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Entwicklung von Verfahren zur Verminderung der Abgabe von flüchtigen organischen Säuren aus Buchen-MD, Teilvorhaben 1: Versuche zur Verminderung der Emission an flüchtigen organischen Säuren

Entwicklung von Verfahren zur Verminderung der Abgabe von flüchtigen organischen Säuren aus Buchen-MD, Teilvorhaben 3: Beschichtung der MDF und Prüfung der Beschichtungsqualität

Entwicklung von Verfahren zur Verminderung der Abgabe von flüchtigen organischen Säuren aus Buchen-MD, Teilvorhaben 2: Aufschlussuntersuchungen und MDF-Herstellung im Pilotmaßstab

Entwicklung von Verfahren zur Verminderung der Abgabe von flüchtigen organischen Säuren aus Buchen-MD

Erhöhung der Festigkeiten und der Feuerbeständigkeit von Leichtbau-Holzwerkstoffen durch Basaltinlays und mineralische Bindemittel

Ziel des geplanten Projektvorhabens ist die Optimierung der Festigkeiten und der Feuerbeständigkeit rohdichtereduzierter einschichtiger und dreischichtiger Spanplatten und Oriented Strand Boards (OSB) für den Bausektor und die Verpackungsindustrie. Durch den Einsatz geeigneter Matten (Inlays) auf Basaltbasis sollen die für den Bausektor notwendigen Mindestanforderungen an die Festigkeit (insbesondere der Biegefestigkeit) trotz reduzierter Rohdichten erfüllt werden. Spanplatten und OSB für den Bausektor werden größtenteils mit polymerem Diphenylmethandiisocyanat (pMDI), Phenol-Formaldehyd-Harzen (PF-Harz) oder Melamin-Harnstoff-Formaldehyd-Harzen (MUF-Harz) gebunden, um eine entsprechende Wasserbeständigkeit der Werkstoffe zu gewährleisten. Für die Erreichung hoher Festigkeitswerte ist eine gute Anbindung der Bindemittel an die Basaltfasermatten und damit eine feste Einbindung der Basaltfasermatten in den Werkstoffverbund notwendig. Um dies zu erreichen, sollen die Oberflächen der Basaltfasermatten modifiziert werden. Dazu werden vor allem Silanverbindungen und Kieselsole eingesetzt. Der zweite Aspekt dieses Forschungsvorhabens betrifft die Optimierung der Feuerbeständigkeit von Holzwerkstoffen, die in vielen Bereichen des Bausektors gewährleistet werden, muss. Für diesen Forschungsansatz sollen alternative Klebstoffe auf Mineralbasis (Wasserglas, Kieselsole, Carbonate), die einen entsprechenden Feuerschutz bieten, entwickelt und in Kombination mit den typischen Bindemitteln (Isocyanat, PF-Harz und MUF-Harz) eingesetzt werden. Die entwickelten Bindemittelsysteme werden dann auch für die Werkstoffe mit Basaltinlays angewandt. Die Festigkeitswerte, hygrischen Eigenschaften sowie das Brandverhalten der hergestellten Produkte werden nach Normverfahren der Industrie evaluiert.

Verwendung gebrauchter Holzfaser- und Holzspanplatten als alternative Rohstoffe zur Herstellung quellungsarmer Holzfaserplatten durch eine neue innovative Technologie

Ziel des Vorhabens ist es, aus gebrauchten Aminoplastharz- (UF-, MUF-Harz) gebundenen Span- und Faserplatten mit Hilfe einer innovativen Technologie quellungsarme Faserplatten herzustellen, wobei die neue Verfahrensweise integraler Bestandteil des Herstellungsprozesses von Holzfaserplatten ist. Hierzu sollen Gebrauchtplatten unter optimierten Bedingungen chemo-thermomechanisch (CTMP-Prozess) aufgeschlossen werden. Durch das CTMP-Verfahren werden erhebliche Anteile des Aminoplastharzes in den gebrauchten Span- und Faserplatten abgebaut, auch ein Teil des Lignins wird wasserlöslich. Die Abbauprodukte sollen in situ aktiv an der Entstehung der Faser-zu-Faserbindung in den neu herzustellenden Faserplatten beteiligt werden (Aktivierung des Eigenbindevermögens). Das Vorhaben stützt sich u.a. auf bisherige Arbeiten (FKZ 22038311), die gezeigt haben, dass die Eigenschaften von UF-Harz-gebundenen MDF durch geringfügige Zugabe des Bindemittels Diphenylmethandiisocyanat (PMDI) erheblich verbessert werden (Doppelbeleimungstechnologie).

Untersuchungen zur Zerfaserung, Sichtung und Beleimung von Altpapiersortimenten im Trockenverfahren zur Erzeugung formaldehydfreier mitteldichter Faserplatten (MDF)

Trotz bereits existierender strenger Grenzwerte hinsichtlich der Abgabe von Formaldehyd aus Holzwerkstoffen fordern Verbraucherschützer eine weitere Minimierung der Formaldehyd(HCHO)-Emission aus Holzwerkstoffen bis hin zu Null-Formaldehyd-Produkten. Diese Forderung wird durch die seit Anfang 2016 in Kraft getretene neue Einstufung von HCHO in der EU als krebserzeugender Stoff noch verstärkt. Die Herstellung HCHO-freier Werkstoffe auf Basis von Lignocellulosen erfordert jedoch nicht nur den Einsatz HCHO-freier Bindemittel. Auf Grund des Holz-immanenten HCHOs ist derzeit lediglich eine 'HCHO-frei verklebte' aber keine gänzlich HCHO-freie MDF erzeugbar. Eine Erzeugung HCHO-freier MDF ist durch eine Substitution des Holzes durch Altpapier denkbar. Auf diese Weise sollen Altpapiersortimente zum Einsatz kommen, wie z. B. schwer zerfaserbare Altpapiere und Spezialpapiere und neue sekundäre Rohstoffquellen für die Werkstoffherstellung erschlossen werden, welche nicht in Konkurrenz zu den herkömmlich genutzten Altpapiersortimenten stehen. Ein bereits etabliertes HCHO-freies Klebstoffsystem ist das polymere Diphenylmethandiisocyanat (pMDI). Die höheren Materialkosten des pMDI können durch bessere Materialeigenschaften (z. B. höhere Feuchtbeständigkeit, bessere mechanische Eigenschaften) und deutlich geringere Einsatzmengen (ca. 1/4) kompensiert werden. Bisher kommt pMDI bereits in MDF für Spezialanwendungen zum Einsatz. Das Forschungsziel besteht in der Erarbeitung einer trockenen Zerfaserungstechnologie zur Aufbereitung von Altpapier zur Herstellung von formaldehydfreien MDF. Das beinhaltet die Entwicklung und Auslegung einer Wirbelstrommühle auf die Gegebenheiten der relevanten Altpapiersortimente und die kapazitiven Voraussetzungen sowie die Erprobung hinsichtlich der trockenen Zerfaserung von Altpapier unter Berücksichtigung der Zerfaserungsenergie und der resultierenden Altpapierfasereigenschaften (Faserkürzung, Zellwandschädigung, Anteil Stickies, etc.). Im Weiteren ist die Technologieentwicklung zur trockenen Separierung von Gut-, Füll- und Störstoffen zu berücksichtigen. Dieser Prozessschritt ist notwendig, da Altpapier zahlreiche Stör- und Fremdstoffe enthält, die entweder den Produktionsprozess oder die Eigenschaften der MDF stören. Da in MDF vorrangig die Faserpartikel für die Festigkeitseigenschaften verantwortlich sind, müssen Fein- und Füllstoffe sowie Faserfremdmaterialien abgetrennt werden, um die geforderten Eigenschaften zu erzielen. Die Trockenbeleimung der Altpapierfasern ist mittels Blenderbeleimung unter Variatiion des Anteils an Klebstoff (pMDl) vorgesehen. Durch Überprüfung der mechanisch-physikalischen Eigenschaften der labortechnisch dargestellten Altpapier-MDF werden die Eigenschaftsausprägung beeinflussenden Kenngrößen identifiziert und auf den Aufbereitungsprozess übertragen. (Text gekürzt)

Hybrid Wood Bond: Studies of the interactions between UF/pMDI hybrid adhesives and the final panel properties for the production of low formaldehyde emission wood based panels

Combined mixtures of polymeric diphenyl-methane diisocyanates (pMDI) with Urea-formaldehyde (UF) - resins can provide alternative adhesives with improved properties. Although such adhesives are reportedly industrially used in some cases, a fundamental understanding of their influence on the panel properties is still lacking. The aim of this project is an investigation of the correlation of the colloidal appearance of such selected hybrids with the gluing, pressing and final panel properties. During the 1,5 years of study several formulations as well as the UF/pMDI hybrid adhesives-panel properties interactions have been experimented and tested in laboratory scale. This presented project reports on the results of (a) x-ray diffraction analysis (XRD) of the cured mixtures of pMDI with UF resin adhesives which present a certain percentage of microcrystallinity, this being due exclusively to the proportion of urea-formaldehyde resin present in the mix, (b) polarized light optical microscopy (PLOM) to present colloidal structures in which oligomers and colloidal structures of one resin have migrated within the colloidal structures of the other resin, and (c) solid state 13C nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy of the hardened UF/pMDI resin systems showing that urethane bridges derived by the reaction of the isocyanate group with the hydroxymethyl group of urea do form, even at fast curing times, but they appear to form in lower proportions than what has already been shown to occur at much longer curing times. Also the simultaneous visualization of UF resin, pMDI and their combined mixtures on MDF fibre and panels is shown. Through the use of confocal laser scanning microscopy (CLSM) and dual fluo-rescent labels, the distribution and coverage of different UF resins, one emulsifiable and one non-emulsibiable pMDI and their mixtures have been quantified. Analysis of the UF resin, pMDI and their mixes gave resin coverage values generally in accord with the resin loading in the MDF panels. The resin distribution of the UF resins and pMDI was typical for dry-blending with some evidence of overlap of droplets at higher UF resin content. Substantial differences in coverage and distribution were obtained between the samples for UF resins. Some interactions of resin and pMDI on unpressed fibre and MDF were also determined by this image analysis method. Finally the panel proprieties as well as the formaldehyde emissions were evaluated. Best results concerning the improvement of the panel properties were obtained for gluemixes with low molar ratio UF 0,75:1 and emulsifiable pMDI. Starting from a ratio UF/pMDI of 70/30 all qualitative requirements of the international standards could be passed. However, lower Formaldehyde emissions, satisfying the requirements of F** (E1), were only reached using gluemixes with lower molar ratio UF. (abridged text)

'Verfahren zur Herstellung von Holz- und/oder Verbundwerkstoffen' mittels innovativer Heißluft/-dampftechnologie

An der Universität Göttingen wurde eine innovative Verfahrenstechnik (vgl. DE 10 2012 101 717 A1, 2013) erfunden, die es ermöglicht, Holzfaserdämmstoffe mit Bindemittelsystemen herzustellen, die bei Temperaturen oberhalb von 100°C aushärten. Die herkömmliche industriell angewandte Verfahrenstechnik ermöglicht derzeit lediglich eine Temperatur von bis zu 100°C im Faservlies. Daher wird industriell bislang ausschließlich polymeres Diphenylmethandiisocyanat (PMDI) als Bindemittel eingesetzt, welches bei Temperaturen unterhalb von 100°C aushärtet. In diesem Projekt soll nachgewiesen werden, dass sich mit dem zum Patent angemeldeten Verfahren Holzfaserdämmplatten mit preislich günstigeren Aminoplastharzen sowie naturnahen Bindemitteln wie Proteine, Stärke etc., die deutlich höhere Temperaturen zum Aushärten benötigen, herstellen lassen. Hierzu sollen Rezepturen und entsprechende Plattenproben im Labormaßstab gefertigt werden, um die wirtschaftliche Verwertung dieser patentierten Verfahrenstechnik durch die Universität Göttingen (Vergabe von Lizenzen) voranzutreiben. Zum Erreichen dieser Ziele werden zunächst geeignete Holzfasern, Additive, Aminoplastharze, Proteine und Stärke geworben, charakterisiert und anschließend zur Entwicklung von geeigneten Plattenrezepturen verwendet. Durch schrittweise Optimierung sollen die Festigkeiten und Presszeiten optimiert werden. Am Ende stehen Prototypen, die das Potenzial der zugrundeliegenden Erfindung für Interessenten an den Lizenzen aufzeigen.

Untersuchungen zur Steigerung der Qualität von Laubholzfaser- und -spanplatten, hergestellt mit besonders formaldehydarmen Harzen (F:U kleiner als 1), durch eine neuentwickelte Doppelbeleimungstechnologie

Faserplatten, die aus Laubholz unter Verwendung von Aminoplastharzen, insbesondere Harnstoffformaldehyd-Harzen (UF-Harze), hergestellt werden, weisen eine extrem hohe Dickenquellung und Wasseraufnahme sowie eine niedrige Feuchtebeständigkeit auf. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, diesen Nachteilen durch Anwendung einer innovativen Aufschluss- und Doppelbeleimungstechnologie entgegen zu wirken. Die Technologie basiert auf dem chemo-thermo-mechanischen Holzaufschluss (CTMP) und der Beleimung der Fasern mit einer Kombination von UF-Harzen und Klebstoffen auf Basis von polymerem Diphenylmethandiisocyanat (PMDI). Es wird davon ausgegangen, dass diese Technologie die Dickenquellung und Wasseraufnahme erheblich reduziert sowie die Feuchtebeständigkeit der Platten deutlich verbessert. Nach dieser neuen Technologie hergestellte Platten könnten gegenüber mit konventionellen UF-Harzen gefertigten Platten auch Vorteile hinsichtlich anderer Eigenschaften wie der Formaldehydabgabe oder der Emission an flüchtigen organischen Verbindungen (VOC) mit sich bringen. Die Doppelbeleimungstechnologie soll auch eingesetzt werden, um die Eigenschaften von aus Laubholz hergestellten Spanplatten zu verbessern. Die Laborergebnisse sollen im Rahmen von Industrieversuchen überprüft werden.

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