Subproject No. 3.2: Albert-Ludwigs-Universität Freiburg (UF) within the European joint project: ERA CoBioTech Call 1: "WooBAdh" - Umweltfreundliche Bioklebstoffe aus nachwachsenden Rohstoffen

Abstract

Es besteht eine große Nachfrage nach biobasierten Bindemitteln, die frei von flüchtigen organischen Verbindungen (VOCs) und für den Einsatz in holzwerkstofflichen Produkten geeignet sind. Die Herstellung isocyanat-freier Polyurethane (NIPUs) ausgehend von kondensierten Tanninen oder Lignin über die Reaktion ihrer Carbonate mit Di- oder Polyaminen stellt einen vielversprechenden Syntheseweg dar. Kürzlich erschienene Studien zeigen, dass NIPU-Harzsysteme basierend auf Organosolv-Lignin, das nach Derivatisierung mit einem Kohlensäuredimethylester durch Hexamethylendiamin vernetzt wurde, zur Herstellung von Spanplatten mit zufriedenstellender innerer Haftfestigkeit (0.77 MPa, im Trockenzustand) bei gleichzeitig vergleichsweiser geringer Dichte (0.7 g/cm³) eingesetzt werden können. Allerdings bedarf es einer umfassenden Planung und Optimierung wie auch dem Ausbau des grundlegenden Verständnisses derartiger NIPU-Systeme auf Basis vollständig biobasierten Makromonomere wie Lignin und Tannin, um diese Art von biobasierten Bindemitteln hinsichtlich des Gehalts biobasierten Kohlenstoffs, der Klebleistungsfähigkeit und der VOC-Emissionen zu optimieren. Das Hauptziel des Projekts war die Entwicklung vollständig biobasierter NIPU Harz-Systeme, die aus Lignin, Tannin und deren Derivaten hergestellt und sich durch eine VOC-emissionsfreie Performance gemäß der gültigen Norm für Holzbindemittel auszeichnen. Dieses Ziel wurde erreicht durch innovative Syntheseansätze für Harzsysteme, die nicht auf dem Einsatz von Formaldehyd oder Isocyanate als Monomereinheit beruhen. Die Universität Freiburg war verantwortlich für die Synthese der biobasierten Bindemittel unter Verwendung von holzbasierten Biopolymeren (Arbeitspaket 2) und deren Charakterisierung (Arbeitspaket 3). Im Rahmen dieses Projekts wurden biobasierte NIPU-Bindemittel mit einem Gehalt an kommerziellen Tanninen bzw. Lignin von bis zu 70 Gew.-% hergestellt und charakterisiert, wobei auf den Einsatz giftiger Vernetzer wie Formaldehyd und Isocyanat verzichtet wurde. Die optimale Tannin-basierte Formulierung (TANIPU) erreichte in der Prüfung zur Holzverklebung eine A1-Klassifizierung und nach unserem Wissenstand die höchste Nassfestigkeit gemessen an dem Stand der Technik für vollständig bio- bzw. Tannin- und Lignin-basierte Bindemittel. Das optimale Lignin-basierte Bindemittel (LIGNIPU) überzeugte ebenso in außergewöhnlichem Maße mit einem hohen Anteil an löslichem Kraft-Lignin (70 Gew.-%), obgleich keine A1-Klassifizierung erreicht werden konnte. Insgesamt konnten im Rahmen dieses Projektes bedeutsame Fortschritte bei der Entwicklung umweltfreundlicher Harze bzw. Bindemittel für Holzverklebungen erzielt werden. Das Projekt führte zu einer Patenteinreichung zur Herstellung des TANIPU-Systems.