Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Analyse von Holzchemie-Klebstoff-Interaktionen und ihre Auswirkung auf kohäsive und adhäsive Bindungen

Das Hauptziel des Forschungsvorhabens besteht darin, fehlende grundlegende Kenntnisse zu Wechselwirkungen zwischen Holzinhaltsstoffen und Klebstoffen für die Verklebung wichtiger einheimischer Holzarten bereitzustellen. Es wird der Einfluss chemischer Holzbestandteile auf die Ausbildung kohäsiver und adhäsiver Bindungen untersucht.

Zur Analyse kohäsiver Bindungen wird eine Kombination aus ATR-FTIR-Spektroskopie und Rheologie eingesetzt. Damit werden erstmals in situ Informationen zur chemischen Reaktion und zum Aushärtungsverhalten von Holz-Klebstoff-Kombinationen gewonnen. Ergänzend werden thermische Analysen (z. B. DSC) sowie Untersuchungen mit Pyrolyse-GC/MS durchgeführt. Zur Bewertung adhäsiver Bindungen werden Oberflächenpolaritäten und Adhäsionsenergien (Kontaktwinkelmessungen, AFM) bestimmt sowie Festigkeitsversuche und mikroskopische Untersuchungen durchgeführt.

Der Einfluss einzelner Holzinhaltsstoffe auf die Ausbildung kohäsiver und adhäsiver Bindungen kann identifiziert werden. Damit wird wissensbasierte Information systematisch bereitgestellt, die Anpassungen bestehender Klebstoffe bzw. Klebstoffneuentwicklungen erlauben und eine erhöhte Verklebungsqualität ergeben. Zudem sollen aus den Ergebnissen Handlungsempfehlungen zur Eignung bzw. Nichteignung von Holzart (Extraktstoff)-Klebstoffsystem-Kombinationen abgeleitet werden.

Die Verklebung ist eine Schlüsseltechnologie in den KMU-geprägten Branchen „Holz im Baugewerbe“ bzw. „Industrielles Holzbauwesen“. Verbesserte Kenntnisse zur dauerhaften und kraftschlüssigen Verklebung verschiedener Holzarten resultieren in einer höheren Prozess- und Produktsicherheit und fördern die wirtschaftlich und ökologisch Mehrwert bringende stoffliche Verwendung des Rohstoffs Holz. Die Verklebung alternativer Holzarten zur Fichte ermöglicht die Entwicklung neuer Produkte mit erhöhter Leistungsfähigkeit oder Dauerhaftigkeit, eine zunehmende Konkurrenz zu anderen Werkstoffen und somit eine Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit.

Ergebniszusammenfassung:

Durch die Kombination von in-situ-Beobachtungen chemischer Reaktionen und rheologischer Veränderungen konnten im Rahmen des Projekts neue wissenschaftliche Erkenntnisse und ein besseres Verständnis der chemischen und physikalischen Wechselwirkungen zwischen Bestandteilen verschiedener Holzarten (Buche, Eiche, Kastanie, Fichte, Douglasie, Kiefer und Lärche) und Klebstoffen (MUF, 1K-PUR, EPI und PRF) gewonnen werden, was für die Holzverbindungstechnologie entscheidend ist. Mittelfristig können diese Wechselwirkungen numerisch beschrieben und anschließend modelliert werden. Die Methode kann ausgebaut werden, um an kleinen Probesets im Labor Abläufe zu simulieren und zu optimieren. Danach kann das Verfahren auch zur Lösung von aktuellen Problemen in der holzverklebenden Industrie eingesetzt werden und bietet somit viele Vorteile (z.B. Verklebungen mit gesicherter und ggfs. erhöhter Leistungsfähigkeit und Entwicklung von innovativen Produkten auf einer breiteren Rohstoffbasis). Eine höhere Prozess- und Produktsicherheit erlaubt eine verbesserte Marktposition im Vergleich zu anderen Werkstoffen und folglich Optionen zur Schaffung neuer bzw. Erweiterung bestehender Geschäftsfelder für die Holzbaubranche (z.B. die vermehrte Verwendung von Laubholzarten oder modifizierten Holzanwendungen).

Die Ergebnisse des vorliegenden Forschungsvorhabens können Impulse für die Wirtschaftlichkeit der Rohholzverwendung (u.a. Inwertsetzung von Edel- und Buntlaubhölzern) setzen, wenn diese Rohstoffe Einsatz in der stofflichen Nutzung im Bau- und Ausbaugewerbe bzw. industriellen Holzbauwesen finden. Diese beiden Branchen sind fast durchgehend von KMU geprägt. Weiter werden die Forschungsergebnisse in der Möbelindustrie und bei der Herstellung von Holzwerkstoffen anwendbar sein. Sie liefern Kenndaten, die eine Beschreibung der Reaktionen und Abläufe bei der Klebung poröser, chemisch inhomogener biobasierter Rohstoffe in Modellen unterstützen.