DE102006006654A1

DE102006006654A1 - Spezielle Aminoalkylsilanverbindungen als Bindemittel für Verbundwerkstoffe

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Publication number: DE102006006654A1
Application number: DE200610006654
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Dipl.-Chem. Jenker; Burkhard Dr. Dipl.-Chem. Standke; Jaroslaw Dr. Dipl.-Chem. Monkiewicz; Roland Dipl.-Chem. Edelmann; Alireza Prof. Dr. Dipl.-Forstwirt Kharazipour; Lars Dipl.-Forstwirt Kloeser
Original assignee: Degussa GmbH
Current assignee: Evonik Operations GmbH
Priority date: 2005-08-26
Filing date: 2006-02-14
Publication date: 2007-03-01
Also published as: CA2620102C; HUE031618T2; US20080233341A1; EP1917310B1; PL1917310T3; NO20081461L; NO340927B1; EP1917310A1; ES2622096T3; WO2007023007A1; US8039110B2; CA2620102A1; PT1917310T

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbundwerkstoffe auf Basis von (a) mindestens einem cellulose- bzw. lignocellulosehaltigen Material und (b) mindestens einem Aminoalkylsilan der Formel (I) DOLLAR A R·1·R·2·N(CHR·4·)¶a¶Si(R·3·)¶r¶(OR)¶3-r¶ DOLLAR A worin Gruppen R·1· und R·2· gleich oder verschieden sind und jeweils für H oder eine lineare, verzweigte oder cyclische C¶1¶- bis C¶20¶-Alkylgruppe oder eine Arylgruppe oder eine Aminocarbylgruppe stehen, wobei Gruppen R·1· und R·2· gegebenenfalls substituiert sein können, Gruppen R·4· gleich oder verschieden sind und R·4· für H oder Methyl steht, a gleich 1 bis 10 ist, R·3· für H oder eine lineare oder verzweigte C¶1¶- bis C¶8¶-Alkylgruppe steht, Gruppen R gleich oder verschieden sind und R für H oder eine lineare oder verzweigte C¶1¶- bis C¶8¶-Alkylgruppe steht und r gleich 0 oder 1 oder 2 ist, DOLLAR A oder DOLLAR A mindestens einem Cokondensat aus mindestens einem Aminoalkylsilan der allgemeinen Formel (I) und mindestens einem weiteren funktionellen Silan der allgemeinen Formel (II) DOLLAR A R·7·(CHR·6·)¶b¶Si(R·5·)¶p¶(OR)¶3-p¶ DOLLAR A worin R·7· für H oder eine Vinylgruppe oder eine Aminogruppe oder eine Glycidoxygruppe oder eine Acryloxygruppe oder eine Methacryloxygruppe oder eine Mercaptogruppe oder eine Sulfangruppe oder eine lineare oder verzweigte C¶1¶- bis C¶20¶-Alkylgruppe oder eine Arylgruppe steht, wobei die Gruppe R·7· gegebenenfalls substituiert sein kann, Gruppen R·6· gleich oder verschieden sind und R·6· für H oder Methyl steht, b gleich 0 bis 18 ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbundwerkstoffe auf der Basis von cellulose- bzw. lignocellulosehaltigen Materialien und siliciumorganischen Verbindungen als Bindemittel, ein Verfahren zu deren Herstellung sowie die Verwendung spezieller siliciumorganischer Verbindungen oder deren Lösung.

Siliciumorganische Verbindungen finden in Form diverser Silane, ihrer Reaktionsprodukte oder entsprechender Zubereitungen Anwendung bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen, insbesondere solcher auf der Grundlage natürlicher oder naturnaher Faserstoffe, d. h. cellulose- bzw. lignocellulosehaltiger Materialien.

Holzwerkstoffe bestehen etwa bis zu 20 % aus Bindemittel und anderen Zusätzen. Das weltweit am häufigsten eingesetzte Bindemittel für Holzwerkstoffe ist das Harnstoff-Formaldehyd-Harz (UF-Harz).

Formaldehyd-Harz gebundene Holzwerkstoffe weisen jedoch eine ständige Formaldehydausgasung auf, welche trotz Einhaltung von Richtlinien (EN 120 sowie DIBt-Richtlinie 100, Klasse E1 = 0,1 ppm) aus Sicht des Verbraucherschutzes problematisch erscheint, da in vielen Studien bewiesen wurde, dass Formaldehyd nicht nur auf das Zentrale Nervensystem Auswirkungen hat, sondern auch Karzinome hervorrufen kann. In jüngster Zeit werden vermehrt Forderungen nach einem erneuten Herabsetzen der zulässigen Formaldehydkonzentrationen lauter.

Ferner besitzen UF-Harz verleimte Holzwerkstoffe eine vergleichsweise geringe Hitze- und Feuchtebeständigkeit, die eine Verwendung für die meisten Spezialgebiete ausschließt, z. B. für tragende und hochbelastbare Zwecke sowie für den Außenbereich.

Neben den UF-Harzen wird zu etwa 10 % auch Phenol-Formaldehyd-Harz (PF-Harz) für die Herstellung von Holzwerkstoffen eingesetzt.

Zu einem geringen Anteil werden in der Holzwerkstoffindustrie für Werkstoffe mit hohen mechanischen und wasserbeständigen Eigenschaften organische Isocyanate eingesetzt. Dabei wird hauptsächlich das Di-phenylmethan-di-isocyanat (PMDI) verwendet. Die Isocyanate führen im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Systemen chemische Verbindungen mit dem Holz, nachweislich mit Lignin und Cellulose, aus.

Jedoch bringt die Verwendung von PMDI als Bindemittel eine Vielzahl von Nachteilen mit sich. Auf Seiten der Anwendungstechnik ist die Affinität zu Metall zu beklagen, da PMDI verleimte Späne und Fasern während des Heißpressens an den Pressbändern anhaften können. Aus diesem Grund ist es notwendig, mit teuren, speziell beschichteten Pressbändern zu arbeiten.

Darüber hinaus sind beim Umgang mit PMDI strenge Arbeitsschutzmaßnahmen vorzusehen und einzuhalten.

Binde- bzw. Bindemittelsysteme für Holzwerkstoffe auf natürlicher oder naturnaher Basis, wie z. B. Kartoffelpülpe ( EP 0 613 906 A1 , DE 43 06 441 A1 , DE 43 40 517 A1 , DE 434 518 A1 ), gewährleisten nicht für jeden Anwendungsfall eine normgerechte Wirkung (vgl. hierzu auch „Enzyme von Weißfäulepilzen als Grundlage für die Herstellung von Bindemitteln für Holzwerkstoffe" von A. R. Kharazipour, Bd. 121, JD. Sauerländers Verlag, Frankfurt am Main, ISBM 3-7939-5124-3).

DE 100 37 724 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoffen aus organischen Stoffen unter Einsatz eines Bindemittels auf Basis Hydrogen-, Alkyl-, Alkenyl-, Phenyl-, Glycidyloxyalkyl-, Acryloxyalkyl- sowie Methacryloxyalkylfunktioneller Siloxane.

DE 196 47 369 A1 betrifft Verbundwerkstoffe auf der Basis von Glasfasern, Mineralfasern oder Holzwerkstoffen, wobei als Bindemittel ein so genannter Nanokomposit eingesetzt wird, der nach dem Sol-Gel-Prozess hergestellt wird und u. a. auf kolloidalen anorganischen Partikeln und einem oder mehreren hydrolysierbaren Organosilanen beruht. Die dabei eingesetzten Silane können als funktionelle Gruppen Chlorid-, Alkoxy-, Acetoxy-, Alkyl-, Alkenyl-, Aryl-, Glycidyloxyalkyl- sowie Methacryloxyalkyl-Gruppen tragen.

Ferner gehen aus WO 98/22536 Verbundwerkstoffe auf der Basis von Pflanzenmaterialien hervor, wobei über die Empfehlung der DE 196 47 369 A1 hinaus für das Polysiloxan des Sol-Gel-Systems als mögliche, hydrolytisch nicht abspaltbare Reste neben Alkyl- und Alkenyl- auch Alkinyl-, Alkacryl-, Arylalkylen-Gruppen angegeben werden, die gegebenenfalls auch einen oder mehrere Substituenten, wie Halogen-, Alkoxy-, Hydroxy-, Amino- oder Epoxidgruppen, aufweisen kann. Ferner kann gemäß WO 98/22536 reines Methyltriethoxysilan oder aus einer Mischung von Methyltriethoxysilan und Tetraalkoxysilan als Bindemittel zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs eingesetzt werden.

Ein wesentlicher Nachteil der zuvor genannten Systeme besteht darin, dass dabei auch hydrolysierbare Alkoxide eingesetzt werden. Diese haben einen nicht zu vernachlässigbaren Dampfdruck und spalten darüber hinaus Hydrolysealkohol ab. Das führt in der Praxis auf den in Spanplattenwerken üblichen Verarbeitungsmaschinen zu einer starken Geruchsbelästigung und zu einer Gefährdung durch explosive Dämpfe.

Aus EP 0 716 127 B1 und EP 0 716 128 B1 sind auf Wasser basierende aminoalkyl-/alkyl-/hydroxy- bzw. alkoxysiloxanhaltige Zusammensetzungen zu entnehmen, die unter anderem für die Hydrophobierung von Textilien, Leder, Cellulose- und Stärkeprodukten verwendet werden. Solche in Wasser oder Wasser/Alkohol-Gemischen löslichen Aminoalkylorganohydroxysiloxane werden auch als Hydrosil-Systeme bezeichnet. Fluoralkylfunktionelle Hydrosil-Systeme sind beispielsweise aus EP 0 846 716 B1 , EP 0 846 717 B1 und EP 1 101 787 A2 zu entnehmen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand nun darin, cellulose- bzw. lignocellulosehaltige Verbundwerkstoffe, die auf einem weiteren Bindemittel basieren, bereitzustellen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß entsprechend den Angaben der Patentansprüche gelöst.

So wurde in überraschender Weise gefunden, dass neue Verbundwerkstoffe mit deutlich verbesserten Eigenschaften auf der Basis von (a) mindestens einem cellulose- bzw. lignocellulosehaltigen Material und (b) als Bindemittel mindestens einem Aminoalkylsilan der Formel (I) R¹R²N(CHR⁴)_aSi(R³)_r(OR)_3-r (I),worin Gruppen R¹ und R² gleich oder verschieden sind und jeweils für H oder eine lineare, verzweigte oder cyclische C₁- bis C₂₀-Alkylgruppe oder eine Arylgruppe oder eine Aminocarbylgruppe der Form H₂N-(C=O)- (resultierend eine Ureidogruppe) stehen, R³ für H oder eine lineare oder verzweigte C₁- bis C₈-Alkylgruppe steht, Gruppen R⁴ gleich oder verschieden sind und R⁴ für H oder Methyl steht, a gleich 1 bis 10 ist, vorzugsweise gleich 3, Gruppen R gleich oder verschieden sind und R für H oder eine lineare oder verzweigte C₁- bis C₈-Alkylgruppe steht und r gleich 0 oder 1 oder 2 ist, wobei Gruppen R¹ und R² gegebenenfalls substituiert sein können und dabei als Substituenten Halogene aus der Reihe F, Cl, Br und J oder Silylgruppen der Form -(CHR⁴')_a'Si(R³')_r'(OR')_3-r' oder Aminoalkylgruppen der Form -(CHR⁴')_a'NR¹'R²' bevorzugt sind, beispielsweise
-(CH₂)₃Si(OCH₃)₃,
-(CH₂)₃Si(OC₂H₅)₃,
-(CH₂)₃Si(CH₃)(OCH₃)₂,
-(CH₂)₃Si(CH₃)(OC₂H₅)₂,
-(CH₂)₂NH(CH₂)₃Si(OCH₃)₃,
-(CH₂)₂NH(CH₂)₃Si(OC₂H₅)₃,
-(CH₂)₂NH(CH₂)₃Si(CH₃)(OCH₃)₂,
-(CH₂)₂NH(CH₂)₃Si(CH₃)(OC₂H₅)₂,
-(CH₂)₂NH(CH₂)₂NH(CH₂)₃Si(OCH₃)₃,
-(CH₂)₂NH(CH₂)₂NH(CH₂)₃Si(OC₂H₅)₃,
-(CH₂)₂NH(CH₂)₂NH(CH₂)₃Si(CH₃)(OCH₃)₂,
-(CH₂)₂NH(CH₂)₂NH(CH₂)₃Si(CH₃)(OC₂H₅)₂,
sowie verzweigte aminoalkylfunktionelle Gruppen, wie

um jeweils nur einige Beispiele zu nennen,
a' gleich 1 bis 10 und r' gleich 0 oder 1 oder 2 sind und R', R¹', R²', R³', R⁴' die gleiche Bedeutung besitzen wie die entsprechenden, jeweils bereits zuvor bezeichneten Gruppen R, R¹, R², R³ sowie R⁴,
oder
mindestens einem Cokondensat aus mindestens einem Aminoalkylsilan der allgemeinen Formel (I) und mindestens einem weiteren funktionellen Silan der allgemeinen Formel (II) R⁷(CHR⁶)_bSi(R⁵)_p(OR)_3-p (II),worin R⁷ für H oder eine Vinylgruppe oder eine Aminogruppe oder eine Glycidoxygruppe oder eine Acryloxygruppe oder eine Methacryloxygruppe oder eine Mercaptogruppe oder eine Sulfangruppe oder eine lineare oder verzweigte C₁- bis C₂₀-Alkylgruppe oder eine Arylgruppe steht, wobei die Gruppe R⁷ gegebenenfalls substituiert sein kann, Gruppen R⁶ gleich oder verschieden sind und R⁶ für H oder Methyl steht, b gleich 0 bis 18 ist, vorzugsweise gleich 0, 1, 2, 3, 4, 8, 16 oder 18, R⁵ für H oder eine lineare oder verzweigte C₁- bis C₈-Alkylgruppe steht, Gruppen R gleich oder verschieden sind und R für H oder eine lineare oder verzweigte C₁- bis C₈-Alkylgruppe steht und p gleich 0 oder 1 oder 2 ist,
wobei die Aminofunktionen im Cokondensat teilweise oder vollständig mit einer anorganischen oder organischen Säure (nachfolgend auch als HX bzw. H_nX mit n = 1, 2 oder 3 bezeichnet) neutralisiert sein können, wobei X bevorzugt für F^–, Cl^–, Br^–, J^–, NO₃ ^–, HSO₄ ^–, SO₄ ^2–, H₂PO₄ ^–, HPO₄ ^2–, PO₄ ^3–, HCOO^– oder CH₃COO^– steht,
oder
einer wässrigen Lösung, die mindestens ein Aminoalkylsilan der Formel (I) oder mindestens ein Cokondensat auf der Basis mindestens eines Aminoalkylsilans der allgemeinen Formel (I) und mindestens eines weiteren funktionellen Silans der allgemeinen Formel (II) enthält,
in einfacher und wirtschaftlicher Weise erhältlich sind, indem man

– getrocknetes oder feuchtes cellulose- bzw. lignocellulosehaltiges Material mit
– einer Flüssigkeit bzw. Lösung, die mindestens eine Aminosilanverbindung gemäß der Formel (I) oder mindestens ein Cokondensat auf der Basis mindestens eines Aminoalkylsilans der allgemeinen Formel (I) und mindestens eines weiteren funktionellen Silans der allgemeinen Formel (II) enthält, behandelt,
– das so behandelte Cellulose- bzw. Lignocellulosematerial in eine gewünschte Form bringt und anschließend heiß presst.

Unter den besagten Cokondensaten auf der Basis mindestens eines Aminoalkylsilans der Formel (I) und mindestens eines weiteren funktionellen Silans der Formel (II) kann man in der Regel solche Verbindungen verstehen, wie man sie nach allgemeinem chemischen Verständnis durch die allgemeine Formel (III) [(OH)_u(OR)_v(O)_wSi(R³)_r(CHR⁴)_aN(R¹)(R²)]_x[(OH)_d(OR)_e(O)_fSi(R⁵)_p(CHR⁶)_bR⁷]_y (III), darstellen kann, wobei hier die Gruppen R, R¹, R², R³, R⁴, R⁵, R⁶ und R⁷ sowie a und b der Bedeutung gemäß der in den Formeln (I) sowie (II) entsprechen und u gleich 0 bis 3, v gleich 0 bis 3, w gleich 0 bis 1,5, d gleich 0 bis 3, e gleich 0 bis 3, f gleich 0 bis 1,5, x gleich 1 bis 1 000, y gleich 0 bis 1 000, r gleich 0 oder 1 oder 2 sowie p gleich 0 oder 1 oder 2 sein können, mit den Maßnahmen (u + v + 2w) = (3 – r) und (d + e + 2f) = (3 – p) und (x + y) gleich 1 bis 2 000, vorzugsweise von 2 bis 1 000, besonders bevorzugt von 3 bis 500, ganz besonders bevorzugt 4 bis 100, insbesondere (x + y) gleich 5 bis 50.

So können ein oder mehrere unterschiedliche Aminosilane mit einem oder mehreren unterschiedlichen funktionellen Silanen cokondensiert sein. Ferner können besagte Cokondensate auch Blockcopolymerisate sowie solche mit statistischer Verteilung sein.

Darüber hinaus können erfindungsgemäß verwendete Bindemittel vorteilhaft eine weitere Komponente, wie z. B. Hydrophobierungsmittel auf Paraffin- oder Wachsbasis, Flammschutzmittel, z. B. Polyphosphate, sowie biozide Stoffe sowie Duftstoffe – um nur einige zu nennen –, enthalten.

Auch können sauer eingestellte wässrige Bindemittel, die mindestens eine Aminosilanverbindung gemäß der Formel (I) oder mindestens ein Cokondensat auf der Basis mindestens eines Aminoalkylsilans der allgemeinen Formel (I) und mindestens eines weiteren funktionellen Silans der allgemeinen Formel (II) enthalten, eingesetzt werden, wodurch man in vorteilhafter Weise auf eine Härterlösung als weiteren Zusatz verzichten kann.

Erfindungsgemäße Verbundwerkstoffe zeichnen sich in der Regel vorteilhaft durch eine deutlich verbesserte Querzugfestigkeit, Biegefestigkeit sowie ein erheblich verbessertes Quellverhalten gegenüber vielen bisherigen Verbundwerkstoffen aus.

Darüber hinaus emittieren erfindungsgemäße Verbundwerkstoffe gegenüber UF-, PF- oder MF-beleimten Verbundwerkstoffen keine schädlichen Formaldehyddämpfe.

Auch ist die Produktion erfindungsgemäß verleimter Verbundwerkstoffe, insbesondere Holzwerkstoffe, gegenüber den PMDI gebundenen Holzwerkstoffen mit einem deutlich reduzierten verarbeitungstechnischen und drastisch reduzierten gesundheitsrelevanten Risiko, bei gleich bleibenden oder besseren Eigenschaften der hergestellten Produkte, möglich.

Insbesondere im Falle erfindungsgemäß erhaltener mitteldichter Faserplatten (MDF) werden nach Werkstoffprüfung Ergebnisse erzielt, welche die Anforderungen der EN 622-5 hinsichtlich Querzugfestigkeit um bis zu 147 % übersteigen. Die Quellwerte nach 24 Stunden Wasserlagerung von erfindungsgemäß verleimten MDF unterboten die Vorgaben der besagten EN um mehr als 50 %. Somit können erfindungsgemäße MDF vorteilhaft einer Werkstoffklasse zugeordnet werden, die hinsichtlich der mechanisch-technologischen Eigenschaften rein Aminoplast gebundene MDF weit übertrifft.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind somit Verbundwerkstoffe auf der Basis von (a) mindestens einem cellulose- bzw. lignocellulosehaltigen Material und (b) mindestens einem Aminoalkylsilan der Formel (I) R¹R²N(CHR⁴)_aSi(R³)_r(OR)_3-r (I),worin Gruppen R¹ und R² gleich oder verschieden sind und jeweils für H oder eine lineare, verzweigte oder cyclische C₁- bis C₂₀-Alkylgruppe oder eine Arylgruppe oder eine Aminocarbylgruppe stehen, wobei Gruppen R¹ und R² gegebenenfalls substituiert sein können, R³ für H oder eine lineare oder verzweigte C₁- bis C₈-Alkylgruppe steht, Gruppen R⁴ gleich oder verschieden sind und R⁴ für H oder Methyl steht, a gleich 1 bis 10 ist, Gruppen R gleich oder verschieden sind und R für H oder eine lineare oder verzweigte C₁- bis C₈-Alkylgruppe steht und r gleich 0 oder 1 oder 2 ist,
oder
mindestens einem Cokondensat aus mindestens einem Aminoalkylsilan der allgemeinen Formel (I) und mindestens einem weiteren funktionellen Silan der allgemeinen Formel (II) R⁷(CHR⁶)_bSi(R⁵)_p(OR)_3-p (II),worin R⁷ für H oder eine Vinylgruppe oder eine Aminogruppe oder eine Glycidoxygruppe oder eine Acryloxygruppe oder eine Methacryloxygruppe oder eine Mercaptogruppe oder eine Sulfangruppe oder eine lineare oder verzweigte C₁- bis C₂₀-Alkylgruppe oder eine Arylgruppe steht, wobei die Gruppe R⁷ gegebenenfalls substituiert sein kann, Gruppen R⁶ gleich oder verschieden sind und R⁶ für H oder Methyl steht, b gleich 0 bis 18 ist, R⁵ für H oder eine lineare oder verzweigte C₁- bis C₈-Alkylgruppe steht, Gruppen R gleich oder verschieden sind und R für H oder eine lineare oder verzweigte C₁- bis C₈-Alkylgruppe steht und p gleich 0 oder 1 oder 2 ist,
wobei die Aminofunktionen im Cokondensat teilweise oder vollständig mit einer anorganischen oder organischen Säure neutralisiert sein können,
oder
einer wässrigen Lösung, die mindestens ein Aminoalkylsilan der Formel (I) oder mindestens ein Cokondensat auf der Basis mindestens eines Aminoalkylsilans der allgemeinen Formel (I) und mindestens eines weiteren funktionellen Silans der allgemeinen Formel (II) enthält,
als Bindemittel.

Erfindungsgemäße Verbundwerkstoffe sind bevorzugt durch (a) mindestens ein natürliches oder naturnahes cellulose- bzw. lignocellulosehaltiges Material aus der Reihe Industrieholz, Waldindustrieholz, Gebraucht- oder Recyclingholz, Holzspänen, Hackschnitzel, Holzfasern, Holzwolle, Holzstaub, Sägespäne, Hobelspäne, Frässpäne, Schwarten, Furnierabfälle, Spreißel, Spanmaterial aus Einjahrespflanzen, z. B. Hanfschäben oder Baumwollstroh, oder einem Gemisch aus mindestens zwei der zuvor genannten Materialien gekennzeichnet.

Dabei stammt cellulose- oder lignocellulosehaltiges Fasermaterial vorteilhaft aus Laub- und Nadelholz, Palmfasern, z. B. Kokosfasern, sowie Einjahrespflanzen, wie Reisstroh, Getreidestroh, Baumwolle, Jute, Hanf – um nur einige aufzuzählen.

Ferner zeichnet sich ein erfindungsgemäßer Verbundwerkstoff durch eine Aminoalkylsilanverbindung der Formel (I) oder mindestens ein Cokondensat auf der Basis mindestens eines Aminoalkylsilans der allgemeinen Formel (I) und mindestens eines weiteren funktionellen Silans der allgemeinen Formel (II) gemäß Komponente (b) als Bindewirkstoff aus, wobei der Bindewirkstoff bevorzugt mindestens eine Aminoalkylgruppe aus der Reihe 3-Aminopropyl, 3-Amino-2-methyl-propyl, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyl, N-(2-Aminoalkyl)-3-amino-2-methyl-propyl, N-[N'-(2-Aminoethyl)-2-aminoethyl]-3-aminopropyl, N-[N'-(2-Aminoethyl)-2-aminoethyl]-3-amino-2-methyl-propyl, N,N-[Di-(2-aminoethyl)]-3-aminopropyl, N,N-[Di-(2-aminoethyl)]-3-amino-2-methyl-propyl, N-(n-Butyl)-3-aminopropyl, N-(n-Butyl)3-amino-2-methyl-propyl, – um nur einige zu nennen – aufweist.

Für eine Gruppe gemäß R¹R²N(CHR⁴)_a- in der Formel (I) bzw. (III) sind insbesondere Gruppen aus der Reihe
H₂N(CH₂)₃-,
H₂N(CH₂)₂NH(CH₂)₃-,
H₂N(CH₂)₂NH(CH₂)₂NH(CH₂)₃- sowie

bevorzugt.

Ferner bevorzugt man für eine Gruppe R⁷(CHR⁶)_b- gemäß Formel (II) bzw. (III) solche aus der Reihe
CH₃-, (n)C₃H₇-, (i)C₃H₇-, (n)C₄H₉-, (n)C₄H₉-, (n)C₈H₁₇-, (i)C₈H₁₇-, (n)C₁₆H₃₂-, (i)C₁₆H₃₂-, (n)C₁₈H₃₆-, (i)C₁₈H₃₆-, H₂N(CH₂)₃-, H₂N(CH₂)₂NH(CH₂)₃-, H₂N(CH₂)NH(CH₂)₂NH(CH₂)₃-, [H₂N(CH₂)₂]₂N(CH₂)₃-, HS(CH₂)₃-, (H₃CO)₃Si(CH₂)₃-S_x-(CH₂)₃- mit x = 1 bis 10, vorzugsweise 2, 3, 4 oder 5, C₆H₅-, H₂C=C(CH₃)COO(CH₂)₃- sowie

Solche erfindungsgemäß eingesetzten Bindewirkstoffe für vorliegende Verbundwerkstoffe können gemäß Komponente (b) vorteilhaft ein wässriges, im Wesentlichen alkoholfreies Hydrolysat mindestens einer Aminoalkylsilanverbindung gemäß der Formel (I) oder mindestens ein Cokondensat auf der Basis mindestens eines Aminoalkylsilans der allgemeinen Formel (I) und mindestens eines weiteren funktionellen Silans der allgemeinen Formel (II) sein.

Dabei kann ein solches alkoholfreies Hydrolysat einen pH-Wert von 1 bis 14, vorzugsweise 3 bis 12, besonders bevorzugt 4 bis 10, und eine Viskosität von 1 bis 10 000 mPa s, vorzugsweise 1 bis 1 000 mPa s, bei einem Wirkstoffgehalt von 0,1 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 1 bis 80 Gew.-%, besonders bevorzugt 10 bis 60 Gew.-%, bezogen auf die Zusammensetzung des Mittels, aufweisen. Dabei kann der pH-Wert beispielsweise gemäß DIN 38404-5 und die Viskosität beispielsweise gemäß DIN 53015 bestimmt werden.

Weiter ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verbundwerkstoff, der erhältlich ist, indem man

– getrocknetes oder feuchtes cellulose- bzw. lignocellulosehaltiges Material mit
– einer Flüssigkeit, die mindestens eine Aminosilanverbindung gemäß der Formel (I) oder mindestens ein Cokondensat auf der Basis mindestens eines Aminoalkylsilans der allgemeinen Formel (I) und mindestens eines weiteren funktionellen Silans der allgemeinen Formel (II) enthält, behandelt,
– das so behandelte Cellulose- bzw. Lignocellulosematerial in eine gewünschte Form bringt und anschließend heiß presst.

Die so genannte „absolute trockene Holzmasse" (kurz atro) bestimmt man in der Regel durch die Behandlung von cellulose- bzw. lignocellulosehaltigem Material bei 103 °C bis zur Gewichtskonstanz, vgl. hierzu DIN 53 183 sowie EN 322.

Feuchtes cellulose- bzw. lignocellulosehaltiges Material, beispielsweise in Form von Holzfasern, kann nach dem technischen Prozess der Zerfaserung im so genannten Refiner eine Holzfeuchte (nachfolgend auch kurz Feuchte genannte) von über 100 %, bezogen auf absolut trockene Holzmasse, aufweisen. Zum Beispiel besitzen frisch eingeschlagene Stämme in Abhängigkeit von der Baumart eine Feuchte von 120 bis 160 %.

Bei der Herstellung von MDF nach dem so genannten „Blow Line"-Verfahren wird das eingesetzte Fasermaterial vor der Beleimung in der Regel nicht getrocknet, sondern gelangt von dem vorgeschalteten Zerfaserungsprozess aus noch im feuchten Zustand direkt in die Blow-Line, in welcher das Bindemittel auf die Fasern gegeben wird. Die Fasern werden dann erst im beleimten Zustand getrocknet. Dabei wird bevorzugt eine Feuchte von rund 10 bis 14 % eingestellt und nachfolgend zu MDF weiterverarbeitet.

Man kann aber auch bereits getrocknetes cellulose- bzw. lignocellulosehaltiges Material zur Herstellung von Verbundwerkstoffen einsetzen.

So verwendet man zum Beispiel bei der Herstellung von MDF nach dem Blender-Verfahren getrocknete Fasern, bevorzugt solche mit einer Feuchte von rund 10 bis 12 %. Dieses Material wird in der Regel in einem Mischer beleimt und anschließend zu MDF weiterverarbeitet. Man kann auch hier dem Beleimungsschritt einen zusätzlichen Trocknungsschritt, beispielsweise in einer Rohrtrocknerleitung, folgen lassen.

Ferner bevorzugt man bei der Spanplattenherstellung den Einsatz von bereits getrockneten Spänen, insbesondere solche mit einer Feuchte von 2 bis 5 %. Die Trocknung dieses Einsatzmaterials erfolgt vorwiegend in einem Röhrenbündel- oder Trommeltrockner.

Ebenfalls ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Verbundwerkstoffs, indem man

– getrocknetes oder feuchtes cellulose- bzw. lignocellulosehaltiges Material mit
– einer Flüssigkeit, die mindestens eine Aminosilanverbindung gemäß der Formel (I) oder mindestens ein Cokondensat auf der Basis mindestens eines Aminoalkylsilans der allgemeinen Formel (I) und mindestens eines weiteren funktionellen Silans der allgemeinen Formel (II) enthält, behandelt,
– das so behandelte Material in eine gewünschte Form bringt und anschließend heiß presst.

Dazu kann man die an sich für die Herstellung von Verbundwerkstoffen, insbesondere Holzwerkstoffen, bekannten Geräte bzw. Anlagen nutzen, wie beispielsweise kontinuierlich arbeitende Contiroll-Anlagen von Siempelkamp, Binos, Dieffenbacher oder Metso, – um nur einige Beispiele zu nennen.

Geeignete Verfahren zur Behandlung von cellulose- bzw. lignocellulosehaltigem Material mit einem Bindemittel sind beispielsweise Streichen, Walzen, Spritzen, Tauchen, Fluten, Spritzen, Blowlinebeleimung oder Beleimung im Mischer (Blender-Verfahren mit Apparaten von z. B. Lödige, Drais oder Binos).

So kann man besonders vorteilhaft das cellulose- bzw. lignocellulosehaltige Material in einer rotierenden Trommel (Umwälzverfahren, Durchführung vorzugsweise bei Raumtemperatur oder unter Kühlung, beispielsweise bei 4 bis 12 °C, insbesondere bei ca. 10 °C) mittels einer mit Druckluft betriebenen Beleimungsvorrichtung, beispielsweise einer Beleimungspistole, die geeigneterweise einen Betriebsdruck von 0 bis 4 bar abs. aufweist, mit einer wässrigen Aminoalkylsilanverbindung gemäß der Formeln (I) oder (II) bzw. (III) enthaltenden Lösung besprühen. In der Regel erhält man so ein weitgehend gleichmäßig beleimtes Material.

Darüber hinaus kann man beim erfindungsgemäßen Verfahren die Beleimung im technischen bzw. industriellen Maßstab, aber auch in einem Trogmischer, Pflugscharmischer, Blendermischer sowie nach dem Blowline-Verfahren vorteilhaft durchführen.

Im Weiteren kann man beim erfindungsgemäßen Verfahren das bei Umgebungstemperatur so behandelte Cellulose- bzw. Lignocellulosematerial vorteilhaft zu einem Kuchen, d. h. insbesondere einem Spankuchen oder Faservlies, ausstreuen, kämmen und bei einer Temperatur bis 250 °C, vorzugsweise 150 bis 210 °C, einem Pressdruck bis 9 N/mm², vorzugsweise 4 bis 7 N/mm², und einer Zeit bis 300 s pro mm der angestrebten Plattenstärke, vorzugsweise 5 bis 60 s/mm, besonders bevorzugt 8 bis 40 s/mm, pressen.

Man kann aus einem oben beschriebenen Kuchen bzw. aus erfindungsgemäß beleimten Cellulose- bzw. Lignocellulosematerial aber auch andere Formteile, beispielsweise Strangpresslinge oder quaderförmige Teile oder speziellere Formteile, herstellen.

Ferner kann man aber auch einen vorliegenden Kuchen bzw. beleimtes Material zunächst vorpressen bzw. vorverdichten, beispielsweise mit einem Vorpressdruck von 0,2 bis 0,6 N/mm². Darüber hinaus kann man beleimtes Material, insbesondere einen Kuchen, vor, während oder nach dem Vorpressen, d. h. vor dem eigentlichen Pressen, vorwärmen, beispielsweise auf 60 bis 80 °C. Eine solche thermische und/oder mechanische Vorbehandlung des Kuchens oder des beleimten Materials vor dem eigentlichen Pressschritt kann vorteilhaft zu einer deutlichen Verbesserung der späteren Produktqualität beitragen.

Darüber hinaus kann man die beim Formgebungs- bzw. Pressschritt erhaltenen Formteile vorteilhaft einer Nachkonditionierung bzw. Vergütung unterziehen. So kann man beispielsweise Platten einer Stapellagerung unterziehen. Dabei kann man zusätzlich eine Frequenzerwärmung, z. B. mittels Mikrowellentechnik, durchführen.

Man kann aber auch Kühlen, beispielsweise 20 bis 30 Minuten in einem Sternkühlwender.

Durch die Nachkonditionierung kann man zusätzlich zur Vereinheitlichung bzw. Vergleichmäßigung in den Verbundwerkstoffen beitragen.

So erhält man nach dem Abkühlen erfindungsgemäße Verbundwerkstoffe, insbesondere Spanplatten, Faserplatten, ultraleichte Faserplatten (ULF), leichte Faserplatten (LDF), mitteldichte Faserplatten (MDF), hochdichte Faserplatten (HDF), „OSB"-Platten (OSB = Oriented Strand Board), Furnierplatten, Sperrholzplatten, Holzpellets, Holzbriketts sowie technisches Baumaterial aus Holz, das so genannte „Engineered Wood", wie Langspanholz (LSL = Laminated Strand Lumber), Furnierstreifenholz (PSL = Parallel Strand Lumber) und Furnierschichtholz (LVL = Laminated Veener Lumber). Dabei weisen zuvor genannte Verbundwerkstoffe geeigneterweise eine Rohdichte von 150 bis 1 200 kg/m³ auf. Die Rohdichte kann man beispielsweise gemäß EN 323 bestimmen.

Für die Spangewinnung werden heutzutage drei Rohstoffsortimente in unterschiedlichen Anteilen genutzt. Dabei werden ca. 57 % des benötigten holzlichen Rohstoffs vom Industrierestholz gestellt. Als Industrierestholz werden holzliche Abfälle der holzbe- und verarbeitenden Industrie bezeichnet. Hierzu gehören Sägespäne, Hobelspäne, Frässpäne, Schwarten, aber auch Restrollen der Furnierindustrie. Weitere ca. 23 % des Holzrohstoffs werden aus Waldindustrieholz gewonnen. Dies ist der klassische Rohstoff in Form von geernteten Stämmen, die im Spanplattenwerk zu Hackschnitzeln oder gleich mittels Langholzzerspanern zu Spänen verarbeitet werden. Die dritte Rohstoffgruppe bildet das Gebraucht- oder Recyclingholz mit ca. 20 %. Hierbei handelt es sich um gebrauchte Erzeugnisse aus Massivholz, Holzwerkstoffen oder aus Verbundstoffen mit einem überwiegenden Holzanteil von mehr als 50 Massen-%. Im Werk werden aus der verschiedenen Rohstoffsortimenten mittels Messerringzerspanern, Langholzzerspanern und Hammermühlen Späne mit definierten Abmessungen hergestellt. Nachdem das Spangut vorliegt, wird dieses in Röhrenbündel- bzw. Röhrentrommeltrocknern in der Regel auf eine Feuchte von 1,5 bis 3 % getrocknet. Anschließend erfolgt eine Siebung und Sichtung, wobei das Spangut in Deck- und Mittelschichtspäne separiert und mögliches Grobspangut abschieden wird. Die Späne der Deck- und Mittelschichtfraktion können anschließend der Beleimung zugeführt und beispielsweise zu Spanplatten verpresst werden.

Bei der industriellen Faserstoffherstellung wird im Allgemeinen neben Waldholz auch Industrierestholz als Rohstoff eingesetzt. Das zuvor entrindete Waldholz wird zusammen mit dem Industrierestholz in einem Hacker zu Hackschnitzeln zerkleinert. Diese Hackschnitzel werden nach dem „Asplundverfahren" in 160 bis 180 °C heißem Wasserdampf unter einem Druck von 8 bis 12 bar aufgeschlossen. Nach diesem Arbeitsschritt, der so genannten Plastifizierung, gelangt das Material in einen Refiner. Dieser besteht aus zwei sich gegeneinander drehenden Mahlscheiben zwischen denen das Material zerfasert wird. Dabei herrscht im Refiner ein konstanter Druck von rd. 11 bar. Aufgrund der milden Aufschlussbedingungen unterliegt das Holz wenig chemischen Veränderungen. Dies führt zu einer hellen Farbe des so bereit gestellten Faserstoffs und einem hohen Ausbeutegrad.

Unter Lignocellulose versteht man im Allgemeinen die Matrixkomponente, welche sich durch die drei großen chemischen Holzinhaltsstoffe Cellulose, Hemicellulose und Lignin ausbildet. Der Einbau von Lignin (Inkrustation mit Lignin) führt in der Regel zu einer Verholzung der Zellwand und somit zu einer verbesserten mechanischen Stabilität und Belastbarkeit von terrestrischen Pflanzen. Die Gewinnung von Lignocellulose für den Einsatz in der Holzwerkstoffindustrie erfolgt vorwiegend in Form von Fasern oder Spänen. Beispielsweise können Lignocellulosefasern aus Laub- und Nadelhölzern gewonnen werden. Des weiteren stellen auch einige Einjahrespflanzen, wie Getreide, Flachs oder Hanf, eine geeignete Quelle für Lignocellulosefasern dar.

Die Faserstoffgewinnung kann u. a. nach dem Asplund-Verfahren erfolgen. Dabei wird das Holz zuerst in Hackschnitzel zerkleinert und anschließend bei hohen Temperaturen und Drücken aufgeschlossen und schließlich mit einem Refiner (der aus zwei gegenläufigen Mahlscheiben besteht) zerfasert.

Für die Spangewinnung wird in der Regel Holz in Form von Hackschnitzeln so genannte Messerringzerspanern zugeführt und in diesen zu Spänen mit definierten Abmessungen zerspant.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann man vorteilhaft gemäß der Komponente (a) mindestens ein natürliches oder naturnahes cellulose- bzw. lignocellulosehaltiges Material aus der Reihe Industrieholz, Waldindustrieholz, Gebraucht- oder Recyclingholz, Holzspänen, Hackschnitzel, Holzfasern, beispielsweise aus Kiefernholz, Holzwolle, Holzstaub, Spänen, wie Sägespänen, Hobelspänen oder Frässpänen, Schwarten, Furnierabfällen, Spreißel, Spanmaterial aus Einjahrespflanzen, z. B. Hanfschäben oder Baumwollstroh, oder einem Gemisch aus mindestens zwei der zuvor genannten Materialien einsetzen.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren setzt man besonders bevorzugt ein cellulose- bzw. lignocellulosehaltiges Material von Pflanzen aus der Reihe Laubholz, Nadelholz, Kokos, insbesondere Kokosfasern, Baumwolle, Flachsschäben, Hanfschäben, Bargasse, Jute, Sisal, Schilf, Reisstroh oder Getreidestroh ein.

Ferner verwendet man beim erfindungsgemäßen Verfahren gemäß Komponente (b) bevorzugt eine Aminoalkylsilanverbindung der Formel (I) aus der Reihe 3-Aminopropyltrimethoxysilan, 3-Aminopropyltriethoxysilan, 3-Aminopropylmethyldimethoxysilan, 3-Aminopropylmethyldiethoxysilan, 3-Aminopropylsilantriol, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltriethoxysilan, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropylsilantriol, N-[N'-(2-Aminoethyl)-2-aminoethyl]-3-aminopropyltrimethoxysilan, N-[N'-(2-Aminoethyl)-2-aminoethyl]-3-aminopropyltriethoxysilan, N-[N'-(2-Aminoethyl)-2-aminoethyl]-3-aminopropylsilantriol, N,N-[Di-(2-aminoethyl)]-2-aminopropyltrimethoxysilan, N,N-[Di-(2-aminoethyl)]-2-aminopropyl triethoxysilan, N,N-[Di-(2-aminoethyl)]-2-aminopropylsilantriol, N-(n-Butyl)-3-aminopropyltrimethoxysilan, N-(n-Butyl)-3-aminopropyltriethoxysilan, N-(n-Butyl)-3-aminopropylsilantriol, (H₃CO)₃Si(CH₂)₃NH(CH₂)₃Si(OCH₃)₃ (Bis-AMMO), (H₅C₂O)₃Si(CH₂)₃NH(CH₂)₃Si(OC₂H₅)₃ (Bis-AMEO), (H₃CO)₃Si(CH₂)₃NH(CH₂)₂NH(CH₂)₂NH(CH₂)₃Si(OCH₃)₃ (Bis-DAMO), (H₃CO)₃Si(CH₂)₃NH(CH₂)₂NH(CH₂)₂NH(CH₂)₂NH(CH₂)₂NH(CH₂)₃Si(OCH₃)₃ (Bis-TRIAMO) oder ein Gemisch aus mindestens zwei der zuvor genannten Aminoalkylsilane oder eine wässrige Lösung von mindestens einer der zuvor genannten Aminoalkylsilanverbindungen.

Für die Herstellung einer Aminoalkylsilan enthaltenden wässrigen Lösung geht man in der Regel so vor, dass man Wasser, vorzugsweise VE-Wasser (VE = vollentsalzt), mit dem hydrolysierbaren Aminoalkylsilan mischt und gegebenenfalls unter leichtem Erwärmen und Rühren reagieren lässt. Dabei setzt man auf 1 Gew.-Teil Wasser geeigneterweise 0,001 bis 999 Gew.-Teile mindestens einer Aminoalkylsilanverbindung gemäß Formel (I) ein. Bevorzugt setzt man auf 1 Gew.-Teil Wasser 0,1 bis 90 Gew.-Teile eines Aminoalkylsilans gemäß Formel 1, besonders bevorzugt 1 bis 30 Gew.-Teile, ganz besonders bevorzugt 5 bis 15 Gew.-Teile, insbesondere 7 bis 10 Gew.-Teile eines Aminoalkylsilans gemäß Formel I, ein. Bei der Umsetzung können zumindest anteilig auch oligomere Silane entstehen. Ferner kann man dem Gemisch bzw. der Lösung auch eine organische oder anorganische Säure, beispielsweise Ameisensäure, Essigsäure, Salzsäure, Salpetersäure, Schwefelsäure, Phosphorsäure – um nur einige zu nennen – zusetzen und den pH-Wert vorzugsweise auf 2 bis 10 einstellen. Darüber hinaus kann man im Anschluss an die Hydrolyse, gegebenenfalls unter vermindertem Druck, den Hydrolysealkohol aus der Zusammensetzung abdestillieren. Dabei erhält man wässrige, in Wesentlichen alkoholfreie Lösungen mit praktisch vollständig hydrolysiertem Aminoalkylsilan, wobei der Gehalt an Alkohol vorzugsweise weniger als 3 Gew.-%, besonders bevorzugt weniger als 1 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt weniger als 0,5 Gew.-%, insbesondere weniger als 0,1 Gew.-%, beträgt, d. h. für solche Systeme unter der Nachweisgrenze liegt. So kann man vorteilhaft eine in der Regel klare und alkoholfreie, wässrige aminoalkylsilanhaltige Lösung herstellen, beispielsweise DYNASYLAN^® 1151 oder 1154, und als Bindemittel für Verbundwerkstoffe, insbesondere für Holzwerkstoffe, verwenden.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren setzt man bevorzugt Cokondensate ein, die vorzugsweise auf mindestens einem Silan der allgemeinen Formel (II) aus der Reihe Tetraethoxysilan, Methyltrimethoxysilan, Methyltriethoxysilan, n-Propyltrimethoxysilan, n-Propyltriethoxysilan, n- sowie i-Butyltrimethoxysilan, n- sowie i-Butyltriethoxysilan, n- sowie i-Octyltrimethoxysilan, n- sowie i-Octyltriethoxysilan, Phenyltrimethoxysilan, Phenyltriethoxysilan, Vinyltrimethoxysilan, Vinyltriethoxysilan, Tridecafluor-1,1,2,2-tetrahydrooctyltrimethoxysilan, Tridecafluor-1,1,2,2-tetrahydrooctyltriethoxysilan, 3-Glycidyloxypropyltrimethoxysilan, 3-Glycidyloxypropyltriethoxysilan, 3-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, 3-Methacryloxypropyltriethoxysilan, 3-Mercaptopropyltrimethoxysilan, 3-Mercaptopropyltriethoxysilan, und solcher gemäß Formel (I) offenbarten Aminosilane basieren.

Erfindungsgemäß verwendete Bindemittel gemäß Formel (III), d. h. Cokondensate auf der Basis mindestens eines Aminoalkylsilans der allgemeinen Formel (I) und mindestens eines weiteren funktionellen Silan der allgemeinen Formel (II), oder deren wässrigen Lösung sind in der Regel erhältlich, indem man entsprechende monomere Alkoxy- oder Chlorsilane durch Zugabe einer zur Erlangung des gewünschten Oligomerisierungsgrads erforderlichen Menge Wasser hydrolysiert und kondensiert bzw. cokondensiert oder blockcokondensiert, beispielsweise DYNASYLAN^® 2907, 2909 oder F 8815. Dabei kann man in Gegenwart eines Hydrolyse- bzw. Kondensationskatalysators arbeiten. Auch kann die Hydrolyse und Kondensation bzw. Cokondensation oder Blockcokondensation in Gegenwart eines Verdünnungs- bzw. Lösemittels, vorzugsweise Methanol, Ethanol und/oder Isopropanol, durchgeführt werden. In der Regel wird nach oder während der Umsetzung Alkohol bzw. Lösemittel zumindest anteilig aus dem System entfernt und das System in gewünschtem Umfang mit Wasser verdünnt. Darüber hinaus kann man dem vorliegenden Mittel weitere Komponenten zusetzen, beispielsweise zusätzliche Säure, Alkohol, monomere Organosilane, monomere kationische Aminosilane. Die Herstellung entsprechender Systeme sowie hierfür geeignete Einsatzstoffe sind aber auch aus EP 0 716 127 , EP 0 716 128 , EP 0 846 717 , EP 0 846 716 , EP 1 031 593 sowie EP 1 101 787 zu entnehmen. Der gesamte Inhalt der hier genannten Schutzrechte ist im vollen Umfang der Offenbarung der vorliegenden Anmeldung zuzurechnen.

Verbindungen gemäß Formel (III) können in wässrigen Systemen anteilig oder praktisch vollständig hydrolysiert vorliegen. Ferner liegen bevorzugt lineare oder cyclische Silanoligomere gemäß Formel (III) vor, d. h. hier liegen in der Regel vergleichsweise kurzkettige Organosiloxane vor, die im Wesentlichen aus M- und D-Strukturen aufgebaut sind. Es können aber auch – dann aber in deutlich untergeordnetem Umfang – hin und wieder verzweigte Strukturen oder Raumstrukturen, d. h. Organosiloxane gemäß Formel (III) mit T- oder Q-Strukturen, auftreten.

Erfindungsgemäß eingesetzte Bindemittel weisen bevorzugt einen Gehalt an Wirkstoff gemäß Formel (III), d. h. Cokondensate auf der Basis mindestens eines Aminoalkylsilans der allgemeinen Formel (I) und mindestens eines weiteren funktionellen Silans der allgemeinen Formel (II), von 0,5 bis 95 Gew.-%, besonders bevorzugt 2 bis 40 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 5 bis 30 Gew.-%, insbesondere 5 bis 20 Gew.-%, auf, bezogen auf die Zusammensetzung.

Ferner bevorzugt man erfindungsgemäß ein Bindemittel, das pro Mol Aminogruppe in den Silancooligomeren 0 bis 3,6 Mol HCOOH oder H₃CCOOH enthält, vorzugsweise 0,5 bis 1,1 Mol Säure pro Mol Stickstoff der Aminofunktionen.

So kann man vorteilhaft Verbindungen gemäß Formel (III), d. h. Cokondensate auf der Basis mindestens eines Aminoalkylsilans der allgemeinen Formel (I) und mindestens eines weiteren funktionellen Silans der allgemeinen Formel (II), und entsprechende, in der Regel klare und leicht bewegliche Lösungen, beispielsweise DYNASYLAN^® HS 2907, HS 2909 oder F 8815, im gewünschten Verhältnis mit Wasser mischen. Dabei kann man auch zuvor genannte Produkte bzw. Mittel zunächst mischen und anschließend gegebenenfalls mit Wasser und/oder Alkohol verdünnen. Beispielsweise kann man ein mit Essigsäure oder Ameisensäure im Wesentlichen neutralisiertes Triaminoalkyl/Tridecafluor-1,1,2,2-tetrahydrooctyl/-Hydroxy- bzw. Alkoxy-Siloxangemisch oder ein mit Essigsäure im Wesentlichen neutralisiertes 3-Aminopropyl/Isobutyl/Hydroxy- bzw. Alkoxy-Siloxangemisch mit Wasser im Volumenverhältnis von etwa 1 : 0,5 bis 0,5 : 5, vorzugsweise etwa 1 : 1 bis 0,5 : 2, insbesondere rund 1 : 2, mischen.

Bevorzugt wird erfindungsgemäß ein Bindemittel mit einem Gehalt an Wasser von 5 bis 99,5 Gew.-%, besonders bevorzugt eines mit 50 bis 98 Gew.-% Nasser, ganz besonders bevorzugt 60 bis 95 Gew.-%, insbesondere 80 bis 95 Gew.-%, bezogen auf die Zusammensetzung, wobei die jeweiligen Komponenten des Mittels bzw. einer Zusammensetzung in Summe 100 Gew.-% ergeben.

Auch kann erfindungsgemäß ein Bindemittel einen Gehalt an freier Säure von < 10 Gew.-%, vorzugsweise 0 bis 7 Gew.-%, besonders bevorzugt 0,001 bis 5 Gew.-%, bezogen auf die Zusammensetzung, aufweisen. D. h. Säureanteile, die als Amino- bzw. Ammoniumsalz vorliegen, sind hier bei der Angabe zu den so genannten freien Säureanteilen auszunehmen.

Weiterhin kann ein solches Mittel einen Gehalt an Alkohol, insbesondere Methanol, Ethanol, n-Propanol, i-Propanol, 2-Methoxyethanol oder eine Mischung daraus enthalten. Jedoch bevorzugt man Bindemittel, die alkoholfrei sind, d. h., dass in einem solchen Mittel mit gängigen Methoden, wie der Gaschromatographie mit einer Nachweisgrenze von < 0,1 %, freier Alkohol bis zu einer Grenze von maximal 3 Gew.-% mehr nachgewiesen werden kann.

In der Regel bevorzugt man beim erfindungsgemäßen Verfahren, als Bindemittelwirkstoff gemäß Komponente (b) bis zu 15 Gew.-%, vorzugsweise 0,1 bis 14 Gew.-%, besonders bevorzugt 3 bis 13 Gew.-%, ganz besonders bevorzugt 5 bis 12 Gew.-% Aminoalkylsilanverbindungen gemäß der Formel (I) oder mindestens ein Cokondensat auf der Basis mindestens eines Aminoalkylsilans der allgemeinen Formel (I) und mindestens eines weiteren funktionellen Silans der allgemeinen Formel (II), gerechnet als SiO₂ und bezogen auf atro Cellulose- bzw. Lignocellulosematerial, einzusetzen.

Darüber hinaus kann man beim vorliegenden Verfahren neben den Komponenten (a) und (b) als weitere Komponente (c) ein Wachs bzw. Paraffin in einer Menge bis 8 Gew.-%, vorzugsweise 0,01 bis 7 Gew.-%, bezogen auf atro Cellulose- bzw. Lignocellulosematerial, einsetzen.

Im Allgemeinen führt man die vorliegende Erfindung wie folgt aus:
Cellulose- bzw. lignocellulosehaltiges Material wird mit einem Bindemittel, das mindestens eine Aminoalkylverbindung gemäß der Formeln (I) oder (III) enthält, behandelt, beispielsweise in einer pneumatisch oder hydraulisch initiierten Beleimungsvorrichtung durch Besprühen. Der so erhaltenen Masse werden gegebenenfalls weitere Komponenten zugesetzt, und sie wird in an sich bekannter Weise in eine Form gebracht und ausgehärtet. Beispielsweise kann die so erhaltene Masse auf der Fläche einer Heißpresse ausgestreut, gekämmt und heiß gepresst werden. Dabei reagiert das cellulose- bzw. lignocellulosehaltige Material mit dem vorliegenden Bindemittel und Wasser verdampft.

So kann man vorteilhaft erfindungsgemäße Verbundwerkstoffe, insbesondere Holzwerkstoffe, unter Verwendung mindestens einer Aminosilanverbindung gemäß der Formel (I) oder mindestens ein Cokondensat auf der Basis mindestens eines Aminoalkylsilans der allgemeinen Formel (I) und mindestens eines weiteren funktionellen Silans der allgemeinen Formel (II) oder einer wässrigen Lösung, die mindestens eine Aminosilanverbindung gemäß der Formel (I) oder mindestens ein Cokondensat auf der Basis mindestens eines Aminoalkylsilans der allgemeinen Formel (I) und mindestens eines weiteren funktionellen Silans der allgemeinen Formel (II) enthält, als Bindemittel erzeugen.

Insbesondere verwendet man vorliegende Bindemittel zur Herstellung von Spanplatten, Faserplatten, ultraleichten Faserplatten, leichten Faserplatten, mitteldichten Faserplatten, hochdichten Faserplatten, OSB-Platten, Furnierplatten, Sperrholzplatten, Holzpellets, Holzbriketts, „Engineered Wood", Dämmstoffen, Pflanztöpfen, beispielsweise aus rotfaulem Fichtenholz, Pressformlingen, beispielsweise – aber nicht ausschließlich – Pressformlinge für die Automobilinnenauskleidung.

Die speziellen erfindungsgemäßen Aminoalkylsilanverbindungen und ihre wässrigen Lösungen sind im besonderen Maße als Bindemittel dazu geeignet, insbesondere Holzwerkstoffe mit hohen mechanisch-technologischen Eigenschaften herzustellen. Die Produktion und Verwendung dieser Holzwerkstoffe ist weitestgehend frei von gesundheitsschädlichen Emissionen. Die Verwendung von organofunktionellen Silanen in Kombination mit naturnahen Bindemitteln eröffnet die Möglichkeit, Holzwerkstoffe mit mechanisch-technologischen Eigenschaften herzustellen, welche die Anforderungen der betreffenden Europäischen Normen (EN 622-5) erfüllen.

Beispiel 1
Herstellung von mitteldichten Faserplatten (MDF) aus industriellem Fasermaterial Als Fasermaterial für die Herstellung von MDF wurden in Anlehnung an industrielle Standards 100 % Kiefernfasern verwendet. Die Faserplatten wurden auf einer Pilot-MDF-Technikumsanlage, in welcher die Fasern automatisch aufgelockert, beleimt, getrocknet und anschließend zu einem Faservlies gestreut werden können, hergestellt. Aus dem Faservlies wurden Faserplatten in definierten Größen gewonnen, die nach Vorverdichtung in einer elektrisch beheizten Einetagenpresse bei gewünschter Temperatur und Zeit verpresst wurden.
Es wurden 10 mm starke MDF mit einer Sollrohdichte von 800 kg/m³ hergestellt. Die Platten wurden bei 195 °C für 24 s/mm verpresst. Als Bindemittel kamen die DYNASYLAN^®-Produkte DYNASYLAN^® 1154, NS 2907 und HS 2909 zum Einsatz. Der Beleimungsgrad war in allen Fällen 12 Gew.-% Bindemittel, bezogen auf atro Faser.
Die mechanisch-technologischen Eigenschaften der Faserplattenprüfung sind in Tabelle 1 zusammengestellt.
Die mit besagten DYNASYLAN^®-Produkten gebundenen MDF zeichnen sich durch sehr hohe Festigkeiten und besonders niedrige Quellwerte aus. Die Querzugfestigkeiten liegen alle um mehr alle 100 % über den Vorgaben der jeweiligen EN 622-5 (MDF). Es wurden darüber hinaus auch die Vorgaben der EN 622-5 (MDF.HLS) bezüglich Quellzugfestigkeit und Dickenquellung eingehalten. Somit könnten die hergestellten MDF auch für tragende Zwecke im Feuchtbereich eingesetzt werden. Die ermittelten Platteneigenschaften übertreffen die von UF-Harz gebundenen MDF um ein Vielfaches und ermöglichen es, mitteldichte Faserplatten in Anwendungsbereichen mit besonders hohen Materialansprüchen einzusetzen. Zusätzlich besteht bei der Herstellung und dem späteren Gebrauch dieser Holzwerkstoffe ein sehr geringes Gesundheitsbelastungspotential, was z. B. bei PMDI verleimten Holzwerkstoffen ein Problem darstellt. Ebenso birgt der Einsatz von organischen Leimsystemen, z. B. Aminoplaste, wie UF-Harz und PF-Harz, ein nicht zu vernachlässigendes Gesundheitsrisiko. Solche Probleme können durch den Einsatz vorliegender DYNASYLAN^®-Systeme vorteilhaft umgangen werden.
Beispiel 2
Herstellung von Spanplatten aus industriellem Spanmaterial
Die für die Herstellung der Spanplatten verwendeten Späne wurden in einem industriellen Spanplattenwerk nach der Trocknung und unmittelbar vor der Beleimung von der Badwaage entnommen. Sie waren prozessbedingt in Deck- und Mittelschichtfraktion unterteilt. Das jeweilige Bindemittel wurde mittels einer Beleimungspistole der Firma WALTHER PILOT in einer rotierenden Beleimungstrommel durch Druckluft (0 bis 4 bar) fein verstäubt und auf die Späne gegeben.
Anschließend wurden die Späne zu Spanplattenkuchen gestreut und heiß verpresst. Im Falle von dreischichtigen Spanplatten wurde 40 % Deckschichtmaterial für die äußeren Schichten und 60 % Mittelschichtmaterial für die innere Schicht verwendet. Hergestellte einschichtige Spanplatten bestanden zu 100 % aus Mittelschichtmaterial.
Es wurden 6 mm starke einschichtige Spanplatten mit einer Sollrohdichte von 750 kg/m³ aus Mittelschichtspänen unter Verwendung von DYNASYLAN^® HS 2907 sowie DYNASYLAN^® 1154 als Bindemittel hergestellt. Das Spanmaterial wurde jeweils mit 8,5 % DYNASYLAN^® HS 2907 und DYNASYLAN^® 1154 auf atro Span beleimt. Die Spanplatten wurden bei 210 °C und einer Presszeit von 40 s/mm verpresst. Die Ergebnisse der Materialprüfungen sind in Tabelle 2 zusammengefasst.
Tabelle 2 Querzugfestigkeiten von DYNASYLAN^® gebundenen einschichtigen Spanplatten
Die Spanplatten aller Versuchsreihen konnten die EN 312-4 (0,45 N/mm²) und die EN 312-5 (0,5 N/mm²) erfüllen. Somit wurde nachgewiesen, dass sich organofunktionelle Silane als alleinige Bindemittel für Spanplatten eignen.

Claims

Verbundwerkstoff auf der Basis von (a) mindestens einem cellulose- bzw. lignocellulosehaltigen Material und (b) mindestens einem Aminoalkylsilan der Formel (I) R¹R²N(CHR⁴)_aSi(R³)_r(OR)_3-r (I),worin Gruppen R¹ und R² gleich oder verschieden sind und jeweils für H oder eine lineare, verzweigte oder cyclische C₁- bis C₂₀-Alkylgruppe oder eine Arylgruppe oder eine Aminocarbylgruppe stehen, wobei Gruppen R¹ und R² gegebenenfalls substituiert sein können, Gruppen R⁴ gleich oder verschieden sind und R⁴ für H oder Methyl steht, a gleich 1 bis 10 ist, R³ für H oder eine lineare oder verzweigte C₁- bis C₈-Alkylgruppe steht, Gruppen R gleich oder verschieden sind und R für H oder eine lineare oder verzweigte C₁- bis C₈-Alkylgruppe steht und r gleich 0 oder 1 oder 2 ist, oder mindestens einem Cokondensat aus mindestens einem Aminoalkylsilan der allgemeinen Formel (I) und mindestens einem weiteren funktionellen Silan der allgemeinen Formel (II) R⁷(CHR⁶)_bSi(R⁵)_p(OR)_3-p (II),worin R⁷ für H oder eine Vinylgruppe oder eine Aminogruppe oder eine Glycidoxygruppe oder eine Acryloxygruppe oder eine Methacryloxygruppe oder eine Mercaptogruppe oder eine Sulfangruppe oder eine lineare oder verzweigte C₁- bis C₂₀-Alkylgruppe oder eine Arylgruppe steht, wobei die Gruppe R⁷ gegebenenfalls substituiert sein kann, Gruppen R⁶ gleich oder verschieden sind und R⁶ für H oder Methyl steht, b gleich 0 bis 18 ist, R⁵ für H oder eine lineare oder verzweigte C₁- bis C₈-Alkylgruppe steht, Gruppen R gleich oder verschieden sind und R für H oder eine lineare oder verzweigte C₁- bis C₈-Alkylgruppe steht und p gleich 0 oder 1 oder 2 ist, wobei die Aminofunktionen im Cokondensat teilweise oder vollständig mit einer anorganischen oder organischen Säure neutralisiert sein können, oder einer wässrigen Lösung, die mindestens ein Aminoalkylsilan der Formel (I) oder mindestens ein Cokondensat auf der Basis mindestens eines Aminoalkylsilans der allgemeinen Formel (I) und mindestens eines weiteren funktionellen Silans der allgemeinen Formel (II) enthält, als Bindemittel.
Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch (a) mindestens ein natürliches oder naturnahes cellulose- bzw. lignocellulosehaltiges Material aus der Reihe Industrieholz, Waldindustrieholz, Gebraucht- oder Recyclingholz, Holzspänen, Hackschnitzel, Holzfasern, Holzwolle, Holzstaub, Spänen, Schwarten, Furnierabfälle, Spreißel, Spanmaterial aus Einjahrespflanzen oder einem Gemisch aus mindestens zwei der zuvor genannten Materialien.
Verbundwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, wobei das cellulose- bzw. lignocellulosehaltige Fasermaterial aus Laub- und Nadelholz, Palmpflanzen sowie aus Einjahrespflanzen stammt.
Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Aminoalkylsilanverbindung der Formeln (I) gemäß Komponente (b) mindestens eine Aminoalkylgruppe aus der Reihe 3-Aminopropyl, 3-Amino-2-methyl-propyl, N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyl, N-(2-Aminoalkyl)-3-amino-2-methyl-propyl, N-[N'-(2-Aminoethyl)-2-aminoethyl]-3-aminopropyl, N-[N'-(2-Aminoethyl)-2-aminoethyl]-3-amino-2-methyl-propyl, N,N-[Di-(2-aminoethyl)]-3-aminopropyl, N,N-[Di-(2-aminoethyl)]-3-amino-2-methyl-propyl, N-(n-Butyl)-3-aminopropyl oder N-(n-Butyl)3-amino-2-methyl-propyl aufweist.
Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei Komponente (b) ein wässriges, alkoholfreies Hydrolysat mindestens einer Aminoalkylsilanverbindung gemäß der Formeln (I) oder mindestens eines Cokondensats auf der Basis mindestens eines Aminoalkylsilans der allgemeinen Formel (I) und mindestens eines weiteren funktionellen Silans der allgemeinen Formel (II) ist.
Verbundwerkstoff nach Anspruch 5, wobei das alkoholfreie Hydrolysat einen pH-Wert von 3 bis 12 und eine Viskosität von 1 bis 10 000 mPa s bei einem Wirkstoffgehalt von 0,1 bis 80 Gew.-%, bezogen auf die Zusammensetzung des Mittels, aufweist, wobei der Wirkstoffgehalt durch Verdünnen eines Konzentrates mit Wasser eingestellt werden kann.
Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch mindestens eine weitere Komponente (c) aus der Reihe der Hydrophobierungsmittel auf Paraffin- oder Wachsbasis, Flammschutzmittel, biozider Stoffe sowie der Duftstoffe.
Verbundwerkstoff, erhältlich nach einem der Ansprüche 1 bis 7, indem man – getrocknetes oder feuchtes cellulose- bzw. lignocellulosehaltiges Material mit – einer Flüssigkeit, die mindestens eine Aminosilanverbindung gemäß der Formeln (I) oder mindestens ein Cokondensat auf der Basis mindestens eines Aminoalkylsilans der allgemeinen Formel (I) und mindestens eines weiteren funktionellen Silans der allgemeinen Formel (II) enthält, behandelt, – das so behandelte Cellulose- bzw. Lignocellulosematerial in eine gewünschte Form bringt und anschließend heiß presst.
Verfahren zur Herstellung eines Verbundwerkstoffs nach einem der Ansprüche 1 bis 8, indem man – getrocknetes oder feuchtes lignocellulose- bzw. cellulosehaltiges Material mit – einer Flüssigkeit, die mindestens eine Aminosilanverbindung gemäß der Formeln (I) oder mindestens ein Cokondensat auf der Basis mindestens eines Aminoalkylsilans der allgemeinen Formel (I) und mindestens eines weiteren funktionellen Silans der allgemeinen Formel (II) enthält, behandelt, – das so behandelte Material in eine gewünschte Form bringt und anschließend heiß presst.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass man das cellulose- bzw. lignocellulosehaltige Material in einer rotierenden Trommel mittels einer mit Druckluft betriebenen Beleimungsvorrichtung mit einer wässrigen Lösung, die mindestens eine Aminosilanverbindung gemäß der Formeln (I) oder mindestens ein Cokondensat auf der Basis mindestens eines Aminoalkylsilans der allgemeinen Formel (I) und mindestens eines weiteren funktionellen Silans der allgemeinen Formel (II) enthält, besprüht.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass man als Bindemittelwirkstoff gemäß Komponente (b) bis zu 15 Gew.-% Aminoalkylsilanverbindung gemäß der Formeln (I) oder Cokondensat auf der Basis mindestens eines Aminoalkylsilans der allgemeinen Formel (I) und mindestens eines weiteren funktionellen Silans der allgemeinen Formel (II), gerechnet als SiO₂ und bezogen auf atro Cellulose- bzw. Lignocellulosematerial, einsetzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass man neben den Komponenten (a) und (b) als weitere Komponente (c) ein Wachs in einer Menge bis 8 Gew.-%, bezogen auf atro Cellulose- bzw. Lignocellulosematerial, einsetzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass man das bei Umgebungstemperatur so behandelte Cellulose- bzw. Lignocellulosematerial zu einem Kuchen ausstreut, kämmt und bei einer Temperatur bis 250 °C, einem Pressdruck bis 9 N/mm² und einer Zeit bis 300 s/mm presst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass man ein cellulosehaltiges Material von annuellen Pflanzen einsetzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass man ein cellulosehaltiges Material von Pflanzen aus der Reihe Laubholz, Nadelholz, Kokos, Baumwolle, Flachsschäben, Hanfschäben, Bargasse, Jute, Sisal, Schilf, Reisstroh oder Getreidestroh einsetzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass man so behandeltes bzw. beleimtes Cellulose- bzw. Lignocellulosematerial vor dem Pressschritt thermisch und/oder mechanisch vorbehandelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass man die beim Formgebungs- bzw. Pressschritt erhaltenen Formteile nachkonditioniert.
Verwendung einer Aminosilanverbindung gemäß der Formeln (I) oder eines Cokondensats auf der Basis mindestens eines Aminoalkylsilans der allgemeinen Formel (I) und mindestens eines weiteren funktionellen Silans der allgemeinen Formel (II) oder einer wässrigen Lösung, die mindestens eine Aminosilanverbindung gemäß der Formeln (I) oder mindestens ein Cokondensat auf der Basis mindestens eines Aminoalkylsilans der allgemeinen Formel (I) und mindestens eines weiteren funktionellen Silans der allgemeinen Formel (II) enthält, als Bindemittel für die Erzeugung von Holzwerkstoffen nach den Ansprüchen 1 bis 8.
Verwendung nach Anspruch 18 zur Herstellung von Spanplatten, Faserplatten, ultraleichten Faserplatten, leichten Faserplatten, mitteldichten Faserplatten, hochdichten Faserplatten, OSB-Platten, Furnierplatten, Sperrholzplatten, Pressformlingen, Pressformlingen für die Automobilinnenauskleidung, technischen Holzbaumaterialien, Dämmstoffen, Holzpellets, Holzbriketts sowie Pflanztöpfen.