Materialanalytik und Innenluftchemie

Forschungsprojekt

Zeolithe mit absorberkatalytischer Wirkung für Formaldehyd in Holzwerkstoffen

Weit mehr als 85 Prozent aller Holzwerkstoffe werden mit formaldehydhaltigen Klebstoffen hergestellt. Zunehmend strengere Vorschriften hinsichtlich von Formaldehydemissionen stellen die Klebstoffhersteller und die Holzwerkstoffindustrie seit den 70iger Jahren vor große Herausforderungen. Vorrangiges Ziel des Forschungsvorhabens war es, die Formaldehydemissionen von Holzwerkstoffen durch die Zugabe geringer Teile von Absorbern auf Basis von Zeolithen mit gleichzeitiger katalytischer Wirkung merklich zu senken.

© Foto Fraunhofer WKI

Modifizierung einer Zeolithoberfläche mit 3-Aminopropyltriethoxysilan (nach Liu et al. 1997).

© Foto Fraunhofer WKI

Reaktion eines Aldehyds mit der Aminopropylgruppe auf der Zeolithoberfläche (R = H: Formaldehyd) (Yang et al. 2005).

© Foto Fraunhofer WKI

Vergleich der Formaldehyd-Konzentrationsverläufe in der Prüfkammer für verschiedene Zeolithe.

Formaldehydhaltige Klebstoffe sind im Vergleich mit anderen, ebenfalls grundsätzlich geeigneten Klebstofftypen, ausgesprochen preiswert und daher unter ökonomischen Gesichtspunkten für die Holzwerkstoffindustrie unverzichtbar. Die Reaktion erfordert jedoch einen Überschuss an Formaldehyd, der als Gas sowohl bei der Herstellung als auch aus den fertigen Platten unerwünschte Emissionen verursacht. 

Zunächst wurden im ISC verschiedene Zeolithe zusammengestellt und teilweise synthetisiert, von denen eine Absorptions- und/oder Abbauwirkung in Bezug auf Formaldehyd erwartet werden konnte. In diese Auswahl wurden natürliche, künstliche und modifizierte Zeolithe einbezogen. So wurde ein Zeolith Y mit (3-Aminopropyl)-triethoxysilan mit dem Ziel modifiziert, den Formaldehyd mittels Bildung einer so genannten »Schiff’schen Base« zu binden (Abb. 1 und 2). Diese Zeolithe wurden im WKI vergleichend auf ihre Fähigkeit untersucht, Formaldehyd aus der Luft zu binden. Eine entsprechende Wirkung wurde bei allen Zeolithen festgestellt, wobei sich die künstlichen Formen und insbesondere deren Modifikationen als besonders wirksam herausstellten (Abb. 3). Diese Zeolithe wurden in einem ersten Versuch in Spanplatten eingebracht, wobei der Zeolithanteil jeweils 5 % betrug. Die Zeolithe wurden dabei entweder gleichmäßig oder schichtweise eingestreut. In den frischen Proben wurde eine Reduktion der Formaldehydemission von bis zu 30 % festgestellt.

In weiteren Versuchen soll die Wirkung durch Variation sowohl der Zeolithe als auch der Herstellungsweise der Platten weiter optimiert werden. Im Anschluss an das laufende Pilotprojekt wird die Umsetzung in die Praxis mit Projektpartnern aus der Industrie angestrebt. Die entwickelten Holzwerkstoffe wurden unter dem Titel »Lignocellulosehaltige Werkstoffe mit geringer Formaldehydabgabe« zum Patent angemeldet.

Die Durchführung des Projekts erfolgte seitens des Fraunhofer ISC (Herstellung der Zeolithe), des WKI, Fachbereich Verfahrens- und Systemtechnik Holzwerkstoffe (Herstellung der Platten) sowie des WKI, Fachbereich Materialanalytik und Innenluftchemie (Bestimmung und Bewertung der Wirkung).

 

Förderung:
Fraunhofer-Gesellschaft