Materialeffiziente Herstellung von Produkten aus leichtem Laubholz; Teilvorhaben 1: Optimierung von Holzwerkstoffen aus leichten Laubhölzern durch Verwendung alternativer Klebstoffe; Teilvorhaben 2: Optimierung von Holzwerkstoffen aus leichten Laubhölzern durch Holzartenkombination und Faserverstärkung

Abstract

Aufgabe des Projekts war die Entwicklung eines integrierten Konzepts zur stofflichen Nutzung von leichten Laubhölzern wie Erle, Linde und Birke zur Erzeugung innovativer leichter Holzwerkstoffe. Darüber hinaus wurde die Nutzung von leichtem Fichtenholz (Referenz) und in geringerem Umfang auch die Nutzung von Robinienholz als Deckschicht untersucht. Ebenso wurde der Einfluss von Naturfaser- und Basaltgewebe auf die Eigenschaften von Sperrholz untersucht. Weiterhin wurde eine Verwendung spezieller Phenolharzgemische zur gleichzeitigen Verklebung und Modifikation von Sperrhölzern entwickelt, spezielle Lignin-Phenolharzgemische zur Verklebung von Sperrholz eingesetzt und die Substitution von konventionellen Aminoharzen durch ein neuartiges formaldehydfreies, proteinbasiertes Bindemittel für alle Holzwerkstoffe erarbeitet. Der Schwerpunkt dieses Projektes lag auf der möglichst vollständigen Nutzung der genannten leichten Laubhölzer und des Kronenmaterials, wobei eine möglichst optimale Wertschöpfung entlang der Prozesskette erfolgen sollte. Ein entscheidendes Merkmal der Holzwerkstoffe, die im Rahmen des Vorhabens entwickelt wurden, ist ihr geringes Gewicht bei möglichst hohen Festigkeiten. Im Falle einer nicht ausreichenden Festigkeit bei Sperrhölzern sollten Naturfaser- oder Basaltinlays zur Festigkeitserhöhung eingesetzt werden. Neben konventionellen Klebstoffen bzw. Bindemitteln wie Phenol-, Aminoharzen und Isocyanaten (pMDI) wurden im Projekt auch lignin-basierte Klebstoffe zur Herstellung von Sperrholz und OSB eingesetzt. Lignin, das als Nebenprodukt in der Zellstoffindustrie und zukünftig evtl. auch bei der Bioraffinerie von Holz anfällt, stellt ein wichtiges Substitut für Phenol in Phenolharze. dar, welche im Holzwerkstoffbereich überwiegend zur Herstellung von furnierbasierten Werkstoffen verwendet werden. Die Herstellung von Sperrholz aus Erle und Linde mit Decklagen aus Birken- und Robinienfurnieren stellte sich als leicht umsetzbar heraus, jedoch zeigten sich deutliche Unterschiede zwischen den Kombinationen. Der festigkeitssteigernde Einfluss des Beplankungseffekts auf die Biegefestigkeit und den E-Modul in Längs- und Querrichtung war deutlich zu erkennen. Die Nutzung von Basaltfasergewebe ergab einen Anstieg der Festigkeiten sowohl parallel als auch senkrecht zur Faserrichtung. Kommerziell hergestelltes acrylatbeschichtetes Basaltfasergitter ergab deutlich höhere Werte als die unbeschichteten Variante. Lignin-Phenolharz vorimprägnierte Flachsfaserhalbzeuge wurden zur Verstärkung von Lindensperrholz eigesetzt, jedoch wurden die Eigenschaften hierdurch nur mäßig verbessert. Furniere aus Erle wurden mittels eines vakuum-druck-freien Verfahrens mit Phenol-Formaldehyd imprägniert und die mechanisch-physikalischen Eigenschaften der hochverdichteten Furniersperrhölzer untersucht. Ein mittlerer Pressdruck bot ein optimales Verhältnis zwischen Eigenschaften und Produktionsaufwand. Die Herstellung von OSB-Strands aus Lindenkronenholz und Stammholz zeigte keinen wesentlichen Unterschied. Die Festigkeiten der mit Proteinklebstoff hergestellten OSB, waren deutlich niedriger als die mit UF-Harz hergestellten. Zur Herstellung von starren und flexiblen Holzfaserdämmstoffe aus leichten Laubhölzern wurden pMDI und Zweikomponentenfasern (Bico-Fasern) verwendet. Die physikalisch-mechanischen Eigenschaften, die Wärmeleitfähigkeit und die Entflammbarkeit waren bei den verschiedenen Holzarten geringfügig unterschiedlich. Spanplatten mit Lindenspänen in der Mittelschicht und Fichtenspänen in der Deckschicht oder auch Spanplatten aus reinem Lindenholz zeigten eine geringere Querzugfestigkeit als Spanplatten mit Fichtenholz in der Mittelschicht. Demgegenüber ergaben sich bei der Biegefestigkeit und dem Elastizitätsmodul keine signifikanten Unterschiede.