Holzwerkstoff- und Naturfaser-Technologien

Forschungsprojekt

Neues Verfahren zum Einsatz von alternativer Rohstoffe für mitteldichte Faserplatten (MDF)

Forschungsbedarf zum Einsatz alternativer Rohstoffe zur Herstellung von MDF ergibt sich aus den zu erwartenden Engpässen bei der Rohstoffversorgung der Holzwerkstoffindustrie mit Waldindustrieholz wie Kiefer und Fichte. Gebrauchte Span- und mitteldichte Faserplatten (MDF), Stroh und Altpapier werden bislang kaum oder nicht für die Herstellung von MDF eingesetzt. 

Derzeit werden in einigen MDF-Werken Produktionsabfälle und Gebrauchtplatten in Mengen von etwa 3…5 % eingesetzt, wobei das Material gemeinsam mit den Holzhackschnitzeln aufgeschlossen wird. Eine weitere Erhöhung der eingesetzten Recyclingfaserplatten ohne Veränderung des Aufschlussprozesses und der Herstellungsparameter führt nach den bisherigen Erfahrungen zu einer Verschlechterung in den mechanischen und hygrischen Eigenschaften der hergestellten MDF. Untersuchungen zum Einsatz von Altpapier (Zeitungen, Zeitschriften und Kaufhausaltpapier) zeigten, dass lediglich mechanisch zerfasertes Altpapier den thermomechanisch gewonnenen Holzfasern bis zu etwa 30 % beigemischt werden kann, ohne dass die mechanischen Eigenschaften der MDF nennenswert beeinträchtigt werden. Das Altpapier  hatte sogar einen positiven Einfluss auf die Dickenquellung und die Wasseraufnahme der MDF.

Ein weiterer Rohstoff, der bislang industriell für die MDF-Herstellung nicht verwendet wird, ist Stroh. In einem Forschungsvorhaben wurde der Nachweis erbracht, dass durch die Extrudertechnologie die Verleimbarkeit von Strohfasern gegenüber Aminoplastharzen erheblich verbessert wird. Da Getreidestroh über eine relativ niedrige Rohdichte verfügt, kann dessen Einsatz in MDF zu einer Verringerung der gesamten Plattenrohdichte führen. Der Einsatz von kurzfaserigen aufbereiteten Strohfasern könnte die Oberflächeneigenschaften  der MDF verbessern.

Ziel eines Verbundforschungsvorhabens ist die Entwicklung eines Verfahrens zum gezielten Einsatz von Faserstoffen aus Gebrauchtholzwerkstoffen, Altpapier und Einjahrespflanzen (Stroh). Hierbei sollen industriell erprobte Technologien aus unterschiedlichen Industriezweigen (Extrudertechnologie, Altpapieraufbereitungstechniken und MDF-Herstellungstechnologie) gekoppelt werden. Durch die Zuführung von gezielt separat aufbereiteten sekundären Rohstoffen in den MDF-Herstellungsprozess sollen die unterschiedlichen Fasereigenschaften gezielt für die Platteneigenschaften (z.B. Dickenquellung, Sorptionsverhalten, Oberflächeneigenschaften) genutzt werden. Darüber hinaus ergibt sich die Möglichkeit, das Bindemittel und den Bindemittelaufwand den verschiedenen Faserstoffen anzupassen und gegebenenfalls Bindemittel einzusparen.

Bislang wurden aus Kiefernholz, Spanplatten und MDF im Refiner und Extruder nach dem thermomechanischen (TMP) und chemo-thermomechanischen (CTMP) Verfahren zu Faserstoffen verarbeitet. Die CTMP wiesen einen niedrigeren Splittergehalt auf als die entsprechenden TMP. Ferner zeigten Faserstoffe aus MDF eine größere Faserlänge und Faserwandstärke sowie niedrigeren Feinstaubanteil als Faserstoffe aus Spanplatten. Kiefern-TMP wies im Vergleich zu den TMP aus Spanplatten und MDF einen relativ hohen Splittergehalt, größere Faserlänge sowie niedrigeren Feinstaubanteil auf.

Weiterhin wurden Faserstoffe aus Raps- und Weizenstroh mittels eines Papier-Refiners drucklos (50…70 °C) ohne und mit alkalischer Vorbehandlung hergestellt. Rapsstroh ergab eine längere und steifere Faser als Weizenstroh. Die Vorbehandlung des Rapsstrohs mit Alkali (Natriumhydroxid) führte bei geringerem Energieeinsatz zu größeren Faserlängen.

Bisher wurden MDF nach dem Blender-Verfahren hergestellt, bei denen 30 % des Kiefern-TMP durch Refiner-Faserstoffe aus Raps- und Weizenstroh sowie UF-Harz-gebundenen Spanplatten und MDF substituiert wurden. Die physikalisch-technologischen Eigenschaften der hergestellten MDF wiesen keine grundsätzlichen Unterschiede zu MDF aus 100 % Kiefern-TMP auf. Platten mit 30 % Faserstoffen aus MDF zeigten sogar eine deutlich reduzierte Dickenquellung (Bild 2) und Wasseraufnahme nach Wasserlagerung.  Die Formaldehydabgabe der unter Einsatz von Faserstoffen aus MDF und Spanplatten hergestellten Platten war niedriger als die der MDF aus Kiefern-TMP und den Platten mit Faserstoffen aus Weizen- sowie Rapsstroh. Platten mit 30 % Faserstoff aus MDF hatten die niedrigste Oberflächenrauheit.

Die MDF-Anlage des WKI wurde um die Möglichkeit der Zuführung von unbeleimtem oder trocken beleimtem Faserstoff aus verschiedenen und verschieden aufbereiteten Rohstoffen unmittelbar in den Rohrstromtrockner erweitert. Versuche zur Einschleusung der separat aufbereiteten Faserstoffe in den bestehenden Herstellungsprozess werden in Kürze erprobt.

 

Projektpartner

Universität Göttingen
Institut für Forstbotanik
Abt. Molekulare Holzbiologie und Technische Mykologie
Prof. Dr.-Ing. Edmone Roffael
Telefon: +49 (0) 551 / 391-9978
eroffae1@gwdg.de

Papiertechnische Stiftung Heidenau (PTS)
Dipl.-Ing. Gert Bär
Telefon: +49 (0) 3529/55 16 88
Gert.Baer@ptspaper.de

 

Förderung
AiF über iVTH