Ziel der Entwicklung

Aufgrund einer zunehmend kritischeren Bewertung konventioneller, auch im Holz- und Holzwerkstoffbereich eingesetzter Flammschutzmittel (FSM) im Hinblick auf deren ökologische und toxikologische Eigenschaften unterliegen diese immer weiter verstärkter Reglementierung (USA: USEPA, PBT, EU: REACH). Aus diesem Grund und vor dem Hintergrund einer nachhaltigen und ressourcenschonenden Materialentwicklung und -nutzung wird aktuell nach Möglichkeiten gesucht, umweltfreundliche Flammschutzlösungen auf Basis nachwachsender Roh- und Reststoffe zu entwickeln und konventionelle Flammschutzmittel (FSM) durch diese zu substituieren.
Im Rahmen des Vorhabens wurden sowohl OSB-Strands mit biogenem FSM modifiziert als auch fertige OSB durch Imprägnierung mit ebendiesem ausgestattet und anschließend auf ihr thermisches und Brandverhalten untersucht. Dabei wurden die folgenden Ziele verfolgt: a) Entwicklung/Optimerung von Verfahren zur Integration von biogenem FSM in die OSB; b) Erreichen der Schwerentflammbarkeitsklasse C nach EN 13501 1 und deren Nachweis über SBI-Simulation anhand der Daten aus Prüfungen im Cone-Kalorimeter (ISO 5660-1) sowie über den Einzelflammtest (11925-2); c) Reduzierung des eingesetzten Bindemittels bei der Produktion der OSB bei Zusatz des biogenen FSM; d) Erhalt technisch relevanter physikalisch-mechanischer Eigenschaften der OSB nach Ausstattung mit biogenem FSM.

Vorteile und Lösungen

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden OSB für Bauanwendungen entwickelt, die Schwerentflammbarkeit erreichen. Dafür wurde ein universell einsetzbares, biogenes FSM eingesetzt, welches die Potenziale bietet a) Holz flammhemmend zu funktionalisieren; b) mit anderen natürlichen FSM kombiniert zu werden; c) eingesetzte Bindemittelmengen durch eigene Haftvermittlung zu reduzieren; d) als ökologischere Alternative gängige FSM zu ersetzen, da das Edukt Dopamin biogen und ungiftig ist. Es wurde ein Konzept zur Einbringung des FSM auf die OSB-Strands bzw. die hergestellten OSB erarbeitet. Dabei war es wichtig die einzusetzende Applikations- als auch die Wirkkonzentration zu ermitteln. Folgende Ergebnisse konnten erzielt werden: a) Anwendung verschiedener Methoden zur Modifizierung von OSB-Strands und OSB mit dem FSM; b) Einsatz der thermogravimetrischen Analyse (TGA) als kosten- und energiesparende Screening-Methode zur Variantenreduzierung für Brandversuche; c) Herstellung schwerentflammbarer OSB (voraussichtliche Klasse C, s1, d0) der Nutzungsklasse Typ OSB/3 durch Imprägnierung mit biogenem FSM (ca. 14 wt-% auf Trockengewicht der OSB-Strands); d) Brandverlauf der schwerentflammbaren Platten ohne tropfendes Abbrennen mit deutlich reduzierter Rauchproduktion; e) Optimierbare Imprägnierprozesse für die flammhemmende Ausstattung von OSB innerhalb kurzer Zeiten und ohne weiteren Druck; f) Reduzierung des Bindemittels (pMDI) durch Substitution eines Teils durch das biogene FSM ohne negative Beeinflussung der OSB-Eigenschaften. Es konnte weiterhin gezeigt werden, dass der Zusatz nur geringer Mengen des FSM (0,5 wt-%) während der OSB-Herstellung bereits ausreicht, die Rauchproduktion während eines Brands stark einzudämmen. Des Weiteren wurden zur Synthese des FSM u. a. antimikrobiell wirkende Cu-Salze eingesetzt. Durch die Einlagerung der Salze im FSM, zeigten die damit hergestellten OSB erhöhte Schimmelresistenz. Das eingesetzte universelle FSM stellt somit eine umweltfreundliche und leistungsfähige, weitestgehend biobasierte Alternative zur Flammhemmung von OSB und lignocellulosebasierter Materialien dar. Es kann insbesondere als wirkungsvolle Flammschutzimprägnierung eingesetzt werden.

Zielgruppe und Zielmarkt

Die Projektergebnisse ermöglichen es der mittelständischen Industrie, ihr Portfolio durch Modifikation mit dem biogenen FSM die Formulierung flammgehemmter Beschichtungssysteme oder Imprägnierungen und deren Applikation zu erweitern. Weiterhin sind Produktentwicklungen im Imprägnier-/Tränkmittelbereich (z.B. flammgehemmte Papiere) und im Klebstoffbereich denkbar. Zudem sind Entwicklungsarbeiten zur Formulierung von Holzbehandlungsmitteln (z.B. Grundierungen, Imprägnierungen) auf Basis der gewonnenen Projektergebnisse vielversprechend. Insbesondere Kooperationsprojekte mit Industriepartnern erscheinen zum jetzigen Zeitpunkt sehr erfolgversprechend. Eine Reihe der in nachfolgenden Entwicklungsarbeiten angestrebten Applikationen sind typische Betätigungsfelder der mittelständischen Produzenten und Anwender. In Verbindung mit den beschriebenen Applikationsmöglichkeiten liefern die Projektergebnisse die Grundlage für eine breit gefächerte Forschungstätigkeit beim Antragsteller: Zielgruppe A) Hersteller von Holzwerkstoffen/OSB mit folgenden Effekten: neuartige schwerentflammbare Produkte a) mit verbesserter Flammhemmung; b) auf biogener Basis; c) umweltfreundlich; d) toxikologisch unbedenklich. Zielgruppe B) Bindemittel-, Lack- und Klebstoffhersteller mit folgenden wirtschaftlichen Effekten: Neue Märkte zur Anwendung von Holzbeschichtungs- und -behandlungsmitteln, Klebstoffen. Zielgruppe C) Holzwerkstoff- und Möbelindustrie mit folgenden wirtschaftlichen Effekten: Neue Märkte in den Bereichen Holzbau, Möbelbeschichtung, Fassadenelemente, Holzwerkstoffe. Zielgruppe D) Endnutzer mit folgenden wirtschaftlichen Effekten: Produkte mit Schwerentflammbarkeit. In Verbindung mit den beschriebenen Applikationsmöglichkeiten liefern die Projektergebnisse die Grundlage für einen breit gefächerten Know-how-Transfer seitens des Antragstellers. Mit den erwarteten Projektergebnissen beabsichtigt das IHD darüber hinaus einen weiteren Ausbau seiner wissenschaftlich-technischen Basis in den Bereichen der Funktionalisierung von Holz, Holzwerkstoffen und Beschichtungssystemen für den Brandschutz mit flamminhibierenden Agentien und Entwicklung von „Engineered Wood Products“.