Das Projekt "Teilvorhaben 2" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Jowat SE durchgeführt. Für die Holzwerkstoffherstellung werden als Bindemittel hauptsächlich formaldehydhaltige Aminoplastharze eingesetzt. Vor dem Hintergrund, dass Formaldehyd von der Europäischen Kommission als mutagen und kanzerogen wirkende Substanz eingestuft wurde, ist davon auszugehen, dass für die Erzeugung von Holzwerkstoffen zukünftig nur noch formaldehydfreie Klebstoffe zulässig sein werden. Ziel des Vorhabens ist es deshalb, als Alternative einen neuartigen formaldehydfreien und zudem biobasierten Dispersionsklebstoff zur Herstellung von Holzwerkstoffen auf Basis von Polyvinylacetat (PVAc) mit radikalisch polymerisierbaren Zuckerderivaten zu entwickeln. Somit soll ein in der Möbelindustrie bereits bewährter und emissionsarmer Klebstoff mit einem nachwachsenden Rohstoff kombiniert werden. Der Ansatzpunkt ist es, die Glasübergangstemperatur (Tg) der PVAc-Leime durch Copolymerisation mit Zuckerderivaten, die eine deutlich höhere Tg besitzen, anzuheben. Daneben sollen auch Copolymerisate mit petrochemischen Rohstoffen wie Methylmethacrylaten hergestellt werden, um mit den Zuckeracrylaten einen nicht zu hochpreisigen Klebstoff zu entwickeln. An dem Vorhaben sind neben dem WKI ein Klebstoffhersteller (Fa. Jowat SE) und vier Holzwerkstoffhersteller (Sauerländer Spanplatten GmbH & Co. KG, Kronoply GmbH, Fritz Becker KG, Holzwerk Gebr. Schneider GmbH) beteiligt, die die Branchen der Span- und Faserplatten- sowie die Sperrholzherstellung repräsentieren und die Holzwerkstoffe herstellungstypisch nach Vorversuchen im WKI eignen Technikum produzieren. Die Orgentis Chemicals GmbH synthetisiert im Unterauftrag die Zuckerderivate. Das Vorhaben ist insgesamt in 6 Arbeitspakete (AP) unterteilt: AP 1 Bindemittelsynthese + AP 2 Klebstoffformulierung und -prüfung (WKI-OT/QA, Jowat), AP 3 Holzwerkstoffherstellung und -prüfung (WKI-VST/QA und 4 Holzwerkstoffhersteller) AP 4 Emissionsmessung und Sensorik (WKI-MAIC) AP 5 Projektkoordination (WKI-QA) AP 6 Projektdokumentation (alle).
Das Projekt "Teilvorhaben 1: Bindemittelsynthese, Holzwerkstoffherstellung und -prüfung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Holzforschung - Wilhelm-Klauditz-Institut durchgeführt. Für die Holzwerkstoffherstellung werden als Bindemittel hauptsächlich formaldehydhaltige Aminoplastharze eingesetzt. Vor dem Hintergrund, dass Formaldehyd von der Europäischen Kommission als mutagen und kanzerogen wirkende Substanz eingestuft wurde, ist davon auszugehen, dass für die Erzeugung von Holzwerkstoffen zukünftig nur noch formaldehydfreie Klebstoffe zulässig sein werden. Ziel des Vorhabens ist es deshalb, als Alternative einen neuartigen formaldehydfreien und zudem biobasierten Dispersionsklebstoff zur Herstellung von Holzwerkstoffen auf Basis von Polyvinylacetat (PVAc) mit radikalisch polymerisierbaren Zuckerderivaten zu entwickeln. Somit soll ein in der Möbelindustrie bereits bewährter und emissionsarmer Klebstoff mit einem nachwachsenden Rohstoff kombiniert werden. Der Ansatzpunkt ist es, die Glasübergangstemperatur (Tg) der PVAc-Leime durch Copolymerisation mit Zuckerderivaten, die eine deutlich höhere Tg besitzen, anzuheben. Daneben sollen auch Copolymerisate mit petrochemischen Rohstoffen wie Methylmethacrylaten hergestellt werden, um mit den Zuckeracrylaten einen nicht zu hochpreisigen Klebstoff zu entwickeln. An dem Vorhaben sind neben dem WKI als Forschungseinrichtung ein Klebstoffhersteller (Fa. Jowat AG)und vier Holzwerkstoffhersteller (Sauerländer Spanplatten GmbH & Co. KG, Kronoply GmbH, Fritz Becker KG, Holzwerk Gebr. Schneider GmbH) beteiligt, die die Branchen der Span- und Faserplatten- sowie die Sperrholzherstellung repräsentieren und die Holzwerkstoffe herstellungstypisch nach Vorversuchen im WKI eignen Technikum produzieren. Die Orgentis Chemicals GmbH synthetisiert im Unterauftrag die Zuckerderivate. Das Vorhaben ist insgesamt in 6 Arbeitspakete (AP) unterteilt: AP 1 Bindemittelsynthese + AP 2 Klebstoffformulierung und -prüfung, AP 3 Holzwerkstoffherstellung und -prüfung AP 4 Emissionsmessung und Sensorik AP 5 Projektkoordination AP 6 Projektdokumentation.
Das Projekt "Teilvorhaben 6B: Modifizierung von Cellulosefaserprodukten mit Polyvinylacetat und Derivaten und ihre Anwendung in Biokunststoffen - Spritzguss und Simulation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Clausthal, Institut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik durchgeführt. Innerhalb des Teilvorhabens wurde ein Projekt bearbeitet, bei dem mit Hilfe chemisch-angepasster Haftvermittlersysteme das verbesserte Anwendungspotenzial von Cellulose-Endlosfasern zur Herstellung von Naturfaser-verstärkten Kunststoffverbunden auf Basis thermo- oder duroplastischer Matrixsystemen untersucht werden sollte. Da eine gute Haftvermittlung zwischen Faser und Matrix die mechanischen Kennwerte des resultierenden Verbundes verbessert, sollten die Cellulosefasern kontinuierlich und qualitativ gleichmäßig durch entsprechende Haftvermittlersysteme beschichtet werden. Daran anschließend wurden die beschichteten Fasern sowohl durch kunststofftechnische Prozesse in entsprechende thermoplastische als auch mittels VARI-Technologie in eine duroplastische Matrix eingebracht. Gerade im Bereich der thermoplastischen Matrices wurden bislang Cellulose-Kurz- oder Langfasern (kleiner 30 mm) verwendet. Diese wurden dazu diskontinuierlich den verwendeten Haftvermittler- Suspensionen hinzugegeben, in diesen gerührt und zum Trocknen entnommen. Dieses zeit- und energieintensive Verfahren eignet sich jedoch ausschließlich zur Modifizierung kurzer Fasern für den Extrusion- und Spritzgussprozess, ist jedoch für Endlosfasern ungeeignet. Daher war eines der Ziele des betrachteten Projektes die Optimierung des Beschichtungsprozesses zur Gewährleistung eines homogenen Haftvermittlerauftrags auf die Faser. Ebenfalls galt es, den für die Weiterverarbeitung der beschichteten Fasern notwendigen nachgeschalteten Trocknungsprozess direkt in den Prozessablauf einzubringen, um eine erneute thermische Behandlung und damit potenzielle Schädigung der Fasern zu verhindern. In dem Vorhaben wurden acht verschiedene Haftvermittlersysteme kontinuierlich auf die Cellulosefaser aufgebracht. Anschließend erfolgte das Einbringen in die jeweilige Matrix sowie die Bestimmung der mechanischen Eigenschaften des Compounds bzw. Komposits.
Das Projekt "Teilvorhaben 6A: Modifizierung von Cellulosefaserprodukten mit polyvinylacetat und Derivaten und ihre Anwendung in Biokunststoffen - Faserbehandlung und Composite" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung durchgeführt. Ziel dieses Teilvorhabens des Forschungsverbundes 'Biopolymere' ist die Entwicklung vollständig biobasierter Cellulosefaser verstärkter Composite mit verbesserten mechanischen Eigenschaften unter Ausnutzung der ausgezeichneten adhäsiven Eigenschaften von Polyvinylacetat und dessen Derivaten. Es wird die gezielte Beeinflussung der Faser-Biopolymer-Grenzschicht und damit eine gezielte Steuerung der Compositeigenschaften, insbesondere der Schlagzähigkeit angestrebt. Zur Realisierung der Ziele erfolgt im Fraunhofer-IAP die Behandlung hochfester cellulosischer Spinnfasern, die vorwiegend als Verstärkung für Hochgeschwindigkeitsreifen eingesetzt werden, mit entsprechenden Dispersionen bzw. Lösungen. Unter Verwendung der erhaltenen modifizierten Fasern werden Composite mit biobasierten Matrixmaterialien hergestellt und charakterisiert. Dabei finden Polylactide und im Hause synthetisierte Stärkederivate besondere Berücksichtigung. Zusätzlich werden thermoplastifizierte Polyvinylalkohole hergestellt und als mögliche bioabbaubare Matrixmaterialien in die Untersuchungen einbezogen. Durch die Verwendung von Polyvinylacetat und dessen Derivaten als Phasenvermittler in vollständig biobasierten spritzgussfähigen Compositen sollen Möglichkeiten geschaffen werden, mit verbesserten Materialeigenschaften weitere Anwendungsfelder für Materialien auf Basis nachwachsender Rohstoffe zu erschließen. Besondere Verbesserungen sind für das Verhalten bezüglich schlagartiger Beanspruchungen zu erwarten.