Ziel des Projektvorhabens ist die Entwicklung und Optimierung eines schwer entflammbaren Hybrid-Verbundwerkstoffes aus Laubholzfurnieren und Faser-Kunststoff-Verbunden für den Einsatz als Baustoff im konstruktiven Brandschutz unter Berücksichtigung einer deutlichen Reduzierung von Bauteildicken bzw. -massen, sowohl im Gebäudebau als auch im Fahrzeugbau. Die Holzfurniere sollen aus Rotbuchenholz bestehen, da u. a. die Substitution von Nadelholz (z. B. Kiefersperrholz) im Fokus des Forschungsprojektes liegt. Als Verstärkung werden textile Basaltfaserflächengebilde (Gewebe, Vliese etc.) verwendet, die auf Grund ihrer hervorragenden thermischen Beständigkeit bereits im Bereich des Brandschutzes zum Einsatz kommen. Als Bindemittel bzw. Matrixmaterial wird ein anteilig biobasiertes Phenolharz weiterentwickelt. Hierzu ist es notwendig eine entsprechend kompatible Faserschlichte zu entwickeln, welche eine geeignete Haftvermittlung zwischen den Basaltfasern und dem Bindemittel bzw. Matrixmaterial erzeugt. Darüber hinaus wird sowohl der Aufbau des textilen Gewebes als auch die Faserorientierung innerhalb des Holzfurniers aus mechanischer Sicht evaluiert und bemessen. Mithilfe des neuen Hybrid-Verbundwerkstoffes sollen einerseits Werkstoffe im Bereich des Brandschutzes substituiert werden, deren Anwendung durch umweltschädliche oder gesundheitsgefährdete Inhaltsstoffe langfristig Probleme aufwirft. Im Projekt sollen hierzu ausschließlich unbedenkliche Flammschutzmittel auf Basis reaktiver, organischer Phosphor- und Borverbindungen im Bindemittel eingesetzt werden und die Konzentration des Imprägniermittels für die Holzfurniere soweit wie möglich reduziert werden. Andererseits sollen durch eine stoffliche und geometrische Modellbildung auf Basis der Finite-Elemente Methode neue Anwendungsfelder der Hybrid-Werkstoffe für konstruktive Zwecke im Bauwesen, Fahrzeugbau und Maschinenbau erschlossen werden, wodurch die Wertschöpfung des Rohstoffes Holz maßgeblich gesteigert wird.
Das Forschungsvorhaben wird in Kooperation mit zwei weiteren Forschungseinrichtungen (Leibnitz Institut für Polymerforschung in Dresden, Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung in Teltow) sowie drei Unternehmen (Röchling Engineering Plastics SE & Co. KG in Haren, Deutsche Basaltfaser GmbH in Sangerhausen, EBF Dresden GmbH in Dresden) durchgeführt.
Neben der Charakterisierung des Verdampfungsverhaltens von Bor aus verschiedenen industriell hergestellten Borosilicatglasschmelzen durch Bestimmung der staub- und gasförmigen Borverbindungen im ungereinigten Abgas (Rohgas), wurde auch das Abscheideverhalten der installierten Abgasreinigungsanlagen an 18 Glasschmelzanlagen untersucht. Die Borverdampfung aus der Glasschmelze ist bei Brennstoff-Sauerstoff-beheizten Glasschmelzwannen (Oxy-Fuel-Wannen) höher als bei konventionell beheizten Glasschmelzwannen, die mit Luft als Oxidationsmedium arbeiten. Die höchste Verdampfungsrate an Bor wurde mit 7,4 an einer Oxy-Fuel-Wanne im Spezialglasbereich vorgefunden. Der Anteil anstaubförmigen Borverbindungen im Rohgas ist stark vom Alkaligehalt, evtl. auch vom Erdalkaligehalt der erschmolzenen Gläser abhängig. Bei alkalireichen Gläsern findet man im Abgas hohe Gesamtstaubkonzentrationen, wodurch entsprechende Reaktionspartner beispielsweise zur Natriumboratbildung zur Verfügung stehen. Bei alkaliarmen Gläsern dominiert der Anteil der gasförmigen Borverbindungen, bei alkalifreien Gläsern spielen die staubförmigen Borverbindungen im Rohgas nur eine untergeordnete Rolle. Die höchsten staubförmigen Borkonzentrationen im Rohgas wurden an einer Oxy-Fuel-Wanne im Spezialglasbereich mit 271 mg/m3 festgestellt. Die höchste gasförmige Borkonzentration im Rohgas betrug 359 mg/m3. Sie wurde ebenfalls an einer Oxy-Fuel-Wanne gemessen, die ein alkalifreies Spezialglas erschmilzt. Anhand von gezielten Minderungsversuchen durch Änderung der Sorptionsmittelart und/oder der Sorptionsmittelmenge an Trockensorptionsstufen von filternden Abscheidern wurde nachgewiesen, dass sich die Minderungsraten, insbesondere durch den Einsatz von Natriumbicarbonat, verbessern lassen. Die Minderung an gasförmigen Borverbindungen wurde dabei je nach Sorptionsmittelmenge von 34 Prozent auf bis zu 79 Prozentgesteigert. Allerdings muss der Erfolg mit einem sehr hohen Sorptionsmitteleinsatz erkauft werden. Die besten Minderungsraten bei den gasförmigen Borverbindungen wurden mit 91 Prozent an einer dreistufigen Gewebefilteranlage mit sehr hohem Sorptionsmitteleinsatz (Ca(OH)2) vorgefunden. Die Abscheidung staubförmiger Borverbindungen funktioniert sowohl bei E-Filtern als auch bei Gewebefilteranlagen sehr gut. Problematisch sind die aufwachsenden Borschichten an kalten Stellen der Filteranlage und des Abgassystems. Die Abscheidung gasförmiger Borverbindungen gestaltet sich deutlich schwieriger. Sie wird durch die Abgaszusammensetzung und die Höhe der Abgastemperatur dominiert und lässt sich nur durch einen hohen apparativen Aufwand bei der Abgasreinigungsanlage und an bestehenden Anlagen mit Trockensorptionsstufe durch hohe Sorptionsmitteldosierung erzielen. Im Gegensatz zu fossil beheizten Glasschmelzwannen liegen die Emissionen von vollelektrisch beheizten Glasschmelzwannen mit 'kaltem' Oberofen - sog. Cold-Top-Wannen auf deutlich niedrigerem Niveau. usw.