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Extraktion von Tanninen aus Rinden heimischer Nadelhölzer
Tannine können als Komponenten von Klebstoffen bei der Herstellung von formaldehydfreien Holzwerkstoffen eingesetzt werden. Diese Platten spielen bei der Möbelherstellung eine wichtige Rolle. Wir haben erstmals eine Methode entwickelt, mit der Tannine aus Rinden heimischer Nadelhölzer gewinnbringend genutzt werden können.
Projektbeschrieb (abgeschlossenes Forschungsprojekt)
Ziel des Projekts war es, einen Extraktionsprozess zu entwickeln, der zur Gewinnung von Tanninen aus heimischen Nadelholzrinden geeignet ist und in bestehende Prozesse von Sägewerken und der holzverarbeitenden Industrie integriert werden kann. Zusätzlich wurde die Formulierung formaldehydfreier Klebstoffe auf Basis der gewonnenen Tannine untersucht und die physikalischen und mechanischen Eigenschaften der daraus hergestellten Holzwerkstoffe ermittelt.
Hintergrund
Bei der Herstellung von Holzwerkstoffen sind Tannine eine Komponente der Klebstoffsysteme. Bislang wurden kommerziell gehandelte Tannine aus Holz oder Rinde tropischer oder subtropischer Holzarten wie Quebracho (Schinopsis balansae) oder Mimosa (Acacia mearnsii) extrahiert.
Rinden europäischer Nadelhölzer wurden bislang nicht zur kommerziellen Tanningewinnung eingesetzt. Versuche im Labor haben allerdings gezeigt, dass zum Beispiel Tannine der Fichtenrinde (Picea abies) zur Herstellung von Klebstoffsystemen geeignet sind.
Ziel
Wir wollten einen Extraktionsprozess mit Heisswasser entwickeln, mit dem Tannine aus heimischen Nadelholzrinden gewonnen und in die bestehenden Prozesse von Sägewerken und der holzverarbeitenden Industrie integriert werden kann. Dabei galt es herauszufinden, welchen Einfluss einzelne Extraktionsparameter auf die chemische Struktur und Eigenschaften der extrahierten Tannine haben. Zusätzlich arbeiteten wir an der Formulierung formaldehydfreier Klebstoffe auf Basis der gewonnenen Tannine und analysierten die physikalischen und mechanischen Eigenschaften der daraus hergestellten Holzwerkstoffe. Neben den chemisch-technischen Aspekten wollten wir die Wirtschaftlichkeit des entwickelten Extraktionsprozesses in der Schweiz evaluieren.
Anwendung
Durch die Verwendung von Tanninen kann die Wertschöpfung der heimischen Rinde massgeblich verbessert und eine echte Kaskadennutzung ermöglicht werden. Formaldehydfreie Klebstoffsysteme ermöglichen zudem eine bessere Vermarktung von nachhaltigen Holzwerkstoffen.
Wir konnten Faser- und Spanplatten, die auf Fichtenrinden-Klebstoffen basieren, erfolgreich im Technikumsmassstab herstellen. Diese im industriellen Massstab herzustellen ist eine nächste Herausforderung.
Ergebnisse
Klebstoffformulierungen mit Fichtenrinden-Extrakten zeigten leicht geringere Festigkeitseigenschaften als typische Tannin-Klebstoffformulierungen, welche auf Mimosa-Tannin basieren. Die Verdünnung durch Kohlenhydrate in den Extrakten und die verringerte Quervernetzung der Fichtenrinden-Tannine sind die Hauptursachen hierfür.
In den Extrakten aus Tanne, Fichte, Kiefer, Lärche und Douglasie variierte der Anteil an Tanninen, phenolischen Monomeren, Monosacchariden und Pektinen. Kohlenhydrate wurden in allen Extrakten in relevantem Umfang gefunden. Die Tannine unterschieden sich deutlich von denen aus tropischen Holzarten.
Die Ausbeute an Tanninen wird grösser, wenn die Fichtenrinde unter freiem Himmel gelagert wurde. Die Ausbeute lässt sich auch mit der Kaltwasser-Extraktion verbessern, auf die noch eine Extraktion mit heissem Wasser folgt.
Originaltitel
Extraction and characterization of bark tannin from domestic softwood species for bonding applications in wood-based materials