Qualitätsprüfung und -bewertung

Forschungsprojekt

Isocyanatreaktivität beim Kleben von Holz

Aufgrund der derzeitigen Debatte um mögliche strengere Richtlinien für die Formaldehydemission aus Holzwerkstoffen rücken Isocyanate als vernetzende Klebstoffkomponente verstärkt in den Fokus. Der Einsatz von Isocyanaten bei der Holzverklebung ist jedoch nicht trivial. So müssen zum einen ihre hohe Reaktivität gesteuert und ihre Tendenz, leicht in das zu verklebende Holz einzudringen, reduziert werden. Die Forschungsgruppe »Kleben, Klebungen und Klebstoffe« des Fraunhofer WKI beschäftigt sich seit einigen Jahren mit diesem Thema. Aktuell entwickeln wir eine analytische Methode, um die Isocyanatreaktivität verfolgen und bewerten zu können.

Isocyanate sind hochreaktive Verbindungen, die mit einer Vielzahl funktioneller Gruppen in einer Additionsreaktion reagieren. Aufgrund dessen ist es vorstellbar, diese – beispielsweise in Form von polymerem Diphenylmethandiisocyanat (pMDI) – vermehrt in verschiedenen handelsgängigen Klebstoffen als Komponente einzusetzen, um hierüber letztlich auch die Werkstoffeigenschaften zu verbessern. 

Bekannt ist bereits, dass sowohl niedrige Querzugfestigkeiten als auch die geringe Hydrolysestabilität von Aminoplastharz gebundenen Holzwerkstoffen durch die Zugabe von Isocyanat ausgeglichen werden können [1]. So gelang es in einem von der Fraunhofer-Gesellschaft geförderten Projekt, pMDI so zu verkapseln, dass dieses erst unter Druckeinwirkung während des Heißpressens bei der Holzwerkstoffherstellung freigesetzt und aktiviert wird [2]. Daneben wurden blockierte und hierdurch zugleich steuerbare Isocyanate in einem vom Internationalen Verein für Technische Holzfragen e. V. iVTH geförderten Projekt entwickelt, die unter Temperatureinwirkung in der Heißpresse deblockiert und aktiviert werden.

Darüber hinaus ist die Kenntnis über die Reaktivität von Isocyanaten mit chemisch unterschiedlichen Klebstofftypen von wesentlichem Interesse, wobei nach aktueller Kenntnis hierzu keine Publikationen vorliegen. Aktuell untersuchen wir, ob während des Aushärtungsprozesses die Reduktion der Isocyanatabsorptionsbande im Wellenzahlbereich 2300-2250 cm-1 mittels der Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR-Spektroskopie) als Maß der Isocyanatreaktivität verfolgt werden kann. Diese Analytik würde es erlauben, die Abnahme der Isocyanatkonzentration direkt anhand der Abnahme der reagierenden Isocyanatgruppe zu verfolgen und Aussagen über die relative Geschwindigkeit der Abreaktion des Isocyanats zu treffen.

 

[1] M. Dunky, P. Niemz. Holzwerkstoffe und Leime, 2002, Springer-Verlag, Berlin, S. 282.

[2] A. Zillessen, A. Ritter, A. Sengespeick, L. Karsch, E. Jelen. DE102012100672 A1, Mikroverkapselte Isocyanate und Verfahren zur Herstellung hierfür sowie deren Anwendung in Klebstoffen, 2013.

Förderung

Fördermittel: Internationaler Verein für Technische Holzfragen e.V. (iVTH), Eigenmittel

Laufzeit: 1.2.2016 bis 31.12.2016

 

Vorläuferprojekte

Blockierte Isocyanate als Klebstoffkomponente in UF-Harzen zur Spanplattenherstellung

Förderung: Internationaler Verein für Technische Holzfragen e.V. (iVTH), Eigenmittel

Laufzeit: 1.12.2012 bis 31.12.2013

 

GluePearls – Mikroverkapselte pMDI-Klebstoffe für die Flächenverleimung von Holz 

Projektpartner: Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

Förderung: Fraunhofer-Gesellschaft

Laufzeit: 1.8.2010 bis 31.12.2012