bevorzugte chaotrope Verbindungen sind SDS, Guanidinhydrochlorid und Harnstoff. Der Gehalt an chaotroper Verbindung (in Gew/Gew des Bindemittels) beträgt - ausser im Fall von Harnstoff - bevorzugt > 0,5% bis <2%, bei Harnstoff bevorzugt > 12% bis <20%.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das
Bindemittel weiterhin einen mehrwertigen Alkohol. Besonders bevorzugt sind dabei Glycerin sowie Zuckeralkohole mit mehr als drei Kohlenstoffatomen.
Bevorzugt weist das Bindemittel einen alkalischen pH auf. Dies hat sich bei vielen
Anwendungen besonders bewährt. Der pH liegt bevorzugt im Bereich von > 7 % bis < 13, noch bevorzugt > 10 bis <12.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das
Bindemittel weiterhin ein Hydrophobierungsmittel. Bevorzugte Hydrophobierungsmittel sind dabei Wachse, z. B. Bienenwachse, Zuckerrohrwachse und Paraffine. Der Anteil an
Hydrophobierungsmittel (in Gew/Gew. des Bindemittels) beträgt bevorzugt > 0,5 % bis <2 %,
Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf die Verwendung von ggf.
weiterverarbeiteten Trestern von Ölpflanzen in Bindemitteln für die Herstellung von Holz- und/oder Verbundwerkstoffen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich ausserdem auf einen Holz- und/oder
Verbundwerkstoff, umfassend ein Bindemittel enthaltend ggf. weiterverarbeiteten Trester von Ölpflanzen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zur Herstellung von Bindemitteln, enthaltend weiterverarbeitete Trester von Ölpflanzen, umfassend die Schritte a) Zerkleinern des Tresters und ggf. Aussieben, um ein kleinteiliges Trestermaterial zu gewinnen,
b) Zugabe von Wasser oder alkalischer Lösung; sowie
c) Optionale Zugabe der weiteren Bindemittelbestandteile.
Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, dass auf diese Weise ein Bindemittel erhalten werden kann, welches zum einen formaldehydfrei ist, zum anderen bei vielen Anwendungen die bestehenden Bindemittel ersetzen kann.
Die einzelnen Schritte des Verfahrens werden im Folgenden erläutert, wobei die einzelnen Schritte beliebig kombinierbar sind: a) Zerkleinern und ggf. Aussieben
Zu Verbesserung der Eigenschaften des Bindemittels hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn der Trester kleinteilig vorliegt. Bevorzugt ist die durchschnittliche Teilchengröße dabei < 200pm, noch bevorzugt < lOOpm.
Schritt a) findet bevorzugt so statt, dass zunächst durch geeignete Massnahmen wie Mühlen oder Schroten eine Zerkleinerung des Tresters stattfindet. Bevorzugt ist dabei das Mühlen in einer Hammermühle.
Anschließend findet bevorzugt ein Aussieben statt, um zerkleinertes Trestermaterial zu erhalten.
Bevorzugt besitzt das zerkleinerter Trestermaterial eine Restfeuchte (in Gew/Gew) von < 10% b) Zugabe von Wasser oder alkalischer Lösung
In Schritt b) wird zum zerkleinerten Trestermaterial dann eine definierte Menge Wasser oder alkalische Lösung zugegeben. Für den Fall, dass alkalische Lösung zugegeben wird, wird bevorzugt > 0,05% bis <1%, noch bevorzugt > 0,1% bis <0,5% Kali- oder Natronlauge verwendet. c) Optionale Zugabe der weiteren Bindemittelbestandteile
Entweder nach Schritt b) oder auch teilweise oder vollständig zur selben Zeit kann eine Zugabe der weiteren Bindemittelbestandteile, wie oben beschrieben, erfolgen.
Schritt b) und/oder c) werden bevorzugt bei Raumtemperatur durchgeführt
Es sei erwähnt, dass bei den meisten Ausführungsformen auf eine Quellung etc. verzichtet werden kann, so dass die einzelnen Schritte ohne Verzögerung nacheinander durchgeführt werden können und das Bindemittel auch bei den allermeisten Anwendungen sofort einsatzfähig ist.
Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Beispiele, in denen - beispielhaft - mehrere erfindungsgemäße Bindemittel und deren Einsatz bei Holz- und/oder Verbundwerkstoffen gezeigt sind. a) Herstellung erfindungsgemäßen Bindemittels
Im Folgenden wird die Herstellung und Zusammensetzung mehrerer erfindungsgemäßer Bindemittel beschrieben, wobei dies rein illustrativ und nicht als beschränkend anzusehen ist.
Als Trester wurde gewöhnlicher Rapstrester verwendet. Dieser wurde zunächst mit einer Hammermühle schrittweise mit sich verjüngenden Siebweiten zerkleinert (6 mm— 5 mm— 2 mm— 1 mm— 0,5 mm— 0,1 mm).
Anschließend wurde das zerkleinerte Material mittels eines Siebturm ausgesiebt wobei das kleinste (unterste) Sieb eine Maschenweite von 100 pm besass.
Die Ausbeute an Material betrug ca. 50%, dieses besass eine Restfeuchte von ca. 8%.
Anschließend wurde (je nach Beispiel) Wasser oder Natronlauge zugegeben, danach die weiteren Bestandteile zugegeben, so dass fünf erfindungsgemäße Bindemittel wie in Tabelle 1 beschrieben, erhalten wurden:
Tab. 1: Zusammsetzung erfindungsgemäßer Bindemittel
A _ B _ C _ D _ E _
Trester 17,5 Trester 17,5 Trester 17,5 Trester 17,5 Trester 17,5 Harnstoff: 17,5 Harnstoff: 16,5 Colasol K 35: Glycerin: 17,5 Glycerin: 35
35
Natronlauge: Natriumlauryl- Natronlauge: Harnstoff: 17,5 Harnstoff: 17,5
65 sulfat: 1 47,5
Natronlauge: 65 Wasser: 50 Wasser: 30 Hydrowachs: 1 Hydrowachs: 1 Hydrowachs: 1 Hydrowachs: 1 Hydrowachs: 1 pH-Wert [12- pH-Wert[ 11-12] pH-Wert[l l- pH-Wert[7-8] pH-Wert[7-8]
13] 12]
Das eingesetzte Colasol K 35 war von der Firma Fritz Häcker GmbH & Co. KG.
Colasol setzt sich aus 35 % Hautproteinen und 50 % Wasser, sowie 15 % Harnstoff zusammen (pH 6,8 - 7,2). b) Herstellung von Holz- und/oder Verbundwerkstoffen
1. Spanplatte
Zur Herstellung der Spanplatten wurden Deckschichtspäne (etwa 0,2 bis 0,4 mm dick) und Mittelschichtspäne (etwa 0,3 bis 0,8 mm dick) verwendet. Die Mittel- und Deckschichtspäne wurden bis auf 2 % bis 6 % Restfeuchte getrocknet. Die Späne wurden in einem Beleimungsaggregat nach einem Umwälzverfahren mit dem Bindemittel, bestehend aus 12 % Rapstrester-Bindemittel lt. Beispiel A (siehe Tabelle 1) in der Deckschicht und 10 % Rapstrester-Bindemittel lt. Beispiel A in der Mittelschicht. Die beleimten Späne wurden manuell auf Format von einer 60 cm x 45 cm gestreut, in der Weise, dass die feineren Deckschichtspäne jeweils die Außenschichten bildeten und die gröberen Mittelschichtspäne den Kem der Aufstreuung (Spankuchen) bildeten.
Die Spanmatte wurde auf Feuchtgewicht geprüft und anschließend bei 200° C für 3 - 4 min verpresst. Die Platten wurden der Presse entnommen und an der Luft abgekühlt. Nach 2 Tagen wurden die Platten besäumt, 0,1 - 0,2 mm abgeschliffen und nach einer Klimatisierung bei 20° C und 65 % rel. Luftfeuchtigkeit auf ihre physikalisch-technologischen Eigenschaften geprüft.
Tab. 2: Plattenaufbau und Beleimungsparameter der hergestellten dreischichtigen
Spanplatten
Nach der Herstellung wurden die Platten geschliffen und besäumt und nach Klimatisierung im Normalklima zu Prüfkörpern ausgeformt und nach den gängigen Prüfnormen geprüft.
Ergebnisse durchgeführter Versuche:
Die hergestellten Platten wiesen eine Rohdichte von ca. 650 kg/m3 auf, also absolut vergleichbar mit den mit UF-Harz hergestellten Referenzplatten. Der Feuchtegehalt der Platten lag bei 9,5 %. Die Anforderungen an die Querzugfestigkeit der EN 312 liegen für Platten des Typs P2 bei 0,35 N/mm2.
Tab. 3: Rapstrester gebundene Spanplatten (Rohdichte 650 kg/m3)
Zusammengefasst zeigen die Ergebnisse, dass sich mit einem Bindemittelsystem auf Basis des Rapstresters trotz eines rel. geringen Beleimungsgrades zumindest schon Spanplatten im Dickenbereich bis 16, 20 und 22 mm hersteilen lassen, die den Anforderungen für Möbelbauplatten (EN 312 P2) genügen.
2. Faserplatte (MDF)
Die Herstellung der MDF erfolgte an einer MDF-Pilotanlage. Zunächst wurden Holzfasern über ein Zuführband durch den Blender-Mischer geleitet, in dem die Beleimung mit Rapstrester-Bindemittel stattfand. Um eine gleichmäßige Verteilung zu gewährleisten, wurden Fasermenge und Feimmenge, die pro Minute in den Mischer gelangten entsprechend über die Pumpleistung und die Geschwindigkeit des Förderbandes reguliert. Die Feimflotte setzte sich aus 10% Rapstrester-Bindemittel lt Beispiel A (siehe Tabelle 1) zusammen. Die Fasern wurden anschließend durch einen Stromrohtrockner bei 80 °C schonend getrocket und zu einem Faserbunker geleitet. Von dem Faserbunker aus wurden die beleimten Fasern über Austrags- und Streuwalzen zu einem Faservlies gestreut, dass manuell kontinuierlich entnommen wurde und in den Maßen 60 cm x 45 cm bei 200 °C in der Heißpresse verpresst wurde.
Alle hergestellten Platten haben eine Zielrohdichte von 800 kg/m3, bei einer Stärke von 8 bis 12 mm.
Tab. 4: Plattenaufbau und Beleimungsparameter der hergestellten MDF
Nach der Herstellung wurden die Platten geschliffen und besäumt und nach Klimatisierung im Normalklima zu Prüfkörpern ausgeformt und nach den gängigen Prüfnormen geprüft. Ergebnisse der durchgeführten Versuche:
Die hergestellten MDF wiesen eine Rohdichte von ca. 800 kg/m3 auf, und waren vergleichbar mit den mit UF-Harz hergestellten Referenzplatten. Tabelle 4 zeigt verschiedene mechanisch technologische Eigenschaften.
Tab. 5: Rapstrester gebundene Faserplatten (Rohdichte 800 kg/m3)
Durch Anwendung des Bindemittelsystems auf Basis des Rapstresters lassen sich 8, 10 und 12 mm stäke MDF hersteilen, die den Anforderungen für Faserplatten (EN 622-5) genügen.
3. Dämmplatten
Die Beleimung der Fasern und Vliesbildung der Fasern erfolgte analog zum Herstellverfahren der MDF. Hier wurde die Beleimung mit Beispiel C (siehe Tabelle 1) durchgeführt. Das Vlies wurde anschließend nicht in die Heißpresse überführt, sondern in ein Aggregat zur Aushärtung von Dämmstoffen, dass nach dem Heißluft/Heißdampfverfahren arbeitet (EP2961580B 1). Nach einem manuellen Einfüllen der Fasern in das Aggregat und dem Verdichten des Faservlieses auf eine Ziel- und Enddicke von 40 mm wurde der Aushärtungsprozess mittels Heißluft-Heißdampf vollzogen. Grundsätzlich wurde beim Aushärtungsprozess durch das verdichtete Vlies zuerst Heißluft und dann Heißdampf geströmt. Im Anschluss an den Aushärtungsprozess aller Variationen wurden die fertigen Holzfaser-Dämmstoffplatten der Presse entnommen und im Normklima konditioniert.
Tab. 6: Plattenaufbau und Beleimungsparameter der hergestellten Dämmplatten
Ergebnisse der durchgeführten Versuche:
Die hergestellten Dämmstoffplatten wiesen eine Rohdichte von ca. 180 kg/m3 auf, und waren vergleichbar mit den mit pMDI hergestellten Referenzplatten. Tabelle 6 zeigt verschiedene mechanisch-technologische Eigenschaften. Tab. 7: Dämmstoffplatten (Rohdichte 180 kg/m3)
Wie bei Spanplatten und MDF erhalten auch mit Rapstrester gebundene Dämmstoffe sehr gute mechanisch technologische Eigenschaften. Bis auf die kurzzeitige Wasseraufnahme, die bei kommerziellen Holzfaserdämmstoffen bei etwa 1,0 kg/m3 liegt, sind die Querzug- und Druckfestigkeiten der erfindungsgemäßen Platten auf gleichem Niveau mit handelsüblichen Holzfaserdämmplatten, gebunden mit pMDI.
Die einzelnen Kombinationen der Bestandteile und der Merkmale von den bereits erwähnten Ausführungen sind exemplarisch; der Austausch und die Substitution dieser Lehren mit anderen Lehren, die in dieser Druckschrift enthalten sind mit den zitierten Druckschriften werden ebenfalls ausdrücklich erwogen. Der Fachmann erkennt, dass Variationen,
Modifikationen und andere Ausführungen, die hier beschrieben werden, ebenfalls auftreten können ohne von dem Erfindungsgedanken und dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Entsprechend ist die obengenannte Beschreibung beispielhaft und nicht als beschränkend anzusehen. Das in den Ansprüchen verwendete Wort„umfassen“ schließt nicht andere Bestandteile oder Schritte aus. Der unbestimmte Artikel„ein“ schließt nicht die Bedeutung eines Plurals aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maße in gegenseitig verschiedenen Ansprüchen rezitiert werden, verdeutlicht nicht, dass eine Kombination von diesen Maßen nicht zum Vorteil benutzt werde kann. Der Umfang der Erfindung ist in den folgenden Ansprüchen definiert und den dazugehörigen Äquivalenten.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Bindemittel für die Holz- und/oder Verbundwerkstoffherstellung, enthaltend ggf. weiterverarbeitete Trester von Ölpflanzen.
2. Bindemittel nach Anspruch 1, wobei die Holz- und/oder Verbundwerkstoffe ausgewählt sind aus der Gruppe enthaltend Faserverbundstoffe, Spanplatten, Oriented oder Unoriented Strand Boards, Dämmstoffe und Dämmplatten.
3. Bindemittel nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Trester aus Sesam, Lein, Raps, Hanf, Soja und/oder Sonnenblumen gewonnen wurde.
4. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Trester vor der
Weiterverarbeitung die folgende Zusammensetzung aufweist:
> 25 % Proteine und/oder proteinisches Material,
> 20 % bis <40 % stickstofffreie Extraktstoffe, wie Stärke, Zucker,
Hemicellulosen, Cellulose und Lignin,
> 5% bis <15% Fette und Öle,
> 5% bis <15% Rohfasern,
> 3% bis <10% mineralische Bestandteile, wie Rohasche; sowie
> 5% bis <15% Restfeuchtigkeit, wobei sich die einzelnen Bestandteile zu 100% aufaddieren.
5. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Bindemittel vor der Herstellung des Holz- und Verbundwerkstoffs Trester von Ölpflanzen (in Gew/Gew des Bindemittels) in einem Anteil von > 10% bis <35% enthält.
6. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Bindemittel weiterhin eine chaotrope Verbindung enthält.
7. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Bindemittel
weiterhin einen mehrwertigen Alkohol umfasst.
8. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Bindemittel einen alkalischen pH aufweist.
9. Verfahren zur Herstellung von Bindemitteln, enthaltend weiterverarbeitete Trester von Ölpflanzen, umfassend die Schritte: a) Zerkleinern des Tresters und ggf. Aussieben, um ein kleinteiliges
Trestermaterial zu gewinnen,
b) Zugabe von Wasser oder alkalischer Lösung; sowie
c) Optionale Zugabe der weiteren Bindemittelbestandteile.
10. Verwendung von Trestern von Ölpflanzen für Bindemittel zur Herstellung von Holz- und/oder Verbundwerkstoffen.
11. Verwendung nach Anspruch 10, wobei die Holz- und/oder Verbundwerkstoffe ausgewählt sind aus der Gruppe enthaltend Faserverbundstoffe, Spanplatten, Oriented oder Unoriented Strand Boards, Dämmstoffe und Dämmplatten.
12. Holz- und/oder Verbundwerkstoff, umfassend ein Bindemittel enthaltend ggf. weiterverarbeiteten Trester von Ölpflanzen.
13. Holz- und/Verbundwerkstoff nach Anspruch 12, ausgewählt aus der Gruppe enthaltend Faserverbundstoffe, Spanplatten, Oriented oder Unoriented Strand Boards, Dämmstoffe und Dämmplatten.
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FR2592330B1 (fr) * 1985-12-30 1988-02-05 Charbonnages Ste Chimique Procede de fabrication de panneaux de particules et de panneaux de contreplaque.
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