AT515350A1 - Verfahren zur Herstellung eines Konzentrats eines Holzschutzmittels, damit hergestelltes Konzentrat und Verfahren zur Behandlung von Holz - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Konzentrats für ein Holzschutzmittel. Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren folgende Schritte: a) Bereitstellen von Blättern einer Pflanze; b) optional Zerkleinern der Blätter; c) Extraktion von Lipochromen aus den Blättern mit zumindest einem nicht polaren Lösungsmittel; d) Abtrennung der extrahierten Lipochrome aus dem Lösungsmittel als hydrophobe, insbesondere ölige oder harzige Phase. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein so hergestelltes Konzentrat sowie ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Holz.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Konzentrats eines Holzschutzmittels, damit hergestelltes Konzentrat und Verfahren zur Behandlung von Holz

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Konzentrats eines Holzschutzmittels.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein derart hergestelltes Konzentrat.

Schließlich betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Holz.

Holz wird aufgrund seines vielfältigen Eigenschaftsspektrums in vielen Bereichen der Bauwirtschaft eingesetzt. Ein innerer Aufbau des Holzes erlaubt es, dieses sowohl für Anwendungen mit geringer Belastung wie Terrassendielen oder Verschalungen als auch statisch hoch belastete Bauten einzusetzen. Während des Wachstums bzw. als Baum wird der innere Aufbau des Holzes durch die Rinde des Baumstammes vor äußeren Einwirkungen geschützt. Der Rinde kommt somit eine Schutzfunktion zu. Nach Fällen eines Baumstammes und Aufarbeitung desselben, beispielsweise als Schnittholz, liegt der innere Aufbau des Holzes frei. Um dennoch eine Schutzwirkung des später eingesetzten Schnittholzes zu erreichen, wird dieses häufig mit einem Oberflächenschutz versehen. Dieser Oberflächenschutz soll äußere Einwirkungen möglichst lang hintanhalten.

Bei bekannten Verfahren gemäß dem Stand der Technik wird das Holz üblicherweise mit einem flüssigen Oberflächenschutz imprägniert. Zur Beschleunigung des Verfahrens und für einen möglichst effektiven Oberflächenschutz wird dies zumeist unter Druck und erhöhter Temperatur durchgeführt. Durch die Imprägnierung der Oberfläche des Holzes wird dieses widerstandsfähig gegen äußere Einflüsse. Hierbei ist allerdings nachteilig, dass zumeist künstlich hergestellte Öle oder Lacke eingesetzt werden, die teilweise giftig sind. Manchmal stellt sich eine Giftigkeit erst Jahre nach dem erstmaligen Einsatz eines Oberflächenschutzmittels heraus, sodass bei Verbau des Holzes im Innenbereich Menschen potenziell bereits kausal verursachte Gesundheitsbeeinträchtigungen erleiden können, ehe die Giftigkeit des Oberflächenschutzmittels nachweislich festgestellt wird.

Von diesem Stand der Technik ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Konzentrats eines Holzschutzmittels anzugeben, das biologischer Natur ist und rein oder nach Verdünnung mit einem Lösungsmittel zum Holzschutz einsetzbar ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, ein entsprechendes Konzentrat anzugeben.

Darüber hinaus ist es ein Ziel der Erfindung, ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Holz anzugeben, das zu einem nachhaltigen Schutz des behandelten Holzes auf Basis biologischer Stoffe führt.

Die verfahrensmäßige Aufgabe der Erfindung wird gelöst, wenn ein Verfahren zur Herstellung eines Konzentrats eines Holzschutzmittels folgende Schritte umfasst: a) Bereitstellen von Blättern einer Pflanze; b) optional Zerkleinern der Blätter; c) Extraktion von Lipochromen aus den Blättern mit zumindest einem nicht polaren Lösungsmittel; d) Abtrennung der extrahierten Lipochrome aus dem Lösungsmittel als hydrophobe, insbesondere ölige oder harzige Phase.

Ein mit einem erfindungsgemäßen Verfahren erzielter Vorteil ist darin zu sehen, dass durch Einsatz von Blättern einer Pflanze und der Extraktion von Lipochromen aus denselben die letztlich erhaltene hydrophobe, insbesondere ölige oder harzige Phase ein biogenes Terpentinöl bzw. Terpentinprodukt darstellt, das aus Naturprodukten gewonnen ist. Im Unterschied zu künstlich hergestellten, teilweise giftigen Terpentinölen und Gemischen mit diesen gemäß dem Stand der Technik ist daher eine spätere Gesundheitsgefährdung durch giftige Oberflächenschutzmittel nahezu ausgeschlossen. Darüber hinaus ergibt sich der Vorteil, dass durch die Gewinnung des Konzentrats aus Blättern einer Pflanze ähnlich wie bei den Pflanzen selbst eine fungizide Wirkung erreicht wird. Ferner ist auch ein guter UV-Schutz gegeben, da die Blattpigmente aufgrund konjugierter Doppelbindungssysteme Lichtquanten absorbieren und somit antioxidative Eigenschaften aufweisen. Zusammen mit den für akzessorische Pigmente spezifischen Kopf- und Endgruppen an den Isopren-Einheiten ist die protektive Absorption im kurzwelligeren schädlicheren UV-A- bis Blaulichtbereich des Tageslichtes am stärksten, was die Lipochrome von anderen Terpenen weiter unterscheidet. Schließlich ist aufgrund der hydrophoben Natur der öligen bzw. harzigen Phase bei späterer Verwendung als Holzschutzmittel auch ein gewünschter Flüssigwasserschutz gegeben.

Die bei der Extraktion der Blätter zurückbleibende Cellulose kann im Sinne einer vollständigen Verwertung des Ausgangsproduktes weiterverarbeitet werden, z. B. für oder in Baustoffen wie Wärmedämmplatten. Günstig ist es, wenn für die Blätter Laub eingesetzt wird. Im Herbst, wenn das Laub von den Bäumen fällt, weisen die Blätter mit sattgelber bis rötlicher oder roter Farbe einen besonders hohen Anteil an Lipochromen auf. Besonders geeignet ist das Laub von Lichtholzarten wie Ahorn, Buche, Birke, Eiche, Pappel oder Esche. Auch die Blätter von Sträuchern oder Stauden können eingesetzt werden.

Um die Extraktion zeitlich auf ein Minimum zu beschränken, kann vorgesehen sein, dass die Blätter im Schritt b) zu einem Mehl zerkleinert werden. Durch die Zerkleinerung ergibt sich eine Vergrößerung der Oberfläche, was zu einer rascheren Extraktion führt.

Ebenfalls in Bezug auf eine möglichst wirksame und kurze Extraktion ist es bevorzugt, dass die Blätter vor Schritt c) eine Restfeuchte von weniger als 10 % aufweisen oder auf eine solche Restfeuchte getrocknet werden.

Die Extraktion der Lipochrome wird mit Vorteil mit einer Emulsion mit zumindest einem polaren Lösungsmittel sowie zumindest einem nicht polaren Lösungsmittel durchgeführt. Nach diesem Schritt c) können Feststoffe aus der Emulsion abgetrennt werden. Vorher kann gegebenenfalls noch eine Abtrennung allfälliger fester Bestandteile durchgeführt werden, beispielsweise durch Zentrifugieren.

Nach der Extraktion wird das zumindest eine nicht polare Lösungsmittel vom zumindest einen polaren Lösungsmittel abgetrennt. Das nicht polare Lösungsmittel, welches die gewünschten Lipochrome enthält, kann anschließend mit einer alkoholischen Lösung einer Base, z. B. methanolischer Kalilauge, umgesetzt werden, um Chlorophyllreste zu verseifen. Anschließend kann Wasser zugegeben werden, um die Base sowie den Alkohol abzutrennen und so eine lipophile Pigmentlösung zu erhalten. Nach diesen

Schritten kann dann das nicht polare Lösungsmittel zum Erhalt der hydrophoben Phase im Schritt d) durch Destillation abgetrennt werden. Zurück bleibt das lipophile Produkt eines Blattauszuges in Form eines Terpentinöls oder -harzes aus natürlichen Stoffen.

Mit besonderem Vorteil ist bei Ausbildung einer öligen Phase vorgesehen, dass ein Teil der erhaltenen öligen Phase in den Prozess rückgeführt wird, und zwar als nicht polares Lösungsmittel im Schritt c). Abgesehen vom Anlauf des Prozesses ist dann bei der kontinuierlichen Verfahrensführung kein Einsatz eines künstlich hergestellten Terpentinöls erforderlich.

Das weitere Ziel der Erfindung wird durch ein Konzentrat erreicht, das nach einem erfindungsgemäßen Verfahren erhältlich ist.

Ein Vorteil eines erfindungsgemäßen Konzentrats liegt darin, dass dieses biologischer Natur und daher hinsichtlich einer möglichen Gesundheitsgefährdung unbedenklich ist. Das Konzentrat kann eingesetzt werden, um durch Verdünnung ein Holzschutzmittel zu erhalten, welches ebenfalls ein geringes Gesundheitsgefährdungspotenzial aufweist. Für die Verdünnung kommt üblicherweise zumindest ein Alkohol zum Einsatz, der bei Bedarf mit einem weiteren Lösungsmittel, beispielsweise einem Aldehyd oder Keton, gemischt sein kann.

Das noch weitere Ziel der Erfindung wird erreicht durch ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Holz, welches folgende Schritte umfasst: a) Bereitstellen von Holz und optional mechanische Bearbeitung einer Oberfläche des Holzes oder eines Teils davon; b) optional Beaufschlagung der Oberfläche mit einer Saccharide enthaltenen Lösung; c) danach Behandlung der Oberfläche mit einem erfindungsgemäßen Konzentrat oder Holzschutzmittel.

Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren kann eine Oberfläche von Holz hochwirksam mit einem Oberflächenschutz biologischer Natur überzogen werden. Sofern erforderlich, kann die Oberfläche des Holzes mechanisch vorbearbeitet werden, beispielsweise durch Schleifen oder andere Prozesse, mit welchen die Oberfläche des Holzes aufgeraut wird. Anschließend erfolgt vorzugsweise eine Beaufschlagung der Oberfläche mit einer

Saccharide enthaltenden Lösung, insbesondere Polysaccharide. Die Polysaccharide sind üblicherweise in einem geeigneten Lösungsmittel wie Wasser oder Alkohol gelöst. Die Beaufschlagung mit einer solchen Lösung erfolgt in der Regel bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck, insbesondere in einem Kesseldruckverfahren. Die Polysaccharide dringen bei der Beaufschlagung bis in einen Bereich von etwa 3 cm von der Oberfläche in das Holz ein. Dadurch wird eine Feuchtigkeitsregulierung erreicht, weil Holzporen mit einem Material ausgefüllt werden, das eine hohe Wasserbindungskapazität aufweist. Durch die hohe Wasserbindungskapazität gibt insbesondere porenfüllendes Pektin Feuchtigkeit nur zeitverzögert an die Umgebung ab. Umgekehrt speichert das Pektin bei Wasserüberschuss dasselbe. Dadurch wird quasi oberflächennah eine Schutzschicht eingezogen, welche vor allem eine Schimmelanfälligkeit des Holzes stark herabsetzt. Dieser Schritt ist jedoch bloß optional und nicht zwingend erforderlich. Anschließend erfolgt eine Behandlung der Oberfläche mit einem erfindungsgemäßen Holzschutzmittel, wobei die bereits erwähnten Vorteile einer UV-Beständigkeit, antioxidativer Eigenschaften sowie einer fungiziden Wirkung erreicht werden. Gegebenenfalls kann auch das Konzentrat in reiner Form eingesetzt werden, wenngleich dies aus Kostengründen nicht bevorzugt ist. Insbesondere wird auch aufgrund der Hydrophobie eine wasserabweisende Schutzschicht erhalten, die zur Langlebigkeit des Holzes beiträgt und insbesondere auch, optional mit der darunter vorgesehenen Feuchtigkeitsregulierung, Schäden durch Austrocknung wie Verzug von Holz durch Wasseraufnahme und Schwundrisse und Abschieferungen durch zu schnelles ungleichmäßiges Trocknen weitgehend unterbindet.

Grundsätzlich ist es nicht erforderlich, dass die Beaufschlagung mit der Saccharide enthaltenen Lösung unter speziellen Bedingungen durch geführt wird. Um jedoch eine rasche Verfahrensführung zu ermöglichen, ist es von Vorteil, dass die Beaufschlagung im Schritt b) unter erhöhtem Druck und/oder durch Tränken und Erwärmen durchgeführt wird. Für die Beaufschlagung der Oberfläche mit einer Saccharide enthaltenen Lösung können beliebige Saccharide eingesetzt werden. Insbesondere im Hinblick auf eine möglichst biogene Natur der Oberflächenbehandlung ist vorzugsweise vorgesehen, dass im Schritt b) Polysaccharide aus der Hüllschicht von Bakterien eingesetzt werden. Diese Hüllschicht bzw. Glycocalix kann relativ einfach aus angezüchteten Bodenalgen gewonnen werden und besteht hauptsächlich aus 1,4-vernetzen Pyranosesacchariden und stellt ein stark hygroskopisch wirkendes Bindemittel dar. Bevorzugt werden hierfür aerophytische oder terrestrische Algen eingesetzt.

Weitere Merkmale, Vorteile und Wirkungen der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiel. In den Zeichnungen, auf welche dabei Bezug genommen werden, zeigen:

Fig. 1 ein Verfahrensschema;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Teils eines oberflächenbehandelten Holzes.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren schematisch dargestellt. Das Verfahren beginnt mit der Bereitstellung von Blättern einer Pflanze, insbesondere Laub. Das Laub wird mit Vorteil zu einem Pulver oder Mehl zerkleinert, sodass eine durchschnittliche Größe der Partikel kleiner als 1 mm ist. Anschließend erfolgt eine Extraktion von Lipochromen aus den Blättern. Hierfür wird das Blattmehl in einem Lösungsmittel getränkt. Bezogen auf 1 kg Blattsubstanz kann eine Extraktionslösung 5 kg Ethanol, 20 kg Aceton, 4 kg 0,1 N HCl, 30 kg Terpentinöl und 75 kg Wasser enthalten. Die Lösung wird mit dem Blattmehl eine ausreichend lange Zeit umgesetzt, um eine Rohpigmentmischung zu erhalten. Wenn eine besonders ökologische Verfahrensführung gewünscht ist, kann anstelle von HCl auch eine andere Säure wie Essigsäure eingesetzt werden. Möglich ist es auch, den Trennprozess mit zusätzlichen Maßnahmen wie Anlegen einer Spannung zu fördern.

Anschließend erfolgen ein Zentrifugieren und ein Abtrennen der hydrophilen Unterphase. Die lipophile Phase wird anschließend mit methanolischer Kalilauge im Verhältnis 1:0,5 umgesetzt, wobei Chlorophyllreste verseift werden. Anschließend erfolgt eine Zugabe von Wasser, ein Zentrifugieren und danach ein Abtrennen der wässrigen Unterphase. Zurück bleibt die lyophile Pigmentlösung, aus der das Lösungsmittel abdestilliert wird, und zwar etwa bei 60 °C. Anschließend kann die so gewonnene ölige Terpentinölphase erneut zentrifugiert werden, um diese aufzukonzentrieren. Dabei kann ein Teil des so gewonnenen Öls wieder in den Prozess rückgeführt werden, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Der Rest des Terpentinöls ist für einen Einsatz zur Oberflächenbehandlung von Holz einsetzbar.

In Fig. 2 ist ein Teil eines mit einem derartigen Holzschutzmittel behandelten Holzes 1 dargestellt. Das Holz 1 wird zunächst vorbehandelt, beispielsweise gebürstet, um die Oberfläche 2 aufzurauen. Anschließend erfolgt eine Beaufschlagung mit einer Lösung, die Hüllreste von Bakterien aufweist, die hauptsächlich aus Polysacchariden bestehen. Eine Behandlung mit einer derartigen Lösung führt zu einer Schicht 3, die sich bis circa 3 cm unter die Oberfläche 2 des Holzes 1 erstrecken kann. Dadurch wird eine feuchtigkeitsregulierende Schicht gebildet, weil die Polysaccharide Poren im Holz 1 ausfüllen und quasi eine Wassersperre darstellen. Anschließend wird oberflächennah bis zu einer Eindringtiefe von circa 200 pm bis 500 pm unter Bildung einer oberflächennahen Decklage 4 das eigentliche Holzschutzmittel aufgebracht, welches das zuvor erläuterte Öl rein oder gegebenenfalls in Verdünnung enthält. Sofern eine Verdünnung vorgesehen ist, kann jedes Lösungsmittel eingesetzt werden, dass einerseits das Öl bzw. Konzentrat löst und andererseits rasch verdampft; hierfür kommen beispielsweise kurzkettige Alkohole infrage.

Als zusätzliche Variante zur noch besseren Ausnutzung der in den Blättern enthaltenen Naturstoffe ist es auch möglich, aus der hydrophilen Phase, die bei der Extraktion des Blattmehls erhalten wird, Gerbstoffe abzutrennen und diese zusammen mit der Polysaccharide enthaltenden Lösung in das Holz 1 einzubringen.

Claims (14)

1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung eines Konzentrats eines Holzschutzmittels, umfassend folgende Schritte: a) Bereitstellen von Blättern einer Pflanze; b) optional Zerkleinern der Blätter; c) Extraktion von Lipochromen aus den Blättern mit zumindest einem nicht polaren Lösungsmittel; d) Abtrennung der extrahierten Lipochrome aus dem Lösungsmittel als hydrophobe, insbesondere ölige oder harzige Phase.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Blätter im Schritt b) zu einem Mehl zerkleinert werden.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Blätter vor Schritt c) eine Restfeuchte von weniger als 10 % aufweisen oder auf eine solche Restfeuchte getrocknet werden.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei zur Extraktion im Schritt c) eine Emulsion zumindest eines polaren Lösungsmittels mit dem zumindest einen nicht polaren Lösungsmittel eingesetzt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei nach Schritt c) Feststoffe aus der Emulsion abgetrennt werden.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei das zumindest eine nicht polare Lösungsmittel vom zumindest einen polaren Lösungsmittel abgetrennt wird.
7. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das nicht polare Lösungsmittel zum Erhalt der hydrophoben Phase im Schritt d) durch Destillation abgetrennt wird.
8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Teil der erhaltenen öligen Phase als nicht polares Lösungsmittel im Schritt c) rückgeführt wird.
9. 9. Konzentrat, erhältlich nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
10. 10. Holzschutzmittel, umfassend ein Konzentrat nach Anspruch 9 und zumindest ein Lösungsmittel.
11. 11. Holzschutzmittel nach Anspruch 10, umfassend einen Alkohol als Lösungsmittel.
12. 12. Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Holz, umfassend folgende Schritte: a) Bereitstellen von Holz (1) und optional mechanische Bearbeitung einer Oberfläche (2) des Holzes (1) oder eines Teils davon; b) optional Beaufschlagung der Oberfläche (2) mit einer Saccharide enthaltenden Lösung; c) danach Behandlung der Oberfläche (2) mit einem Konzentrat gemäß Anspruch 9 oder einem Holzschutzmittel gemäß Anspruch 10 oder 11.
13. 13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Beaufschlagung im Schritt b) unter erhöhtem Druck und/oder Tränken und Erwärmen durchgeführt wird.
14. 14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, wobei im Schritt b) Polysaccharide aus der Hüllschicht aerophytischen oder terrestrischen Algen eingesetzt werden.