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Patent Searching and Data


Title:
NANOPARTICULATE WAX DISPERSIONS, PROCESS FOR PREPARING THEM AND METHOD OF HYDROPHOBICIZING MATERIALS USING THEM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2007/115534
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention provides nanoparticulate wax dispersions comprising wax solids having a solidification point of greater than 40 to 150°C, a process for preparing them, and a method of hydrophobicizing materials produced using fibres, chips or strands comprising or consisting of lignocelluloses and/or celluloses, by contacting them with the wax dispersions.

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Inventors:
BUCHHOLZ THOMAS (DE)
SCHEIDAT HANS JOERG (DE)
Application Number:
PCT/DE2007/000570
Publication Date:
October 18, 2007
Filing Date:
March 28, 2007
Export Citation:
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Assignee:
SASOL WAX GMBH (DE)
BUCHHOLZ THOMAS (DE)
SCHEIDAT HANS JOERG (DE)
International Classes:
B27K3/36; C08J3/03; C08L91/06; C08L97/02
Foreign References:
DE19546073A11997-06-12
DE19837191A12000-02-24
US20040265729A12004-12-30
US20040044108A12004-03-04
Other References:
See also references of EP 2001643A1
Attorney, Agent or Firm:
SCHUPFNER, Georg, U. (Parkstrasse 1, Buchholz, DE)
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Claims:

Patentansprüche

1. Wachsdispersion aufweisend

• von kleiner 70 Gew.% bis 30 Gew.% Wasser als kontinuierliche Phase, • von größer 0,5 bis 10 Gew.% zumindest einen Emulgator und

• von größer 20 bis 80 Gew.% Wachse bildend die disperse Phase , wobei

• die Wachse zu größer 85 Gew.% ein oder mehrere langkettige Kohlenwasserstoffe mit im Mittel mehr als 20 Kohlenstoffatomen sind,

• die Wachse einen Erstarrungspunkt von größer 40 bis 150 °C aufweisen und

• die dispergierten Wachse als Feststoffteilchen einen mittleren Teilchendurchmesser von 10 bis kleiner 500 nm aufweisen.

2. Wachsdispersion nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wachs- dispersion aufweist

• von kleiner 60 bis 20 Gew.%, insbesondere 50 bis 30 Gew.%, Wasser als kontinuierliche Phase,

• von größer 0,5 bis 6 Gew.% einen Emulgator und

• von größer 40 bis 80 Gew.%, insbesondere 50 bis 70 Gew.%, Wachsfeststoffe als disperse Phase.

3. Wachsdispersion nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wachse langkettige gesättigte Kohlenwasserstoffe, Fischer-Tropsch- Wachse, Polyolefinwachse und/oder aus Erdöl gewonnene Paraffin- wachse sind.

4. Wachsdispersion nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenwasserstoffe zu größer 60 Gew.%, vorzugsweise zu größer 80 Gew.% n-Alkane sind.

5. Wachsdispersion nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wachsfeststoffe einen Erstarrungspunkt von größer 40 bis 100 °C aufweisen.

6. Wachsdispersion nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Emulgatoren anionische Emulgatoren sind, vorzugsweise auf Basis von Fettsäuren, verseiften Fettsäuren, Fettsäuren-Derivaten, ggf. verseift.

7. Wachsdispersion nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wachsdispersionen durch Erwärmen einer Vormischung enthaltend zumindest Wasser, den Emulgator und die Wachsfeststoffe über den Schmelzpunkt der Wachsfeststoffe und emulgieren / dispergieren mit einem Rotor-Stator-Emulgator einem Hochdruckhomogenisator gefolgt von Abkühlen herstellbar sind.

8. Wachsdispersion nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruckhomogenisator einen Gegenstrahldispergator und/oder einen Strahldispergator um- fasst.

9. Wachsdispersion nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffteilchen mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 10 bis kleiner 250 nm, insbesondere 100 bis 200 nm, in der kontinuierli- chen Phase dispergiert sind.

10. Wachsdispersion nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche enthaltend größer 0,5 bis kleiner 6 Gew.% Emulgator.

11. Wachsdispersion nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die eingesetzten Emulgatoren zu größer 50 Gew.%, bezogen auf die eingesetzten Emulgatoren und/oder Tenside, vorzugsweise vollständig, aus C6- bis C32- Carbonsäuren bestehen, vollständig oder partiell, insbesondere vollständig verseift, vorzugsweise mit Aminen oder Aminverbindungen.

12. Verfahren zum Hydrophobieren von Werkstoffen hergestellt unter Verwendung von Fasern, Spänen oder Strands enthaltend oder bestehend jeweils aus Lignocellulosen und/oder Cellulosen mit einer Wachsdispersion, dadurch gekennzeichnet, dass die Wachsdispersion Wasser, Emulgator und Wachse mit einem Erstarrungspunkt von grö- ßer 40 bis 15O 0 C enthält, wobei die Wachse eine oder mehrere langkettige Kohlenwasserstoffe mit im Mittel mehr als 20 Kohlenstoffatomen umfassen, und in Form von Feststoffteilchen mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 10 bis kleiner 500 nm in der kontinuierlichen Phase dispergiert sind, und das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Bereitstelle der Wachsdispersion,

(b) Kontaktieren der Fasern, Späne oder Strands mit der Wachsdispersion zur Aufbringung des Wachses auf die Fasern, Späne oder Strands und

(c) Verpressen zum Werkstoff enthaltend die Fasern, Späne oder Strands und ggf. weitere Bestandteile.

13. Verfahren gemäß Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Wachsdispersi- on eine Wachsdispersion gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11 ist.

14. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktieren der Fasern, Späne oder Strands in rieselfähiger Form durch Versprühen der Wachsdispersion erfolgt.

15. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktieren der Fasern, Späne oder Strands in Wasser eingebracht bzw. aufgeschlämmt mit der Wachsdispersion erfolgt und ggf. die Wachsdispersion zur Anlagerung auf die Fasern, Späne oder Strands aufgebrochen wird.

16. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoffe enthaltend Fasern, Späne und/oder Strands mitteldichte Faserplatten, hochdichte Faserplatten, OSB (Oriented Strand Boards) oder Spanplatten sind.

17. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoff enthaltend Fasern, Späne und/oder Strands Pappe, Pappfasermasse oder Papier sind.

18. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass bezogen auf das Trockengewicht des Werkstoffes 0,1 bis 5 Gew.% insbesondere 0,5 bis 2,5 Gew.% Wachsfeststoffe eingebracht sind.

19. Verfahren zur Herstellung einer Wachsdispersion, wobei die Wachse eine oder mehrere langkettige Kohlenwasserstoffe mit im Mittel mehr als 20 Kohlenstoffatomen umfassen, und in Form von Feststoffteilchen in der kontinuierlichen Phase dispergiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffteilchen einen mittleren Teilchendurchmesser von 10 bis kleiner 500 nm aufweisen, das Verfahren das Erwärmen einer Vormischung enthaltend zumindest Wasser, den Emulgator und Wachs über den Schmelzpunkt des Wachses/der Wachse und das Emulgieren des aufgeschmolzenen Wachses mit einem Gegenstrahldispergator und/oder einen Strahldispergator gefolgt von Abkühlen unter den Erstarrungspunkt umfasst.

20. Verfahren gemäß Ansprüche 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Wachsdispersion eine Wachsdispersion gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11 ist.

21. Verfahren gemäß Ansprache 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren wei- terhin die Verfahrensschritte gemäß Anspruch 12 oder eines von Anspruch 12 abhängigen

Anspruchs umfasst.

Description:

Nano-partikuläre Wachsdispersionen,Verfahren zu deren Herstellung und Verfahren zur Hydrophobierung von Werkstoffen mit diesen

Die Erfindung betrifft nano-partikuläre Wachsdispersionen, ein Verfahren zu deren Herstellung und ein Verfahren zur Hydrophobierung von Werkstoffen auf Basis von Lignocellulosen und/oder Cellulosen durch Kontaktierung mit den Wachsdispersionen.

Vielfach ist es gewünscht Wasseraufnahme und Quellneigung von saugfähigen Werk- Stoffen, wie Holzwerkstoffen oder Papier-/Pappprodukten zu reduzieren oder es machen gesetzliche oder auch Kunden- Anforderungen das Unterschreiten von Grenzwerte für die Wasseraufnahme und das Quellenvermögen derartiger Werkstoffe oder deren Weiterverarbeitungsprodukte notwendig. Nach in Europa geltenden Normen (DIN EN 622 und DIN EN 312) müssen z.B. Holzwerkstoffe bestimmten Anforderun- gen in Bezug auf die Dickenquellung bei Unterwasserlagerung und hinsichtlich der Wasseraufnahme genügen.

Um die geforderten Grenzwerte einzuhalten, werden viele saugfähige Werkstoffe beim Produktionsprozess mit Hydrophobierungsmitteln versehen. Hierbei soll das Hydrophobierungsmittel seinerseits keinen unnötigen Wassereintrag notwendig machen und die Weiterverarbeitung des Werkstoffs nicht behindern, insbesondere wenn die hydrophobierten Einsatzstoffe in Form von Spänen, Strands oder Fasern vorliegen und die Weiterverarbeitungsprodukte durch Zusammenfügen aus den Strands, Spänen oder Fasern hergestellt sind, z.B. mittels thermischem Abbinden, Verpressen oder Verkleben mit entsprechenden Bindemitteln.

Die Anwendung von Wachsen auf bzw. in derartigen Werkstoffen bzw. deren Einsatzstoffen enthaltend bzw. bestehend aus Lignocellulosen und/oder Cellulosen als Hydrophobierungsmittel, auch in Form wässriger Dispersionen, ist an sich bekannt. Die Optimierung der Hydrophobierwirkung von Wachsdispersionen beim Einsatz z.B. in Holzwerkstoffen wurde bisher im Wesentlichen durch Modifikation der Zusammensetzung der Wachsphase herbeigeführt (vergleiche EP 1 448 345-B1).

Zur Hydrophobierung von aus Lignocellulosen bestehenden Holzwerkstoffen mit Pa- raffln sind eine Reihe von Untersuchungen bekannt. Hierzu ist z.B. auf den Aufsatz von Roffael, E., Schriever, E., May, H.-A., Adhäsion 11(1982), S.10— 19,

„Hydrophobierung von Spanplatten mit Paraffin", Teil 1 und auf die Veröffentlichung von May, H.-A.und Roffael, E. „Hydrophobierung von Spanplatten mit Paraffinen", Teil 4 (Adhäsion 28, (1,2), 17-21) hinzuweisen. Jedoch sind weitere Verbesserungen wünschenswert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Hydrophobierungsmittel in Form einer wasserbasierten Wachsdispersion zu entwickeln, das bessere Hydrophobierungswirkung bei gleicher Zugabemenge Wachs, verglichen mit konventionellen Wachsdispersionen aufweist, bzw. bei gleicher angestrebter Hydrophobierung eine verminderte Zugabe an Hydrophobierungsmittel ermöglicht. Gleichzeitig sollen die wasserbasierten Wachsdispersionen einen hohen Gewichtsanteil disperse Wachsphase haben, lagerstabil und scherstabil sein.

Obige Aufgabe ist gelöst durch die erfindungsgemäße Wachsdispersion bzw. das be- anspruchte Verfahren gemäß unabhängigen Ansprüchen. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche oder nachfolgend beschrieben.

Die erfmdungsgemäßen Wachsdispersionen weisen auf:

• von kleiner 70 Gew.% bis 30 Gew.% Wasser als kontinuierliche Phase, • von größer 0,5 bis 10 Gew.% zumindest einen Emulgator, und

• von größer 20 bis 80 Gew.% Wachse bildend die disperse Phase , wobei

• die Wachse zu größer 85 Gew.%, vorzugsweise zu größer 99,8 Gew.%, ein oder mehrere langkettige Kohlenwasserstoffe mit im Mittel mehr als 20 Kohlenstoffatomen sind, • die Wachse einen Erstarrungspunkt von größer 40 bis 150 °C aufweisen und

• die dispergierten Wachse als Feststoffteilchen einen mittleren Teilchendurchmesser von 10 bis kleiner 500 nm aufweisen.

Besonders geeignet sind obige Wachsdispersion mit

• von kleiner 60 bis 20 Gew.%, insbesondere von kleiner 50 bis 30 % oder sogar nur 40 bis 20 Gew.%, Wasser als kontinuierliche Phase,

• von größer 0,5 bis 6 Gew.% einen Emulgator und

• von größer 40 bis 80 Gew.%, insbesondere von größer 50 bis 70 Gew.%, oder sogar 60 bis 80 Gew.%, Wachsfeststoffe als disperse Phase.

Der Emulgator umfasst oder besteht vorzugsweise aus einem oder mehreren anionischen Emulgatoren. Dies können Fettsäuren, verseifte Fettsäuren und/oder Fettsäuren-Derivate aufweisend Carboxylgruppen ggf. verseift sein.

Die kontinuierliche Phase der Wachsdispersionen ist Wasser, die diskontinuierliche Phase das Wachs, wobei das Wachs im Wesentlichen, vorzugsweise vollständig, aus langkettigen Kohlenwasserstoffen besteht. Kohlenwasserstoffe im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Verbindungen die ausschließlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen und Erstarrungspunkte von größer 40 bis 150 °C, vorzugsweise 40 bis 100 0 C (bei Normaldruck) aufweisen, insbesondere bei mittleren C-Zahlen von 20 bis 100 Kohlenstoffatomen, insbesondere 20 bis 50 Kohlenstoffatomen. Als Kohlenwasserstoffe kommen gesättigte oder ungesättigte Kohlenwasserstoffe, vorzugsweise gesättigte Kohlenwasserstoffe in Frage.

Das Wachs kann ein erdölbasiertes Paraffin wachs, ein Fischer-Tropsch Wachs, ein Polyolefinwachs sein, aus Mischungen dieser bestehen und/oder ein Raffinationsprodukte dieser sein. Nachfolgend sind für den erfindungsgemäßen Einsatz geeignete Typen beschrieben.

Die langkettigen gesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffe werden häufig als Pa- raffmwachse bezeichnet. Die in der Industrie üblicherweise verwendeten Paraffinwachse sind Produkte der Erdölraffϊnation und bestehen hauptsächlich aus Mischungen von bei über 40 0 C festen n- und iso-Alkanen unterschiedlicher Mengenverhältnisse.

Die einsetzbaren Paraffinwachse können in makro- und mikrokristalline Wachse eingeteilt werden. Makrokristalline Wachse bestehen vorwiegend aus gesättigten, gerad- kettigen, unverzweigten Kohlenwasserstoffen (n-Alkane) und besitzen ein Molekulargewicht, das etwa zwischen 280 und 700 (g/mol) liegt (Anzahl der Kohlenstoffatome in der Kette zwischen 20 und etwa 50).

Im Unterschied zu den makrokristallinen Paraffinen bestehen die mikrokristallinen Paraffine vorwiegend aus verzweigen Alkanen (iso-Alkane) und gesättigten ringförmigen Kohlenwasserstoffen (Cycloalkane). Der Schmelzbereich liegt zwischen 60°C und 90 °C. Mikrokristalline Paraffine sind auch durch Hydroisomerisierung von Fi- scher-Tropsch-Wachsen zugänglich.

Die Dispersion wird mit einem Emulgator stabilisiert. Emulgatoren sind grenzflächenaktive amphotere Substanzen oder hochmolekulare Substanzen. Der Emulgator kann anionisch, kationisch, nicht-ionogen oder von Betain-Struktur sein, vorzugsweise anionisch. Als Emulgatoren seien genannt: - Alkoholpolyethylenglykolether, z.B. solche der allgemeinen Formel R-O-(R^O) n -H,

Fettsäureesterpolyethylenglykolether, z.B. solche der allgemeinen Formel R-COO-(R 1 -O) n -H,

Alkylpolyalkylenglykolethercarbonsäuren, z.B. solche der allgemeinen Formel R-O-(R^O) n -CH 2 -COOH bzw. deren Alkanolammonium- oder Alkali- oder Erdalkalimetallsalze,

Alkylamidoalkylbetaine, z.B. solche der allgemeinen Formel R-CONH(CH 2 ) U N + (CH 3 ) 2 - CH 2 -COO-, Aminoxide, z.B. solche der allgemeinen Formel R-NO(CH 3 ) 2 , wobei jeweils

R einen verzweigten oder linearen, gesättigten oder ungesättigten C 8 - bis C 20 - bzw. C 7 - bis C 1 Cr Kohlenwasserstoffrest, n eine Zahl von 2 bis 20,

R 1 einen Alkylenrest mit 2 bis 4 Kohlenwasserstoffen, z.B. -C 2 H 4 - oder -C 3 H 6 -, ggf. für jedes n verschieden, und u eine Zahl von 1 bis 10 darstellt,

- Produkte aus der Alkoxylierung von Triglyceriden, die ganz oder teilweise mit C 6 - bis C 22 - Fettsäuren verestert sind, wobei pro Mol Triglycerid 2 bis 40 Mol Alko- xylierungsmittel eingesetzt werden, - partiell neutralisierte Partialglyceride von ein oder mehrwertigen C2- bis C22- Carbonsäuren, wie z.B. Linolsäure, Stearinsäure, Iso Stearinsäure, Palmitinsäure, Laurinsäure, Caprylsäure, Caprinsäure, Citronensäure und/oder Milchsäure, Ester des Polyglycerins, worin die Carbonsäure-Gruppe vorzugsweise 2 bis 22 Kohlenstoffatome aufweist, - C6- bis C32- Carbonsäuren, insbesondere C8- bis C26- Fettsäuren vollständig oder partiell, insbesondere vollständig verseift, z.B. mit Aminen oder Aminverbindun- gen wie Diethanolamin.

Emulgatoren im Sinne der Erfindung sind auch hochmolekulare Substanzen wie Gummi Arabicum, Gum Ghatti oder Celluloseverbindungen.

Möglich sind auch Emulgator-Gemische, z.B ein anionischer und ein nicht-ionischer oder ein anionischer und ein hochmolekularer Emulgator. Die Emulgatoren sind zu 0,2 bis 10 Gew.%, insbesondere zu 2 bis 6 Gew.%, bezogen auf die Gesamtzusammensetzung zugesetzt. Bevorzugt werden anionische Emulgatoren eingesetzt, insbe- sondere ausschließlich anionische Emulgatoren (d.h. keine weiteren Tenside oder E- mulgatoren bzw. soweit diesbezüglich Gew.%-Angaben gemacht sind, beziehen sich diese auf die Summe der Emulgatoren und Tenside). Gegenüber dem PIT- Verfahren zur Herstellung von Emulsionen werden mit dem erfindungsgemäßen Verfahren der Herstellung nano-partikulärer Wachsdispersionen überraschend geringere Einsatz- mengen an Emulgatoren benötigt. Dies ist von Vorteil für den Einsatz der Wachsdispersionen als Hyrophobierungsmittel.

In herkömmlichen Wachsdispersionen liegen die Teilchen in Größen von einigen μm bis über 500 μm vor. Je nach eingesetztem Emulgator / Stabilisatorsystem zeigen sie eine hohe Anfälligkeit gegen Scherkräfte. Dies macht eine sorgfältige Auswahl der eingesetzten Pumpen erforderlich.

Gegenstand der Erfindung sind wässrige Wachsdispersionen, welche als disperse Phase Feststoffteilchen mit mittleren Teilchendurchmessern von 10 bis 500 nm, vorzugs- weise 50 bis 250 nm, und insbesondere 100 bis 200 nm aufweisen.

Der Emulgierprozess gliedert sich i.d.R. in folgende Abschnitte: Vormischen der einzelnen Komponenten zu einer grobdispersen Voremulsion (Premix) und Fememulgieren durch Tropfenaufbruch beim überschreiten der kritischen Deformation und Stabi- lisieren der neu entstandenen Phasengrenzflächen durch den Emulgator.

Als Emulgierapparat sei ein Rotor-Stator-Mixer genannt. Die zerkleinerungswirksame Energie wird durch rotierende Teile eingebracht. Sie können batch-weise oder quasikontinuierlich betrieben werden und ermöglichen die Kombination verschiedener Ver- fahrensschritte in einem Prozessapparat (wie das Mischen der Komponenten, das E- mulgieren und eine gezielte Temperaturführung zum Pasteurisieren und/oder Abkühlen).

Hochdrucldiomogenisatoren basieren auf einer Hochdruckpumpe und einer Homogeni- sierdüse. Die Hochdruckpumpe baut die Energie auf, die dann durch Entspannen im Homogenisierventil zur Tropfenzerkleinerung genutzt werden kann.

Drücke von hundert bis einige hundert bar sind in den Hochdruckhomogenisatoren an- wendbar, in Spezialfällen bis zu tausend bar. Die Rohemulsion wird durch eine zentrische

Zulaufbohrung gepumpt und durchläuft dann den Radialspalt zwischen Ventilsitz und

Ventilstempel. Um kleine Tropfen und eine enge Verweilzeitverteilung erreichen zu kön- nen, sind eine Vielzahl verschiedener Düsengeometrien möglich. Beispiele für geeignete

Radialdiffusoren sind die Flachdüse, die Zackendüse und die Messerkantendüse.

In Gegenstrahldispergatoren (Nanojete, Micro fluidizer®) treffen zwei oder mehr Strahlen der Rohemulsion aus mindestens zwei gegenüberliegenden Bohrungen oder Kanälen aufeinander. Daneben kann auch ein Strahl dispergator oder eine einfache Lochblende bzw. eine Kombination mehrerer Lochblenden unterschiedlichen Durchmessers als Homogenisierdüse verwendet werden. Gegenstrahldispergatoren haben keine beweglichen Teile und sind einfach aufgebaut.

Die vorliegenden Wachse, die sich mit konventionellen Mahltechniken nur schwer zerkleinern lassen, lassen sich durch Schmelzeemulgieren in feinteilige Dispersionen überführen, z.B. mittels eines Hochdruckhomogenisators und einem Homogenisierdruck von 120 bar.

Paraffine als Festwachs oder in Form von Dispersionen werden bei der Herstellung von Holzwerkstoffen auf Basis von Strands, Spänen oder Fasern zugegeben, um deren Hydrophobierung, insbesondere in Form von Platten, zu bewirken und vor allem die Wasseraufnahme und das hierdurch verursachte Quellen zu verringern. Als Messwert wird häufig die Dickenquellung nach 2 h bzw. nach 24 h Lagerung in Wasser heran- gezogen (z.B. nach DIN EN 622 und DIN EN 312).

Die Hydrophobierung soll einer Verringerung der mechanischen Festigkeiten unter dem Einfluss der Feuchtigkeit entgegenwirken und Längen- oder Dickenausdehnungen bei höheren Umgebungsfeuchten vermeiden helfen.

Die Paraffmwachse verlangsamen die Wasseraufnahme und die Dickenquellungsge- schwindigkeit bei Unterwasserlagerung. Neben der eigentlichen Hydrophobierungswirkung verbessern die Paraffinwachse auch die Gleitfähigkeit der Späne, Strands oder Fasern. Dies wirkt sich positiv auf die Förderbarkeit und Streufähigkeit der Spä- ne, Strands oder Fasern aus.

Das direkte Aufbringen heißer aufgeschmolzener Paraffinwachse hat den Vorteil der Einsparung an Emulgatoren und Stabilisatoren und macht gegenüber wässrigen Dispersionen keine Wasserzugabe mit dem Wachs während der Zugabe erforderlich. Nachteil ist das Erfordernis der geheizten Leitungs- und Dosiersysteme sowie die schwierigere gleichmäßige Verteilung der volumenmäßig geringen Menge an Paraf- fmwachsen auf den Spänen. Der Emulgator wirkt der Hydrophobierung i.d.R. entgegen. Ziel ist des deshalb, bei der Dispersion mit möglichst wenig Emulgator auszukommen.

Vorliegend werden die Paraffinwachse in Form einer wässrigen Dispersion auf die Späne aufgebracht. Die Paraffinwachsdispersionen können sowohl als Gemisch mit dem Bindemittel aufgedüst werden als auch getrennt vor oder nach der Bindemittelzugabe auf die Späne, Strands oder Fasern aufgebracht werden.

Die Paraffinwachse sollen keine oder wenig Einfluss auf das Abbinden der Deckschicht- (DS) und/oder Mittelschichtleime haben. Gängig sind säurehärtende Harn- stoffstoffformaldehydharze, alkalisch härtende Phenolformaldehydharze, PMDI oder Tanninf ormaldehy dharze .

Versuchsbeschreibung

Es wurde eine wässrige Paraffinwachsdispersion mit 60 Gew.% Feststoffgehalt auf Basis eines erdölbasierten Wachses hergestellt. Zur Herstellung einer Vordispersion (Premix) wurde die erforderliche Menge Wasser mit einer Temperatur von ca. 80°C in einen Rührkessel gegeben.

Der Emulgator (eine C20-Fettsäure und Diethanolamin) wurde unter Rühren zum Wasser gegeben und zur Reaktion gebracht. Danach wurde die entsprechende Menge geschmolzenes Paraffinwachs unter Rühren zugegeben. Unter Rühren hat sich nach ca. 5 Minuten eine Voremulsion gebildet.

Die Voremulsion wurde nun mit einem Hochdruckhomogenisator mit Zackendüse bei ca. 120 bar mit anschließender Kühlung zur Wachsdispersion (A) weiterverarbeitet. Ein Teil der Wachsdispersion (A) wurde erhitzt und zur weiteren Verringerung der Partikelgröße mit einem Gegenstrahldispergator (Microfluidizer®) bei 1000 bar und anschließender Kühlung zur Wachsdispersion (B) weiterverarbeitet.

Die Partikelgrößenverteilung wurde nach dem Prinzip der Laserbeugung bestimmt

(A) Hydrophobierung von Holzfasern Es wurden jeweils 0,5 Gew.% obiger Paraffinwachsdispersion bezogen auf den Faserstoff auf Prüfblätter aufgesprüht. Anschließend wurde der Faserstoff bei 9O 0 C getrocknet und die Wachsdispersion zum Ausflocken gebracht. Die Faserstoffe wurden nun nach der von E. Raffael, et al. (Holz als Roh- und Werkstoff, Band 60 (2002), S.347-348, Springer Verlag) beschriebenen Methode zur Erfassung der Benetzbarkeit von Holzfasern untersucht. Es wurden 10 Messungen pro Variante durchgeführt. Die Prüfblätter wurden 24h im Normklima (20°C/65% rel. Luftfeuchte gern. DIN 50014), gelagert. Je langsamer das Eindringen der Wassertropfen in die hergestellten Prüfblätter, desto stärker ist die Hydrophobierwirkung der Paraffinwachsdispersion.

überraschend hat sich gezeigt, dass diese neuen Dispersionen eine wesentlich verbesserte Hydrophobierwirkung entfalten und länger lagerfähig sind, als gleichartige Wachsdispersionen mit herkömmlicher Partikelgröße. Die Benetzungszeit konnte durch eine Verringerung der Partikelgröße gegenüber gleicher Dispersion mit üblicher Partikelgröße um 38% verbessert werden.

Gegenüberstellung Kenndaten der Dispersionen

Tabelle 1

A B

Wasser 40 Gew.% 40 Gew.%

Wachs (erdölbasiertes Paraffinwachs) identisch

Emulgator 5 Gew.% 5 Gew.%

Emulgator anionisch gemäß Beispiel identisch

Partikelgröße: ca. 1 μm ca. 150 nm

Viskosität (25°C, Brookfield): 1760 mPas 2060 mPas

Zentrifugentest Ih 1 % 0 %

Zentrifugentest 4h 4 % <0,5 %

Verlängerung der Benetzbarkeit + 7,9 sec. + 10,9 sec.

Tabelle 2 Dispersionen

Probe A mittlerer Teilchendurchmesser ca. 1 Mikron Probe B mittlerer Teilchendurchmesser ca. 150 nm

A B μm μm

XlO,3 0,576 0,0932 X 5 0,3 1,094 0,185 X90.3 1,669 0,400

x lθι3 , X 5 o, 3 undxgo,s bezeichnen den Gewichtsanteil des Partikelkollektivs, die den angegebenen Teilchendurchmesser unterschreiten, ∑ 3 , 2 bezeichnet den Sauterdurchmesser

Die Zentrifuge hatte g=3200. Eine Probe der Emulsion wird über 1 bzw. 4 h einer Erdbeschleunigung von g=3200 ausgesetzt. Der Anteil des separierten Wassers wird in % der Probenhöhe ermittelt. Der Zentrifugentest ist ein gutes Maß für die Lagerstabilität der Emulsion. Die Benetzbarkeit misst den Zeitraum vom Auftragen eines eingefärbten Wassertropfens bis zum vollständigen Eindringen. Die Benetzbarkeit ist eine Methode zur Beurteilung der Hydrophobierung.