Projekt 03934/01

Entwicklung von umweltfreundlichen, reaktiven Bindemittelsystemen aus Reststoffen der Holznutzung fĂŒr die Herstellung von emissionsarmen Span- und Faserplatten

ProjekttrÀger

Fraunhofer-Institut fĂŒr HolzforschungWilhelm-Klauditz-Institut (WKI)
Bienroder Weg 54 E
38108 BraunschweigZielsetzung und Anlass des Vorhabens Bei der mechanischen Bearbeitung und chemischen Verarbeitung des Holzes fallen verschiedene Rest-stoffe an. Hierzu gehören 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 hauptsĂ€chlich fĂŒr die Energiegewinnung genutzt, nur sehr geringe Mengen werden wirtschaftlich stofflich verwertet. Die technischen Lignine haben zwar Bindeeigenschaften, sie sind jedoch reaktionstrĂ€ge und können deshalb nur in geringen Mengen als Bindezusatzmittel eingesetzt werden. Im Prinzip lassen sich auch die aus Rinden einheimischer Nadelhölzer 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 Nadelhölzer als Bindemittel fĂŒr Holzwerkstoffe nicht verwendet. Ziel des Vorhabens war die Entwicklung von natĂŒrlichen reaktiven Bindemittelsystemen aus Extrakten der Fichtenrinde und technischem Lignin fĂŒr die Herstellung von Holzspanplatten und mitteldichten Faserplatten (MDF). Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Untersuchungen wurden in drei aufeinander aufbauende Teilprojekte durchgefĂŒhrt. Zur Gewinnung der polyphenolischen Extrakte wurde Fichtenrinde nach der Trocknung und Zerkleinerung mit Wasser, Harnstofflösung, Ammoniaklösung und technischem Lignin 3 Stunden bei Temperaturen von 90°C und 130°C in DruckbehĂ€ltern aufgeschlossen. Die gewonnenen Rindenextrakte wurden auf Extraktstoffgehalt und verleimungsrelevante Eigenschaften, wie Feststoffgehalt, pH-Wert, PufferkapazitĂ€t, Stiasny-Zahl, reaktiver Polyphenolgehalt, ViskositĂ€t, Gelierzeit, KondensationsfĂ€higkeit und Gebrauchsdauer, untersucht. Ein handelsĂŒbliches Tannin (Quebrachoholzextrakt) wurde in die Untersuchungen einbezogen. Das reaktionstrĂ€ge technische Lignin wurde zur Steigerung seiner ReaktivitĂ€t 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 geprĂŒft wurden. Ergebnisse und Diskussion Aus der Rinde einheimischer Fichte konnten mit wĂ€ssrigen Lösungsmitteln in AbhĂ€ngigkeit von der Aufschlusstemperatur 18...34% der Bestandteile herausgelöst werden. Die Ergebnisse der durchgefĂŒhrten Extraktionen lassen erkennen, dass die Extraktstoffausbeuten mit steigender Aufschlusstemperatur deutlich zunehmen. Der Gehalt an mit Formaldehyd/SalzsĂ€ure fĂ€llbaren Polyphenolen (Tannine) nimmt mit steigender Extraktionstemperatur ab. Es werden bei höheren Temperaturen vermehrt weniger reaktive Inhaltsstoffe aus der Rinde herausgelöst. Diese Inhaltsstoffe scheinen zudem einen ausgeprĂ€gten aciden Charakter zu haben, da der pH-Wert der mit Wasser gewonnenen Extrakte mit steigender Aufschlusstemperatur fĂ€llt. Die ViskositĂ€t der Extraktlösungen ist niedrig, die Unterschiede zwischen den bei verschiedenen Temperaturen gewonnenen Extrakten sind unbedeutend. Die Extraktion der Fichtenrinde mit wĂ€ssriger Harnstofflösung erhöht im Vergleich zur Heißwasserextraktion die ReaktivitĂ€t der Extrakte. Vergleichsweise weniger geeignet erweisen sich die technischen Lignine als Extraktionsmittel. Die ReaktivitĂ€t der mit technischem Lignin gewonnenen Rindenextrakte wurde durch eine Vorbehandlung der Lignine mit Licht deutlich verbessert. Die Fichtenrindenextrakte wurden als partieller Ersatz fĂŒr Quebrachotannin eingesetzt. Bei Spanplatten wurden bis zu 40%, bei mitteldichten Faserplatten (MDF) bis zu 100% des Quebrachotannins durch Fichtenrindenextrakt ersetzt. Mit einem Bindemittel aus Quebrachotannin in Kombination mit dem Heißwasserextrakt der Fichtenrinde oder Fichtenrindenextrakt/Lignin-Gemisch (Extraktanteil bis zu 40%) und Formaldehyd als HĂ€rter (10,5% bezogen auf Tannin bzw. Tannin/Extrakt) wurden Spanplatten hergestellt, deren mechanische Festigkeiten den Anforderungen an Bauplatten des Typs V100 (Verleimung bestĂ€ndig gegen hohe Luftfeuchtigkeit) entsprechen. Mitteldichte Faserplatten (MDF), die mit einem Leimharz aus Quebrachotannin in Kombination mit dem Heißwasserextrakt der Fichtenrinde (Extraktanteil bis zu etwa 60%) und Formaldehyd (10,5% bezogen auf Tannin bzw. Tannin/Extrakt) gefertigt wurden, sind hinsichtlich der Festigkeitseigenschaften fĂŒr 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, erfĂŒllen die Anforderungen an Platten fĂŒr einen Einsatz im Trockenbereich (Plattentyp MDF). Die 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 höheren Anteil ersetzt werden als bei Spanplatten. Die PlattenqualitĂ€t lĂ€sst sich durch eine thermische Nachbehandlung der Platten zusĂ€tzlich verbessern. Öffentlichkeitsarbeit und PrĂ€sentation Die Ergebnisse der Untersuchungen wurden wie folgt veröffentlicht: · Kurzberichte an die Mitglieder des Vereins fĂŒr technische Holzfragen · Veröffentlichungen in Fachzeitschriften (z.T. in Vorbereitung) Fachvortrag anlĂ€sslich des von der DBU geförderten Symposiums Umweltschutz in der Holzwerkstoffin-dustrie am 24./25.06.1998 Fazit In dem Projekt wurden Methoden zur Erhöhung der ReaktivitĂ€t von Fichtenrindenextrakten und technischen Ligninen erarbeitet. Die Eignung von Fichtenrindenextrakt als Bindemittel fĂŒr 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 können. DarĂŒber hinaus wurde festgestellt, dass bestimmte Kombinationen aus technischen Ligninen und Fichtentannin als Bindemittel fĂŒr Holzwerkstoffe eingesetzt werden können. Da es sich bei der Gewinnung von Tannin aus Fichtenrinde um eine einfach durchfĂŒhrbare Wasserextraktion handelt und die Rinden als Reststoffe der Holzbearbeitung und Holzverarbeitung anfallen, bestehen aus ökonomischen und umweltrelevanten GrĂŒnden gute Aussichten fĂŒr eine Umsetzung der Untersuchungsergebnisse in die Industrie. Die Untersuchungen sollen in einem Folgevorhaben fortgefĂŒhrt werden.

Übersicht

Telefon

0531/2155-353

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Bundesland

Niedersachsen

Fördersumme

248.165,74 €

Förderzeitraum

31.03.1995 - 20.12.1999

Internet

www.wki.fhg.de