Holzwerkstoff- und Naturfaser-Technologien

Forschungsprojekt

Superwood – Umwelt- und gesundheitsfreundliche Holzfaserplatten mit Casein-Bindemittel für Architektur und Möbelbau     

Regale, Schränke und andere Möbelstücke bestehen oft aus Holzfaserplatten. Sie werden derzeit meist mit petrochemischen Bindemitteln hergestellt, die gesundheitskritisches Formaldehyd ausdünsten. Mit Unterstützung des Fraunhofer WKI entwickelt die Designerin Sofia Souidi einen Werkstoff aus Holzfasern und Casein – ein formaldehydfreies Bindemittel, das schon vor Jahrhunderten als Klebstoff verwendet wurde. Beigemischte Farbpigmente und Granulate sowie 3D-Formbarkeit sorgen für vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten. Das Material soll aus recycelten Komponenten bestehen und selbst recyclingfähig sein.

Das Foto zeigt vier Holzwerkstoffplatten mit unterschiedlichen Farben und Strukturen.
© Studio Sofia Souidi
Ob einfarbig, marmoriert, mit grafischen Elementen oder terrazzoähnlichen Strukturen – Superwood bietet vielfältige Gestaltungsmöglichkeiten.
Das Foto zeigt einen Stehtisch. Er besteht aus zwei aufrecht stehenden, rechtwinklig miteinander verklebten Superwood-Platten. Eine der beiden Platten ist oben rechtwinklig abgekantet und fungiert somit gleichzeitig als Tischbein und Tischplatte.
© Studio Sofia Souidi
Aus Superwood lassen sich Platten oder Formteilen pressen, zum Beispiel für den Bau von Stehtischen für Messen und Veranstaltungen.
Das Foto zeigt zwei Personen vor einer Presse, die jeweils eine rechteckige flache Form mit einem farbigen Holzfasergemisch füllen.
© Studio Sofia Souidi
Im Holzwerkstofftechnikum des Fraunhofer WKI experimentiert Designerin Sofia Souidi mit verschiedenen Materialzusammensetzungen.

Mitteldichte Faserplatten (MDF) haben vorteilhafte Eigenschaften für den Möbel- und Innenausbau. Bei Schwankungen der Temperatur und Luftfeuchte im Raum verziehen sie sich kaum. Dank ihrer homogenen Struktur lassen sie sich sehr einfach zu Möbelstücken verleimen und lackieren. Als Bindemittel setzt die Industrie meist petrochemische Harnstoff-Formaldehydharze ein. 

Leim aus Casein (Milchprotein) wurde bereits im alten Ägypten als Klebstoff für den Möbel- und Bootsbau verwendet.  Gemeinsam mit der Produktdesignerin Sofia Souidi wollen wir ein hochleistungsfähiges, formaldehydfreies Bindemittel  auf Casein-Basis entwickeln. Zusammen mit Holzfasern soll daraus ein Material entstehen, das wie MDF verarbeitet werden kann. Es soll sich sowohl zu Platten als auch zu Formteilen pressen lassen. Unser Ziel ist, dass recycelte Holzfasern aus Altholz verwendet werden können. Außerdem erproben wir die Beimischung von andersfarbigen Forst- und Produktionsabfällen. Auf diese Weise lässt sich eine Vielzahl dekorativer Muster erstellen.

Projektphase 1

Die Forschungsarbeiten konzentrierten sich auf die Zusammensetzung und Optimierung des Materials im klein-industriellen Maßstab. Wir konnten sehr vielversprechende Ergebnisse in Bezug auf die Stabilität und Festigkeit erzielen. Das Material erfüllt bereits jetzt die geforderten Querzugfestigkeiten für MDF-Platten gemäß DIN EN 622-5 Typ MDF. 

Projektphase 2

Eine wichtige Voraussetzung für die Wettbewerbsfähigkeit des Materials ist seine Feuchtebeständigkeit.  Da Casein und Caseinate in ihrer Grundform wasserlöslich sind, suchen wir nach Lösungen, um sie wasserfest zu machen. Zunächst recherchieren wir überlieferte Rezepturen für wasserfeste Caseinleime und testen damit die Herstellung von Holzwerkstoffen. Außerdem werden wir die Caseine gezielt chemisch modifizieren. 

Durch Material- und Emissionsprüfungen stellen wir die Einhaltung rechtlicher Vorgaben und Qualitätsstandards sicher. Außerdem wollen wir den Herstellungsprozess in den industriellen Maßstab überführen, damit es sich auf dem Markt durchsetzen kann. Die Entwicklung eines Recyclingkonzepts für die Verwertung des Superwood-Materials nach Ende der ersten Nutzungszeit ist ebenfalls Teil des Projekts. 

Gesellschaftliche Relevanz

Formaldehyd ist eine flüchtige organische Verbindung (VOC). Die WHO und die EU stufen Formaldehyd als krebserregend ein. In der EU und in vielen außereuropäischen Ländern gelten daher Grenzwerte für den Einsatz von Formaldehyd in Holzwerkstoffen und anderen Produkten. Allerdings können sich die Emissionen der einzelnen Produkte in der Raumluft summieren, insbesondere bei mangelnder Lüftung. Denn Formaldehyd kann nicht nur aus Möbeln emittiert werden, sondern auch aus Wänden, Bodenbelägen oder Textilien. Formaldehydfreie Produkte sorgen für mehr Sicherheit.

Aus ökologischen Gesichtspunkten ist es grundsätzlich sinnvoll, Produkte aus Holz oder Holzwerkstoffen stofflich wiederzuverwerten anstatt die nach der ersten Nutzungsphase zu verbrennen oder zu deponieren. Außerdem steigt die Nachfrage nach Holz – auch weil Produkte aller Art zunehmend aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden. Gleichzeitig gibt es Bestrebungen, die Nutzung des Waldes zum Teil einzuschränken (Waldumbau) oder ganz zu unterbinden (Unterschutzstellung). Dadurch gewinnt das Recycling von Holzwerkstoffen an Bedeutung. Insbesondere im Messe- und Ausstellungsbau sind nachhaltige, kreislauffähige Materialien gefragt.

Wegen strenger Hygieneauflagen werden in Deutschland jedes Jahr ca. zwei Millionen Liter Milch entsorgt. Daraus lässt sich Casein extrahieren. So kann das Casein-Bindemittel aus einem vorhandenen Abfallprodukt hergestellt werden – ohne Lebensmittelkonkurrenz. 

Wirtschaftliche Vorteile

Die Holzwerkstoffindustrie sowie Unternehmen im Bereich Möbelherstellung, Innenarchitektur, Messebau und Veranstaltungsorganisation erhalten mit Superwood eine Möglichkeit, die zunehmend strengeren Anforderungen hinsichtlich Nachhaltigkeit und Formaldehydemissionen einzuhalten. Gleichzeitig können sie von den vielfältigen Gestaltungsmöglichkeiten des Materials profitieren und dadurch ggf. neue Geschäftsfelder erschließen. 

Projektpartner

  • Designbüro Sofia Souidi (Idee und Projektleitung)

Förderung

Projektphase 2

Fördermittelgeber: IKEA Stiftung

Laufzeit: 1.9.2021 bis 31.8.2022

Projektphase 1

Fördermittelgeber: Fraunhofer WKI (Stipendium »Fraunhofer-Residenz«)

Laufzeit: 1.7.2019 bis 31.8.2021 

Mehr Informationen

Wissenschaft, Kunst und Design

Fraunhofer fördert interdisziplinäre Projekte zwischen Natur- und Geisteswissenschaften. Ziel: Kreative Lösungen für komplexe gesellschaftliche Herausforderungen.

Projektwebsite

Mehr Infos zum Projekt »Superwood« finden Sie auf der Projektwebsite von Sofia Souidi.

Interview mit Sofia Souidi

Im Interview spricht Sofia Souidi über die Entstehung der Projektidee und die Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer WKI.