SE436888B - Bindemedel innehallande alkalibehandlat klorlignin samt sett att framstella detsamma - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 35 ansaiee-s 2 loppet andra, såväl organiska som oorganiska ämnen. Bland de oorganiska ämnena kan främst nämnas natriumklorid och andra klorider, och bland de organiska ämnena återfinnes främst ligninnedbrytningsprodukter samt kolhydrater från massans hemicellulosa. Dessa andra ämnen i avloppet har en medelmolekylvikt av under 1000 och de kan separeras från avloppets högmolekylära produkter, såsom klorlignin, genom filtrering, såsom ultrafiltrering. Ultrafiltrering och dess användning inom cellulosaindustrin beskrivs i Revue A.T.I.P., vol 28, nr 1, 1974.

Genom utnyttjande av ultrafiltrering kan således bl a avloppets färg och halt av högmolekylärt material nedbringas markant, vilket är väsentligt, eftersom bleke- riets andel av det totala utsläppet från en sulfatfabrik idag utgör mer än 50 % BOD. Vid ultrafiltreringen erhålles emellertid klorlig- av såväl färg och lignin som av ninet i stora mängder som en restprodukt i koncentratet, och det inses att ulftrafiltreringens totalekonomi skul- le förbättras avsevärt om denna restprodukt kunde utnytt- jas kommersiellt.

Det är härvid tidigare känt genom svenska patentan- sökan 7813359-2 att utnyttja naturligt klorlignin med en molekylvikt högre än 1000 som lim för sammanfogning av oellulosamaterial, ensamt eller i blandning med syn- tetiska limkomponenter, såsom karbamidhartser eller andra kvävehaltiga hartser, fenol-formaldehydhartser eller dylikt. I kombination med främst fenolhartser upp-' nås härvid en viss bindeeffekt. I de flesta fall blir dock limfogens styrka betydligt bättre med rent fenol- harts än med det ligninmodifierade bindemedlet. Detta gäller även om klorligninet först har förkondenserats med formaldehyd.

Mot ovanstående bakgrund har det nu helt överraskan- de visat sig att ett dylikt, klorligninbaserat binde- medels egenskaper kommer att drastiskt förbättras om det först behandlas med starkt alkali, såsom Na0fi eller KOH, varvid Na0H föredrages. Sålunda erhålles enligt uppfin- 10 15 20 25 30 35 8006100-5 3 ningen ett utmärkt lignininnehållande bindemedel om den lignininnehållande bindemedelskomponenten utgöres av klorlignin, som behandlats med starkt alkali, varvid be- handlingsbetingelserna kan varieras inom vida gränser.

Temperaturen vid behandlingen kan ligga mellan ca 50°C och ca l0G°C, varvid ca 80-l00°C föredrages, medan reak- tionslösningens pH är ca 10-13,5, företrädesvis ca ll-13. Tiden för alkalibehandlingen anpassas till tempera- tur och pH och är lämpligen ca 0,5-3 h. Lägre tempera- tur och pH kräver längre behandlingstid och omvänt.

Om ett saltfritt bindemedel önskas kan bindemedlet enligt uppfinningen underkastas ultrafiltrering efter alkalibehandlingen. M Bindemedlet enligt uppfinningen är främst avsett för användning vid cellulosamaterial, såsom trä, fibrer, flis, spån, vedavfall och liknande, men det kan även an- vändas vid andra material, såsom mineral- eller glas- ull.

Uppfinningens övriga kännetecken framgår av de efterföljande patentkraven.

Genom den svenska utläggningsskriften 7811089-7 är det i och för sig känt att i helt annat sammanhang, näm- ligen avfallshantering, alkalibehandla klorligniner för att omvandla dem till oskadliga, brännbara avfallspro- dukter, som vid förbränning inte ger lika stora korro- sions- och miljöproblem som de ursprungliga klorligniner- na. Någon annan användning av de genom alkalibehandlingen .erhållna produkterna än som brännbara avfallsprodukter har inte föreslagits eller ens antytts, och det får där- för anses vara mycket överraskande, att alkalibehandlingen kan utnyttjas för att inom bindemedelstekniken åstadkomma en mycket påtaglig, oväntad förbättring av klorlignin- baserade limprodukters bindeförmâga.

Den efter alkalibehandling erhållna produkten enligt uppfinningen är ensamt användbar som bindemedel, men be- tydligt bättre resultat erhålles dock om produkten kom- bineras med ett fenol- eller aminharts, dvs om produkten ÉÛGMÛO-š 10 15 20 25 30 35 4 tillsammans med en fenol eller amin, såsom fenol resp melamin, kondenseras med en aldehyd, såsom form- aldehyd eller paraformaldehyd. Kondensering tillsam- mans med fenol och formaldehyd föredrages. Viktför- hàllandet mellan fenol och ligninprodukt ligger härvid mellan 4:1 och 1:4, varvid ett föredraget intervall är 2:1 till tionellt sätt i överensstämmelse med de ingående 1:1. Andelen aldehyd väljes på konven- mängderna fenol och ligninprodukt, varvid det före- dragna molförhállandet mellan aldehyd och fenol/- ligninprodukt är från ca 1:1 till ca 4:1. Även i övrigt tillämpas samma tíllverkningsmetodik som för konventionella fenolhartser vid framställning av bíndemedlet enligt uppfinningen, dvs pH 8-12, tempera- tur ca 60-100°C, och en slutviskositet vid 20°C och 40 % torrhalt av 160-5000 mPa.s.

Det lignin-fenolbaserade bindemedlet enligt uppfin- ningen har väsentligen samma egenskaper som rena, kom- mersiella fenolnartser när det gäller lim för t ex kryss- fanér och spånskivor. Härutöver medför inblandningen av det ligninbaserade materialet att bindemedlets råvaru- kostnader sänks avsevärt.

En speciellt föredragen utföringsform av uppfin- ningen är att genomföra alkalibehandlingen av klorlig- ninet och fenol och sak samma kondensationen av alkalibehandlad ligninprodukt, formaldehyd i ett steg. Härvid erhålles i huvud- produkt som vid ett förfarande i två steg, dvs vid vilket klorligninet först alkalibehandlas i ett första steg och därefter tillsamans med fenol kondenseras med formaldehyd. , Orsaken till klorlignets markant förbättrade binde- medelsverkan efter alkalibehandling är ej helt känd. Utan att binda uppfinningen vid någon särskild teori kan dock en förklaring vara att klorsubstituerade kinoner, som finns rikligt representerade i klorligninet, övergår till hydroxikinoner vid alkalibehandlingen. Produkten blir härvid mera lämpad som bindemedelskomponent, dels 15 20 25 30 35 0006100-5 5 ¶ på grund av att antalet vätebindande grupper ökar, vil- ket förbättrar vidhäftningen, dels på grund av att reak- tiviteten både vid Diels-Alderreaktioner och vid reak- tioner med såväl formaldehyd som fenol ökas. Det ned- brutna och oxiderade ligninets struktur är dock så odefinierad och föga känd att alla teorier blir behäfta- de med mycket stor osäkerhet.

I det följande skall några belvsande, men ej be- gränsande exempel ges på uppfinningen.

EXEMPEL 1 Till en 50 vikt% lösning av klorlignin; som separe- rats medelst ultrafiltrering ur ett sulfat-cellulosa- blekeris extraktionssteg, (100 viktdelar), fenol (500 viktdelar) och paraformaldehyd (46 viktdelar) sattes Nasa till pa 12. aaaktionen fick pågå vid 9o°c tills lösningens viskositet vid 20°C och 40 % torrhalt var ca 500 mPa-s.

Spânskivcr tillverkades med ovanstående bindemedel.

Halten bindemedel i skivorna var lO %. Betingelserna vid pressningen var 4 min och l80°C. Som jämförelse till- verkades även spånskivor dels med ett kommersiellt fenol- lim, dels med ett kommersiellt melamin-urealim vid samma betingelser som o*an, men med den skillnaden att de inte innehöll något ligninbindemedel enligt uppfinningen.

Spànskivorna utvärderades med avseende på böjhåll- fasthet och svällning. Resultaten framgår av nedanståen- de tabell l.

TABELL l Lim Böjhållfasthet svällning (MPa) (%) Lignin-fenol 2,4 4 Fenol 2,3 Melamin-urea 2}l 2 âfißašiflü-š 10 15 20 25 30 35 EXEMPEL 2 Till samma lösning av klorlignin, som i exempel l (100 vikdelar) sattes NaOH till pH 12. Lösningen kokades i 2 h, Efter kylning tillsattes 34 viktdelar fenol och 27 viktdelar paraformaldehyd. pH justerades åter till 12, varefter reaktionen fick pågå vid 90°C tills lös- ningens viskositet vid 20°C och 40 % torrhalt var ca 500 mPa-S.

Bindemedlet testades och utvärderades som spån- skivelim analogt med exempel 1. Resultaten framgår av nedanstående tabell 2.

TABELL 2 Lim Böjhâlifasthet Svällning (MPa) (%} Ligninefenol 2,1 Fenol 2,3 4 Melamin~urea 2,1 EXEMPEL 3 Till en 50 vikt% lösning av klorlignin sattes Na0H till pH 12. Lösningen kokades i 2 h och fick sedan svalna till rumstemperatur.

Spånskivor tillverkades med ovanstående bindemedel.

Halten bindemedel i skivorna var 10 % och pressbeting- elserna vat 4 min och l80°C. Böjhållfastheten hos de färdiga spånskivorna uppmättes till 1,5 MPa. Detta visar att bindemedlet enligt uppfinningen fungerar väl som bindemedel även ensamt, dvs utan tillsats av fenolharts eller liknande. Bindkraften blir dock lägre.

EXEMPEL 4 (Jämförelse) Spånskivor tillverkades med en lösning av obehand- lat klorlignin som bindemedel. Halten bindemedel i ski- vorna var l0 % och pressbetingelserna var 4 min och l80°C, dvs samma betingelser som i exempel 3. Böjhâllfastheten 10 15 25 aooe1oo-5 7 hos de färdiga skivorna uppmättes till endast 0,4 MPa, vilket visar den dåliga limförmågan hos obehandlat klorlignin i jämförelse med limförmågan hos alkalibe- handlat eller hydroxylerat klorlignin enligt uppfin- ningen (exempel 3). §§§§§§§_§ (Jämförelse) Till en 50 vikt% lösning av klorlignin (100 vikt- delar) sattes fenol (50 viktdelar) och formaldehyd (46 viktdelar). pH justerades till ca 9 med Na0H. Reak- tionen fick pågå vid 90°C tills lösningens viskositet var ca soo Meats vid zo°c ach 40 æ torrnait.

Spånskivor tillverkades med ovanstående binde- medel. Halten bindemedel i skivorna var 10 % och pressbe- tingelserna var 4 minoch 150065.- Böjhållfastheten var 1,45 MPa.

En jämförelse med exempel l, vid vilket betingel- serna var desamma med undantag för alkalibehandlingen, ger vid handen att uppfinningen helt överraskande resul- terar i ett överlägset bindemedel.

EXEMPEL 6 (Jämförelse) Fenol (50 viktdelar) och formaldehyd (46 viktdelar) löstes i vatten (50 viktdelar). Med NaOH justerades till pH ca 9. Reaktionen fick pågå vid 90°C tills lösningens viskositet var ca 500 MPa.s vid 20°C och 40 % torrhalt.

Spånskivor tillverkades med ovanstående bindemedel.

Halten bindemedel i skivorna var 6,6 %, och pressbeting- elserna var 4 min vid l80°C. Böjhållfastheten var 1,3 MPa.

Claims (6)

aoas1oa-s 10 15 20 25 8 PATENTKRAV k ä n n e t e o k n a t därav, att det som bindemedelskomponent innehåller alkalibehandlat klorlignin, ensamt eller i kombination med fenolharts eller aminharts, varvid viktförhållandet
1. l. Bindemedel av lignintyp, mellan fenol- eller aminharts och alkalibehandlat klor- lignin är från l:4 till 4:1.
2. 2. Sätt att framställa bindemedel av lignintyp enligt kravet 1, k'ä'n'n e't e c k n a't' därav, att klorlignin alkalibehandlas vid pH 10-13,5 vid en temperatur från ca 5000 till ca l00°C under en tid av 0,5-3 h, och att eventuellt klorligninet i samband med eller efter alkalibehandlingen kombineras med fenolharts eller aminharts.
3. 3. Sätt enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a t därav, ett klorligninet tillsammans med fenol konden- seras med formaldehyd vid pH 10-13,5 efter alkalibe- handlingen.
4. 4. Sätt enligt kravet 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att klorligninet tillsammans med fenol konden- seras med formaldehyd i samband med alkalibehandlingen.
5. 5. Sätt enligt kravet 3 eller 4, k ä n n e t e c k- n a t därav, att kondenseringen sker till en viskosi- tet av ca 100-5090 mPa-s vid en temperatur av 20°C och en torrhalt av 40 %.
6. 6. Sätt enligt något av kraven 2-5, k ä n n e - t e c k n a t därav, att alkalibehandlingen sker med Na0H.