Einsetzbar für Holzwerkstoffplatten im Innenausbau
Quelle: Fraunhofer WKI
Holzwerkstoffe wie Spanplatten, OSB, Sperrholz oder Faserwerkstoffe (MDF, HDF) kommen als nachhaltiges Baumaterial in großen Mengen in der Bauwirtschaft zum Einsatz. Zur Herstellung werden bisher unter anderem Phenol-Formaldehydharze als Bindemittel (Klebstoff) eingesetzt. Diese Harze sind zum einen gesundheitskritisch und werden zum anderen aus fossilen Rohstoffen hergestellt. Entsprechend sollten die gesundheitskritischen Bestandteile Phenol und Formaldehyd zersetzt werden. Dazu wird zum einen Lignin verwendet, das nach Cellulose am häufigsten vorkommende Biopolymer in pflanzlicher Biomasse. Lignin fällt in großen Mengen bei der Papierproduktion an und wird bisher überwiegend verbrannt. Aufgrund seiner phenolischen Substrukturen ist Lignin ein vielversprechender Rohstoff, um petrochemisches Phenol zu substituieren. Als Ersatzstoff für Formaldehyd wird zum anderen Hydroxymethylfurfural (HMF) eingesetzt – ein Zuckerderivat. Gegenwärtig wird HMF großtechnisch aus Fructose hergestellt, kann aber auch aus natürlichen Zuckerpolymeren wie Stärke oder Cellulose produziert werden. Lignin und HMF werden zu wässrigen Kondensationsharzen umgesetzt, wobei die genaue Abstimmung des Verhältnisses von Lignin und HMF wichtig ist. Bei den bisherigen Versuchen ergab Kraftlignin die besten Ergebnisse hinsichtlich Aushärtungsverhalten und Zugfestigkeiten. In Press- und Zugversuchen wurden Scherzugfestigkeiten von mehr als 5 MPa erreicht. Die Presszeiten in bisherigen Untersuchungen liegen im Bereich von 30 s bis 90 s. Die Presstemperaturen liegen bevorzugt im Bereich von 130 °C bis 150 °C, so die Forschenden.
Mit dem neu entwickelten, gesundheitlich unkritischen Lignin-HMF-Harz von Fraunhofer WKI erhöhen sich die Vorteile von nachhaltigen Holzwerkstoffen weiter. Dank der vollständig biobasierten Alternative zu petrochemischen Kondensationsharzen wird die Holzwerkstoffindustrie unabhängiger von fossilen Rohstoffen. Die Vermeidung von Formaldehyd bei der Harzherstellung führt außerdem dazu, dass die Holzwerkstoffe nur noch extrem geringe Mengen an Formaldehyd enthalten, die natürlicherweise im Holz vorkommen. Für die Umstellung der Klebstoff- und der Holzwerkstoffproduktion auf die neuen Bio-Kondensationsharze fallen keine hohen Investitionskosten an. Die Holzwerkstoffbranche erhält damit eine wirtschaftlich attraktive Möglichkeit, gesetzliche Vorgaben und steigende Kundenanforderungen hinsichtlich Nachhaltigkeit und Gesundheitsschutz zu erfüllen.
Kontakt: Dr. Steven Eschig, steven.eschig@wki.fraunhofer.de
Weitere Informationen: www.wki.fraunhofer.de/de/forschungsprojekte/2020/AdLigno_formaldehydfreie-bio-klebstoffe-aus-lignin-zuckerderivaten-und-huminen-fuer-holzwerkstoffherstellung.html