Bindemittel und Beschichtungen

Forschungsprojekt

Schaltbare Klebstoffe zur Verklebung von zementgebundenen Holzwerkstoffplatten für den Holztafelbau    

Wie kann man Fertighäuser noch effizienter und ressourcenschonender bauen? Gemeinsam mit unseren Projektpartnern entwickeln wir schaltbare Klebstoffe für die stirnseitige Fügung von zementgebundenen Holzwerkstoffplatten. Das ermöglicht die Herstellung von verschnittarmen Endlosplatten. Bisher verfügbare Klebstoffsysteme sind aufgrund begrenzter Verarbeitungszeiten hierfür ungeeignet. Mit schaltbaren Klebstoffen lassen sich Verbindungen einfach herstellen und wieder lösen. Das spart nicht nur Material, sondern erhöht auch die Flexibilität beim Bauen und die Recyclingfähigkeit der Bauelemente.

Material mit karamellartiger Farbe und Konsistenz in einem 3-Halskolben mit Rückflusskühler und mechanischem Rührwerk.
© Fraunhofer WKI | Manuela Lingnau
Im Chemielabor des Fraunhofer WKI werden Klebstoffharze für schaltbare Klebstoffe synthetisiert.
Material mit honigartiger Konsistenz und Farbe in einem Laborglas.
© Fraunhofer WKI | Manuela Lingnau
Das Klebstoffharz ist bereit für die Weiterverarbeitung. Im nächsten Schritt kommen Vernetzer und Suszeptoren (Metallpartikel) hinzu.
Grafische Darstellung des Funktionsprinzips der Klebstoffschaltung.
© Fraunhofer WKI | Steven Eschig
Durch die thermoreversiblen Vernetzungen lässt sich die Klebwirkung gezielt an- und ausschalten.

Durch den Einsatz schaltbarer Klebstoffe können die Auftragung (Applikation) des Klebstoffes und die Fügung der Bauteile unabhängig voneinander durchgeführt werden. Die prinzipielle Machbarkeit wurde in der Wissenschaft bereits beschrieben – wir erforschen die Details und entwickeln ein anwendungsreifes Produkt. Unser Ziel ist ein Polyurethan-Klebstoff, dessen Klebewirkung sich temperaturgesteuert ein- und ausschalten lässt.  Erreichen möchten wir dies durch eine spezielle Struktur des Klebstoffes und die Integration chemischer Funktionen. Unterhalb von 60 °C bilden diese Funktionen miteinander chemische Bindungen aus und der Klebstoff ist vernetzt. Oberhalb von 120 °C lösen sich diese Bindungen und der Klebstoff schmilzt auf. Dieser Vorgang ist mehrfach wiederholbar. 

Um die zur Schaltung des Klebstoffes benötigte Wärme gezielt in den Klebstoff zu führen, werden wir spezielle Metallpartikel, sogenannte Suszeptoren, in den Klebstoff einarbeiten. Durch Anlegen eines elektromagnetischen Wechselfeldes lassen sich diese Partikel innerhalb von Sekunden erwärmen. Die Wärme wird an den umliegenden Klebstoff abgegeben. Das Funktionsprinzip ist vergleichbar mit einem Induktionsherd.

Die Applikation und Erwärmung des Klebstoffs bei der Vorfertigung im Werk oder auf der Baustelle soll möglichst einfach sein. Gemeinsam mit unseren Projektpartnern betrachten wir hierzu verschiedene Verfahren.  Auch Untersuchungen zum Brandschutz sind Teil des Projekts. 

 

Gesellschaftliche Relevanz

Gebäude aus Holz und anderen nachwachsenden Rohstoffen sind gut für das Klima und verbrauchen wenig endliche Ressourcen. Fertighäuser können dazu beitragen, den Anteil nachwachsender Rohstoffe im Bauwesen zu erhöhen. Durch die schaltbaren Klebstoffe schaffen wir eine Möglichkeit, um sie flexibler planen sowie schneller und wirtschaftlicher herstellen zu können. Somit könnte zum Beispiel in Ballungsgebieten zügig auf die Nachfrage nach zusätzlichem Wohnraum reagiert werden. Die reversible Klebewirkung ermöglicht außerdem einen einfachen Rückbau der Gebäude. Ganze Wandelemente könnten wiederverwendet und müssten nicht neu produziert werden.

Auch in anderen Lebensbereichen könnten die Technologie der reversiblen Vernetzung in Zukunft eine große Rolle spielen. Aus ökologischen Gründen werden zunehmend Leichtbauteile aus biobasierten, hochleistungsfähigen Hybridmaterialien eingesetzt, etwa Faserverbundkunststoffe im Fahrzeugbau. Es ist denkbar, die Schaltbarkeit direkt im Material zu integrieren. Dadurch ergäben sich ganz neue Recyclingmöglichkeiten.  

 

Wirtschaftliche Vorteile

In der Bau- und Wohnungswirtschaft wächst aus wirtschaftlicher, gesellschaftlicher und umweltpolitischer Sicht der Druck, nachhaltig und gleichzeitig kostensparend zu bauen. Schaltbare Klebstoffe können den Bau von Fertighäusern wirtschaftlich attraktiver machen. Die Gebäude lassen sich damit nicht nur zeit- und kosteneffizient herstellen, sondern auch flexibel auf die Bedürfnisse der Kunden anpassen. Bei vorausschauender Planung könnte man beispielsweise während der Gebrauchszeit je nach Bedarf Wände hinzufügen oder entfernen. Auch die Automobil- und Möbelindustrie könnte von den flexiblen 

Projektpartner

  • Jowat SE
  • SchwörerHaus KG
  • TRUMPF Hüttinger & Co. KG

Am Fraunhofer WKI stellen wir die Klebstoffpolymere und Formulierungen her, arbeiten die Suszeptoren ein, testen die elektromagnetische Erwärmung und machen eine Temperaturüberwachung der Klebstofffuge. Die Prüfungen der Klebstoffe nach einschlägigen DIN-Normen sowie das Up-Scaling erfolgen bei Jowat. Verklebungsversuche unter Einsatzbedingungen und Tests zur Verarbeitbarkeit werden bei der Firma SchwörerHaus KG durchgeführt. Die Firma TRUMPF Hüttinger berät bei der Durchführung. der induktiven Erwärmung, der Planung notwendiger Anlagen und der Einhaltung der Sicherheitsbestimmungen.

Förderung

Offizieller Projekttitel: Bonding on Demand – Klebstoffe zur Verklebung von zementgebundenen Holzwerkstoffplatten für den Holztafelbau

Fördermittelgeber: Bundesministerium des Innern, für Bau und Heimat (BMI)

Projektträger: Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR)

Förderkennzeichen: F20-19-1-093

Laufzeit: 1.12.2020 bis 30.11.2022 

Dieses Projekt wurde gefördert vom Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung im Auftrag des Bundesministeriums des Innern, für Bau und Heimat aus Mitteln der Zukunft Bau Forschungsförderung.