SK94799A3

SK94799A3 - Lignin and/or carbohydrate-based adhesive binder, process for the preparation of adhesive joints, particle boards, fiber boards, and similar wood-based products and method for their manufacturing

Info

Publication number: SK94799A3
Application number: SK947-99A
Authority: SK
Inventors: Liisa Viikari; Anneli Hase; Pia Qvintus-Leino; Kirsi Kataja; Simo Tuominen; Lars Gadda
Original assignee: Neste Chemicals Oy
Priority date: 1997-01-14
Filing date: 1998-01-14
Publication date: 2000-05-16
Also published as: FI104834B; BR9806957A; CN1250464A; FI970159A0; CA2277285A1; KR20000070161A; FI970159A; WO1998031763A1; AU5664498A; PL334529A1; NZ336667A; EP0953029A1; HUP0202099A2

Description

Oblasť techniky

Predmetný vynález sa vzťahuje na prípravu trieskových dosiek, vláknitých dosiek, dosiek z lístkových triesok, preglejky a podobných produktov na báze dreva, zahrňujúci lignocelulózové triesky, vlákna, lístkové triesky a dyhu zmiešané a lepené dohromady lepivým spojivom. Predmetný vynález sa týka hlavne lepidiel na báze lignínu, spôsobu ich prípravy a taktiež trieskových dosiek, vláknitých dosiek a dosiek z lístkových triesok, vyrábaných použitím lepidiel.

Doterajší stav techniky

Rýchly nárast výroby trieskových dosiek, dosiek z lístkových triesok a vláknitých dosiek, obzvlášť vláknitých dosiek strednej hustoty a hlavne MDF dosiek, počas posledných desaťročí vyžaduje lepidlo, ktoré je lacné, dostupné vo veľkých množstvách a nezávislé od ropy. Lignín plní všetky tieto požiadavky a neobsahuje formaldehyd, ktorý je už tradične považovaný za vážny problém v prípade močovinoformaldehydových (UF) lepidiel. Prírodný lignín, ako hlavná drevná zložka, nie je hydroskopický ani rozpustný vo vode. Počas rozvlákňovanía sa však vďaka degradácii a chemickým zmenám stáva vo vode rozpustným.

Použitie sulfitového výluhu (SSL) ako lepidla pre papier, drevo a iné lignocelulózové materiály je v danej oblasti techniky známe a mnoho patentových prihlášok bolo počas posledných tridsiatich rokov podaných na použitie lignínových produktov ako lepidiel pre trieskové dosky, preglejky a vláknité dosky namiesto PF a UF lepidiel. Odkaz sa vzťahuje na DE patenty čísla 3 037 992, 3 621 218, 3 933 279, 4 020 969, 4 204 969, 4 204 793 a 4 306 439 a PCT prihlášky, publikované pod číslami WO 93/25622, WO 94/01488, WO 95/23232 a WO 96/03546.

Hlavnou nevýhodou, ktorá odrádza od použitia SSL ako lepidla na výrobu vláknitých dosiek, je jeho hydroskopocita. Z tohto dôvodu nemôže vážne konkurovať iným prírodným alebo syntetickým lepidlám. Ak je SSL použitý ako lepidlo, musí byť vytvrdzovaním prevedený na nerozpustnú látku. Chemicky je vytvrdzovanie lignínu zosieťovací proces, ktorý vedie k novým uhlík-uhlíkovým a éterovým väzbám medzi molekulami lignínu alebo vo vnútri jednej makromolekuly.

Intermolekulárne jako aj intramolekulárne zosieťovacie reakcie znižujú rozpustnosť a bobtnanie lignínu. Zosietenie lignínu je možné dosiahnuť buď kondenzáciou alebo radikálovými kopulačnými reakciami. Pre kondenzačné reakcie sú vyžadované buď vysoké teploty a dlhé zahrievanie alebo minerálne kyseliny, ktoré spôsobia štrukturálne zmeny alebo uholnatenie v časticiach dreva. V súčasnosti bolo vyvinuté zosietenie lignosulfonátových molekúl radikálovými kombináciami. Vo väčšine prípadov sú nevyhnutné ďalšie zosieťovacie činidlá, ako sú epoxidy, polyizokyanáty, polyoly, polyakrylamidy, polyetylénimín a aldehydy.

Ďalej bolo dokázané, že lakázové enzýmy a iné peroxidázy môžu byť použité ako katalyzátory polymerizácie alebo vytvrdzovania lignínu (DE patent č. 3 037 992, WO 96/03546). Enzýmy na tvorbu radikálových reakcií dosial však preukázali obmedzený úspech. Vlákna a drevné triesky, použité pri výrobe vláknitých dosiek, obsahujú 5 až 20 % vody a použité lakázy potrebujú vodu, aby mohli účinne katalyzovať polymerizačnú reakciu, potrebnú na rozsiahle lepenie vláknitej dosky. Sulfátový lignín, rovnako ako prírodný lignín, je však do značnej miery nerozpustný vo vode a preto sú pri výrobe dve pevné fázy. Nerovnomerné rozmiestnenie spôsobuje vznik škvŕn a výrazné zlyhanie silových vlastnosti dosky, tvorené počas lisovacieho štádia.

Z vyššie uvedených dôvodov nenašli spôsoby výroby dosiek na báze lignínu doteraz žiadne veľké praktické uplatnenie.

Podstata vynálezu vynález si kladie za cieľ odstránenie problémov, Predmetom sa na súčasný stav techniky, vynálezu je hlavne poskytnúť nové na prípravu trieskových dosiek, lepidlo na vláknitých

Predmetný vzťahujúcich predkladaného báze lignínu dosiek a podobných produktov na báze dreva. Ďalším predmetom predkladaného vynálezu je poskytnutie trieskových dosiek, vláknitých dosiek a podobných produktov na báze dreva. Tretím predmetom je poskytnutie metódy výroby lepivého spojiva.

Tieto a ďalšie predmety, spolu s ich výhodami, ktoré sa týkajú lepidiel na báze lignínu a spôsobov ich výroby, ktoré sa stanú zrejmými zo špecifikácie, ktorá nasleduje, sú dosiahnuté v predmetnom vynáleze, ako je tu a ďalej opísané a nárokované.

Podľa vynálezu je lignín alebo lignín polymérizovaný oxidačnými enzýmami pridaný a zmiešaný s vláknami alebo štiepkami alebo trieskami, použitými ako lignocelulózová surovina produktu na báze dreva, vo forme peny, aby došlo k rovnomernej disperzii častíc.

V danej oblasti techniky sú známe penové UF a PF lepidlá. Uvedené peny sú použité na zlepšenie priebehu a kvality produktu, hlavne v lepidlách s vysokým obsahom pevných častíc. CA patentová prihláška č. 2,114,258 opisuje výrobu trieskových dosiek za použitia napenených zmesí UF živice a zvieracej krvi. Taktiež DE 3,644,067 opisuje použitie napenených materiálov na lepenie vlákien a triesok, aby došlo k homogénnej lepivej aplikácii jemných častíc (vlákien alebo práškov) na materiál na výrobu papiera. T. Sellers popisuje vo Forest Prod. J.n 38(1988) str. 55-56 skvelé chovanie napenených UF a PF živíc pri výrobe trieskových dosiek, hlavne u lepidla s vyšším obsahom pevných častíc. Ďalej by malo byť spomenuté, že vo vyššie uvedených roztokoch nie je dôležité zloženie plynu.

Zloženie lepivého spojiva na báze lignínu podľa predmetného vynálezu zahrňuje vodnú suspenziu lignínu, izolovaného z procesu rozvlákňovania lignocelulózových surovín. Suspenzia bola napenená na 1,05 až 10, výhodnejšie na 1,1 až 8, hlavne na 1,2 až 5 násobok objemu kvapalnej zmesi. Výhodnejšie sa ako lignínová zložka používa polymérizovaný sulfátový lignín. Pena homonogezuje pevnú fázu a kvapalnú fázu, zvyšuje viskozitu zmesi a bráni sedimentácii pevných častíc.

Podľa výhodnejšieho uskutočnenia vynálezu je kyslík, potrebný na lignínové lepivé spojivo, zavedený do lepivého spojiva vo forme rovnomerne rozdelenej, homogénnej peny s malými bublinkami. Napenená štruktúra obsahujúca kyslík taktiež poskytuje viacej kyslíka na polymerizáciu lignínu katalyzovanú 0₂-dependentnou oxidázou. Vzhľadom na veľký objem pokryje pena počas prípravy dosiek viac homogénne drevné vlákna a častice dreva. To povedie k lepším silovým hodnotám a k lepšej kontrole lepivého spojiva pri výrobe produktov na báze dreva.

Vynález bude teraz objasnený podrobnejšie pomocou nasledujúceho detailnejšieho opisu a odkazu na pracovné príklady.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Obrázok 1 ukazuje účinok prívodu kyslíka na účinnosť lepenia lepivých spojív na báze lignínu pri lepení trieskových dosiek;

Obrázok 2 ukazuje rozdelenie veľkosti bublín v napenených lepivých spojivách na báze lignínu bez disperzných činidiel;

Obrázok 3 ukazuje rozdelenie veľkosti bublín v napenených lepivých spojivách na báze lignínu, obsahujúcich 5% karboxymetylcelulózy (CMC);

Obrázok 4 ukazuje rozdelenie veľkosti bublín v napenených lepivých spojivách na báze lignínu, obsahujúcich 5% drevnej extrahovanej látky (lignín/sacharidová frakcia, nazvaná „aniónový odpad pri MDF procese); a

Obrázok 5 ukazuje nabobtnanie MDF dosiek, testy v malom meradle.

V súvislosti s predmetným vynálezom označujú termíny „lepidlo, „lepivé spojivo a „živice chemický prostriedok, ktorý v mokrých štádiách výroby napr. trieskových a vláknitých dosiek, poskytuje lepenie triesok, vlákien alebo lístkových triesok. Po tepelnom lisovaní počas výroby dosky pôsobí

prostriedok,	obsahujúci polymérizovanú živicu ako spojivo,
ktoré drží	častice alebo vlákna alebo triesky spojené

dohromady.

Termín „produkt na báze dreva označuje akékoľvek produkty na báze lignocelulózy, ako sú trieskové dosky, vláknité dosky (vrátane vláknitých dosiek vysokej a strednej hustoty, tzn. tvrdé a MDF dosky), dosky z lístkových triesok, preglejky a podobné produkty, zložené z triesok, vlákien alebo lístkových triesok rastlinného pôvodu, hlavne odvodené od dreva alebo prstencovitých alebo viacročných rastlín, zmiešaných a spojených dohromady lepivými spojivami.

Na polymerizáciu lignínu a sacharidov rozpustných drevných frakcií sú použité oxidačné enzýmy, schopné katalyzovať oxidáciu fenolových skupín. Tieto enzýmy sú oxidoreduktázy, ako sú peroxidázy a oxidázy. „Peroxidázy sú enzýmy, ktoré katalyzujú oxidačnú reakciu za použitia peroxidu vodíka ako substrátu, zatiaľ čo oxidázy sú enzýmy, ktoré katalyzujú oxidačné reakcie za použitia molekulového kyslíka ako substrátu. Fenoloxidázy (E.C.1.10.3.2 benzendiol : 0₂oxidoreduktáza) katalyzujú oxidáciu o- a p-substituovaných fenolových hydroxylových a amino/aminových skupín v monomérnych a polymérnych aromatických zlúčeninách. Oxidačná reakcia vedie k vzniku fenoxy-radikálov a konečne k polymerizácii lignínu a prípadne sacharidových látok. V spôsobe predmetného vynálezu môže byť použitý akýkoľvek enzým, katalyzujúci vznik biologických radikálov a sekundárnu chemickú polymerizáciu nizkomolekulárnych lignínov, ako je lakáza, tyrozináza, peroxidáza alebo oxidáza.

Ako špecifické príklady oxidáz môžu byť uvedené nasledujúce lakázy (E.C.1.10.3.2), katecholoxidázy (E.C.1.10.3.1), tyrozinázy (E.C.1.14.8.1) a bilirubínoxidázy (E.C.1.3.3.5.). Z lakáz sú hlavne uprednostňované oxidázy. Môžu byť získané z baktérií a plesní, patriacich napr. medzi nasledujúce kmene : Aspergillus, Nuerospora, Podospora, Botrytis, Lentinus, Polyporus, Rhizoctonia, Coprinus, Coriolus, Phlebia, Pleurotus, Fusarium a Trametes.

Vhodné peroxidázy môžu byť získané z rastlín alebo plesní alebo baktérií. Uprednostňované peroxidázy sú tie, ktoré pochádzajú z rastlín, hlavne chrenová peroxidáza a peroxidázy zo sójových bôbov.

Termíny „surfaktant alebo „povrchové aktívne činidlo sú užívané ako synonymá, označujúce zlúčeniny, ktoré majú afinitu k vode a k hydrofóbnym (napr. mastným) materiálom, znižujú povrchové napätie a tým napomáhajú suspenzii hydrofóbnych materiálov vo vode a poskytujú dostatočnú stabilitu suspenzie a peny.

Lepivá zložka

Ako bolo vyššie uvedené, lignín rôzneho pôvodu môže byť použitý ako lepivá zložka predmetných napenených lepivých spojív. Hlavne môže byť použitý izolovaný lignín, napr. zo sulfátových, sulfitových, ORGANOSOLV a MILOX procesov.

Spolu alebo namiesto lignínu však je možné použiť rôzne rozpustné drevné frakcie. V oblasti techniky je preto známe, že počas mechanickej rafinácie štiepkov je časť zlúčenín fibróznej suroviny rozpustená (asi 1% hmotnosti vlákien). Táto frakcia obsahuje primárne rovnaké chemické zložky ako vlákna (sacharidy, extrahovatelné látky a lignín). Na ilustráciu príklad : rozpustná frakcia štiepkov mäkkého dreva obsahuje asi 40 až 70 % sacharidov, 10 až 25 % lignínu a 1 až 10 % extrahovatelných látok, zatiaľ čo procesná voda po rozvlákňovaní tvrdého dreva obsahuje asi 20 až 60% sacharidov, 10 až 25 % lignínu a 10 až 40 % extrahovatelných látok.

Bolo zistené, že táto rozpustná lignín/sacharidová frakcia, ziskatelná pri mechanickom alebo chemimechanickom rozvlákňovaní, je zvlášť užitočná ako prísada alebo adjuvans na lepenie trieskových dosiek, vláknitých dosiek a iných podobných produktov na báze dreva. Hlavne dobré lepenie sa dosiahne v prípade, že je táto frakcia (ako v prípade s lignínom) polymérizovaná s enzýmom lakázou (alebo podobnou oxidázou). Výsledky sú na rovnakej úrovni alebo dokonca lepšie ako tie, získané pri použití bežných fenolových alebo močovino-formaldehydových živíc.

Je treba povedať, že podobná rozpustná frakcia môže byť získaná spracovaním lignocelulózovej suroviny, ako sú drevné vlákna alebo piliny, hydrolázami, napr. celulózami, hemicelulázami a pektinázami.

Výroba napeneného lepivého spojiva

Podľa predmetného vynálezu je ligninové lepidlo a/alebo lepidlo na báze sacharidov produkované disperziou lignínovej a/alebo sacharidovej látky do vody, aby došlo k vytvoreniu suspenzie a prebublávaním suspenzie plynom za tvorby bublín, ktoré majú stredný pomer 0,001 až 1 mm, hlavne asi 0,01 až 0,1 mm.

Pena je tvorená použitím povrchovo aktívneho činidla, ktoré môže byť aniónové, katiónové alebo neionogénne. Povrchovo aktívne činidlo môže byť preto vybrané zo skupiny, skladajúcej sa z alkylsulfonátu alebo alkylbenzénsulfonátu, Tween® a iných komerčných zlúčenín, mydiel s obsahom mastných kyselín, lignosulfonátov, sarkozinátov, amínov mastných kyselín alebo amínov alebo polyoxyetylénalkoholov a drevných a rastlinných extrahovatelných látok. Stabilizátory peny a pevné povrchovo aktívne činidlá, ako je CMC, želatína, pektín, drevné extrahovateľné látky a podobné zlúčeniny, môžu byť použité na tvorbu peny a zvýšenie jej stability. Malé množstvo povrchovo aktívnych zlúčenín je nutné, tzn. asi 0,01 až 10 %, hlavne asi 0,05 až 5 %.

Pena môže byť tvorená penením v statickom zariadení na tvorbu peny alebo v turbulentnej nádobe na tvorbu peny za použitia známej miešacej technológie. Výhodnejšie je použitie plynov, obsahujúcich kyslík, ako je vzduch, vzduch obohatený o kyslík, kyslík alebo ich stlačené systémy. Dôležitosť použitia plynov obsahujúcich kyslík je ešte podrobnejšie diskutovaná v ďalšej časti.

Vyrobená pena je stabilná počas spracovania, skladovania, transportu a výroby produktov na báze dreva a má hustotu v rozmedzí 0,1 až 0,9 kg/1, hlavne asi 0,2 až 0,7 kg/1 a stredný priemer bublín v rozmedzí od 0,005 do 0,1 mm, hlavne asi 0,01 až 0,1 mm, prednostne asi 0,02 mm. Pena môže byť vyrábaná oddelene od vlákien a štiepkov, ktoré sú zmiešané s penou extrudáciou alebo nastriekaním peny na vlákna alebo štiepky. Pena môže byť taktiež produkovaná súčasne s miešaním vlákien alebo štiepkov s penovými chemikáliami, lignínom a enzýmom (napr. lakázou).

Spôsob podľa predkladaného vynálezu môže byť použitý pre všetky oxidázou katalyzované’ procesy lepenia, u ktorých sa predtým neúspešne predpokladala enzýmová katalýza. Použitý enzým môže byť ktorýkoľvek z enzýmov, katalyzujúci oxidáciu a polymerizáciu aromatických zlúčenín alebo lignínov, ako je lakáza, tyrozináza alebo iné oxidázy (pozri vyššie). Množstvo použitého enzýmu sa líši v závislosti od aktivity enzýmov a od množstva sušiny v prostriedku. Všeobecne sú oxidázy používané v množstvách od 0,001 do 10 g bielkoviny/mg sušiny, prednostne asi 0,1 až 5 mg bielkoviny/g sušiny. Aktivita oxidázy je asi 1 až 100 000 nkat/mg, výhodne nad 100 nkat/g.

V súvislosti s predmetným vynálezom bolo zistené, že kyslík zohráva rozhodujúcu úlohu v enzymatickej polymerizácii lignínu akéhokoľvek pôvodu. To isté platí pre vo vode rozpustné drevné frakcie, obsahujúce sacharidy, lignín a extrahovatelné látky. To je dôležité hlavne na prípravu lepidiel na výrobu vláknitých dosiek, trieskových dosiek a dosiek z lístkových triesok a iných podobných produktov na báze dreva. Preto je, okrem reaktantu lignín/sacharidového materiálu, taktiež potrebný kyslík v dostatočných množstvách. Oxidačná reakcia vedie k vzniku fenoxy-radikálov a konečne k polymerizácii materiálu.

Vo vyššie diskutovaných, známych postupoch bolo dosiahnuté iba čiastočné zosietenie kvôli zrejmému obmedzeniu dostupnosti kyslíka. Obmedzenie kyslíkovej reakcie je samé o sebe dokladované dlhými reakčným časmi a zlými silovými vlastnosťami, čo má za dôsledok zhoršenie výsledku polymerizácie za účasti enzýmov.

Kyslík môže byť zavádzaný rôznymi spôsobmi, ako je účinné miešanie, vzduch obohatený o kyslík alebo zavedenie kyslíka enzymatickými alebo chemickými cestami do roztoku. Podľa predkladaného vynálezu je však možné napenením suspenzie plynom obsahujúcim kyslík poskytnúť kyslík, potrebný na plnú polymerizáciu lignínu, ktorá pokračuje s lignínom, naviazaným na vlákno, vzhľadom ku kyslíku zachytenom v pene a rozpustenému enzýmu. Napenená štruktúra súčasne dáva dostatočnú silu lepivému spojivu, aby sa zabránilo sedimentácii vo vode nerozpustného lignínu alebo polymerizovaného lignínu a sacharidov z lepivého spojiva, ktoré by spôsobili zlyhanie pri výrobe a v produkte vláknitej dosky.

Predmetný vynález poskytuje výrazné výhody. Predkladaný spôsob poskytuje suspenzné médium s dobrou viskozitou a tým tvorbu rovnomernej disperzie pevných častíc, ktorá výrazne zlepšuje kvalitu vyrábanej dosky. Použitie nepenených lepidiel, ako je opísané v tomto vynáleze, vedie k lepšej kontrole aplikácie a k výrazným úsporám v používaní lepidiel.

Prostredníctvom vynálezu je možné vyrábať trieskové dosky, vláknité dosky alebo podobné produkty na báze dreva, zahrňujúce triesky, lístkové triesky alebo vlákna, zmiešaním triesok, lístkových triesok alebo vlákien, zmiešaných s napeneným lepivým spojivom na báze lignín/sacharidov, ako je opísané vyššie, tak, aby došlo k inkorporácii 2 až 20% pevných častíc lepivého spojiva do produktu na báze dreva. Podľa vynálezu je možné pridať k doskám a produktom akékoľvek známe adjuvans. Preto môže byť, ako je ukázané nižšie v príkladoch, inkorporovaný vosk (vrátane voskových disperzii) a podobné látky v množstvách 0,01 až 5%, hlavne asi 0,1 až 2% (vypočítané z hmotnosti drevnej látky).

Vďaka napeneniu spojiva dôjde k jeho rovnomernej distribúcii v produkte na báze dreva, asi 0,04 až 0,08 g/cm³v akejkoľvek náhodne vybranej objemovej jednotke produktu. Vnútorné lepenie (IB) trieskovej dosky podľa predloženého vynálezu je typicky väčšie ako 0,9 MPa a pevnosť v ťahu vláknitej dosky podľa vynálezu je typicky väčšia ako 38 MPa. Nasledujúce neobmedzujúce pracovné príklady objasnia vynález Príklady uskutočnenia vynálezu

Príklad 1

Príprava napenených lepidiel na báze sulfátového lignínu a výroba vláknitých a trieskových dosiek

A. Testy v malom meradle

Sulfátový lignín, Indulín AT, bol použitý ako spojivo pri lepení testovacích panelov MDF a trieskových dosiek.

4,0 g lignínovej frakcie boli napenené na 1,5-násobok pôvodného objemu pomocou aeračnej slučky počas 30 minút so 4,0 g lakázového koncentrátu (aktivita 4000 nkat/g) v 2,0 g 2M pufru octanu sodného (pH 4,5). V prípade MDF panelov bolo ďalej 5,5 g zmesi nastriekané alebo mechanicky zmiešané s 20 g suchých vlákien a v prípade panelov trieskových dosiek bolo 1,4 g zmesi buď nastriekané alebo mechanicky zmiešané so 4,4 štiepkov trieskovej dosky. Vlákna alebo štiepky už boli spracované voskom (Mobilex 54,60 % emulzie) v množstve 1% sušiny vlákien. Referenčné testy boli robené bez lakázy (namiesto nej bola použitá voda) a pomocou komerčných UF živíc.

Pre silové testy boli pripravené panely trieskových dosiek veľkosti 50 mm x 50 mm x 2 mm (hmotnosť asi 5 g) lisovaním počas 2 minút pri 30 kp/cm² a teplote 190 °C. MDF panely s veľkosťou 90 mm x 2 mm (hmotnosť asi 22 g ) boli pripravené lisovaním počas 2 minút pri 50 kp/cm² a teplote 190 °C. Po lisovaní boli panely narezané na 4 diely (50 mm x 12 mm x 2 mm) . Tieto diely boli testované na paralelnú pevnosť v ťahu Zwickovým testovacím zariadením. Výsledky sú uvedené v tabuľke 1.

B. testy v strednom meradle

Zložky lepivého spojiva : 192 g sulfátového lignínu

Indulin AT, 192 ml lakázovej koncentrátovej kultúry (aktivita 4000 nkat/ml) a 96 g 2M pufru octanu sodného pH 4,5 boli najskôr zmiešané a potom napenené vzduchom na 1,3-násobok pôvodného objemu. Napenenie bolo robené pomocou aeračnej slučky, ktorá bola vložená na dno miešacej nádoby, počas 30 minút a teplote 40 °C. Napenená zmes bola ďalej nastriekaná do miešacieho bubna. 1% (sušina vosk/sušina drevo) hydrofóbnej voskovej disperzie (Mobilcer 60, 60% sušiny) bolo tiež pridané k štiepkam alebo vláknam. Čas miešania v miešacom bubne bol 30 minút. 300 mm x 300 mm x 12 mm panely boli lisované pri tlaku 30 kp/cm² a teplote 190 °C. Čas lisovania bol 60 s/mm. Ako komerčné referenčné vzorky boli použité Neste Resins UF živice UREX 3620 alebo Fiburex. Bola určovaná hrúbka, hustota, obsah vlhkosti, vnútorné lepenie (zvislá pevnosť v ťahu) a nabobtnanie panelov. Výsledky sú uvedené v tabuľke 2 a nižšie.

Tabuľka 1. Testy lepenia v malom meradle, trieskové dosky ; pevnosti v ťahu

Napenené spojivo	Pevnosť v ťahu MPa
Voda	3,0±0,5
Indulín AT	7,2+0,5
Indulín AT (90%) + lakáza	12,7±0,6
Referenčná UF živica	12,5±0,7

Tabuľka 2. Výsledky testov v strednom meradle na lepenie trieskových dosiek

Použitý lignín	Lakázová aktivita nkat/g dreva	Obsah vlhkosti %	Hrúbka mm	Hustota kg/m³	IB(vnútorné lepenie) MPa
Indulín AT	330	2,9	11, 8	760	0,95±0,06
UREX 3620		9,5	11,7	795	1, 0+0,05

Nabobtnanie najlepších testovacích panelov trieskových dosiek/ lepených pomocou napeneného lepidla na báze lignínu, v 2-hodinovom teste bobtnania bolo iba 7,4 % a v 24-hodinovom teste bobtnania 20,5 %.

Ak bola živica pripravená bez napenenia, boli hodnoty IB 0,2 až 0,3 MPa a výsledky 24 hodinového testu bobtnania nad 100 %.

Príklad 2

Lepenie MDF dosiek napenených lepivými spojivami na báze sulfátového lignínu

MDF vlákna boli lepené podlá postupov, uvedených v príklade 1. Výsledky sú znázornené v tabuľkách 3 a 4.

Tabúlka 3

Testy lepenia v malom meradle, MDF dosky, paralelná pevnosť v ťahu

Napenené spojivo	Pevnosť v ťahu MPa
Voda	15,0±2
Indulin AT	27,8±2
Indulin AT (90%)+lakáza	39,0±2
Referenčná UF živica	38,9±5

Tabulka 4

Výsledky testov lepenia MDF dosiek v strednom meradle

Použitý lignín	Lakázová aktivita nkat/g dreva	Obsah vlhkosti %	Hrúbka mm	Hustota kg/m³	IB(vnútorne lepenie) MPa
Indulin AT	270	2,9	10, 8	813	0,52+0,06
UREX 3620		9,5	10,7	795	0,70±0,05

Nabobtnanie najlepších MDF testovacích panelov, lepených pomocou napeneného lepidla na báze lignínu, v 2 hodinovom teste bobtnania bolo iba 3,6 % a v 24 hodinovom teste bobtnania 6,4%.

Príklad 3

Príprava nenapeneného lepivého spojiva lakázou polymérizovaného lignínu a príprava trieskovej dosky z tohto spojiva

Nenapenené lepidlá boli pripravené opakovaním postupu príkladu 1 s výnimkou, že nedošlo k napeneniu. Výsledky sú uvedené v tabuľke 5.

Tabuľka 5

Použitý lignín	Lakázová aktivita nkat/g dreva	Obsah vlhkosti %	Hrúbka mm	Hustota kg/m³	IB(vnútorné lepenie) MPa
Indulin AT	0	3,2	11,2	830	0,24±0,06
Indulin AT	330	2,9	11, 8	760	0,31±0,06
UREX 3620		9,5	10,7	795	l,0±0,05

Nabobtnanie panelov, lepených pomocou nenapeneného lepidla na báze lignínu, v 2 hodinovom teste bobtnania bolo 25 % a v 24 hodinovom teste bobtnania cez 100 %.

Príklad 4

Príprava nenapenených a napenených lepidiel na báze sulfátového lignínu (Indulin AT)

Testovacie panely trieskových dosiek v malom meradle boli vyrobené podlá postupu v príklade 1, časy penenia napeneného lepidla sa však pohybovali od 1 do 30 minút.

Výsledky sú uvedené na obrázku 1, ktorý ukazuje účinok prívodu kyslíka na účinnosť lepenia lepivých spojív na báze lignínu pri lepení trieskových dosiek. Ako je z obrázku zrejmé, pevnosť v ťahu u dosky, obsahujúcej napenené spojivo, je o 35 až 40% väčšia ako odpovedajúca pevnosť referenčnej dosky.

Príklad 5

Distribúcia veľkosti bublín v napenených lepivých spojivách

Ak sú spojivá na báze lignínu napenené podľa postupov v príklade 1, je typicky nárast objemu spojiva asi 25 %, pohybuje sa medzi 10 až 80 %. Stredná veľkosť bublín je 85 μιη, pohybuje sa od 30 do 500 gm.

Obrázok 2 ukazuje distribúciu veľkosti bublín v napenenom lepidle na báze lignínu bez disperzných činidiel. Obrázok 3 ukazuje distribúciu veľkosti bublín v napenenom lepidle na báze lignínu, obsahujúcom 5% CMC a obrázok 4 ukazuje distribúciu veľkosti bublín v napenenom lepidle na báze lignínu, obsahujúcom 5% drevných extrahovateľných látok („aniónový odpad pri MDF procese).

V závisloti od použitého disperzného alebo penivého činidla alebo penidla môže byť nárast objemov a veľkosť bublín v napenenom lepidle upravená. 5%-ným prídavkom CMC bol nárast objemu v napenenom lepidle na báze lignínu, pripravenom podlá postupu v príklade 1 50 %, stredná veľkosť bublín bola 50 μπι, pohybovala sa od 20 do 300 μπι. Ak sa ako penivé činidlo použila drevná extrahovatelná látka, ako je lyofilizovaný aniónový odpad z MDF procesu, došlo k menšiemu (10 až 30%) nárastu objemu napeneného lepidla. Stredná veľkosť bublín bola 20 μπι, pohybovala sa od 10 do 30 μπι.

Príklad 6

Bobtnanie MDF dosiek, malé meradlo

Obrázok 5 ukazuje výsledky bobtnania (24 h) MDF dosiek v testoch malého meradla (relatívne bobtanie dosiek vyrobených v malej velkosti je väčší ako bobtnanie štandardných dosiek), ukazuje účinok napeneného lepidla na výsledok relatívneho bobtnania a účinok povrchovo-aktívneho činidla použitého ako adjuvans u napeneného lepidla, na rovnaký výsledok. Účinok povrchovo-aktívneho činidla na penový prostriedok je ukázaný na obrázkoch 2 a 3.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Lepivé spojivo na báze lignínu a/alebo sacharidov pre vláknité dosky, trieskové dosky a podobné produkty na báze dreva, vyznačujúce sa tým, že zahrňuje napenenú zmes vodnej suspenzie lignínu a/alebo sacharidov, získaných pri rozvlákňovaní lignocelulózových materiálov, zmes je napenená na 1,1 až 10 násobok objemu kvapalnej zmesi a obsahuje oxidačné enzýmy, schopné katalyzovať oxidáciu fenolových skupín.
2. Lepivé spojivo podlá nároku 1, vyznačujúce sa tým, že lignín zahrňuje polymérizovaný sulfátový lignín.
3. Lepivé spojivo podlá nároku 1, vyznačujúce sa tým, že sacharidová látka zahrňuje rozpustnú frakciu, získanú pri mechanickom alebo chemimechanickom rozvlákňovaní lignocelulózovej suroviny.
4. Lepivé spojivo podlá nároku 1, vyznačujúce sa tým, že pena má obsah pevných častíc 1 až 90, výhodnejšie asi 5 až 60 hmotn. %.
5. Lepivé spojivo podlá nároku 1, vyznačujúce sa tým, že hustota peny je v rozmedzí od 0,1 do 0,9 kg/1, výhodne asi 0,2 až 0,7 kg/1 a stredný priemer penových bublín je v rozmedzí od 0,005 do 0,1 mm, výhodne asi 0,01 až 0,05 mm, výhodnejšie asi 0,02 mm.
6. Lepivé spojivo podlá nároku 1, vyznačujúce sa tým, že pena obsahuje povrchovo aktívne činidlo v množstve 0,1 až 10, výhodnejšie 0,2 až 5 hmotn. % vodnej suspenzie.
7. Lepivé spojivo podlá nároku 6, vyznačujúce sa tým, že povrchovo aktívne činidlo je vybrané zo skupiny, obsahujúcej kvapalné a pevné povrchovo aktívne činidlá.
8. Lepivé spojivo podlá nároku 7, vyznačujúce sa tým, že povrchovo aktívne činidlo je vybrané zo skupiny, obsahujúcej aniónové, katiónové alebo neionogénne činidlá.
9. Lepivé spojivo podlá nároku 7 alebo 8, vyznačujúce sa tým, že povrchovo aktívne činidlo je vybrané zo skupiny, obsahujúcej alkylsulfonát, alkylbenzénsulfonát, polysorbity, mydlá s obsahom mastných kyselín, lignosulfonáty, sarkináty, amíny mastných kyselín, polyoxylénalkohol(y), karboxymetylcelulózu, želatínu, pektín, drevné a rastlinné extrahovatelné látky a ich zmesi.
10. Lepivé spojivo podlá nároku 7 alebo 8, vyznačujúce sa tým, že povrchovo aktívne činidlo zahrňuje drevný exktrakt, ako je vo vode rozpustná frakcia na báze uhľovodíkov, získaný pri rafinácii lignocelulózovéj suroviny.
11. Lepivé spojivo podlá nároku 9, vyznačujúce sa tým, že povrchovo aktívne činidlo zahrňuje zmes, obsahujúcu 10 až 90 hmotn. % vo vode rozpustnej frakcie na báze uhľovodíkov a 90 až 10 hmotn. % povrchovo aktívneho činidla, vybraného zo skupiny, obsahujúcej alkylsulfonát, alkylbenzénsulfonát, polysorbity, mydlá s obsahom mastných kyselín, lignosulfonáty, sarkozináty, amíny mastných kyselín, polyoxoetylénalkohol(y) , želatínu, pektín, drevné a rastlinné extrahovatelné látky a ich zmesi.
12. Lepivé spojivo podľa ktoréhokoľvek z predchádzajúcich nárokov, vyznačujúce sa tým, že prostriedok obsahuje 0,01 až 1 hmotn. % oxidázy alebo peroxidázy.
13. Spôsob prípravy lepivých spojív na báze lignínu a/alebo sacharidov pre vláknité dosky, trieskové dosky a podobné produkty na báze dreva, vyznačujúci sa tým, že zahrňuje kroky:

- poskytnutie lignínu a/alebo sacharidov, izolovaných pri rozvlákňovaní lignocelulózových surovín,

- tvorbu vodnej suspenzie lignínu a/alebo sacharidov, a

- napenenie skupín, aby bol poskytnutý prostriedok napeneného lepivého spojiva.
14. Spôsob podľa nároku 13, vyznačujúci sa tým, že zahrňuje kroky :

- tvorby vodnej suspenzie, obsahujúcej 1 až 90 hmotn. % pevnej látky a zahrňujúcej lignín a/alebo sacharidy a povrchovo aktívne činidlo, a

- napenenie vodnej suspenzie plynom obsahujúcim kyslík na 1,1 až 10 násobok objemu suspenzie, aby bola poskytnutá

pena s obsahom pevných častíc 5 až 60 hmotn. %. 15. Spôsob podľa nároku 13 alebo 14, vyznačujúci sa tým, že lignín zahrňuje polymérizovaný sulfátový lignín. 16. Spôsob podľa nároku 13 alebo 14, vyznačujúci sa tým, M ze rozpustná frakcia, získaná pri mechanickom alebo

chemimechanickom rozvlákňovaní lignocelulózového materiálu, je použitá ako sacharidová látka.
17. Spôsob podlá nároku 15 alebo 16, vyznačujúci sa tým, že zahrňuje krok tvorby vodnej suspenzie, obsahujúcej lignín a/alebo sacharidy, oxidázu a povrchovo aktívne činidlá.
18. Spôsob podlá ktoréhokoľvek z nárokov 13 až 17, vyznačujúci sa tým, že pena je vyrábaná aeráciou suspenzie vo flotačnej nádrži.
19. Spôsob podľa nároku 15, vyznačujúci sa tým, že povrchovo aktívne činidlo je vybrané zo skupiny, obsahujúcej alkylsulfonát, alkylbenzénsulfonát, polysorbity, mydlá s obsahom mastných kyselín, lignosulfonáty, sarkozináty, amíny mastných kyselín, polyoxyetylénalkohol(y), karboxymetylcelulózu, želatínu, pektín, vo vode rozpustnú frakciu na báze uhľovodíkov, získanú pri rafinácii lignocelulózovej suroviny a ich zmesi.
20. Triesková doska, vláknitá doska alebo podobný produkt na báze dreva, vyznačujúca sa tým, že zahrňuje drevné triesky, lístkové triesky alebo vlákna, zmiešané s lepivým spojivom na báze lignínu a/alebo sacharidov, pričom lepivé spojivo je v produkte na báze dreva rovnomerne rozložené a koncentrácia spojiva je asi 0,04 až 0,08 g/cm³ v náhodne vybranej objemovej jednotke produktu.
21. Produkt na báze dreva podľa nároku 20, vyznačujúci sa tým, že vnútorné lepenie testovacích kúskov trieskovej dosky je väčšie ako 0,9 MPa.
22. Produkt na báze dreva podlá nároku 20, vyznačujúci sa tým, že lepivé spojivo na báze lignínu zahrňuje polymérizovaný sulfátový lignín.
23. Spôsob výroby trieskovej dosky, vláknitej dosky alebo podobného produktu na báze dreva, vyznačujúci sa tým, že zahrňuje krok miešania drevených triesok, lístkových triesok alebo vlákien, zmiešaných s lepivým spojivom na báze lignínu a/alebo sacharidov podlá ktoréhokoľvek z nárokov 1 až 12 tak, že do produktu na báze dreva je inkorporované 2 až 20 hmotn. % pevných častíc lepivého spojiva.