AT506635B1 - Verfahren zum färben von ligninhaltigen stoffen, wie holz - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zum Farbgeben von Holz oder einem davon abgeleiteten Holzwerkstoff wird das Holz bzw. der Holzwerkstoff mit einem Enyzm in Berührung gebracht, wobei das Farbgeben durch das In-Berührung-Bringen des ligninhaltigen Werkstoffes mit einem Enzym gestartet und durchgeführt wird. Das Enzym kann in Form einer enzymhaltigen Lösung verwendet werden. Somit kann das Holz bzw. der Holzwerkstoff biotechnologisch ohne Zuhilfenahme von potentiell toxischen Chemikalien gefärbt, insbesondere umgefärbt, werden, wobei das natürliche Erscheinungsbild erhalten bleibt oder verstärkt werden kann.

Description

österreichisches Patentamt AT506 635B1 2010-03-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Farbgeben von ligninhaltigem Werkstoff, insbesondere Holz oder ein davon abgeleiteter Holzwerkstoff wie beispielsweise Furnier, Sperrholz, Spanplatte, mitteldichte Faserplatte, ungebleichtes Papier oder Karton, wobei der ligninhaltige Werkstoff mit einem Enzym in Berührung gebracht wird.

[0002] Das Verfahren kann insbesondere zum Farbgeben von Massivholz eingesetzt werden.

[0003] Nach dem derzeitigen Stand der Technik werden Farbstoffe, Lacke, Beizen und ähnliches verwendet, um die Oberfläche von Holz, insbesondere Massivholz, Furnier oder Sperrholz, farbig auszustatten.

[0004] Aus der WO 1998/16357A1 ist es bekannt, dass das Farbgeben von Holz durch eine Imprägniersubstanz erfolgt, wobei Enzyme als Katalysatoren für oxydative Reaktionen verwendet werden, um den Effekt der Imprägniersubstanz zu verstärken.

[0005] Aus der DK 2001 00526 A ist es bekannt, dass Enzyme und Mediatoren mit Holz in Berührung gebracht werden, um das Holz für ein anschließendes Färbeverfahren vorzubehandeln.

[0006] Die Änderung der Farbe von Holz ohne farbige Zusätze erfolgt nach dem Stand der Technik mit Hilfe von UV-Bestrahlung oder durch Einwirken lassen von Feuchte unter Erhöhen der Temperatur des Holzes.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde durch Aktivieren und Umwandeln der dem Holz eigenen Inhaltstoffe eine gezielte Umfärbung des Werkstoffs zu erreichen.

[0008] Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit einem Verfahren, welches die Merkmale von Anspruch 1 aufweist.

[0009] Bevorzugte und vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.

[0010] Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Farbgeben durch das In-Berührung-Bringen des ligninhaltigen Werkstoffes, insbesondere Holz, mit einem Enzym gestartet und durchgeführt und somit biotechnologisch ohne Zuhilfenahme von potentiell toxischen Chemikalien auf natürliche Weise gefärbt, insbesondere umgefärbt, wird, steht ein schonendes Verfahren zum enzymatischen Färben (Farbgeben) und Umfärben von Holz, insbesondere Massivholz, zur Verfügung.

[0011] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann Holz lediglich im Bereich seiner Oberfläche oder aber auch durchgehend mit der gewünschten Farbe versehen werden.

[0012] Das erfindungsgemäße Verfahren ist grundsätzlich für alle Holzsorten in jedem Stadium des Holzes ersetzbar. Bevorzugt ist es jedoch, wenn das Färben (Umfärben) des Holzes erfolgt, solange das Holz noch frisch ist, da das Farbgeben (Umfärben) hinsichtlich des Stofftransportes wesentlich effektiver und gleichmäßiger erfolgt.

[0013] Das Verfahren ist ebenso sehr gut anwendbar auf von Holz abgeleitete Werkstoffe wie insbesondere Furnier oder Sperrholz. Weitere Holzderivate wie ungebleichtes Papier oder Karton sowie prinzipiell auch Faser- und Spanplatten sind als Substrate geeignet. Ausschlaggebend für das Funktionieren des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Vorhandensein von Lignin im Werkstoff. Bei der Verwendung von Furnieren als Substrat ist insbesondere die damit erreichbare Veredelung von Holzwerkstoffen als Massivholzersatz von Bedeutung.

[0014] Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, dass das natürliche Erscheinungsbild der jeweiligen Holzsorte erhalten bleibt und, falls gewünscht, durch das Farbgeben (Umfärben) verstärkt werden kann.

[0015] In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Umfärbung vollkommen ohne Zuhilfenahme von potentiell toxischen Chemikalien auf alleiniger Umsetzung 1/8 österreichisches Patentamt AT506 635B1 2010-03-15 des Werkstoffs mit einer gepufferten, enzymhältigen, wässrigen Lösung. Hierdurch wird ein besonders ökotoxikologisch unbedenkliches Verfahren zum Färben von Holz zur Verfügung gestellt.

[0016] In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird unter Zusatz von minimalen Mengen von katalytisch wirksamen, nieder-molekularen Verbindungen (im Folgenden „Mediatoren" genannt) zur gepufferten, enzymhältigen, wässrigen Lösung das erfindungsgemäße Verfahren hinsichtlich seiner Anwendungsbreite erweitert, insofern als entweder eine schnellere und damit wirtschaftlichere Umfärbung erzielt werden kann oder eine intensivere Umfärbung in derselben Zeiteinheit möglich ist. In manchen Fällen ist damit auch die Einstellung zusätzlicher Farbtöne möglich. Im Rahmen der Erfindung kommen als Mediatoren insbesondere Redox-Mediatoren zum Einsatz.

[0017] Unter Zusatz von so genannten Farbstoff-Vorstufen zur gepufferten, enzymhältigen, wässrigen Lösung, die auch einen oder mehrere Mediatoren enthalten kann, können Färbungen erzeugt werden, die dieselben positiven Eigenschaften aufweisen, wie die allein durch Enzymreaktion erzeugten, wie insbesondere Nichtauswaschbarkeit und visuelle Verstärkung der natürlichen Holzmaserung aber außerhalb des mit Enzymlösung oder Enzym/Mediator-Lösung erreichbaren Farbspektrums liegen. Insbesondere können durch geeignete Wahl der Farbstoff-Vorstufen vollkommen willkürliche Farben eingestellt werden.

[0018] Im Rahmen der Erfindung können sowohl (a) isolierte Enzyme, (b) teilweise aufbereitete Enzyme, insbesondere über Filtration oder Extraktion von lebendem Zellgewebe getrennte, nur teilweise aufbereitete und/oder konzentrierte enzymhältige Lösungen bzw. Fermentationsbrühen (im Folgenden Filtrate genannt) oder (c) gänzlich ungereinigte Enzyme, insbesondere Dispersionen von Enzymen mit lebenden oder toten Zellen von Mikroorganismen zum Zwecke der Umfärbung eingesetzt werden.

[0019] Oxidative Enzymtypen eignen sich besonders zum Durchführen der Erfindung wie beispielsweise Laccasen oder Peroxidasen von verschiedenen Mikroorganismen oder auch Tyro-sinasen, Polyphenolases oder Catacolases. Laccasen sind dabei besonders bevorzugt, da sie lediglich Luft als Co-Substrat benötigen und daher keine weiteren Zusatzstoffe zugesetzt werden müssen. Im Falle von Peroxidasen muss entweder Wasserstoffperoxid oder andere, organische Peroxide zugesetzt werden.

[0020] Die mikrobielle Quelle für die verwendeten Enzyme spielt in erster Näherung für die Durchführung der Erfindung keine Rolle. So können prinzipiell beispielsweise Enzyme von Weißfäulepilzen wie etwa Laccasen von Trametes villosa, von Trametes versicolor sowie von weiteren Trametes Stämmen, von Phanerochaete chrysosporium, Pleurotus ostreatus, Neu-rospora crassa sowie beliebigen anderen Weißfäulepilzen verwendet werden, jeweils in aufgereinigter, teilweise gereinigter oder ungereinigter Form. Auch bakterielle Enzyme sind problemlos verwendbar wie beispielsweise Laccasen von Bacillus species (B. subtilis u. a.). Während Pilzlaccasen vorwiegend bei sauren pH-Werten arbeiten, lässt sich durch Verwendung von bakteriellen Laccasen das nutzbare Arbeitsspektrum auch in den alkalischen Bereich hinein ausdehnen. Weiters lässt sich insbesondere durch Verwendung von Enzymen aus so genannten „extremophilen" Organismen, der nutzbare Temperaturbereich auf Temperaturen deutlich höher als Raumtemperatur (bis > 80 °C) ausdehnen, was für bestimmte Ausführungen der Erfindung von Vorteil sein kann.

[0021] Im Detail wird die Wahl des verwendeten Enzyms von der gewünschten Farbgebung abhängen und es müssen beim Durchführen der Umfärbungsreaktion die Gegebenheiten der jeweiligen Holzsorten sowie die Natur eventuell zugefügter Kupplungskomponenten oder Mediatoren berücksichtigt werden. Durch vergleichende Untersuchungen wurde gefunden, dass bei Verwendung von Laccasen unterschiedlicher Provenienz die entscheidenden Parameter zum erfolgreichen Durchführen der Erfindung in der Einstellung vergleichbarer Enzymaktivitäten sowie der für die jeweiligen Enzyme optimalen pH-Werte bestehen.

[0022] 1. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens können zur Beschleunigung der 2/8 österreichisches Patentamt AT506 635B1 2010-03-15

Umfärbereaktion bzw. zum In-Gang-Bringen / Starten auch sogenannte Mediatoren eingesetzt werden. Beispiele für derartige Verbindungen sind 2,2'-Azinobis-(3-ethylbenzenthiazoline-6-sulfonsäure) (ABTS), Hydroxybenzotriazole (HOBT), Violursäure (VA), Tetramethyl-pyridinium-N-Oxid (TEMPO), p-Cumarinsäure, Syringaaldehyd oder Acetosyringon. Diese Mediatoren verbessern die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Farbgebens und Umfärbens.

[0023] Beim erfindungsgemäßen Verfahren sind die Reaktionsbedingungen je nach dem verwendeten Enzym (Mikroorganismus) und nach der Holzsorte bzw. dem gewünschten Farbge-ben (Umfärben) gewählt. So kann die Einwirkdauer 30 Minuten bis 5 Stunden dauern, die Temperatur 20 bis 80 °C sein und bei Kesseldruckimprägnierung ein Druck (Vakuum) bis zu 100 mbar bis 14 bar gewählt werden.

[0024] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden holzeigene Chromogene durch das Einwirken von Enzymen, insbesondere Enzym-hältigen Lösungen mit der jeweils gewünschten Tiefenwirkung nachhaltig umgefärbt, d.h. durch das Enzym werden im Holz befindliche Inhaltstoffe unter Änderung des Farbtons modifiziert.

[0025] Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, niedermolekulare Substanzen an die Holzoberfläche anzukoppeln, mit dem Ziel einer nachhaltigen Umfärbung dieser Oberfläche bis in die gewünschte Tiefe. In dieser Variante wird der Laccase-Lösung, die Mediatoren enthalten kann, ein weiteres Additiv beigemengt, welches durch die enzymatisch vermittelte Oxidation der Holzoberfläche an diese kovalent gebunden wird. Durch Oxidation des Lignins im Holz durch das Enzym entstehen reaktive Zwischenstufen, die mit beigefügten Additiven unter Ausbildung neuer chromophorer (=farbgebender) Gruppen reagieren können. Geeignete Additive können potentielle Laccase-Substrate sein, also phenolische Verbindungen, insbesondere niedermolekulare phenolische Substanzen, oder aromatische Amine, müssen das aber nicht. Entscheidend ist lediglich, dass sie mit der aktivierten Holzoberfläche eine chemische Verbindung eingehen, die nachfolgend gefärbt erscheint. Hier ist eine Vielzahl von Verbindungen denkbar, die einen gewünschten Farbeindruck erzeugen können. Damit erweitert sich der Anwendungsbereich des enzymatischen Verfahrens sehr stark. Beispiele für Laccase Substrate sind beispielsweise Guajacol oder Vanillin. Ein Beispiel für ein Nicht-Laccase Substrat wäre etwa Tyramin.

[0026] Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden beispielsweise die niedermolekularen phenolischen Substanzen durch Enzymkatalyse farbgebend in eine in Wasser unlösliche Form überführt und/oder chemisch an unlösliche Holzbestandteile, insbesondere Lignin, gebunden.

[0027] Es ist beispielsweise aus der Kosmetikindustrie bekannt, dass sich Keratinfasern, beispielsweise menschliche Haare mittels Farbstoffvorstufen oxidativ zu den gewünschten Farbton gebenden Molekülen umsetzen lassen. Dies kann durch chemische Oxidationsmittel geschehen, wurde aber auch für einen Spezialfall als biochemische Variante mit Laccase als Oxidationskatalysator beschrieben (US 2006/021155A) In diesem Fall macht man sich das Ausfällen der oxidierten Farbstoffvorstufen zwischen den einzelnen Haaren bzw. das Abscheiden an der Haaroberfläche zunutze. Da Keratinfasern keine Laccase-Substrate sind, kann die Modifikation nicht kovalent erfolgen. Ein derartiger Färbemechanismus erscheint für menschliche Haare als ausreichend dauerhaft, nicht aber für Holz oder Werkstoffe aus Holz.

[0028] Farbstoff-Vorstufen, wie sie beispielsweise aus der oben zitierten Literatur bekannt sind, können Laccase katalysiert an die Holzoberfläche chemisch durch oxidative Kupplungsreaktionen gebunden werden. Während sich eine dauerhafte, nicht auswaschbare Farbgebung für einen industriellen Werkstoff durch Prezipitation (Ausfällen) nicht gesichert realisieren lässt, ergibt die Beimengung derartiger oxidativer Vorstufen im Zuge des beschriebenen erfindungsgemäßen Umfärbeverfahrens eine Färbung des Werkstoffs indem eine kovalente Bindung der Farbstoff-Vorstufen an das Lignin im Holz erreicht wird.

[0029] Als Farbstoffvorstufen können aromatische Verbindungen aus folgenden übergeordneten Substanzklassen verwendet werden: Diamine, Aminophenole (oder auch Aminonaphtole) und Phenole. Beispiele für Vorläufermoleküle auf Basis des Isatin-Strukturelements sind in der 3/8 österreichisches Patentamt AT506 635B1 2010-03-15 DE 4,314,317-A1 bekannt. Weiters sind auch verschiedene Indol- und Indolinderivate als geeignete Farbstoff-Vorstufen einsetzbar. Der Einsatz von Indol- und Indolinderivaten als geeignete Farbstoffvorstufen ist aus der WO 94/00100 bekannt.

[0030] Substanzbeispiele für geeignete Farbstoffvorstufen umfassen etwa m-Phenylen-diamin, 2.4- Diaminoanisol, 1-Flydroxynaphthalein (a-Naphthol), 1,4-Dihydroxybenzeol (Flydrochinon), 1.5- Dihydroxynapthalin, 1,2-Dihy-droxybenzol (Pyrocatechol), 1,3-Dihydroxybenzol (Resorcin), 1.3- Dihydroxy-2-methylbenzol, 1,3-Dihydroxy-4-chlorbenzol (4-chlorresorcin), 1,2,3-Trihydroxy-benzol, 1,2,4-Trihydroxybenzol, 1,2, 4-Trihydroxy-5-methylbenzol, 1,2,4-Trihydroxytoluol, p-Phenylendiamin (PPD), p-Tolyl-diamine (PTD), Chlor-p-phenylendiamine, p-Aminophenol, 0- Aminophenol, 3,4-Diaminotoluol, 2-methyl-1,4-diaminobenzol, 4-Methyl-o-phenylendiamin, 2-Methoxy-p-phenylenediamine, 2-Chlor-1, 4-diaminobenzol, 4-Aminodiphenylamin, l-Amino-4-b-methoxyethylaminobenzol, 1-Amino-4-bis-(b-hydroxyethyl)aminobenzol, 1-3-Diaminobenzol, 2-Methyl-1,3-diamino-benzol, 2, 4-Diaminotoluol, 2,6-Diaminopyridin, l-Flydroxy-2-amino-benzol, 1- Flydroxy-3-amino-benzol, l-Methyl-2-hydroxy-4-amino-benzol, 1-Methyl-2-hydroxy-4-b-hydroxy-ethylaminobenzol, l-Flydroxy-4-amino-benzol, 1-Hy-droxy-4-methylamino-benzol, 1-Methoxy- 2.4- diamino-benzol, 1-Ethoxy-2,3-diamino-benzol, 1-b-Flydroxyethyloxy-2,4-diaminobenzol. Weiters Phenazine, wie etwa 4,7-Phenazindicarbonsäure, 2,7-Phenazindicarbonsäure, 2-Phenazincarbonsäure, 2,7-Diaminophenazin, 2,8-Diaminophenazin, 2,7-Diamino-3,8-dime-thoxy-phenazin, 2,7-Diamino-3-methoxyphenazin, 2,7-Dia-mino 3-methoxyphenazin, 3-Dime-thyl-2,8-phenazindiamin, 2,2'-[(8-amino-7-methyl-2-phenazinyl)imino]bis-ethanol, 2,2'-[(8-Amino-7-methoxy-2-phena-zinyl)imino]bis-ethanol, 2,2'-[(8-Amino-7-chloro-2-phenazinyl)imino]bis-ethanol, 2-[(8-Amino-7-methyl-2-phenazinyl)amino]-ethanol, 2,2'-[(8-Amino-2-phenazinyl) imi-no]bis-ethanol, 3-amino-7-(dimethylamino)-2,8-dimethyl-5-phenyl-chlorid, 9-(diethylamino)-benzo[a]phenazin-1,5-diol, N-[8-(Diethylamino)-2-phenazinyl]-methansulfonamide, N- (8-Metho-xy-2-phenazinyl)-methansulfonamide, N,N,N',N'-Tetramethyl-2,7-phenazindiamin, 3,7-Dimethyl- 2- phenazinamin; sowie p-Aminobenzoesäuren und davon abgeleitete Derivate, Acetylsalicylsäure und Isatinderivativ wie 2,3-Diaminobenzoesäure.

[0031] Durch In-Kontakt-Bringen bestimmter Enzyme, gegebenenfalls gemischt mit Mediatoren und/oder Kupplungskomponenten und allenfalls in Kombination mit dem phl-Wert bestimmenden Pufferkomponenten, kann die gewünschte Farbe des Flolzes eingestellt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur auf ein Farbgeben (Umfärben) von Massivholzoberflächen beschränkt, sondern kann durch entsprechende Wahl der Verfahrensbedingungen auch mit dauerhafter Tiefenwirkung (bis in die gewünschte Tiefe) ausgeführt werden. Beispielsweise kann dies durch Einbringen der Enzyme in den Holzkörper oder nur auf der Holzoberfläche nach einem der nachstehend genannten Verfahren ausgeführt werden.

[0032] 1) Vor dem Trocknen (Rund- oder Schnittholz) durch Lagerung des Holzes in der En zym-Lösung [0033] 2) Vor dem Trocknen (Rund- oder Schnittholz) durch Vakuum-Druck-Imprägnierung [0034] 3) Nach dem Trocknen von Holz durch Vakuum-Druck-Imprägnierung [0035] 4) Nach dem Trocknen durch Aufstreichen, Walzen, Gießen [0036] 5) Durch Beigabe der Enzyme, insbesondere Enzym-hältigen Lösungen, zu an sich bekannten Beschichtungsmitteln (wie Lacke, Öle, Wachse, usw.) [0037] 6) Ausbesserungsarbeiten bei Lackschäden [0038] Das erfindungsgemäße Verfahren ist beispielsweise auch auf das Durchfärben von Furnier anwendbar. Weiters kann ein Farbgeben des Holzes (Massivholz) bis in eine Tiefe von mehreren Zentimetern erfolgen. So können an sich billige Hölzer entsprechend aufgewertet in der Möbelindustrie, in Parkettböden (mit Durchfärbung) verwendet werden.

[0039] Das erfindungsgemäße Verfahren hat damit insbesondere in seiner Ausführungsform über die Vakuum/Druck-Imprägnierung gegenüber üblichen, rein oberflächlich applizierten Farbstoff lös ungen den Vorteil, dass Verarbeitungsschritte wie etwa Schleifen oder Profilieren 4/8 österreichisches Patentamt AT506 635B1 2010-03-15 nach dem zuvor in Bulk durchgeführten Färbevorgang durchgeführt werden können und dennoch stabile, nicht auswaschbare Farben generiert werden. Bei rein oberflächlich applizierten Farbstoffgemischen ist dies nicht möglich. Weiters bergen derartig umgefärbte Materialien den Vorteil, dass im Gebrauch aufgetretene Verletzungen der Oberfläche durch beispielsweise Verkratzen oder Abstoßen das ästhetische Erscheinungsbild weniger negativ beeinflussen als dies bei durch Lackierung aufgebrachten Farbstoffgemischen der Fall ist. Überdies lassen sich derartige nachträgliche Beschädigungen am durchgefärbten aber auch bis zu einem gewissen Grad bei oberflächlich bis in eine Tiefe von mehreren Millimetern kovalent umgefärbten Holzwerkstoffen leicht ausbessern, ohne dass anschließend eine erneute Färbung bzw. ein erneutes Aufbringen eines Farbstoffgemisches notwendig ist. Der Grad der Tiefenfärbung lässt sich durch Steuerung (Wahl) der Verfahrensparameter beim Färben einstellen, indem man Verfahrensparameter wie Druck, Laccase-Konzentration, Mediator-Dosierung und Anzahl der Druck / Vakuumzyklen beispielsweise bei der Vakuum-Druckimprägnierung oder Verfahrensparameter wie Laccase-Konzentration, Mediatorgehalt, Einwirkdauer und Temperatur bei einer Tauchimprägnierung entsprechend wählt.

[0040] Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung und den darin genannten Ausführungsbeispielen.

[0041] Beispiel 1: Eintauchen eines Vollholzstücks in eine konzentrierte Enzymlösung [0042] Vollholzquader der Dimensionen LxBxH von 5.0 x 4.0 x 3.0 cm aus den Holzsorten Buche, Fichte, Eiche, Birke, Nuss und Kastanie werden in wässrige Lösungen (jeweils 250 ml 25mMolL'1Citratpuffer) eines kommerziellen, konzentrierten Laccase-Enzyms Trametes villosa (Novo Nordisk) eingelegt. Die Aktivität des Enzyms in der Lösung ist auf 1.5 Units/ml eingestellt. Dabei tauchen die Holzquader bis zu einer Höhe von 1 cm in die Lösung ein und der überstehende Teil des Holzes kommt mit der Laccaselösung nicht in Berührung. Um ein Schwimmen der Proben zu vermeiden, werden sie an der Oberseite mit einem Gewicht beschwert. Derart verbleiben die Proben für 30, 60 und 120 Minuten bei 25 °C in der Lösung und werden anschließend mit der behandelten Seite nach oben zum Trocknen aufgestellt.

[0043] Bei allen Holzproben ergibt sich im Vergleich zur nicht behandelten Seite eine deutliche Farbvertiefung. Die Holzsorte hat nur insofern einen Einfluss auf den Umfärbungsgrad als durch die etwas unterschiedlichen Ligningehalte und Texturen der unterschiedlichen Hölzer eine Betonung der jeweils bereits vorhandenen Holzmaserung beobachtet wird. Abheben einer 3 mm dicken Schicht an der behandelten Seite der Holzquader zeigt ebenfalls eine teilweise Modifikation der dem Holz eigenen Farbe. Daraus wird geschlossen, dass in gewissem Ausmaß eine Tiefendurchdringung der Laccase-Lösung durch die Poren der Holzoberfläche stattfindet. Das Ausmaß der Umfärbung hängt signifikant von der Reaktionszeit ab und ist umso stärker, je länger die Probe in Kontakt mit der Enzymlösung gebracht wurde. Ebenso ist die beobachtete Farbmodifikation in 3 mm Tiefe nach dem Aufschneiden des Probenkörpers umso deutlicher ausgeprägt, je länger die Kontaktzeit war.

[0044] Nach der Umfärbung wurde ein Teil der Proben mit kaltem (20 °C) und heißem (90 °C) Wasser gewaschen. Ein anderer Teil der Proben wurde über Nacht in kaltes (20 °C) bzw. in heißes (80 °C) Wasser in einem Wasserbad gelagert. Weder die Auswaschversuche noch die Wasserlagerung der Holzproben bei unterschiedlichen Temperaturen ergab eine Verminderung des erreichten Farbtons.

[0045] Beispiel 2: Tauchen eines Vollholzstücks in eine verdünnte Enzymlösung (fermentierte Enzymlösung, Enzymlösung, Trametes hirsuta) [0046] Vollholzquader der Dimensionen LxBxH von 5.0 x 4.0 x 3.0 cm aus Fichtenholz werden in 500 ml eines ungereinigten, mittels FPLC (fast protein liquid chromatography) vorkonzentrierten Filtrats einer Fermentation des Weißfäulepilzes Trametes hirsuta eingelegt. Die Aktivität des Enzyms in der Lösung wurde mit 0.1 Units/ml gemessen. Dabei tauchen die Holzquader bis zu einer Höhe von 1 cm in die Lösung ein und der überstehende Teil des Holzes kommt mit der Laccaselösung nicht in Berührung. Um ein Schwimmen der Proben zu vermeiden, werden sie 5/8 österreichisches Patentamt AT506 635B1 2010-03-15 an der Oberseite mit einem Gewicht beschwert. Derart verbleiben die Proben über Nacht bei 25, 35 und 50 °C in der Lösung und werden anschließend mit der behandelten Seite nach oben zum Trocknen aufgestellt.

[0047] Bei allen Proben ergibt sich im Vergleich zur nicht behandelten Seite eine deutliche Farbvertiefung. Die mit 35 °C behandelten Proben zeigen die intensivsten Farbveränderungen. Ein Schnitt in der Tiefe von ca. 3 mm zeigt teilweise Farbmodifikation auch unterhalb der Oberfläche. Analoge Waschversuche wie unter Beispiel 1 beschrieben ergaben keine Einbußen der erreichten Farbtiefen.

[0048] Beispiel 3: Vakuumimprägnieren einer Vollholzstücks mit einer Enzymlösung [0049] Vollholzquader der Dimensionen LxBxH von 5.0 x 4.0 x 3.0 cm aus Fichtenholz werden in einen Tank eingelegt, der sowohl evakuierbar als auch mit Druck beaufschlagbar ist. In einem ersten Verfahrensschritt wird der Druckbehälter evakuiert (10 kPa), um die in den Poren der Holzstücke enthaltene Luft zu entfernen. In einem zweiten Verfahrensschritt wird der Behälter mit Imprägnierlösung, bestehend aus einer mit 10 mM Succinatpuffer auf pH 4.0 gepufferten wässrigen Laccaselösung der Aktivität 1.0 U ml"1 geflutet und unter Druck gesetzt (1000 kPa). In der ersten Versuchsreihe wird nach der Druckphase eine kurze Vakuumphase bei 45 kPa durchgeführt und die Probekörper werden entnommen und zur Nachreife an einem gut durchlüfteten Ort bei Raumtemperatur für 1 h, 6 h und 24 h gelagert, bevor sie für 30 Minuten in einen Trockenschrank bei 150 °C endgetrocknet werden (Proben 3 a, 3 b und 3 c). In einer zweiten und dritten Versuchsreihe werden die Vakuum/Druckphasen einmal bzw. zweimal wiederholt, bevor die Probenkörper für 6 h nachgereift (Probe 3 d) und bei 150 °C für 30 Minuten (3 e) endgetrocknet werden.

[0050] Bei allen Proben wird eine deutliche Farbvertiefung festgestellt. Mehrmaliges Durchführen der Druck/Vakuumphasen führt zu verstärkter Tiefenfärbung. Längere Nachreifzeiten führen zu intensiveren Nachdunklungen. Analoge Waschversuche wie unter Beispiel 1 beschrieben ergaben keine Einbußen der erreichten Farbtiefen.

[0051] Beispiel 4: Bestreichen eines Vollholzstückes mit einer Laccase/Mediator Lösung (Weißfäulepilz, bei pH 4) [0052] Ein Vollholzquader der Dimensionen LxBxH von 5.0 x 4.0 x 3.0 cm aus Fichtenholz wird an seiner Oberfläche mit einer Lösung bestehend aus wässrigem Succinatpuffer (25mMolL1), Laccase (Trametes villosa, Aktivität 100 Uml"1) und Mediator (2, 2'-azinobis-(3-ethylbenzenthiazoline-6-sulfonic acid), O.OImMolL"1) bestrichen, sodass die gesamte Oberfläche gleichmäßig mit der Reaktionslösung bedeckt ist.

[0053] Ein zweiter Vollholzquader der Dimensionen LxBxH von 5.0 x 4.0 x 3.0 cm aus Fichtenholz wird an seiner Oberfläche mit einer Lösung bestehend aus wässrigem Succinatpuffer (25mMolL"1), Laccase (Trametes villosa, Aktivität 100 Uml'1) ohne Mediator bestrichen. Bereits unmittelbar nach dem Einstreichen sind erste Farbreaktionen erkennbar. Die Vollholzquader werden für 6 h bei Raumtemperatur liegen gelassen. Bei beiden Quadern ist die Oberfläche deutlich verfärbt worden. Bei dem mit Laccase/Mediator behandelten Quader sind die Farbvertiefungen deutlich stärker ausgeprägt. Analoge Waschversuche wie unter Beispiel 1 beschrieben ergaben keine Einbußen der erreichten Farbtiefen.

[0054] Beispiel 5: Tauchen einer Furnier in Laccase/Mediator Lösung [0055] Furnierstücke der Dimensionen LxBxH von 5.0 x 4.0 x 0.2 cm aus den Holzsorten Buche, Fichte, Eiche, Birke, Nuss und Kastanie werden in wässrige Lösungen (jeweils 250 ml 25mMolL"1Citratpuffer) eines kommerziellen, konzentrierten Laccase-Enzyms Trametes villosa (Novo Nordisk) eingelegt. Die Aktivität des Enzyms in der Lösung ist auf 1.5 Units/ml eingestellt. Dabei tauchen die Furnierstücke vollständig unter. Um ein Aufschwimmen der Proben zu vermeiden, werden sie an der Oberseite mit einem Gewicht beschwert. Derart verbleiben die Proben für 30, 60 und 120 Minuten bei 25 °C in der Lösung und werden anschließend zum Trocknen aufgehängt. 6/8

Claims (10)

1. österreichisches Patentamt AT506 635B1 2010-03-15 [0056] Bei allen Furnierproben ergibt sich eine deutliche durchgehende Farbvertiefung. Die Holzsorte hat wie bei den Vollholzquadern nur insofern einen Einfluss auf den Umfärbungsgrad als durch die etwas unterschiedlichen Ligningehalte und Texturen der unterschiedlichen Hölzer eine Betonung der jeweils bereits vorhandenen Holzmaserung beobachtet wird. Das Ausmaß der Umfärbung hängt signifikant von der Reaktionszeit ab und ist umso stärker, je länger die Probe in Kontakt mit der Enzymlösung gebracht wurde. Analoge Waschversuche wie unter Beispiel 1 beschrieben ergaben keine Einbußen der erreichten Farbtiefen. [0057] Zusammenfassend kann ein Ausführungsbeispiel wie folgt dargestellt werden: [0058] Bei einem Verfahren zum Farbgeben von Holz oder einem davon abgeleiteten Holzwerkstoff wird das Holz bzw. der Holzwerkstoff mit einem Enyzm in Berührung gebracht, wobei das Farbgeben durch das In-Berührung-Bringen des ligninhaltigen Werkstoffes mit einem Enzym gestartet und durchgeführt wird. Das Enzym kann in Form einer enzymhaltigen Lösung verwendet werden. Somit kann das Holz bzw. der Holzwerkstoff biotechnologisch ohne Zuhilfenahme von potentiell toxischen Chemikalien gefärbt, insbesondere umgefärbt, werden, wobei das natürliche Erscheinungsbild erhalten bleibt oder verstärkt werden kann. Patentansprüche 1. Verfahren zum Farbgeben von ligninhaltigem Werkstoff, insbesondere Holz oder ein davon abgeleiteter Holzwerkstoff wie beispielsweise Furnier, Sperrholz, Spanplatte, mitteldichte Faserplatte, ungebleichtes Papier oder Karton, wobei der ligninhaltige Werkstoff mit einem Enzym in Berührung gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Farbgeben durch das In-Berührung-Bringen des ligninhaltigen Werkstoffes mit einem Enzym gestartet und durchgeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ligninhaltige Werkstoff mit einer mindestens ein Enzym enthaltenden Lösung in Verbindung gebracht wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Enzyme oxidative Enzyme verwendet werden.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Enzyme Laccasen, Tyro-sinasen, Polyphenolases, Catacolases oder Peroxidasen verwendet werden.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Enzyme in Kombination mit Mediatoren angewendet werden.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Mediatoren Redox-Mediatoren verwendet werden.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Mediatoren wenigstens einer aus der Gruppe bestehend aus 2,2'-azinobis-(3-ethylbenzenthiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS), Hydroxybenzotriazole (HOBT), Violursäure (VA) und Tetramethylpyridinium-N-Oxid (TEMPO) verwendet wird.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Enzym in Kombination mit niedermolekularen phenolischen Substanzen eingesetzt wird.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine gepufferte Enzym-hältige Lösung verwendet wird.
10. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Enzymlösung mit einem pH-Wert zwischen 3 und 7 verwendet wird. 7/8