Gegenstand der Erfindung sind Wachsdispersionen enthaltend ölhaltige Wachse und deren Verwendung als Hydrophobierungsmittel bei der Herstellung von Holzwerkstoffen. Insbesondere betrifft die Erfindung die Herstellung von Wachsdispersionen aus paraffinischen Weichwachsen, wie sie entweder bei dem Prozess der Erdölraffination direkt anfallen oder im Zuge der Entölung von Wachsen gebildet werden. Weichwachse im Sinne der Erfindung sind paraffinische Wachse, die über 20 Gew.% Ölanteil aufweisen.

Wachse sind eine Klasse von Stoffen, die durch ihre mechanisch-physikalischen Eigenschaften definiert sind. Ein Stoffgemisch enthaltend obigen Ölanteil wird im Sinne dieser Erfindung als Wachs bzw. als Weichwachs bezeichnet, wenn er bei größer 10°C fest ist, insbesondere bei größer 25°C, z.B. von verformbar weich, über knetbar bis brüchig hart, und einen Erweichungspunkt unter 65°C aufweist (jeweils bei Normaldruck, 1013 mbar). Wachse werden weiterhin durch Ölgehalt, Schmelzpunkt und/oder Viskosität charakterisiert.

Bislang galten Weichwachse, die einen Ölgehalt von mehr als 20 Gew.% enthalten, nicht für bzw. in Holzwerkstoffen als Hydrophobierungsmittel geeignet einsetzbar, da ihre Hydrophobierwirkung zu gering ist. Dies trifft insbesondere zu, wenn weniger als 0,5 Gew.% Weichwachs in Relation zum Gewichtsanteil Holz bzw. Holzbestandteile zugesetzt sind.

Die Wirksamkeit der Wachse als Hydrophobierungsmittel hängt sehr stark von ihrer chemischen Zusammensetzung ab. So ist es bekannt, dass n-Paraffine weitaus stärker hydrophobierend wirken als iso-Paraffine. Ferner ist z.B. auf die Veröffentlichung von Roffael, E., Schriever, E., May, H. -A., Adhäsion 11(1982), S. 10-19, „Hydrophobierung von Spanplatten mit Paraffin, Teil 1: Kenntnisse und eigene Untersuchungen" 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, wonach festgestellt wurde, dass mit zunehmender Kettenlänge im Bereich zwischen C20 und C36 die Hydrophobierungswirkung der Paraffine zunimmt. Auch aus dieser Veröffentlichung ist bekannt, dass sich die Hydrophobierungswirkung ab einem bestimmten Ölgehalt an verschlechtert.

Vergleiche auch Abbild 3 in W. E. Hsu, R. J. Melanson und P. J. Kozak in „The effect of wax type and content on waferboard properties"; Proceedings twenty-fifth international Symposium on particle board and composite materials; 1990: Seiten 85-93; Editor T. M. Maloney, Washington State University, W. A. Pullman.

Im U.S.-Patent 6,183,849 wird ein Verfahren zur Herstellung von Verbundplatten beschrieben, bei dem der Ölgehalt des Wachses oberhalb von 30 bis 98 Gew.% liegt. Aus den aufgeführten Beispielen wird der negative Einfluss der Verwendung von Öl allein als Hydrophobierungsmittel besonders deutlich. Holzwerkstoffe, die ein Wachs mit einem Ölgehalt von 98 % enthalten, weisen eine deutlich höhere Dickenquellung auf als solche, die ein Slackwax mit einem Ölgehalt von 17,6 % enthalten.

In der WO 2004/065488-A1 wird vorgeschlagen, ölhaltigen Wachsen andere Wachse dergestalt beizumischen, dass das als Hydrophobierungsmittel zu verwendende Wachs mindestens 21 % n-Paraffin enthält.

Bei der Entölung von Wachs fallen Fraktionen an, die einen höheren Ölgehalt aufweisen. Da solche Weichwachse enthaltend hohe Ölanteile eine schwache Hydrophobierungswirkung entfalten, war es Aufgabe dieser Erfindung, die Hydrophobierwirkung solche Weichwachse zu verbessern und diese dadurch als Hydrophobierungsmittel für Holzwerkstoffe zugänglich zu machen. Insbesondere sollen Wachse wie sie als „Foots Oils" oder „Slackwax" mit hohem Ölanteil anfallen für den Einsatz als Hydrophobierungsmittel zugänglich gemacht werden.

Es wurde überraschend gefunden, dass die Zugabe von Carbonsäureamid-Verbindungen zu Weichwachsen die Hydrophobierungswirkung steigert und die physikalisch-technologischen Eigenschaften der damit hergestellten Holzwerkstoffe verbessert. Die Erfindung ist durch die unabhängigen Ansprüche charakterisiert. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche oder nachfolgend beschrieben.

Die Weichwachse der vorliegenden Erfindung sind Feststoffgemische fester Paraffine und für sich genommen flüssige Kohlenwasserstoffe (entspricht dem Öl bzw. dem Ölanteil). Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind genauer gesagt paraffinische Weichwachse die als Gemisch Erweichungspunkte bis 65°C aufweisen.

Diese enthalten neben den üblichen höher schmelzenden Wachsen (für sich genommen z.B. größer 40°C zu einem Anteil von größer 65 Gew.%) auch niedermolekulare Kohlenwasserstoffe (Ölanteil), die bei Raumtemperatur (25°C) flüssig sind. Hierbei können die Weichwachse aus Erdölwachsen, d.h. aus geologischen Quellen, und/oder aus künstlich hergestellten so genannten synthetischen Wachsen zugänglich sein bzw. derartige Bestandteile enthalten.

Der Gehalt von Wachsen an n-Paraffin, iso-Paraffin und Öl unterliegt Schwankungen, je nach Ursprung des Erdöls und Art des Raffinationsprozesses. Man unterscheidet im Allgemeinen so genannte Hartwachse und so genannte Weichwachse („Soft Wax"). Die Weichwachse bestehen hauptsächlich aus n- und iso-Paraffinen und bei Raumtemperatur flüssigen Kohlenwasserstoffen (Öl). Das untere Ende der Weichwachse hinsichtlich des Erstarrungspunktes bilden die sogenannten „Footsoile" mit einem Schmelzpunkt bzw. Schmelzbereich von 35 bis 45°C, die vergleichsweise viel Öl enthalten, und das obere Ende die „Slackwaxe" mit einem Schmelzpunkt von z.B. 35° bis unter 65°C. Je nach Herkunft des Wachses kann der Ölgehalt hier bis z.B. etwa 35 Gew.% betragen.

Stark ölhaltige Footsoile werden bei der Entölung von „Slackwaxes" erhalten. Die Footsoile können Ölgehalte größer 30 Gew.% aufweisen. Im Sinne der Erfindung können die Weichwachse „Slackwax" oder „Footsoil" sein, solange diese jeweils mehr als 20 Gew.% Öl, vorzugsweise größer 25 und insbesondere größer 30 Gew.%, enthalten. Der Ölanteil kann auch durch Zugabe von Kohlenwasserstoffen, z.B. solchen wie sie typischerweise für Schmieröle eingesetzt werden, eingestellt werden.

Weichwachse haben typischerweise eine Dichte zwischen 0.80 und 0.85 g/cm³ und weisen im Durchschnitt (Zahlenmittel) Kohlenwasserstoffe mit mehr als 16 Kohlenstoffatomen auf.

Erfindungsgemäß werden als Hydrophobierungsmittel Weichwachse eingesetzt, die z.B. aus Erdöl gewonnen werden. Auch Fischer-Tropsch-Wachse (FT-Wachse) und Polyolefinwachse, die synthetischen Ursprung sind, können hierfür verwendet werden. Die Wachse können in Form einer wässerigen Dispersion den Holzzerkleinerungsprodukten zur Herstellung der Holzprodukte zugegeben werden.

Die Weichwachse können in Mischungen mit anderen Wachsen als Hydrophobierungsmittel eingesetzt werden.

Carbonsäureamid-Verbindungen im Sinne der Erfindung sind z.B. Harnstoffe, Formamide, Acetamid, oder polymere Amid-Verbindungen, wie Dipeptide, Polypeptide, Proteine und Caprolactam. Die Menge der Carbonsäureamid-Verbindung beträgt zwischen 0,01 und 10 Gew.%, vorzugsweise zu 1 bis 8 Gew.% und insbesondere zwischen 2 und 5 Gew.% (bezogen auf die Dispersion enthaltend das Weichwachs).

Erfindungsgemäß ist es weniger erheblich, ob das Carbonsäureamid dem ölhaltigen Wachs vor, während oder nach der Herstellung der Wachsdispersion zugegeben wird. Es ist zudem auch möglich nur einen Teil des Carbonsäureamids vor der Herstellung der Wachsdispersion und einen weiteren Teil nach Herstellung der Wachsdispersion beizugeben. Es ist darüber hinaus möglich, die Wachsdispersion in einer wässrigen Lösung des Carbonsäureamids herzustellen. Es ist ferner möglich, das Carbonsäureamid ggf. mit einem geeigneten Emulgator zu versehen und mit dem geschmolzenen Paraffin direkt vor Ort zu vermischen, ggf. durch hochturbulentes Mischen.

Die hergestellten Dispersionen können anionische, kationische oder nicht ionogene Emulgatoren enthalten. Emulgatoren sind grenzflächenaktive amphotere Substanzen oder hochmolekulare Substanzen. Als Emulgatoren seien genannt:

• – Alkoholpolyethylenglykolether, z.B. solche der allgemeinen Formel R-O-(R¹-O)_n-H,
• – Fettsäureesterpolyethylenglykolether, z.B. solche der allgemeinen Formel R-COO-(R¹-O)_n-H,
• – Alkylpolyalkylenglykolethercarbonsäuren, z.B. solche der allgemeinen Formel R-O-(R¹-O)n-CH₂-COOH bzw. deren Alkanolammonium- oder Alkali- oder Erdalkalimetallsalze,
• – Alkylamidoalkylbetaine, z.B. solche der allgemeinen Formel R-CONH(CH₂)_uN⁺(CH₃)₂-CH₂-COO^–,
• – Aminoxide, z.B. solche der allgemeinen Formel R-NO(CH₃)₂,
  
  wobei jeweils
  
  R einen verzweigten oder linearen, gesättigten oder ungesättigten C₈- bis C₂₀- bzw. C₇- bis C₁₉-Kohlenwasserstoffrest,
  
  n eine Zahl von 2 bis 20,
  
  R¹ einen Alkylenrest mit 2 bis 4 Kohlenwasserstoffen, z.B. -C₂H₄- oder -C₃H₆-, 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 C₆- bis C₂₂-Fettsäuren verestert sind, wobei pro Mol Triglycerid 2 bis 40 Mol Alkoxylierungsmittel eingesetzt werden,
• – Partiell neutralisierte Partialglyceride von ein oder mehrwertigen C2- bis C22-Carbonsäuren, wie z.B. Linolsäure, Stearinsäure, Isostearinsäure, 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 Aminverbindungen wie Diethanolamin.

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

Die so hergestellte Dispersion kann anderen Wachsdispersionen zugemischt werden.

Holzwerkstoffe, wie Holzspan- und Holzfaserplatten, enthalten neben einem Bindemittel, wie Harnstoffformaldehydharz (UF-Harz), Phenolformaldehydharz (PF-Harz), Tanninformaldehydharz (TF-Harz) und/oder Klebstoffe auf Isocyanatbasis (PMDI), in der Regel ein Hydrophobierungsmittel.

Die Wachse bzw. Paraffine haben hauptsächlich die Aufgabe, die Dickenquellungs- und die Wasseraufnahmegeschwindigkeit der damit hergestellten Holzwerkstoffe zu verzögern. Dies ist insofern von Bedeutung, als die Spanplatten und die Faserplatten bestimmte Grenzwerte bezüglich der Dickenquellung und Wasseraufnahme gemäß den einschlägigen Normen einhalten müssen, die ohne Zugabe eines Hydrophobierungsmittel i.d.R. nicht eingehalten werden. Während der Herstellung kann die Wachsdispersion den Holzspänen bzw. Holzfasern vor oder nach der Bindemittelzugabe oder dem Bindemittel selbst zugesetzt werden.

Die vorliegende carbonsäureamidhaltige Dispersion ist geeignet als Hydrophobierungsmittel für Holzwerkstoffe eingesetzt zu werden, die Bindemittel enthalten, wie alkalisch härtende Phenolformaldehydharze (PF-Harze) und Tanninformaldehydharze (TF-Harze),. Auch in Kombination mit Klebstoffen auf Basis von 4,4-Diphenyl-Methan-Diisocyanaten (PMDI) kann die Wachsdispersion gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden.

Ferner kann die so hergestellte Wachsdispersion dem für die Herstellung von Holzwerkstoffen vorgesehenen Bindemittel allein oder in Abmischung mit anderen Dispersionen beigegeben werden. Darüber hinaus kann die Wachsdispersion den zu verleimenden Lignocellulosen vor oder nach der Zugabe des Bindemittels zugegeben werden.

Der Ölgehalt im Sinne dieser Erfindung wird entsprechend der Norm ASTM D3235 mit dem Titel: "Standard Test Method for Solvent Extractables in Petroleum Waxes" bestimmt: Hierzu löst man den Probenteil in einem Lösemittel (Mischung aus 50% Methylethylketon und 50% Toluol, kühlt die Lösung ab, um das Paraffin abzuscheiden und filtriert. Der Masseanteil an Öl des Filtrats wird nach Verdampfen des Lösungsmittels durch Wägen des Rückstandes bestimmt.

Die Erfindung wird durch die 1 und 2 weiter erläutert.

1 zeigt die Dickenquellung von Holzfaserplatten nach Wasserlagerung für 2 und 24 Stunden, wobei links das Ergebnis der Faserplatten, die unter Einsatz eines carbonsäureamidfreien Wachses (Vergleichsversuch) und rechts das Ergebnis der mit einem carbonsäureamidhaltigen Wachs hergestellten Holzfaserplatten gezeigt ist. 2 zeigt entsprechend die Wasseraufnahme.

Weichparaffinwachs mit einem Ölgehalt von über 20 Gew.% wurde mit einem anionischen Emulgator in Wasser, dessen pH-Wert mit Ammoniak schwach alkalisch eingestellt war, in eine Wachsdispersion überführt. In einem weiteren Versuch wurde dem Weichparaffinwachs vor der Herstellung der wässerigen Dispersion ein Carbonsäureamid in Form von Harnstoff zugegeben.

Im Einzelnen wurde eine wässrige Wachsdispersion auf Basis eines Weichwachses (Footsoil mit 27% Ölanteil) hergestellt. Zur Herstellung einer Vordispersion wurde die erforderliche Menge Wasser mit einer Temperatur von ca. 80°C in einen Rührkessel gegeben. Der anionische Emulgator (eine C20-Fettsäure und Diethanolamin) wurde unter Rühren zum Wasser gegeben und zur Reaktion gebracht. Danach wurde die entsprechende Menge geschmolzenes Weichwachs unter Rühren zugegeben. Unter Rühren hat sich nach ca. 5 Minuten eine Voremulsion gebildet. Die Voremulsion wurde nun mit einem Hochdruckhomogenisator bei ca. 120 bar mit anschließender Kühlung weiterverarbeitet. Beide Wachsdispersionen sind auf einen Feststoffanteil von 60 Gew.% eingestellt.

Nach dem zweiten und erfindungsgemäßen Versuch wurde der Weichwachsdispersion bei der Herstellung 2 Gew.% Säureamid in Form von Harnstoff zugegeben.

Mit den beiden Versuchsdispersionen wurden Holzfaserplatten (MDF) hergestellt und diese nach den einschlägigen Normen auf ihre Dickenquellung geprüft. Die Ergebnisse zeigen, dass trotz des niedrigen Wachsanteiles in der Wachsdispersion 2 die Dickenquellung der mit dieser Wachsdispersion hergestellten Platten deutlich niedriger ist als im Falle der Wachsdispersion 1. Die Menge der zugesetzten Wachsdispersion war in beiden Fällen gleich. Die Ergebnisse der Untersuchung sind in 1 und 2 veranschaulicht.