Einige Aspekte der Tanninverleimung

In den letzten drei Jahrzehnten nahm die Verwendung von natürlichen Polyphenolen (Tannine) als Bindemittel in der Holzwerkstoffindustrie zu. Die Tannine sind Extraktstoffe von bestimmten Rinden (z. B. Akazienrinde) und Kernhölzern (z. B. Quebrachoholz). Zurzeit werden in der Bundesrepublik Deutschland aus dem Ausland eingeführte Tannine für die Herstellung von Holzspanplatten und mitteldichten Faserplatten (MDF) technisch eingesetzt.

Tannine, die aus den Rinden einheimischer Nadelhölzer, insbesondere Fichtenrinde extrahiert werden, lassen sich grundsätzlich ebenfalls als Bindemittel für Holzwerkstoffe einsetzen. Erhebliche Anteile an extraktstoffreichen Rinden, die im Zuge der Holzbe- und Holzverarbeitung anfallen, stehen hierfür zur Verfügung. Trotz zahlreicher Verwertungsvorschläge im Schrifttum und in der Patentliteratur für die Rindenverwertung stehen die Mengen an Rinden, die zurzeit stofflich verwertet werden, in keinem Verhältnis zu den laufend anfallenden Mengen, die entweder energetisch genutzt oder anderweitig entsorgt werden.

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, einen Beitrag zur Verwendung von Tanninen für die Herstellung von emissionsarmen mitteldichten Faserplatten (MDF) zu leisten. Vorrangiges Ziel der Arbeit war es, den Einfluss von synthetischen Modifizierungsstoffen auf die physikalisch-technologischen und chemischen Eigenschaften von mit Tanninharzen hergestellten mitteldichten Faserplatten (MDF) zu untersuchen. Im Zusammenhang hiermit war es ferner von Interesse, verschiedene Vernetzungsmittel und Additive auf ihre Wirkung bei der Verleimung mit Tanninharzen in die Untersuchung einzubeziehen.

Im ersten Teil der Arbeit wurden die Extrakte von Quebrachoholz und Fichtenrinde auf ihre verleimungsrelevanten Eigenschaften untersucht. Demnach weisen Fichtenrindenextrakte gegenüber den technischen Extrakten des Quebrachoholzes eine geringe Reaktivität gegenüber Formaldehyd (Stiasny-Zahl) auf.

Im zweiten Teil der Arbeit wurden mitteldichte Faserplatten (MDF) mit Tanninen unter Einsatz von verschiedenen Vernetzungsmitteln wie Formaldehyd, Glyoxal und Additiven wie Harnstoff und Melamin hergestellt. Die mit Tannin unter Einsatz von Formaldehyd, Glyoxal und Harnstoff hergestellten MDF wiesen in den meisten Fällen gute physikalisch-technologische Eigenschaften auf. Demgegenüber hatten die mit Glyoxal allein als Vernetzungsmittel hergestellten Platten keinen ausreichenden Zusammenhalt und delaminierten während der Lagerung im Normalklima.

Im dritten Teil der Arbeit wurden die physikalisch-technologischen Eigenschaften und Formaldehydabgabe von MDF, hergestellt mit den Vernetzungsmitteln Formaldehyd und Dimethylolharnstoff sowie mit den Additiven Harnstoff und Melamin, ermittelt. Es zeigte sich, dass MDF, hergestellt mit 10 % Quebrachotannin, 1 % Formaldehyd und 1 % Melamin die niedrigsten Dickenquellungs- und Wasseraufnahmewerte aufwiesen. Eine Verringerung des Formaldehydgehalts von 1 % auf 0,5 % erhöhte die Dickenquellung und die Wasseraufnahme der MDF deutlich. Die Untersuchungsergebnisse lassen die positive Wirkung des Melamins auf die gesamten physikalisch-technologischen Eigenschaften der Platten deutlich werden.

Im vierten und letzten Teil der Arbeit wurden Nebenreaktionen des Formaldehydsmit Tanninen im schwach alkalischen pH-Bereich untersucht. Neben der Reaktion zwischen den Tanninen und Formaldehyd findet im schwach alkalischen pH-Bereich eine Disproportionierung des Formaldehyds (Cannizzaro-Reaktion) statt, die je nach Temperatur und Hydroxidionen-Konzentration unterschiedlich stark ausfällt. Die Reaktion zwischen Formaldehyd und Natriumhydroxid führt zur Bildung von Methanol und Ameisensäure bzw. deren Natriumsalzen; dies führt zur Abnahme des pH-Wertes der Lösung. Die Cannizzaro-Reaktion ist bei hohen Temperaturen besonders ausgeprägt. So wird bei 100 °C ein Teil des Formaldehyds dem Tannin entzogen und durch die Cannizzaro-Reaktion verbraucht, demgegenüber ist 40 °C die Reaktion zwischen dem Tannin und dem Formaldehyd dominant. Die Cannizzaro-Reaktion wird hierdurch zurückgedrängt. Zum Vergleich wurden Untersuchungen an Resorcin als ein reaktives Chemikal mit diphenolischem Charakter durchgeführt.

Weitere Untersuchungen in der Arbeit betrafen den Einfluss der Melamin- und Harnstoffzugabe auf die Veränderung des pH-Wertes der Reaktionsmischung. Insgesamt lässt sich feststellen, dass sowohl Melamin als auch Harnstoff den pH-Wert der Tanninlösung anheben bzw. in einem pH-Bereich halten, wo Tannine annähernd optimal mit Formaldehyd reagieren.