CZ287855B6

CZ287855B6 - Binding agents based on tannin

Info

Publication number: CZ287855B6
Application number: CZ19942522A
Authority: CZ
Inventors: Antonio Pizzi; Willi Roll; Berthold Dombo
Original assignee: Bakelite Ag
Priority date: 1993-10-13
Filing date: 1994-10-12
Publication date: 2001-02-14
Also published as: US5532330A; FI944795A; ES2070809T1; FI944795A0; HU9402943D0; AU7432494A; GR950300038T1; EP0648807A1; SK122394A3; SK280874B6; CA2131612C; ATE166093T1; EP0648807B1; NO943845L; NO943845D0; BR9404060A; HUT70057A; CA2131612A1; DK0648807T3; NZ264335A

Description

Pojivá na bází taninu

Oblast techniky

Vynález se týká pojiv, která se mohou vytvrzovat teplem, která jsou snášenlivá se dřevem a ostatními produkty, obsahujícími celulózu a která jsou obzvláště vhodná pro výrobu dřevěných materiálů, jako jsou například dřevotřískové desky.

Dosavadní stav techniky

V průběhu hledání přírodních a obzvláště dorůstajících surovin pro výrobu pojiv pro dřevěné materiály bylo popsáno také použití taninů (J. Macromol. SCI.-Chem. A 16 (7), 1243-1250 /1981/).

Přes dobrou snášenlivost se však jejich použití neprosadilo, neboť pevnost v tahu u dřevěných materiálů, spojovaných taninem, je, obzvláště po skladování ve vodě, neuspokojivá.

Přihlašovatelem sice bylo již objeveno teplem tvrditelné pojivo obsahující tanin, které vytvrzuje přídavkem činidla, odštěpujícího za tepla formaldehyd a které vede ke dřevěným materiálům s dobrou pevností a nízkými hodnotami botnání, avšak tyto dobré hodnoty se dosáhnou pouze s taninem z pekanových ořechů. Kromě toho není možno, pokud není dávkování formaldehyd uvolňujícího činidla zcela přesné, zcela vyloučit odštěpování, popřípadě uvolňování formaldehydu po slisování.

Podstata vynálezu

Úkolem předloženého vynálezu tedy je dát k disposici prostředek, pomocí kterého by se rozšířila surovinová základna pro pojivá, která by vedla ke dřevěným materiálům se zlepšenými mechanickými vlastnostmi a která by současně vykazovala snížené, popřípadě žádné odštěpování formaldehydu.

Uvedený úkol byl vyřešen nalezením pojivá, jehož podstata spočívá vtom, že sestává ztaninu polyflavonoidového typu a slabě kysele reagující sloučeniny jako vytvrzovacího katalyzátoru.

Jako vytvrzovací katalyzátor obsahuje pojivo výhodně oxid křemičitý nebo kyselinu boritou. Vytvrzovací katalyzátor se používá výhodně v množství až 10% hmotnostních, obzvláště 1 až 6 % hmotnostních.

Jako příklady slabě kysele reagujících sloučenin je možno uvést kyselinu boritou, chlorid hlinitý, chlorid zinečnatý, chlorid cíničitý nebo oxid křemičitý.

Tak například gelovatí extrakty taninu z pekanových ořechů (pH 9,55) při teplotě místnosti po přídavku vždy 6 % hmotnostních

AlClj (pka = 8,6)

H3BO3 (pka = 9,2)

SiO₂ (pka=10) během 780 s během 360 s a během 49 s.

Jako výhodný vytvrzovací katalyzátor v pojivech podle předloženého vynálezu je možno uvést oxid křemičitý, který může být obsažen ve vysoce dispersní nebo krystalické formě v množství až 10 % hmotnostních, výhodně v množství 1 až 6 % hmotnostních.

-1 CL 287855 B6

Jako příklady taninů polyflavonoidového typu je možno uvést taniny pekanových ořechů, Pinus radiata (borovice), Acacia meamsii (mimosa) nebo Schinopsis balansae (quebracho), samotné nebo ve vzájemné směsi.

Uvedená pojivá se mohou použít pro výrobu dřevěných materiálů nebo materiálů na bázi celulózu obsahujících produktů tak, že se s produkty, obsahujícími celulózu, smísí, nebo se na celulózu obsahující produkty, obzvláště na dřevěné třísky, nastříkají, směs nebo smočené celulózu obsahující produkty se vnesou do formy a zde se zpracují při teplotě v rozmezí 150 až 210 °C a za tlaku v rozmezí 0,1 až 4 MPa/mm².

Pomocí takovýchto formaldehydu prostých pojiv se mohou vyrobit materiály, jejichž pevnost v tahu odpovídá například materiálům, spojovaným fenolovou pryskyřicí. Jejich odolnost vůči vlhkosti je však vyšší, takže jsou obzvláště vhodné pro použití ve venkovních oblastech.

Obzvláštní výhodou je, že taniny je možno použít také bez rozvlákňovacího zpracování, jak je často popisováno v literatuře.

Například se může použít tanin pekanových ořechů (Carya illinoensis) jako na trhu dostupný produkt, který se dosud převážně využívá jako činící prostředek.

Bylo zjištěno, že pro výrobu pojiv podle předloženého vynálezu může být hodnota pH nastavena různě. Vytvrzení se může dosáhnout jak v kyselé oblasti (pH < 2), tak také v alkalické oblasti (pH > 7,5). Nastavení hodnoty pH ovlivňuje opět, kolik slabě kysele reagující sloučeniny, obzvláště oxidu křemičitého, se musí dát jako vytvrzovací katalyzátor do pojivá, aby se dosáhlo 25 optimálního vytvrzení.

Když se například do roztoku taninu z pekanových ořechů s hodnotou pH 8,2 přidá 6 % hmotnostních oxidu křemičitého, mají dřevotřískové desky z této směsi vyrobené, po poměrně dlouhé době lisování 7,5 minut maximum pevnosti v tahu 0,55 MPa. Když se naproti tomu přidá 30 při hodnotě pH 10,2 stejné množství oxidu křemičitého, není již možná výroba dřevotřískových desek, neboť takovéto pojivo vytvrdne již při nízkých teplotách příliš rychle. Toto znamená, že se k reaktivním taninům musí přidat tím méně oxidů křemičitého jako vytvrzovacího katalyzátoru, čímž vyšší je nastavená hodnota pH. Toto je tak význačné, že dřevotřískové desky V 20 (DIN), které se vyrobí s taninem z pekanových ořechů při hodnotě pH 10,2, avšak pouze s 0,1 až 0,2 % 35 hmotnostními přídavku oxidu křemičitého, mají po době lisování 7,5 minut pevnost v tahu

0,71 MPa. I když se v tomto případě doba lisování sníží na 2 minuty (lOs/mm), mají dřevotřískové desky ještě pevnost v tahu 0,41 MPa, tedy ještě vždy hodnotu uspokojivou pro desky V 20.

Jinak to vypadá, když se použijí méně reaktivní taniny. Například dřevotřískové desky, u kterých byl použit jako jediné pojivo tanin z kůry mimosy (Acacia meamsii), dosahují pouze 39 % pevnosti v tahu desek, u kteiých byl použit tanin z pekanových ořechů. Avšak přídavkem asi 3 % hmotnostních oxidu křemičitého se dosáhne pevnosti, která vyhovuje požadavkům, kladeným na desky V 20.

Taniny z kůiy borovice (Pinus radiata) jsou samy o sobě málo reaktivní, když se však smísí s taninem z pekanových ořechů, mají také ony v přítomnosti vytvrzovacího katalyzátoru oxidu křemičitého dostatečnou reaktivitu pro použití jako pojivá pro celulózu obsahující produkty. Již přídavek 10 % hmotnostních taninu z pekanových ořechů je dostatečný pro průmyslové využití.

Obzvláště jsou však vhodné takové směsi, ve kterých činí hmotnostní poměr taninu z pekanových ořechů ku taninu z borovice 30 : 70 až 50:50. S takovýmito směsmi se může dosáhnout lisovacích časů 10 s.

-2CZ 287855 B6

Při poměru směsi 30 : 70 až 35 : 75 hmotnostních dílů taninu z pekanových ořechů ku taninu z borovice se dosáhnou také uspokojivé výsledky při výrobě desek V 100. Kratší doby lisování se však mohou dosáhnout při poměru ve směsi 35 : 75 až 40 : 60. Podobné výsledky se dosáhnou s dobře reaktivním taninem z quebracho.

Celkem pokusy s pojivý podle předloženého vynálezu ukázaly, že ve srovnání s močovinoformaldehydovými pojivý se může pracovat s podstatně nižšími koncentracemi pojivá a že se použitím vyšších koncentrací pojivá doby lisování podstatně sníží.

Pro výrobu pojených produktů, obsahujících celulózu, se hodnota pH taninu, popřípadě směsi taninů, nastaví na požadovanou hodnotu pomocí slabě kysele reagujících sloučenin, obzvláště oxidem křemičitým, který se může použít jak v krystalické, tak také ve vysoce dispersní formě, a tato směs se přimísí k celulózu obsahujícím produktům před tím, než se tyto slisují na odpovídající materiály.

Obvykle se pro pojivo na bázi méně reaktivních taninů pro dosažení kratších lisovacích časů použije až 10% hmotnostních, obzvláště 1 až 6% hmotnostních slabě kysele reagující sloučeniny. Vyšší množství přídavku vytvrzovacího katalyzátoru než 10% hmotnostních se nejeví jako účelné, neboť tím se již nemůže dosáhnout žádného zlepšení.

Odpovídající produkty, obsahující celulózu, jsou například dřevěné dýhy, dřevěné piliny, vlákna na bázi celulózy nebo také sláma, ze kterých se vyrábějí dřevotřískové desky, překližkové výrobky nebo zvukově a tepelně isolační desky.

Výroba těchto materiálů probíhá tak, že se pojivo podle předloženého vynálezu smísí s celulózou obsahujícím produktem, směs se převede do formy a při teplotě nižší, než je teplota rozkladu taninu, výhodně při teplotě v rozmezí 150 až 210 °C, se za tlaku vytvrdí. Tento tlak je při tom vždy podle použitého materiálu a požadované hustoty v rozmezí 0,1 až 4 MPa/mm².

Tak je například také možná výroba třívrstvých dřevotřískových desek za tlaku 2 až 3,5 MPa/mm².

Množství pojivá je vždy podle požadovaného materiálu a požadované pevnosti v rozmezí 4 až 20 % hmotnostních, vztaženo na celulózu obsahující produkt. Pojivo se může používat jako roztok komponent ve vodě, alkoholu nebo ve směsi vody a alkoholu.

Příklady provedení vynálezu

Následující příklady provedení ve formě tabulek ukazují pojivá podle předloženého vynálezu při jejich použití dřevotřískových desek za použití vysoce dispersního oxidu křemičitého (Aerosil^R 200) jako urychlovače vytvrzování.

Dřevěné piliny se postříkají vodno-alkoholickým roztokem, obsahujícím 11 % hmotnostních pojivá, vztaženo na hmotnost použitých dřevěných třísek a usuší se. Potom se o sobě známým způsobem (2,5 N/mm; 195 °C) zformují na desky o rozměru 400 x 350 x 12 mm, slisují se a vytvrdí.

Příklad 1

Vliv množství přidaného oxidu křemičitého do pojivá na bázi taninu z pekanových ořechů pro dřevotřískové desky o tloušťce 12 mm při pH 8,2 a době lisování 7,5 minut.

-3CZ 287855 B6

Tabulka

% SiO₂	Příčná pevnost v tahu (za sucha) (MPa)	hustota (g/cm³)	vlhkost (%)t
0	0,230	0,706	13
3	0,329	0,702	14
6	0,547	0,702	15
9	0,356	0,703	14
18	0,343	0,700	22

Příklad 2

Vliv přidaného množství oxidu křemičitého do pojivá na bázi taninu z mimosy pro dřevotřískové desky o tloušťce 12 mm při pH asi 10 a době lisování 7,5 minut.

ío Tabulka

% SiO₂	příčná pevnost v tahu (za sucha) (MPa)	hustota (g/cm³)	vlhkost (%)
0	0,160	0,699	20
3	0,475	0,698	18
6	0,449	0,699	20
9	0,385	0,701	21

Příklad 3

Vliv poměru taninu zpekanových ořechů ku taninu z borovice ve směsi při pH 10,2 a době lisování 7,5 minut na vlastnosti dřevotřískových desek o tloušťce 12 mm.

Tabulka

tanin z pekanových ořechů (%)	tanin z borovice (%)	příčná pevnost v tahu (za sucha) (MPa)	hustota (g/cm³)	vlhkost (%)
100	0	0,710	0,705	21
50	50	0,530	0,704	22
40	60	0,555	0,705	22
30	70	0,590	0,699	22
20	80	0,535	0,704	22
10	90	0,450	0,704	22
0	100	0,185	0,698	17

-4CZ 287855 B6

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Poj ivo na bázi taninu tvrditelné teplem a prosté formaldehydu, vyznačuj ící se tím, že obsahuje tanin polyflavonoidového typu a jako vytvrzovací katalyzátor slabě kysele reagující sloučeninu.
2. Pojivo podle nároku 1, vyznačující se tím, že jako vytvrzovací katalyzátor obsahuje oxid křemičitý.
3. Pojivo podle nároku 1, vyznačující se tím, že jako vytvrzovací katalyzátor obsahuje kyselinu boritou.
4. Pojivo podle některého z nároků laž3, vyznačující se tím, že vytvrzovací katalyzátor obsahuje v množství až 10 % hmotnostních.
5. Pojivo podle některého z nároků laž3, vyznačující se tím, že vytvrzovací katalyzátor obsahuje v množství 1 až 6 % hmotnostních.
6. Pojivo podle nároku 2, vy zn a č uj í c í se t í m , že má hodnotu pH 0 až 2.
7. Pojivo podle nároku 2, vy z n ač uj í c í se t í m , že má hodnotu pH 7,5 až 14.
8. Pojivo podle některého z nároků laž7, vyznačující se tím, že obsahuje tanin z pekanových ořechů, Pinus radiata, Accacia meamsii nebo Schinopsis balanse samotný nebo ve směsi.
9. Použití teplem tvrditelného a formaldehydu prostého pojivá podle jednoho nebo několika z nároků 1 až 8 pro výrobu dřevěných materiálů nebo materiálů na bázi celulózu obsahujících produktů.
10. Způsob výroby materiálů, vyznačující se tím, že se pojivo podle jednoho nebo několika nároků 1 až 8 smísí s celulózu obsahujícím produktem, směs se převede do formy a zde se zpracuje při teplotě v rozmezí 150 až 210 °C a tlaku v rozmezí 0,1 až 4 MPa/mm².