Qualitätsprüfung und -bewertung

Forschungsprojekt

Formaldehydfreie Dispersionsklebstoffe für die Herstellung von Holzwerkstoffen

Derzeit kommen als Klebstoffe in der Holzwerkstoffherstellung überwiegend formaldehydhaltige Aminoplastharze zum Einsatz. Die EU hat Formaldehyd als mutagen und kanzerogen wirkende Substanz eingestuft. Eine Alternative könnten die in der Möbelindustrie gebräuchlichen Dispersionsklebstoffe auf Basis von Polyvinylacetat (»Weißleim«) sein. Sie sind formaldehydfrei, jedoch derzeit aufgrund ihrer thermoplastischen Eigenschaften für die Holzwerkstoffherstellung nur sehr begrenzt einsetzbar. Wir entwickeln einen formaldehydfreien Dispersionsklebstoff mit duroplastischen Eigenschaften auf Basis von Polyvinylacetat (PVAc) und Zuckerderivaten. Damit schaffen wir die Voraussetzungen, dass Holzwerkstoffe künftig mit formaldehydfreien Klebstoffen unter Verwendung von nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden können.

Stück einer MDF-Platte mit sichtbarer Sägekante liegt neben einem Haufen Holzfasern.
© Fraunhofer WKI | Manuela Lingnau
Beispiel für Partikelverklebung: Mitteldichte Faserplatte (MDF)
Stück einer Spanplatte mit sichtbarer Sägekante liegt neben einem Haufen Holzspänen.
© Fraunhofer WKI | Manuela Lingnau
Beispiel für Partikelverklebung: Spanplatte

Konventionelle Holzwerkstoffe werden mit formaldehydhaltigen Duroplasten hergestellt, die beim Pressen aushärten. Unser Ansatz besteht darin, formaldehydfreie Thermoplasten wie Weißleim einzusetzen. Da sich Thermoplasten unter Last und Wärme verformen können, modifizieren wir diese mit einem neuen, biobasierten Baustein. Dieser Baustein ist ein radikalisch polymerisierbares Zuckerderivat und kann mit dem Polyvinylacetat-Leim (Weißleim) copolymerisert werden. Dadurch wird die Glasübergangstemperatur und somit die Wärmeformbeständigkeit angehoben. Auf diese Weise können wir die thermoplastischen Eigenschaften der Leime einem Duroplasten angleichen.

Die klebtechnische Qualität des PVAc-Zucker-Klebstoffs bewerten und optimieren wir anhand mechanischer Werkstoffprüfungen. Im Hinblick auf die gesundheitliche Unbedenklichkeit messen wir die Emissionen von flüchtigen organischen Verbindungen (Volatile Organic Compounds, VOC), insbesondere Formaldehyd.

Bei dem Vorhaben handelt es sich um ein gemeinsames Verbundvorhaben des Fraunhofer WKI mit dem Klebstoffhersteller Jowat SE. Daneben sind vier führende Holzwerkstoffhersteller an dem Vorhaben beteiligt, die die Branchen der Span- und Faserplatten- sowie die Sperrholzherstellung repräsentieren. Das Projekt ist gelistet in der vom Umweltbundesamt bereit gestellten Umweltdatenbank UFORDAT.

Ergebnisse

Es ist uns im Rahmen des Projekts gelungen, ein Copolymer auf Basis von Polyvinylacetat und einem Zuckeracrylat als neuwertiges Bindemittel zu synthetisieren und die Synthese vom Labormaßstab (1 kg) in den Technikumsmaßstab (60 kg) zu übertragen. Unsere Emissionsmessungen ergaben, dass der final entwickelte Klebstoff kein Formaldehyd emittierte.

Wir konnten zeigen, dass sich der neue Klebstoff für die Herstellung von Spanplatten eignet. Im Vergleich zur Herstellung mit einem konventionellen, formaldehydhaltigen Aminoplastharz sind die mechanischen Eigenschaften der Spanplatten nahezu identisch. Lediglich das Quellverhalten stellt trotz Zugabe von Wachs als Hydrophobierungsmittel noch ein Defizit dar. Daher ist der Anwendungsbereich in Feuchträumen bislang noch nicht möglich und erfordert weitere Forschungsarbeiten.

Ferner ist es gelungen, mit dem neuen Klebstoff formstabile mitteldichte Holzfaserplatten (MDF) und (Form-)Sperrhölzer aus Buchenfurnieren herzustellen.

Projektpartner

  • JOWAT SE

 

Förderung

Fördermittelgeber: Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL)

Projektträger: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.

FNR-Förderkennzeichen: 22027514 (WKI), 22003815 (JOWAT SE)

Laufzeit: 1.11.2015 bis 31.10.2018