WO2017055464A1 - Lignin-basiertes bindemittel sowie dessen verwendung zur herstellung von span-, osb-, mdf-, hdf-platten, sperrholz und schichtholzwerkstoffen - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lignin-basiertes Bindemittelund dessen Verwendung, insbesondere zur Verklebung von Holzspänen und Holzfasern für die Herstellung von Span-, OSB-, MDF-,HDF-Platten, Sperrholz und Schichtholzwerkstoffen. Dazu enthält das Bindemittel a)ein Monomer ausgewählt aus der allgemeinen Struktur Y-(C)-X und/oder deren zyklisches Kondensationsprodukt und/oder Alkylencarbonaten mit einem Gesamtanteil von 15 bis 40Ma.-%, wobei Xund Yunabhängig voneinander eine Carboxylgruppe (COOR) oder Aminogruppe (-NHR) sind, Ceine (CHR)_n -Gruppe oder C_5-10-Alizyklus ist,neine ganze Zahl zwischen 1 und 10 ist, RWasserstoff (H) oder eine C_1-6-Alkylgruppe ist, b)Alkali-Lignin mit einem Molekulargewicht von 2000 bis 4000g/mol mit einem Gesamtanteil im Bereich von 40 bis 85Ma.-%, wobei das Alkali-Lignin in dem Monomer monomolekular verteilt vorliegt.

Description

Lignin-basiertes Bindemittel sowie dessen Verwendung zur Herstellung von Span-, OSB-, MDF-, HDF-Platten, Sperrholz und Schichtholzwerkstoffen

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Lignin-basiertes Bindemittel und dessen Verwendung , insbesondere zur Verklebung von Holzspänen und Holzfasern für die Herstellung von Spanplatten, Grobspanplatten (oriented Strand board, OSB), mitteldichten Holzfaserplatten (MDF), hochdichten Faserplatten (HDF), Sperrholz und Schichtholzwerkstoffen.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Veredelungsprozesse von Kunststoffen bekannt, bei denen durch das Beimischen von Zuschlagstoffen (sog. Compoundieren bspw. mit Füllstoffen, Additiven usw.) eine gezielte Optimierung des Eigenschaftsprofils erreicht werden soll.

Für das Compoundieren biobasierter Kunststoffe, die Lignin als Zuschlagstoff enthalten, waren in der Vergangenheit z.B. Polybutylensuccinat (PBS), Polybutylenterephthalat (PBT), Polycaprolacton (PCL), Polybutylenadipatbutylenterephthalat (PBAT),

Polytrimethylenterephthalat (PTT), Polyhydroxyalkanoate (PHA), Polymilchsäure (PLA) von großem Interesse.

Allerdings ist bspw. PLA für viele Einsatzzwecke nicht stabil genug und PHA, die aus dieser Gruppe interessantesten Kunststoffe, sind nicht in ausreichender Menge verfügbar, da kommerziell verfügbare Bausteine für die Biopolymersynthese immer noch rar oder wirtschaftlich nicht konkurrenzfähig sind, selbst wenn die biotechnologische Erzeugung hohe Akzeptanz und Förderung genießt.

Ein wesentlicher Nachteil der Herstellung von Compositmaterialien auf Basis dieser Biopolymere besteht aber besonders darin, dass das Lignin dort nur dispers verteilt vorliegt und somit letztlich nur einen Füllstoff darstellt. Das vormals eingesetzte Lignosulfonat mit verschiedenen Kationen (Mg⁺⁺, NH₄ ⁺) aus dem Sulfit-Verfahren hatte einige Nachteile. So waren wesentlich längere Presszeiten und höhere Temperaturen erforderlich. Der Einsatz ist mit erheblichen S0₂-Emissionen verbunden.

US 2015/0259369 A1 offenbart ein Verfahren zur Modifizierung von Lignin für die Verwendung in einem Kunststoff mittels einem zyklischen Alkylencarbonat und einer basischen Verbindung, wobei das zyklische Alkylencarbonat als Hydroxylalkylierungsreagenz bevorzugt Propylencarbonat ist und die basische Verbindung als Katalysator aus aromatischen, aliphatischen oder heterozyklischen Aminen, insbesondere Tributylamin, Imidazol und Imidazolderivaten, ausgewählt ist. Der Ersatz erdölbasierter Produkte durch Naturstoffe ist eine dringliche Aufgabe, wenn man bedenkt, dass diese Basis der modernen Chemie immer noch zu einem großen Teil energetisch irreversibel verbraucht wird. Seit Abraham Gesner 1846 die Herstellung von Petroleum aus Kohle und seit ca. 1859 aus Erdöl möglich machte, ist der Anteil der nichtenergetischen Nutzung fossiler Energieträger stetig gewachsen, aber selbst in Deutschland liegt der Anteil 2014 nur bei etwa 6,5%. Der übrige Teil geht unwiederbringlich verloren und wird kommenden Generationen nicht zur stofflichen Nutzung zur Verfügung stehen bzw. einer starken Preissteigerung unterworfen sein.

Da Lignin in hohem Maße bei der Zellstoffherstellung anfällt, besteht auch ein erheblicher Bedarf einer stofflichen Nutzung dieses Rohstoffes.

WO 2015/044528 A1 offenbart ein Verfahren zur Aktivierung von Lignin für die Verwendung in einem Bindemittel, wobei eine wässrige Dispersion aus Lignin mit einer Base bei Temperaturen von 71 bis 94 °C hergestellt wird und diese Dispersion bei Temperaturen von 50 bis 95 °C erhitzt wird. Mittels des Verfahrens wird die makromolekulare Struktur von Lignin aufgebrochen, wobei geladene Gruppen entstehen, unter anderem phenolische Hydroxylgruppen sowie Hydroxymethylgruppen. Das aktivierte Lignin wird mit einer polymerisierbaren Substanz, einem Vernetzer und einem Katalysator bei 60 bis 95 °C polymerisiert und zur Verklebung von Holz eingesetzt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Lignin-basiertes Bindemittel bereitzustellen, welches sich durch starke Bindung sowie mechanische und spezifische Adhäsion insbesondere bei der Herstellung von Holzwerkstoffen auszeichnet.

Ferner ist es Aufgabe der Erfindung ein Lignin-basiertes Bindemittel für großtechnisch industrielle Anwendung bereitzustellen, welches sich durch die Einsparung von Energie und reduzierte Emissionen, insbesondere flüchtiger Schwefelverbindungen auszeichnet.

Die Aufgabe wird durch ein Bindemittel nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen 2-4 angegeben.

Das Bindemittel zur Verklebung von Holzwerkstoffen enthält:

a) ein Monomer ausgewählt aus der allgemeinen Struktur Y-(C)-X und/oder deren zyklisches Kondensationsprodukt und/oder Alkylencarbonaten mit einem Gesamtanteil von 15 bis 40 Ma.-%,

wobei

X und Y unabhängig voneinander eine Carboxylgruppe (COOR) oder Amino- gruppe (-NHR) sind,

C eine (CHR)_n-Gruppe oder C_5-io-Alizyklus ist, n eine ganze Zahl zwischen 1 und 10 ist,

R Wasserstoff (H) oder eine Ci_-6-Alkylgruppe ist,

wobei das Monomer ein Lactam oder Gemisch aus sekundärem Diamin und einem Dicarbonsäureanhydrid und/oder ein Alkylencarbonat ist, b) Alkali-Lignin mit einem Molekulargewicht von 2000 bis 4000 g/mol mit einem Gesamtanteil im Bereich von 40 bis 85 Ma.-%, wobei das Alkali-Lignin in dem Monomer monomolekular verteilt (= gelöst) vorliegt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass sich Alkali- Lignin in Bindemitteln zur Herstellung von Spanplatten mit hoher Quellbeständigkeit eignet, und dass Alkali-Lignin zur Erhöhung der Festigkeit von Compositmaterialien beiträgt, wenn es im Bindemittel monomolekular gelöst eingebracht wird.

Vorteilhaft ist bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Bindemittels keine Einwirkung von Wärme nötig, wodurch besonders bei der industriellen Anwendung Energie gespart wird.

Besonders vorteilhaft wird es auf diese Weise möglich, den herkömmlichen melamin- oder phenolharzbasierten Klebstoff vollständig zu substituieren und damit den Einsatz von Formaldehyd zu vermeiden.

Die erfindungsgemäßen Bindemittel sind Formaldehyd-frei.

Der, der Erfindung innewohnende, Grundgedanke des Lignineinsatzes als Bindemittel beruht darauf, dass vorzugsweise salzarmes Alkali-Lignin in einem geeigneten Monomer gelöst wird und in dieser Form unter Einwirkung von Wärme und weiteren Additiven polymerisiert wird.

Vorteilhaft ist der Einsatz von Alkali-Lignin ohne Vorbehandlung möglich.

Erfindungsgemäß wird unter Alkali-Lignin Kraft-Lignin verstanden. Kraft-Lignin ist durch den Kraft-Aufschluss gewonnenes Lignin. Der Kraft-Aufschluss oder Soda-Prozess ist ein chemisch-industrieller Prozess zur Herstellung von Cellulose aus Holz oder einjährigen Pflanzen wie Schilf, Getreide, Zuckerrohr, Mais- oder Sonnenblumen durch den Aufschluss mit Hydrogensulfidionen im basischen Milieu, wobei Lignin anfällt, welches durch saure Fällung gewonnen wird.

Vorzugsweise ist das erfindungsgemäß eingesetzte Alkali-Lignin durch das Ligno-Boost- Verfahren erhalten worden.

Durch das Ligno-Boost-Verfahren wird ein Rohlignin erhalten, das eine deutlich bessere Filtrierbarkeit aufweist und dessen Aufbereitung geringere Volumina an Waschlaugen verursacht. Dabei wird der primär anfallende Feststoff nach der Fällung mit C0₂ bei diesem Verfahren erneut aufgeschlämmt und mit Schwefelsäure angesäuert. Durch den Verzicht auf Schwefelsäure bei der Isolierung kann trotz höherer Ausbeute ein ascheärmeres Lignin er- halten werden, das besser als konventionell durch schwefelsaure Fällung gewonnenes Kraft- Lignin zu trocknen ist und einen geringeren Schwefelgehalt aufweist.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist das Alkali-Lignin einen Schwefelanteil kleiner 5,0 Ma.-%, bevorzugt kleiner 2,0 Ma.-%, ganz besonders bevorzugt kleiner 1 ,0 Ma.-% bezogen auf das eingesetzte Lignin auf.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist das Alkali-Lignin, dis- pergiert in Wasser, einen pH-Wert unter pH 7, bevorzugt unter pH 3, auf.

Bevorzugt enthält das erfindungsgemäße Bindemittel zur Verklebung von Holzwerkstoffen Alkali-Lignin mit einem Gesamtanteil im Bereich von 60 bis 85 Ma.-%.

Monomer bezeichnet im Sinne der Erfindung eine organische Verbindung, insbesondere ausgewählt aus der Stoffgruppe der Lactame, Diamine bzw. sekundären Diamine und cycli- schen Carbonsäureanhydride und Alkylencarbonate und Gemische daraus, die in einer Vernetzungsreaktion zu einem Polymer umgesetzt werden.

Dem Fachmann ist bekannt, dass die offenkettige Form des Monomers und dessen zyklisches Kondensationsprodukt unter Anwesenheit von Wasser (H₂0) in einem Gleichgewicht zueinander stehen.

Das Monomer ist ein Gemisch aus einer Aminocapronsäure und einem Lactam oder ein Gemisch aus sekundärem Diamin und einem Dicarbonsäureanhydrid oder ein Alkylencarbonat oder ein Lactam und ein Alkylencarbonat.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Lactam ein Butyrolactam, δ-Valerolactam, ε-Caprolactam oder 12-Aminododecanolactam.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist das Alkylencarbonat ausgewählt aus Ethylencarbonat, Propylencarbonat oder Butylencarbonat.

Vorzugsweise ist das erfindungsgemäße Bindemittel in einem Temperaturbereich von 50 bis 120°C thermoplastisch verformbar.

Vorteilhaft kann dadurch bei Anwendung von erhöhtem Druck und erhöhter Temperatur zwischen 50 und 120°C eine blasenfreie Fügung der zu verklebenden Bestandteile erfolgen.

Eine weitere Erhöhung der Temperatur auf über 120°C, bevorzugt maximal 150°C führt zur Vernetzung der Monomere (Polymerisation), wobei das erfindungsgemäße Bindemittel nach der Temperaturbehandlung duroplastische Eigenschaften aufweist.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das erfindungsgemäße Bindemittel nach einer Temperaturbehandlung von maximal 150°C duroplastisch. Vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Bindemittel nach einer Temperaturbehandlung im Bereich von 120°C bis 150°C dauerhaft wasserfest vernetzt.

Dem Fachmann sind die Möglichkeiten des Wärmeeintrags für die Temperaturbehandlung grundsätzlich bekannt. Industriell erfolgt der Wärmeeintrag vorzugsweise mit Doppelbandpressen.

Alternativ erfolgt ein schneller und gezielter Wärmeeintrag in die Bindemittelschicht durch Mikrowellenstrahlung, was deutlich weniger Abwärme verursacht.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung enthält das Bindemittel als weitere Additive Weichmacher und/oder Netzmittel und/oder Farbstoffe und/oder Farbpigmente und/oder Fungizide und/oder Brandschutzmittel. Weitere Additive sind bevorzugt Polyvinylbutyral und/oder Zitronensäure und/oder Wasser.

Die jeweiligen Anteile der Zuschlagstoffe zu einem erfindungsgemäßen Bindemittel sind dem Fachmann bekannt oder er kann diese Anteile einschlägiger Literatur entnehmen.

Beim eingesetzten Polyvinylbutyral (PVB) handelt es sich vorzugsweise um ein recyceltes Pulver, welches aus Verbundgläsern zurückgewonnen wird und Anteile von Glas enthalten kann.

Alternativ kann vorgesehen sein, dass zur Farbeinstellung des erfindungsgemäßen Bindemittels eine Zugabe von Farbstoff oder Pigment erfolgt.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Verklebung von Holzwerkstoffen für die Herstellung von Span-, OSB-, MDF-, HDF-Platten, Sperrhölzern, Schichtholzwerkstoffen oder Hartpapier, das die folgenden Arbeitsgänge umfasst:

a) Beschichtung zumindest eines Holzwerkstoffs mit einem erfindungsgemäßen Bindemittel,

b) Kontaktieren des beschichteten Holzwerkstoffs mit zumindest einem weiteren Holzwerkstoff unter Druckeinwirkung im Bereich von 200 bis 6000 kN/m², c) Temperaturbehandlung der kontaktierten Holzwerkstoffe mit einer Temperatur über 120°C zur Polymerisation und/oder Vernetzung des Alkali-Lignins mit den Monomeren.

Der Begriff Holzwerkstoff bezeichnet im Sinne der Erfindung Holzspäne, Holzplatten, Sperrholz, Holzspan- oder Holzfaserplatten oder Papier.

Vorzugsweise erfolgt die Beschichtung des Holzwerkstoffs mit einem erfindungsgemäßen Bindemittel mit einer Schichtdicke im Bereich von 50 bis 500 μηη, besonders bevorzugt im Bereich von 100 bis 250 μηη. Es kann zweckdienlich sein, dass vor der Beschichtung des zumindest einen Holzwerkstoffes in Schritt a) des erfindungsgemäßen Verfahrens das Bindemittel mit Wasser gemischt wird.

Es kann zweckdienlich sein, dass vor der Temperaturbehandlung in Schritt c) des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Korrektur in der Orientierung der Holzwerkstoffe zueinander erfolgen muss. Vorzugsweise erfolgt die Korrektur in der Orientierung der Holzwerkstoffe zueinander durch eine Temperatureinwirkung 10 s/(mm Schichtdicke) in einem Temperaturbereich von 50 bis 120°C.

Nach einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erfolgt das Kontaktieren des beschichteten Holzwerkstoffs mit zumindest einem weiteren Holzwerkstoff unter Druckeinwirkung im Bereich von 250 bis 6000 kN/m².

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erfolgt die Temperaturbehandlung der kontaktierten Holzwerkstoffe mit einer Temperatur zwischen 120°C und 205°C, besonders bevorzugt zwischen 130°C und 200°C, so dass die Temperatur im Inneren des Holzwerkstoffs während des erfindungsgemäßen Verfahrens über 100°C, insbesondere über 120°C beträgt.

Die Korrektur in der Orientierung der Holzwerkstoffe umfasst im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere die Entfernung von Blasen (Lufteinschlüssen zwischen den Holzwerkstoffen), Herstellung eines bündigen Abschlusses an den Seitenkanten der Holzwerkstoffe zueinander oder die zielgenaue Orientierung eines Holzwerkstoffes in Bezug zu dem anderen Holzwerkstoff.

Vorzugsweise erfolgt die Druckeinwirkung auf den herzustellenden Holzwerkstoff über mindestens zwei Seiten, bspw. mittels zweier sich gegenüberliegend angeordneter Pressbleche.

Vorzugsweise erfolgt die Druckeinwirkung auf den Holzwerkstoff über einen Zeitraum von mindestens 2 Sekunden, vorzugsweise mindestens 5 Sekunden, besonders bevorzugt im Bereich von 5 bis 20 Sekunden pro Millimeter (mm) Dicke des Holzwerkstoffes.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäß erhaltenen Holzwerkstoffe während des erfindungsgemäßen und/oder in einem, dem erfindungsgemäßen Verfahren nachgelagerten Schritt mit Mikrowellen in einem Wellenlängenbereich von 335 bis 3 mm bevorzugt mit der Frequenz von 2,45 GHz beaufschlagt werden. Vorteilhaft wird hierdurch die vollständige und homogene Polymerisation des Monomers der allgemeinen Struktur Y-(C)-X in dem gesamten Holzwerkstück begünstigt. Die Beaufschlagung des Holzwerkstoffs mit Mikrowellen erfolgt mittels Richtfunkantennen (Parabolantennen) bzw. Hornstrahlerantennen. Das erfindungsgemäße Bindemittel wird vorzugsweise zur Verklebung von Holzwerkstoffen für die Herstellung von Span-, OSB-, MDF-, HDF-, CLT-Platten, Sperrholz, Schichtholzwerkstoffen oder Hartpapier verwendet.

Vorteilhaft erfolgt die Verklebung von Holzwerkstoffen dauerhaft wasserfest.

Der grundlegende Aufbau und der Gebrauch einer Heißklebepistole zum Schmelzen und Austragen eines schmelzbaren und thermoplastischen Klebstoffs sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt. Dabei wird das erfindungsgemäße Bindemittel vorzugsweise in eine zylindrische Form gegossen und nach Abkühlen auf Raumtemperatur in eine Heißklebepistole eingesetzt.

Anhand nachfolgender Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert, ohne die Erfindung auf diese zu beschränken.

Beispiel 1 - Verklebung zweier Holzplatten

In einem anschaulichen Versuch werden 820 g schwefelarmes Alkali-Lignin mit einem Molekulargewicht zwischen 2000 und 3000 g/mol in folgender Reihenfolge unter vollständiger Auflösung mit 150 g 1 ,2-Diaminoethan und 170 g Dimethylsuccinat in einem Laborextruder - Fa. Collin gemischt. 1 15 g des daraus resultierenden pastösen Klebers wird im erwärmten Zustand zur flächigen Verbindung zweier Holzplatten im Format 30 cm x 60 cm verwendet, wobei der Kleber in einem Bereich zwischen 140 und 180 g/m² aufgetragen wurde. Die dauerhafte wasserfeste Vernetzung erfolgt bei Temperaturen von ca. 120 - 150°C.

Beispiel 2 - Herstellung einer Spanplatte

Zur Herstellung einer Spanplatte werden 150 g schwefelarmes Alkali-Lignin mit einem Molekulargewicht zwischen 2000 und 3000 g/mol mit 5 g Aminocapronsäure und 95 g ε- Caprolactam vorgemischt und mit 250 g Holzspänen (Mittelschichtschneidspäne mit etwa 0,5 mm Spandicke und Deckschichtnormalspäne mit 0,2 mm Spandicke) vermengt. Dieses Gemisch wird in eine Laminiereinrichtung gefüllt und bei 2 bar und 120 - 150°C 15 min zu einer Platte mit den Abmessungen 15 cm x 15 cm x 2 cm gepresst.

Beispiel 3 - Herstellung einer Sperrholzplatte

120 g schwefelarmes Lignin werden mit 42,6 g Maleinsäureanhydrid und 37,4 g Piperazin vorgemischt und portionsweise in 200 g Wasser eingerührt. 120 g des daraus resultierenden viskosen Klebers wird zur flächigen Verbindung zweier Holzplatten von 2 mm Dicke im Format 30 cm x 60 cm verwendet. Die dauerhafte wasserfeste Vernetzung erfolgt bei 15 min Erwärmung auf ca. 140°C Innentemperatur. Beispiel 4 - Herstellung einer Sperrholzplatte

250 g schwefelarmes Lignin werden mit 54,3 g Piperazin und 1 12,3 g Dimethyltartrat vorgemischt und portionsweise in 400 g Wasser eingerührt, wobei ein klares fließfähiges dunkelbraunes Gel entsteht. 120 g des daraus resultierenden pastösen Klebers werden zur flächigen Verbindung dreier Holzplatten von 2 mm Dicke im Format 30 cm x 60 cm verwendet, wobei die Faserrichtung der mittleren Platte senkrecht zu den Deckplatten ausgerichtet wird. Die dauerhafte wasserfeste Vernetzung erfolgt unter Erwärmung auf 120 - 150°C.

Beispiel 5 - Verklebung zweier Holzplatten

360 g schwefelarmes Lignin werden mit 12 g Aminocapronsäure und 228 g ε-Caprolactam vorgemischt und unter Erwärmen homogenisiert. 345 g des daraus resultierenden pastösen Klebers wird im erwärmten Zustand zur flächigen Verbindung zweier Holzplatten von 2 mm Dicke im Format 60 cm x 90 cm verwendet. Die dauerhafte wasserfeste Vernetzung erfolgt bei 10 min Erwärmung auf ca. 120 - 150°C Innentemperatur.

Beispiel 6 - Herstellung einer Sperrholzplatte

756 g schwefelarmes Lignin werden mit 25,2 g Aminocapronsäure und 479 g ε-Caprolactam vorgemischt und 240 s in einem Mikrowellengerät bei einer Leistungsdichte von 20 W / 1 bei ca. 90°C aufgeschmolzen, wobei eine klare fließfähige dunkelbraune Schmelze entsteht. 345 g des daraus resultierenden pastösen Klebers werden im erwärmten Zustand zur flächigen Verbindung dreier Holzplatten von 2 mm Dicke im Format 60 cm x 90 cm verwendet, wobei die Faserrichtung der mittleren Platte senkrecht zu den Deckplatten ausgerichtet ist. Die dauerhafte wasserfeste Vernetzung erfolgt unter Erwärmung auf 120 - 150°C.

Beispiel 7 - Hartpapier

Für die Herstellung von Hartpapier werden 500 g schwefelarmes Lignin mit 17 g Aminocapronsäure und 100 g ε-Caprolactam vorgemischt und 120 s Mikrowellenbestrahlung bei 2450 MHz bei einer Leistungsdichte von 25 W / 1 erwärmt und homogenisiert. 300 g des daraus resultierenden Klebers werden im erwärmten Zustand zur flächigen Verbindung von 15 Lagen Fließpapier mit einem Flächengewicht von 80 g / m² im Format 50 cm x 100 cm verwendet. Die dauerhafte wasserfeste Vernetzung erfolgt bei 10 min Erwärmung auf ca. 120 - 150 °C. Es resultiert eine 5 mm starke dunkelbraune Platte von hoher mechanischer Festigkeit.

Beispiel 8 - Herstellung einer Verbundplatte

Für die Herstellung einer Verbundplatte werden 5000 g grobe Holzspäne mit einer Mischung aus 180 g schwefelarmen Lignin gelöst in 120 g ε-Caprolactam, 6 g Aminocapronsäure und 50 g PMDI und 50 g Polyvinylbutyralpulver (PVB) suspendiert in 250 g Wasser besprüht und bei einem Druck von 40 bar und bei Erwärmung auf 150°C Innentemperatur verfestigt.

Beispiel 9 - Herstellung einer Spanplatte

1455 g Holzspäne werden mit einer Suspension aus 54 g schwefelarmen Lignin gelöst in 34,2 g ε-Caprolactam, 1 ,8 g Aminocapronsäure und 36 g PMDI (Poly(methylenphenyl- enisocyanat)) als Präpolymer in 90 g Wasser beleimt und in einer Presse bei 40 bar bei 220°C Oberflächentemperatur zu einer Spanplatte geformt. Die Platte wird 30 s durch Mikrowellenbestrahlung bei 2450 MHz bei einer Leistungsdichte von 20 W / 1 nachgetrocknet, wobei die Innentemperatur 150°C nicht übersteigt. Die mechanischen Materialeigenschaften und die Wasserbeständigkeit verbessern sich bei gleichzeitiger Reduktion des PMDI- Einsatzes.

Beispiel 10 - Herstellung einer Spanplatte

In einem anderen anschaulichen Beispiel erfolgt die Herstellung einer Spanplatte indem 2415 g Holzspäne mit einem Gemisch aus 90 g schwefelarmen Alkali-Lignin gelöst in 57 g ε-Caprolactam, 3 g Aminocapronsäure und 60 g PMDI [CAS-Nr. 9016-87-9] suspendiert in 150 g Wasser besprüht werden und unter Druck (40 bar) und bei Erwärmung auf 120 - 150°C Innentemperatur in einer Plattenpresse bei einer Oberflächentemperatur von 220°C verfestigt werden. Die auf diese Weise hergestellte Platte entspricht der Klassifikation P3 nach EN 312 (EU-Standard 2010).

Beispiel 1 1 - Hartpapierplatte

Aus 500 g Propylencarbonat, 1000 g schwefelarmen Lignin, 35 g Aminocapronsäure und 200 g ε-Caprolactam wird eine Lösung hergestellt. Zur Herstellung des Hartpapiers werden 500 g des daraus resultierenden Klebers im erwärmten Zustand 50 - 80°C zur flächigen Verbindung von 36 Lagen Fließpapier mit einem Flächengewicht von 80 g / m² im Format 50 cm x 100 cm verwendet. Die dauerhafte wasserfeste Vernetzung erfolgt bei 10 min Erwärmung auf ca. 120 - 130 °C. Es resultiert eine 12 mm starke dunkelbraune Platte von hoher mechanischer Festigkeit.

Beispiel 12 - Herstellung einer Sperrholzplatte

355 g schwefelarmes Lignin werden mit 1 1 ,8 g Aminocapronsäure und 225 g ε-Caprolactam vorgemischt und 180 s in einem Mikrowellengerät bei einer Leistungsdichte von 20 W / 1 und einer resultierenden Temperatur von ca. 90°C aufgeschmolzen, wobei eine klare fließfähige dunkelbraune Schmelze entsteht. Etwa 590 g des daraus resultierenden pastösen Klebers werden im erwärmten Zustand zur Verklebung von sieben Holzplatten von jeweils 0,6 mm Dicke im Format 60 cm x 90 cm verwendet, wobei die Faserrichtung aufeinander folgender Platten jeweils um 90° gedreht ausgerichtet ist. Die dauerhafte wasserfeste Vernetzung erfolgt unter Erwärmung auf 120 bis 150°C Innentemperatur und einem Pressdruck von 10 bar. Nach dem Verpressen wird eine 5 mm starke Sperrholzplatte erhalten.

Beispiel 13 - Herstellung einer Spanplatte

Zur Herstellung einer Spanplatte werden 1760 g Holzspäne (5% Restfeuchte) mit einem Gemisch aus 46,8 g schwefelarmen Lignin, gelöst in 31 ,2 g Propylencarbonat, 15,6 g Triethyl-O-acetylcitrat und 145 g Wasser, besprüht und unter Druck (55 bar) und Erwärmung auf 120 bis 150°C Innentemperatur in einer Plattenpresse bei einer Oberflächentemperatur von 200°C verfestigt. Die auf diese Weise hergestellte Platte entspricht der Klassifikation P2 nach EN 312 (EU-Standard 2010).

Beispiel 14 - Herstellung einer Spanplatte

Zur Herstellung einer Spanplatte werden 2640 g Holzspäne (5% Restfeuchte) mit einem Gemisch aus 72 g schwefelarmen Lignin, gelöst in 73 g Propylencarbonat, 30,5 g Zitronensäure und 183 g Wasser, besprüht und unter Druck (55 bar) und Erwärmung auf 120 bis 150°C Innentemperatur in einer Plattenpresse bei einer Oberflächentemperatur von 200°C verfestigt werden. Die auf diese Weise hergestellte Platte entspricht der Klassifikation P2 nach EN 312 (EU-Standard 2010).

Beispiel 15 - Herstellung von Furnierschichtholz

272 g schwefelarmes Lignin werden mit 68 g Zitronensäure und 68 g Cellulosediacetat als Pulver vorgemischt und mit Hilfe eines Labor-Doppelschneckenextruders (Collin) zusammen mit 191 g Propylencarbonat bei 60°C zu einem Klebstofffilm verarbeitet und zur Verklebung von sieben Holzplatten von jeweils 0,6 mm Dicke im Format 60 cm x 90 cm verwendet, wobei alle Platten die gleiche Faserrichtung aufweisen. Die dauerhafte wasserfeste Vernetzung erfolgt unter Erwärmung auf 120 - 150°C Innentemperatur und einem Pressdruck von 10 bar. Nach dem Verpressen wird ein Verbund von 4,9 mm Stärke erhalten.

Claims

Patentansprüche

1 . Bindemittel zur Verklebung von Holzwerkstoffen enthaltend:

a) ein Monomer mit einem Gesamtanteil von 15 bis 40 Ma.-%,

wobei das Monomer ein Lactam oder Gemisch aus sekundärem Diamin und einem Dicarbonsäureanhydrid und/oder ein Alkylencarbonat ist,

b) Alkali-Lignin mit einem Molekulargewicht von 2000 bis 4000 g/mol mit einem Gesamtanteil im Bereich von 40 bis 85 Ma.-%,

dadurch gekennzeichnet, dass das Lignin in dem Monomer monomolekular verteilt vorliegt.

2. Bindemittel nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Alkali-Lignin durch das Ligno-Boost-Verfahren erhalten worden ist.

3. Bindemittel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Alkali-Lignin einen Schwefelanteil kleiner 2,0 Ma.-% aufweist.

4. Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindemittel als weitere Additive Weichmacher und/oder Netzmittel und/oder Farbstoffe und/oder Farbpigmente und/oder Fungizide und/oder Brandschutzmittel und/oder Zitronensäure enthält.

5. Verfahren zur Verklebung von Holzwerkstoffen für die Herstellung von Span-, OSB-, MDF-, HDF- und CLT-Platten, Sperrhölzern, Schichtholzwerkstoffen oder Hartpapier, das die folgenden Arbeitsgänge umfasst:

a) Beschichtung zumindest eines Holzwerkstoffs mit einem Bindemittel nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

b) Kontaktieren des beschichteten Holzwerkstoffs mit zumindest einem weiteren Holzwerkstoff unter Druckeinwirkung im Bereich von 200 bis 6000 kN/m², c) Temperaturbehandlung der kontaktierten Holzwerkstoffe mit einer Temperatur im Bereich von 120°C bis 150°C zur Polymerisation und/oder Vernetzung.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Holzwerkstoffe nach Schritt c und/oder in einem nachgelagerten Schritt mit Mikrowellen beaufschlagt werden.

7. Verwendung eines Bindemittels nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Verklebung von Holzwerkstoffen für die Herstellung von Span-, OSB-, MDF-, HDF-Platten, Sperrhölzern, Schichtholzwerkstoffen oder Hartpapier.