Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Bei der mechanischen Bearbeitung und chemischen Verarbeitung des Holzes fallen verschiedene Rest-stoffe an. Hierzu geh\u00f6ren die Holzrinden (etwa 4 Mio. fm\/Jahr) und die technischen Lignine bzw. Sulfitablaugen (etwa 1 Mio. t Trockensubstanz\/Jahr). Die Rinden, aber insbesondere die technischen Lignine werden haupts\u00e4chlich f\u00fcr die Energiegewinnung genutzt, nur sehr geringe Mengen werden wirtschaftlich stofflich verwertet. Die technischen Lignine haben zwar Bindeeigenschaften, sie sind jedoch reaktionstr\u00e4ge und k\u00f6nnen deshalb nur in geringen Mengen als Bindezusatzmittel eingesetzt werden. Im Prinzip lassen sich auch die aus Rinden einheimischer Nadelh\u00f6lzer extrahierbaren Tannine als Bindemittel einsetzen. Bisher werden jedoch aufgrund der relativ niedrigen Extraktstoffausbeuten und des relativ hohen Anteils an nichtphenolischen Bestandteilen die Rindenextrakte der einheimischen Nadelh\u00f6lzer als Bindemittel f\u00fcr Holzwerkstoffe nicht verwendet. Ziel des Vorhabens war die Entwicklung von nat\u00fcrlichen reaktiven Bindemittelsystemen aus Extrakten der Fichtenrinde und technischem Lignin f\u00fcr die Herstellung von Holzspanplatten und mitteldichten Faserplatten (MDF).<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Untersuchungen wurden in drei aufeinander aufbauende Teilprojekte durchgef\u00fchrt. Zur Gewinnung der polyphenolischen Extrakte wurde Fichtenrinde nach der Trocknung und Zerkleinerung mit Wasser, Harnstoffl\u00f6sung, Ammoniakl\u00f6sung und technischem Lignin 3 Stunden bei Temperaturen von 90\u00b0C und 130\u00b0C in Druckbeh\u00e4ltern aufgeschlossen. Die gewonnenen Rindenextrakte wurden auf Extraktstoffgehalt und verleimungsrelevante Eigenschaften, wie Feststoffgehalt, pH-Wert, Pufferkapazit\u00e4t, Stiasny-Zahl, reaktiver Polyphenolgehalt, Viskosit\u00e4t, Gelierzeit, Kondensationsf\u00e4higkeit und Gebrauchsdauer, untersucht. Ein handels\u00fcbliches Tannin (Quebrachoholzextrakt) wurde in die Untersuchungen einbezogen. Das reaktionstr\u00e4ge technische Lignin wurde zur Steigerung seiner Reaktivit\u00e4t durch Bestrahlung mit UV-Licht modifiziert. Das reaktivierte Lignin wurde zur Gewinnung von tanninhaltigem Fichtenrindenextrakt eingesetzt und dieser hinsichtlich verleimungsrelevanter Eigenschaften charakterisiert. Mit definierten Abmischungen hergestellter Rindenextrakte und Quebrachotannin wurden Holzspanplatten und mitteldichte Faserplatten (MDF) gefertigt, die auf ihre physikalisch-technologischen und chemischen Eigenschaften sowie ihr Emissionsverhalten gepr\u00fcft wurden.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Aus der Rinde einheimischer Fichte konnten mit w\u00e4ssrigen L\u00f6sungsmitteln in Abh\u00e4ngigkeit von der Aufschlusstemperatur 18…34% der Bestandteile herausgel\u00f6st werden. Die Ergebnisse der durchgef\u00fchrten Extraktionen lassen erkennen, dass die Extraktstoffausbeuten mit steigender Aufschlusstemperatur deutlich zunehmen. Der Gehalt an mit Formaldehyd\/Salzs\u00e4ure f\u00e4llbaren Polyphenolen (Tannine) nimmt mit steigender Extraktionstemperatur ab. Es werden bei h\u00f6heren Temperaturen vermehrt weniger reaktive Inhaltsstoffe aus der Rinde herausgel\u00f6st. Diese Inhaltsstoffe scheinen zudem einen ausgepr\u00e4gten aciden Charakter zu haben, da der pH-Wert der mit Wasser gewonnenen Extrakte mit steigender Aufschlusstemperatur f\u00e4llt. Die Viskosit\u00e4t der Extraktl\u00f6sungen ist niedrig, die Unterschiede zwischen den bei verschiedenen Temperaturen gewonnenen Extrakten sind unbedeutend. Die Extraktion der Fichtenrinde mit w\u00e4ssriger Harnstoffl\u00f6sung erh\u00f6ht im Vergleich zur Hei\u00dfwasserextraktion die Reaktivit\u00e4t der Extrakte. Vergleichsweise weniger geeignet erweisen sich die technischen Lignine als Extraktionsmittel. Die Reaktivit\u00e4t der mit technischem Lignin gewonnenen Rindenextrakte wurde durch eine Vorbehandlung der Lignine mit Licht deutlich verbessert.
\nDie Fichtenrindenextrakte wurden als partieller Ersatz f\u00fcr Quebrachotannin eingesetzt. Bei Spanplatten wurden bis zu 40%, bei mitteldichten Faserplatten (MDF) bis zu 100% des Quebrachotannins durch Fichtenrindenextrakt ersetzt.
\nMit einem Bindemittel aus Quebrachotannin in Kombination mit dem Hei\u00dfwasserextrakt der Fichtenrinde oder Fichtenrindenextrakt\/Lignin-Gemisch (Extraktanteil bis zu 40%) und Formaldehyd als H\u00e4rter (10,5% bezogen auf Tannin bzw. Tannin\/Extrakt) wurden Spanplatten hergestellt, deren mechanische Festigkeiten den Anforderungen an Bauplatten des Typs V100 (Verleimung best\u00e4ndig gegen hohe Luftfeuchtigkeit) entsprechen.
\nMitteldichte Faserplatten (MDF), die mit einem Leimharz aus Quebrachotannin in Kombination mit dem Hei\u00dfwasserextrakt der Fichtenrinde (Extraktanteil bis zu etwa 60%) und Formaldehyd (10,5% bezogen auf Tannin bzw. Tannin\/Extrakt) gefertigt wurden, sind hinsichtlich der Festigkeitseigenschaften f\u00fcr einen Einsatz im Feuchtbereich (Plattentyp MDF.H) geeignet. MDF, die mit einem Leimharz aus 100% Fichtenrindenextrakt und Formaldehyd (5,5% bezogen auf Tannin bzw. Tannin\/Extrakt) hergestellt wurden, erf\u00fcllen die Anforderungen an Platten f\u00fcr einen Einsatz im Trockenbereich (Plattentyp MDF).
\nDie Ergebnisse zeigen insgesamt, dass sich mit bestimmten Kombinationen aus Fichtenrindentannin und Quebrachoholztannin emissionsarme Spanplatten und mitteldichte Faserplatten herstellen lassen. Bei MDF kann das kommerzielle Quebrachotannin durch Tannine der Fichtenrinde zu einem erheblich h\u00f6heren Anteil ersetzt werden als bei Spanplatten. Die Plattenqualit\u00e4t l\u00e4sst sich durch eine thermische Nachbehandlung der Platten zus\u00e4tzlich verbessern.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die Ergebnisse der Untersuchungen wurden wie folgt ver\u00f6ffentlicht:
\n\u00b7\tKurzberichte an die Mitglieder des Vereins f\u00fcr technische Holzfragen
\n\u00b7\tVer\u00f6ffentlichungen in Fachzeitschriften (z.T. in Vorbereitung)
\nFachvortrag anl\u00e4sslich des von der DBU gef\u00f6rderten Symposiums Umweltschutz in der Holzwerkstoffin-dustrie am 24.\/25.06.1998<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
In dem Projekt wurden Methoden zur Erh\u00f6hung der Reaktivit\u00e4t von Fichtenrindenextrakten und technischen Ligninen erarbeitet. Die Eignung von Fichtenrindenextrakt als Bindemittel f\u00fcr mitteldichte Faserplatten unter praxisrelevanten Bedingungen wurde erstmalig unter Beweis gestellt. Ferner konnte nachgewiesen werden, dass Extrakte aus kommerziellem, importierten Quebrachoholz durch Rindenextrakte der einheimischen Fichte sowohl bei der Herstellung von Spanplatten als auch bei mitteldichten Faserplatten zu einem erheblichen Teil ersetzt werden k\u00f6nnen. Dar\u00fcber hinaus wurde festgestellt, dass bestimmte Kombinationen aus technischen Ligninen und Fichtentannin als Bindemittel f\u00fcr Holzwerkstoffe eingesetzt werden k\u00f6nnen. Da es sich bei der Gewinnung von Tannin aus Fichtenrinde um eine einfach durchf\u00fchrbare Wasserextraktion handelt und die Rinden als Reststoffe der Holzbearbeitung und Holzverarbeitung anfallen, bestehen aus \u00f6konomischen und umweltrelevanten Gr\u00fcnden gute Aussichten f\u00fcr eine Umsetzung der Untersuchungsergebnisse in die Industrie. Die Untersuchungen sollen in einem Folgevorhaben fortgef\u00fchrt werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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