DD283150A5 - Verfahren zur herstellung eines bindemittels auf saccharidbasis - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bindemittels auf Saccharidbasis fuer Holzwerkstoffe und andere Faserwerkstoffe, bei dem ein Teil des Phenols ersetzt werden kann. Die erfindungsgemaesze Aufgabe wird dadurch geloest, dasz alkalisch oder sulfidalkalisch behandelte Mono- und/oder Polysaccharide mit einem Masseanteil von 2-10% eines Monophenols, 21,5-27% Formaldehyd (37%ig) und 7-8% Natronlauge (45%ig) - jeweils bezogen auf die Gesamtmasse des Reaktionsgemisches - bei Siedetemperatur kondensiert werden. Als Saccharidkomponenten koennen vorzugsweise sulfidalkalisch behandelte Glukose, Sulfatschwarzlauge nach Abtrennen des Lignins oder eingedampfte Ablauge der Alkalibehandlung von Zellstoffen fuer die Viscoseherstellung (Gelblauge) eingesetzt werden. Es werden mit herkoemmlichen Phenolharzbindemitteln vergleichbare Leimqualitaeten erzielt.{Bindemittel; Behandlung, alkalisch; Saccharid; Holzwerkstoff; Monophenol; Formaldehyd; Glukose; Sulfatschwarzlauge; Gelblauge}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bindemittels für Holzwerkstoffe und andere Faserwerkstoffe, bei dem ein Teil des Phenols durch Saccharide ersetzt werden kann.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Es wurden verschiedene Wege beschritten, um das importintensive teure Phenol bei der Synthese von Phenolharzbindemitteln durch andere Substanzen, zumindest teilweise, zu ersetzen. Dabei gewinnen vor allem solche Zusätze an Bedüutung, die nicht nur eine Streckung des Harzes und damit meist verbunden eine Qualitätsminderung bewirken, sondern die direkt am Chemis nus des Harzbildungsprozesses teilnehmen.

Neben dem Einsatz von Lignin bzw. Ligninderivaten als Phenolersatz wurde auch versucht, verschiedene Saccharide als Ersalzkomponente zu verwenden. Rereits 1934 ν 'urde Zucker als Modifikator für Phenol-Formaldehydharze eingesetzt (US-PS 1959433). Das Verfahren wurde a jf Grund der unökonomischen Herstellung nicht technisch angewendet. Es ist weiter bekannt, Saccharose in Phenolharze einzuKondensieren (ADHESIVES TECHNOLOGIE, Juli 1962, S.36-40). Dabei werden 47,1 g einer 88%ige ι Phenolösung mit 10,1 g einer 50%igen N'atriumhydroxidlösung in einem Reaktionsgefäß bis zum Erhalt einer homogenen Lösung gerührt. 44,6g kristalline Saccharose und 34g Paraformaldehyd sowie anschließend 16,3g Wasser werden dazugegeben. Das Gemisch wird auf 80-9O⁰C erhitzt und 30min bei dieser Temperatur gehalten. Das erhaltene Harz enthält 33% Saccharose. Damit wird ungefähr die Hälfte des Phenols, das normalerweise für die Synthese benötigt wird, ersetzt. Die mechanischen Eigenschaften des Harzes sind abhängig vom Saccharoseanteil. Dus optimale Verhältnis liegt bei 1 mol Saccharose zu 3,5mol Phenol und 9mol Formaldehyd. Es werden jedoch keine konkreten Angaben zur Klebefestigkeit des hergestellten Bindemittels gemacht.

Weiterhin werden in DE-OS 3213159 whßrige wärmehärtbare Massen auf Basis von an sich bekannten wärmehärtbaren Kondensationsprodukten aus Aldehyden und OH- und/oder NH₂-Gruppen enthaltenden Verbindungen beansprucht, welche Hemicellulosespaltprodukte mit DP 5-100 in einer Menge von mindestens 10Gew.-% und Aldehyde in einer Menge von 5-50Gew.-% enthalten. Als Hemicellulosespaltprodukte werden beispielsweise die eingeengte Restflotte, die beim Aufschluß von Weizen stroh verbleibt, eingesetzt. In dieser Restflotte sind 23% der Holzbestandteile gelöst, davon 5,7% Xylane und Xylanspaltprodukte. Des weiteren können hier verwendet werden die Restflotte vom Aufschluß von Birkenholz oder direkt in 10%iger NaOH gelöste Xylose und Xylan. Die Leimherstellung erfolgt, indem die Hemicellulosespaltprodukte enthaltenden Lösungen einem han ie.'süblichen Phenolharz zugesetzt werden. Bindemittel nach diesem Verfahren herzustellen, ist relativ aufwendig, da 2 get· snte Arbeitsstufen erforderlich sind. Die Phenolersatzstoffe werden einem fertigen Leim zugesetzt und bewirken dadurch nut mehr oder weniger eine Streckung des Bindemittels, was sich auf die Bindefestigkeit negativ auswirkt. Aus DE-OS 3014988 ist ein Phenol-Formaldehydharz bekannt, welches Feststoffe aus der Ablauge des Papier- oder Kartonmühlen-Pulpenprozesses in einem Verhältnis von Feststoff des wäßrigen Harzes zu Feststoff der Ablauge von 1:10 bis 10:1 enthält. Das bei der Verarbeitung von Holz, Stroh, Bagasse u.a. in eine faserförmige Masse (Pulpenherstellung) erhaltene Nebenprodukt ist eine wäßrige komplexe Mischung. Die Hauptmasse der Ablauge besteht aus Lignin, Ligninderivaten und auch Hemicellulosebestandteilen. Die Ablauge wird ebenfalls bei Zimmertemperatur in ein bereits hergestelltes Phenol-Formaldehydharzsystem eingemischt. Die Reaktionsmöglichkeiten sind hierbei eingeschränkt bzw. verlaufen die möglichen Reaktionen unkontrolliert. Der Phenolersatz dient auch hier mehr als Streckungsmittel.

Ziel der Erfindung ist, eine weitere Möglichkeit zu finden. Phenol bei der Synthese v>n Phenolharzbindemitteln, zumindest teilweise, zu ersetzen.

Darlegung das Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, die Bedingungen aufzuzeigen, unter denen ein Harzbindemittel auf Saccharidbasis mit guten Klebeeigenschaften hergestellt werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß alkalisch ode sulfidalkalisch behandelte Mono- und/oder Polysaccharide mit einem Masseanteil von 2-14% eines Monophenols, 21,5-30% Formaldehyd (37%ig) und 7-8% Natronlauge (45%ig) -jeweils bezogen auf die Gesamtmasse des Reaktionsgemisches- bei Siedetemperatur kondensiert werden. Als Saccharidkomponenten können insbesondere sulfidalkalisch behandelte Glukose, Sulfatschwarzlauge nach Abtrennen des Lignins oder eingedampfte Ablauge der Alkalibehandlung von Zellstoffen für die Viscoseherstellung (Gelblauge) eingesetzt werden. Als Monophenole kommen vorzugsweise Cresole, Xylenole, Resorcinol oder Phenol zum Einsatz. Es wurde gefunden, daß die Saccharidkomponenten einen aktiven Beitrag zur Phenolharzsynthese liefern und daher mit dem erfindungsgemäßen Verführen Bindemittel mit guten Klebeeigenschaften erhalten werden. Dabei ist eine Mindestmenge eines Monophenols von 2 Ma.-% (bezogen auf die Gesamtmasse des Reaktionsgemisches) weiterhin notwendig, um eine ausreichende Leimqualität zu erzielen. Zur Charakterisierung der Qualität des hergestellten Bindemittels wurde die Scherfestigkeit verleimter Brettchen bestimmt (siehe TGL 7447 und 7448). Mit den vorzugsweisen erfindungsgemäßen Synthesevarianten wurden Holzbruchdnteile von über 90% erreicht, was bedeutet, daß die Klebefestigkeit über der Scherfestigkeit des Holzes liegt (entspricht Scherfestigkeit > 12 MPa).

Im Gegensatz zu der in ADHESIVES TECHNOLOGY (Juli 1962, S. 36-40) beschriebenen Herstellung eines Bindemittels direkt aus Saccharose, Paraformaldehyd, Phenol und Natronlauge ist es nicht möglich, analog ein Bindemittel mit ausreichender Klebefestigkeit aus reiner Glukose herzustellen. Es werden nur Scherfestigkeiten von etwa 1,2-3,0MPa erreicht. In der genannten Literaturstelle sind allerdings keine konkreten Werte zur Qualität des hergestellten Harzes angegeben. Um befriedigende Ergebnisse hinsichtlich der Leimqualität zu erhalten, ist die erfindungsgemäße sulfidalkalische bzw. alkalische Behandlung der Saccharide notwendig. Im Falle der zuckerhaltigen Restlauge der Schwarzlauge (nach Abtrennen des Lignins) erfolgt diese Behandlung zwangsläufig während des Sulfitaufschlusses. Analoges gilt für die zuckerhaltige Restlauge, die bei der Alkalisierung des Zellstoffs für die Viscoseharstellung, anfällt.

Durch das erfindungsgemäße Verfahten können im Phenolgehalt stark reduzierte Harzbindemittel hergestellt werden. Das Bindemittel enthält etwa 2-10% Phenol. Das entspricht gegenüber herkömmlichen Phenolharzbindemitteln einer Substitution von 60-80% Phenol durch Saccharidkomponenten. Die Leimqualität entspricht handelsüblichen Phenolharzbindemitteln. Weiterhin werden mit diesem Verfahren gute Einsatzmöglichkeiten für verschiedene Ablaugen geschaffen, die normalerweise keine Verwertung mehr finden und vernichtet werden müssen. Das bringt einen Beitrag zur Reduzierung der Umweltbelastung.

Ausführungsbeispiele

1. Beispiel

1000g Glucose werden analog dem Sulfatverfahren mit 4000g Wasser, 175g NaOH und 221 g NaHS 2 Stunden bei 170X behandelt. Die hierbei erhaltene Sulfatschwarzlauge der Glucosekochung wird als 45%ige Glucoselösung in der nachfolgenden Harzsyrithese eingesetzt. Hierbei werden die in der folgenden Tabelle dargestellten Mengen an> jlucoselösung. Phenol, Natronlauge und Formaldehyd miteinander zur Reaktion gebracht. Alle Komponenten werden gleichzeitig zugegeben und bei Siedetemperatur bis zum Erreichen einer vorgegebenen Viskosität etwa 60min kondensiert und sofort auf Raumtemperatur abgekühlt. Zur Beurteilung der Qualität des entstandenen Leims wurde die b .!.srfestigkeit verleimter Brettchen bestimmt (siehe Tabelle).

Glucoüelösung Phenol Natronlauge Formaldehyd Scherfestigkeit

nach Sulfatverfahren (87%ig) (45%ig) (37%i$>) verleimter

(45%ig)/g g g g Brettchen/MPa

a)2fO - 30 100 7,1

b)250 17,5 30 1C0 9,0

c)250 35 30 10C 17,D

Bewertung: a) unzureichend

b) gut

c) sehr gut > 12 MPa

2. Beispiel

In diesem Beispiel wird als Saccharidkomponente der säurelösliche Teil der Sulfatschwarzlauge eingesetzt. Dazu wird das Lignin aus der Sulfatschwarzlauge abgetrennt und die Restlösung auf etwa 45-50% Feststoffgehalt eingedampft. Die zur Kondensation eingebrachten Mengen an säureloslichen Bestandteilen der Sulfatschwarzlauge, Phenol, Natronlauge und Formaldehyd sind einschließlich der erzielten Scherfestigkeiten der mit dem Harz verleimten Brettchen in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt.

säurelösliche Phenol (87%ig) Natronlauge (45%ig) Formaldehyd (37%ig) Scherfestigkeit verBestandteile (52%ig) leimter Brettchen

g g g g MPa

a) 250

b) 250

c) 250

17,5 35

80	0
100	8,5
100	13,0

Bewertung: a) keine Klebeeigenschaften

b) gut

c) sehr gut

3. Beispiel

Als Saccharidkomponente wird in diesem Beispiel die eingedampfte Ablauge der Alkalibehandlung von Zellstoffen zur Viscoseherstellung (Gelblauge) eingesetzt. Die eingesetzten Mengen der Reaktionspartner und die erzielten Scherfestigkeiten sind in der folgenden Tabello dargestellt.

säurelösliche Bestandteile (45%ig) g

Phenol (8'/%ig) Natronlauge (45%ig) Formaldehyd (37%ig)

Scherfestigkeit verleimter Brettchen MPa

a) 250

b) 250

0 70

4,6 12,4

Bewertung: a) unzureichend b) sehr gut

Claims (5)

1. Verfahren zur Herstellung eines Bindemittels auf Saccharidbasis durch Kondensation von Phenolen mit Formaldehyd und Natronlauge bei Siedetemperatur, gekennzeichnet dadurch, daß alkalisch oder sulfidalkalisch behandelte Mono- und/oder Polysaccharide mit einem Masseanteil (jeweils bezogen auf die Gesamtmasse des Reaktionsgemisches) von 2-14% eines Monophenols, 21-30% Formaldehyd (37%ig) und 7-8% Natronlauge (45%ig) kf ndensiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß als Monophenole Cresole, Xylenole,

Resorcinol und Phenol eingesetzt werden.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß sulfidalkalisch behandelte Glucose (45%ige Lösi ig) mit linem Masseanteil von 4,5-8,5% Phenol (87%ig), 23,5-24,1 % Formaldehyd (37%ig) und 6,5- ',24 Natronlauge (45%ig) kondensiert wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß Sulfatschwarzlauge (52%ige Lösung) nach Abtrennen des Li -pins mit einem Masseanteil von 4,5-8,5% Phenol (87%ig), 23,5-24,1 % Formaldehyd (37%ig) und 6,5-7,2% Natronlauge (45%ig) kondensiert wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß eingedampfte Ablauge der Alkalibehandlung von Zellstoffen für die Viscoseherstellung (Gelblauge) mit einem Masseanteil von 14% Phenol (87%ig), 30% Formaldehyd (37%ig) und 8% Natronlauge (45%ig) kondensiert wird.