Ziel der Entwicklung
Bei der Herstellung von Holzwerkstoffen dominieren immer noch Harnstoff-Formaldehyd- (UF) beziehungsweise melaminverstärkte Harnstoff-Formaldehydharze (mUF). Die petrochemischen Rohstoffreserven sind begrenzt und erfordern die Suche nach langfristig verfügbaren Alternativen. Des Weiteren wird eine weitere Verschärfung der Formaldehyd- und VOC-Emissionswerte für Holzwerkstoffe, die im Innenbereich zum Einsatz kommen, beobachtet. Zudem wird seitens der Holzwerkstoffhersteller ein zunehmender Anteil biobasierter Klebstoffe angestrebt. Somit werden synthetische Klebstoffe mittel- bis langfristig teilweise oder ganz durch biobasierte Lösungen ersetzt. Proteine sind als Klebstoffe bereits vielfach untersucht worden. Es konnten bereits partikelgebundene Holzwerkstoffe mit proteinhaltigen Bindemitteln hergestellt werden, die eine den synthetischen Harzen vergleichbare Klebfestigkeit aufweisen. Allerdings mussten die Proteine, vorrangig Weizenproteinkleber, stark verdünnt werden, um mittels Sprühen appliziert werden zu können. Diese niedrigen Feststoffgehalte der Proteine führten unter anderem zu langen Presszeiten, um die Feuchte aus dem Vlies zu entfernen. Das war der Hauptgrund dafür, dass eine alleinige Proteinbindung für die Holzwerkstoffindustrie aus Kapazitätsgründen nicht in Frage kam. Die Ergebnisse des Projektes sollen dazu beitragen, diese Defizite zu überwinden.
Vorteile und Lösungen
Die Herstellung proteingebundener Holzwerkstoffe ist möglich, vorteilhaft sind dabei höhere Feuchten der Partikel vor dem Heißpressen. Dies und die niedrigen Feststoffgehalte verursachen allerdings lange Presszeiten. Mit Weizenprotein konnten Spanplatten hergestellt werden, die P2-Platten nach EN 312 entsprechen. Überraschend niedrig war die Dickenquellung nach 24 Stunden Wasserlagerung bei WP 1 und 25 Prozent Klebstoffanteil. Der Einsatz von Vernetzern führte auch bei kürzeren Presszeiten und einer ausreichenden Bindemittelmenge zu guten Platteneigenschaften, die im Bereich der Normanforderung an P2-Platten liegen. Weiterhin erfolgten Untersuchungen zur MDF-Herstellung und Charakterisierung. Dabei erwies sich der Einsatz von Vernetzern als zwingend, um die Anforderungen an MDF nach EN 622-5 erfüllen zu können. Als erfolgsversprechende Alternative erwies sich die Herstellung dreischichtiger Spanplatten, wobei die Proteine nur in den Deckschichten zur Anwendung kamen. Es ist festzustellen, dass durch das UF-Harz in der Mittelschicht gute Eigenschaftswerte erreicht werden und das Protein in den Deckschichten eine formaldehydfangende Wirkung hat. Außerdem können die Pressbedingungen unverändert beibehalten werden.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die Entwicklung biobasierter Klebstoffe und Bindemittel wird durch die Holzwerkstoffhersteller zunehmend forciert. Mittelfristig sollen die vorhandenen, synthetischen Systeme teilweise und nachfolgend vollständig durch biobasierte Systeme ersetzt werden. Dabei wird vorausgesetzt, dass die Performance der alternativen Klebstoffe gleichbleibende Festigkeitswerte und eine der Anwendung entsprechende Hydrolysebeständigkeit aufweisen. Proteine bieten aufgrund ihrer zugrundeliegenden Struktur mehrere Möglichkeiten zur Quervernetzung. Die Suche nach entsprechenden Quervernetzern ist daher von besonderem Interesse. Für folgende Wirtschaftszweige wird ein großes Anwendungspotenzial gesehen: 1) Rohstoffe, Reststoffe: Roh- und Reststofferschließung für technische Anwendungsmöglichkeiten, Erschließung neuer stofflicher und technischer Anwendungsmöglichkeiten; 2) Klebstoffindustrie: Einsatz biobasierter Rohstoffe, Erweiterung des Angebots von Bio-Klebstoffen; Holzwerkstoffindustrie: Produktion von formaldehyd-freien HWS, Produktion von HWS mit biobasierten Klebstoffen bei gleicher Presstechnologie; Möbelindustrie / Innenausbau: Bereitstellung von VOC-armen Produkten
Die Projektergebnisse stellen die Grundlage für einen Know-how-Transfer seitens des Antragstellers und die Möglichkeit der Produktentwicklung durch die adressierten Unternehmen dar. Der Antragsteller wird durch die Ergebnisse zudem die wissenschaftliche-technische und technologische Basis in den Bereichen Polymerchemie, Polymeranalytik, Bindemittel- und Klebstoffentwicklung, Klebung von Massivholz und Partikeln (Späne, Fasern) sowie Presstechnologie und Herstellung von Holzwerkstoffen weiter ausbauen. Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens werden mit interessierten Unternehmen diskutiert. Zudem werden die Ergebnisse in nationalen und internationalen Fachzeitschriften veröffentlicht. Labormuster in Form von Massivholzplatten und anderen Holzwerkstoffen werden auf Fachmessen einer breiten Öffentlichkeit vorgestellt.
