Heißwasserextraktion von Fichtenholzspänen (Picea abies) mit dem Ziel der Gewinnung von Hemicellulosen sowie anschließende Herstellung von Holzspanplatten

HONIGHÄUSCHEN (BONN) – Holz und Holzwerkstoffe neigen bei Änderungen der relativen Luftfeuchte sowie bei Wasserlagerung zu Dimensionsänderungen. Dieser Dimensionsänderung kann durch eine Reduzierung des Gehaltes an Hemicellulosen entgegengewirkt werden, welche z.B. durch (hydro-/ hygro-) thermische Verfahren erreicht werden kann. Bei den industriell angewendeten Verfahren unterliegen Hemicellulosen meist Depolymerisierungs- und Abbaureaktionen und gehen im Prozess verloren. Zudem kommt es bei der Behandlung zu Festigkeitseinbußen des verbleibenden Holzmaterials. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Heißwasserextraktion von Fichtenholzspänen (Picea abies) untersucht. Die extrahierten Späne wurden zu Spanplatten weiterverarbeitet. Hierbei kamen unterschiedliche Bindemittel zum Einsatz (Harnstoff-Formaldehydharz (UF), Poly-Diphenylmethan-Diisocyanat (PMDI) sowie emulgierbares Poly-Diphenylmethan-Diisocyanat (EMDI)). Die Spanplatten wurden auf ihre Dimensionsstabilität bei Änderungen der relativen Luftfeuchte und nach Wasser-lagerung, sowie auf ihre Festigkeitseigenschaften (Biege-Elastizitätsmodul, Biegefestigkeit, (Koch-) Querzugfestigkeit) untersucht. Hierbei wurde insbesondere der Einfluss unterschiedlicher Extraktions-temperaturen und -zeiten, sowie unterschiedlicher Bindemittel untersucht. Neben den Eigenschaften der Spanplatten lag der Fokus auch auf den nach der Behandlung im Extrakt vorliegenden Mono- und Oligosacchariden1. Hierfür wurden zunächst Extraktionen von Fichtenholz-spänen im kleinen Maßstab in einem Accelerated Solvent Extractor (ASE) bei unterschiedlichen Extraktionszeiten und Extraktions-temperaturen durchgeführt und der Extrakt auf seinen Gehalt an Mono- und Oligosacchariden untersucht. Die Extrakte der Extraktionen im größeren Maßstab, die durchgeführt wurden, um eine ausreichende Menge an Spänen zur Spanplattenproduktion zu erhalten, wurden ebenfalls analysiert und mit den Extrakten der Extraktionen im kleinen Maßstab verglichen. Bei den im kleinen Maßstab durchgeführten Heißwasserextraktionen zeigte sich ein Zusammenhang zwischen Extraktionstemperatur und der Molmasse der gelösten Moleküle sowie deren Ausbeute. Mit steigender Temperatur kam es zu einer Vergrößerung der Ausbeute bei gleichzeitiger Verringerung der Molmasse der gelösten Moleküle. Ein ähnlicher Zusammenhang bestand bei einer Verlängerung der Extraktionsdauer. Die größte Menge an gelösten Kohlenhydraten in oligomerer Form lag bei einer Extraktionszeit von 20 min und einer Extraktionstemperatur von 180 °C im Extrakt vor. Hier konnten ca. 109 mg oligomere Kohlenhydrate aus 1 g Holz (atro) gelöst werden. Die größte Gesamtmenge an gelösten Kohlenhydraten lag bei einer Extraktionstemperatur von 180 °C und einer Extraktionsdauer von 40 min im Extrakt vor. Hier konnten ca. 136 mg g-1 gelöst werden (davon ca. 49 mg in monomerer und ca. 87 mg in oligomerer Form). Auch bei den in größerem Maßstab durchgeführten Heißwasser-extraktionen zeigte sich ein Zusammenhang zwischen Extraktions-temperatur und Ausbeute sowie Molmasse der gelösten Moleküle. Hier konnten bei einer Extraktionstemperatur von 170 °C ca. 88 mg Kohlenhydrate aus 1 g Holz (atro) gelöst werden, davon ca. 75 mg in oligomerer und ca. 13 mg in monomerer Form. Die maximale Molmasse der im kleinen Maßstab gelösten Moleküle betrug ca. 1.300-1.600 g mol-1, die der im größeren Maßstab gelösten Moleküle ca. 1.200 g mol-1. Die aus den im größeren Maßstab bei Temperaturen von 80 °C bis 170 °C extrahierten Spänen hergestellten Spanplatten, die mit UF gebunden wurden, zeigten eine erhöhte Dimensions-stabilität bei Änderungen der relativen Luftfeuchte sowie bei Wasserlagerung, verglichen mit den Kontrollplatten, die aus bei 15 °C extrahierten Spänen hergestellt wurden. Hierbei führte insbesondere eine Erhöhung der Extraktionstemperatur über 120 °C zu einer weiteren Zunahme der Dimensionsstabilität. Biege-festigkeit und Querzugfestigkeit der Spanplatten sanken mit steigenden Extraktionstemperaturen, der Biege-Elastizitätsmodul wurde nur geringfügig beeinflusst. Die Verwendung von bei 160 °C behandelten Spänen bei der Produktion von PMDI-gebundenen Spanplatten führte ebenfalls zu einer Erhöhung der Dimensionsstabilität bei Erhöhung der relativen Luftfeuchte sowie bei Wasserlagerung verglichen mit der Verwendung von bei 15 °C behandelten Spänen. Eine Erhöhung des Anteils an PMDI führte zu einer weiteren Zunahme der Dimensionsstabilität. Biegefestigkeit und (Koch-) Querzug-festigkeit wurden durch die Verwendung von bei 160 °C behandelten Spänen negativ beeinflusst, der Biege-Elastizitätsmodul hingegen stieg. Eine Erhöhung des Bindemittelanteils führte zu einer Steigerung der Werte des Biege-Elastizitätsmoduls, der Biegefestigkeit sowie der (Koch-) Querzug-festigkeit. Durch eine Erhöhung des Anteils an PMDI konnten Festigkeitseinbußen, die durch die hydrothermale Behandlung hervorgerufen wurden, ausgeglichen werden. Der Vergleich der eingesetzten Bindemittel (UF, PMDI, EMDI) zeigte insbesondere bei der Wasserlagerung deutliche Vorteile bei der Verwendung von PMDI sowie EMDI. So hatten die PMDI- bzw. EMDI-gebundenen Platten aus den bei 160 °C behandelten Spänen ähnliche Querzugsfestigkeitswerte, wie die UF-gebundenen Platten, die aus den bei 15 °C behandelten Spänen hergestellt wurden. Zwischen den PMDI- bzw. EMDI-gebundenen Platten traten hierbei keine Unterschiede auf. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass durch Heißwasserextraktion Hemicellulosen aus Fichtenholzspänen gelöst werden konnten. Hierbei spielten Extraktionstemperatur und Extraktions-dauer eine entscheidende Rolle in Bezug auf Ausbeute und Molmasse der gelösten Moleküle. Aus extrahierten Spänen produzierte Spanplatten verfügten über eine höhere Dimensionsstabilität bei Änderungen der relativen Luftfeuchte sowie bei Wasserlagerung, allerdings kam es zu Festigkeits-einbußen. Durch die Wahl eines geeigneten Bindemittels sowie dessen Anteils konnte diesen Festigkeitseinbußen entgegengewirkt werden. Hierdurch können sich für Spanplatten neue Anwendungsgebiete, z.B. in Bereichen mit häufig wechselnder Luftfeuchte, ergeben. Die gelösten Hemicellulosen stehen zudem für weitere Anwendungen, z.B. zur Produktion von Ethanol oder XI sogenannten Plattform-Chemikalien, als biobasierte Barrierefilme, als Lebensmittelzusatzstoffe oder zur Verwendung in der Textil,- Kosmetik- und Papierindustrie, zur Verfügung.

 

Über „Heißwasserextraktion von Fichtenholzspänen (Picea abies) mit dem Ziel der Gewinnung von Hemicellulosen sowie anschließende Herstellung von Holzspanplatten“

Das vorliegende Sachbuch zu Themen aus Umwelt und Natur „Heißwasserextraktion von Fichtenholzspänen (Picea abies) mit dem Ziel der Gewinnung von Hemicellulosen sowie anschließende Herstellung von Holzspanplatten“ wurde erarbeitet und verfasst von Felix K. Tregret. Dieses Sachbuch erschien am 20.12.2019 und wurde herausgegeben von sierke VERLAG – Sierke WWS GmbH.

Bücher wie „Heißwasserextraktion von Fichtenholzspänen (Picea abies) mit dem Ziel der Gewinnung von Hemicellulosen sowie anschließende Herstellung von Holzspanplatten“ sind im Onlineshop des Honighäuschens bestellbar. Online bestellte Fachbücher zur Imkerei und zu anderen Themen der Umwelt und des Artenschutzes sind zu den üblichen Öffnungszeiten auch direkt im Buchladen Bundesamt für magische Wesen in Bonn, der Stauhauptstadt von Nordrhein-Westfalen abholbar und werden auf Wunsch verschickt.

Das Thema Bienensterben, Rückgang von Insekten und allgemeines Artensterben ist in aller Munde und das Honighäuschen als frühere Bioland Imkerei hat sich von Anfang an daran beteiligt. Mehr als 35 Jahre Imkereierfahrung nahmen ihren Anfang 1982 mit den ersten eigenen Bienen.

Der zehnjährige Junge, der 1977 einem Hamburger Imker über die Schulter schaute; der Fünfzehnjährige, der mit der Imkerei in Zeiten begann, in denen es noch keine Varroamilbe gab; der achtzehnjährige Fahrschüler, der lernte, dass man die Windschutzsscheibe seines Autos nach einer längeren Fahrt von Insekten säubern muß; der zwanzigjährige Student, der für seine Bienen einen Platz in Bonn suchte; der dreißigjährige Berufsimker, der seinen Bienen quasi eine Gutenachtgeschichte erzählte und sich den Kopf zerbrach, wie man die Umwelt mit ihren Bienen, Wespen, Schmetterlingen und andere blütenbesuchenden Insekten vor den Machenschaften der Agrargiftindustrie und der Gleichgültigkeit agrarindustriehöriger Politiker schützt; der Imker, der nicht nur auf dem Weihnachtsmarkt Bonn die Öffentlichkeit suchte, um bei Führungen an den Bienen auf dem Dach der Bundeskunsthalle zu erleben, dass Kinder (und deren Helikoptermuttis!) Angst vor Schmetterlingen hatten, bis hin zum Begleiter von Forschungsprojekten zu den Riesenhonigbienen Nepals oder den Killerbienen Afrikas, stellt fest, dass etwas sehr im Argen liegt in unserem Umgang mit der Umwelt.

Es sollte jedem bewußt sein, dass die Haltung „Natur ja, aber bitte woanders!“ nicht in Ordnung ist. Machen wir so weiter, werden wir Insekten und andere Tiere irgendwann nur noch in Foto- und Bildbänden finden.

Die wunderschöne Welt der Natur

Jeder Griff zum Unkrautvernichtungsmittel, um den Rasen „schön ordentlich“ zu halten, bevor „die Nachbarn was sagen“; jeder überflüssige Einsatz zur Bekämpfung eines Wespennestes – ja, auch damit habe ich zu tun und berate gern, wenn ein Hornissennest in einem Kindergarten oder ein Wespennest in Bonn den Haus- und Gartenbesitzer vor Fragen stellt, sollte begleitet sein von der Frage, ob das wirklich sein muß.

In unserem Online-Buchshop finden Sie viele Bücher wie „Heißwasserextraktion von Fichtenholzspänen (Picea abies) mit dem Ziel der Gewinnung von Hemicellulosen sowie anschließende Herstellung von Holzspanplatten“, die Ihnen die fantastische Welt der Bienen, Wespen, Ameisen, Hornissen und Schmetterlinge sowie anderer Insekten näherbringen.

Aber nach wie vor stehe ich Ihnen auch gern zu einem Gespräch oder zu einer Beratung im Umgang mit Bienen, Wespen, Hornisse, Wildbienen und Hummeln zur Verfügung, wenn Sie Fragen haben. Besuchen Sie uns in Bonn im Bundesamt für magische Wesen.

Und natürlich gibt es auch weiterhin Honig, Bienenwachskerzen und Met bei uns und zwar das ganze Jahr – nicht nur zu Weihnachten.