Zellulosefaserverstärkte Holzklebstoffe

Die Verklebung ist einer der wichtigsten Prozessschritte in der Holzindustrie. Die Leistungsfähigkeit nahezu aller Holzprodukte hängt direkt mit der Stabilität von Klebverbindungen zusammen. Um eine ständige technologische Weiterentwicklung in der Holzindustrie zu gewährleisten, ist es deshalb notwendig, neuartige Möglichkeiten zur Verbesserung der Holzverklebung zu untersuchen. Die Antragsteller des gegenständlichen Forschungsprojekts "Zellulosefaserverstärkte Holzklebstoffe" ziehen aus eigenen vorbereitenden Versuchen den Schluss, dass die Verstärkung von Holzklebstoffen mit Zellulosefasern eine bis dato wenig untersuchte Möglichkeit darstellt, die Leistungsfähigkeit von Holzverklebungen deutlich zu verbessern. Es ist daher geplant, in einer breit angelegten Untersuchung den Effekt der Zellulosefaserverstärkung auf die Leistungsfähigkeit von Klebeverbindungen zu studieren. Zwei Klebstoffe, die standardmäßig und sehr verbreitet in der Holzindustrie zum Einsatz kommen sollen als repräsentative Systeme verwendet werden: Harnstoff-Formaldehyd als sehr spröder Klebstoff und andererseits duktiles PVAc (polyvinylacetat). Diese Klebstoffe sollen mit Zellulosefasern compoundiert werden. In Frage kommen dabei Zellstofffasern, die in unterschiedlichem Grad fibrilliert wurden, bis zu so genannten Nanofibrilen. Holzproben, die mit verstärktem und unverstärktem Klebstoff hergestellt wurden, sollen mechanisch charakterisiert werden, um geeignete Faser-Klebstoffkombinationen zu identifizieren. Darüber hinaus sollen auch Klebstofffolien, sowohl verstärkt als auch unverstärkt, hergestellt und charakterisiert werden, um die Ursache möglicher Verbesserungen der Verklebungsqualität zu untersuchen.

Moderne Holzwerkstoffe wie zum Beispiel Holzleimbinder, Sperrholz oder Spanplatten benötigen stabile, leistungsfähige Klebeverbindungen. Je nach Material kommen bei der Produktion zwischen 1% und 15% Klebstoff zum Einsatz. Da Klebstoffe in der Holzindustrie einen signifikanten Kostenfaktor darstellen ist es wünschenswert, an leistungsfähigeren Klebstoffsystemen zu arbeiten. Im vorliegenden Projekt wurden grundlegende Aspekte eines biobasierten Lösungsansatzes für diese Fragestellung, nämlich die Modifikation von Klebstoffen mit nanometergroßen Zellulosefasern (Nanozellulose), untersucht.Nanozellulose ist eine vergleichsweise neue Verstärkungsfaser. Sie wird aus Holzzellstoff hergestellt und verfügt auf Grund Ihrer geringen Größe über hervorragende Festigkeit und eine hohe spezifische Oberfläche, was Sie zur Verstärkung von Polymeren besonders gut geeignet macht. Darüber hinaus kann Nanozellulose unkompliziert in wässrige Systeme wie zum Beispiel die meisten Holzklebstoffe eingemischt werden.Die durchgeführten Experimente konzentrierten sich auf Harnstoffformaldehyd, den meistverbreiteten Holzklebstoff. Es zeigte sich, dass sich Nanozellulose sehr gut in Harnstoffformaldehyd einmischen lässt, sich dort gut verteilt, und die Aushärtungseigenschaften des Klebstoffs nicht nachteilig beeinflusst. Durch die Zugabe von nur 1% Nanozellulose bezogen auf die Masse des eingesetzten Klebstoffs konnte das Materialverhalten des üblicherweise sehr spröden Harnstoffformaldehyds in Richtung größerer Zähigkeit verbessert werden. Diese Verbesserung wurde vor allem dadurch erreicht, dass Nanozellulose die Ausbreitung von Mikrorissen, die in Harnstoffformaldehyd häufig vorkommen, bremst. Dieser Effekt konnte genutzt werden, um die Verklebungsfestigkeit bei einer Reihe von Holzwerkstoffen signifikant zu Verbessern.Aufbauend auf den Grundlagenergebnissen dieses Projektes wird derzeit in einem Folgeprojekt an der Entwicklung eines industriell einsetzbaren Nanozellulose-modifizierten Holzklebstoffs gearbeitet. Es wird erwartet, dass dadurch insgesamt weniger Klebstoff verwendet werden muss, wodurch einerseits ein Kostenvorteil erzielt wird, und andererseits auch potentielle Emissionen vermindert werden.