Verfahrens- und Systemtechnik Holzwerkstoffe

Forschungsschwerpunkt

Formaldehydfreie Verklebung von Holzwerkstoffen

Die Verminderung der gesundheitskritischen Formaldehydemissionen ist ein Forschungsschwerpunkt in mehreren Fachbereichen des Fraunhofer WKI. Im Fokus steht die Entwicklung formaldehydfreier Klebstoffe auf Basis nachwachsender Rohstoffe und anderen Ausgangsstoffen. Im Fachbereich »Verfahrens- und Systemtechnik Holzwerkstoffe« erproben wir neue Ansätze zur Herstellung von thermo- und duroplastisch härtenden Bindemitteln im kleinindustriellen Maßstab, insbesondere für Furnier- und zweistufig hergestellte Faserwerkstoffe. Der Schlüssel zum Erfolg ist die auf Stoffkomponenten und Verfahren abgestimmte Temperaturführung. Darüber hinaus verfolgen wir weiterhin die Verminderung der Formaldehydabgabe durch die Entwicklung formaldehydfreier Aminoharze sowie durch die Nutzung autoadhäsiver Bindungen.

© Foto Fraunhofer WKI | Manuela Lingnau

Prepreg-Halbzeug

© Foto Fraunhofer WKI | Manuela Lingnau

Autoadhäsiv gebundene, mitteldichte Faserplatten (MDF)

Eine dauerhafte Formbeständigkeit ist von entscheidender Bedeutung für die Einsatz- und Vermarktungsmöglichkeiten von Holzwerkstoffen, insbesondere bei Formteilen. In diesem Zusammenhang erforschen wir die Kombination von Duroplasten mit Binde- und Matrixkomponenten, die zu einem möglichst großen Teil aus nachwachsenden Rohstoffen und/oder biologisch abbaubaren Thermoplasten wie PLA oder Compounds mit PLA-Anteil bestehen.

Die Thermoplaste werden vorzugsweise in Form von Fasern und Folien mit Holzfasern bzw. Furnieren kombiniert. Die auf anderen Temperaturstufen härtenden Duroplasten sind insbesondere Acrylate und am Fraunhofer WKI formulierte 1K-PUR-Systeme. Letztere erlauben auch eine Aushärtung bei Raumtemperatur, sind in angepasster Formulierung jedoch auch für die Bindung der Holzkomponenten bei höheren Temperaturen vorgesehen. Die Kombination aus Furnier, Thermoplastfolien und latent wirksamen, bei höherer Temperatur härtenden Duroplaste kann sowohl über Kontaktwärme, als auch hochfrequente Wechselfelder zur Aushärtung gebracht werden.

Neben diesen ganz neuen Ansätzen für die Herstellung von Formteilen verfolgen wir weiterhin unsere umfangreichen Forschungen zur formaldehydfreien Verklebung von traditionellen Holzwerkstoffen wie Spanplatten oder MDF-Platten. Aufgrund der zunehmenden Verschärfung rechtlicher Regulierungen bestand und besteht hier ein hoher Lösungsbedarf seitens der Industrie. Für traditionelle Holzwerkstoffe werden derzeit überwiegend Aminoplastharze auf Basis von Harnstoff oder Melamin sowie Formaldehyd eingesetzt. Sowohl bei der Herstellung als auch bei der Verwendung kann aus den Holzwerkstoffen Formaldehyd freigesetzt werden. Formaldehyd wurde durch die Änderungsverordnung zur 6. ATP (Adaption to Technical Progress) der CLP-Verordnung in die Gefahrenklassen Karzinogen/Kategorie 1B und Keimzellmutagen/Kategorie 2 eingestuft. Diese Neueinstufung ist seit dem 1. Januar 2016 wirksam. In der Klebstoff- und Holzwerkstoffindustrie betrifft die Neueinstufung den Arbeitsschutz, Grenzwerte für karzinogene Substanzen hinsichtlich TA Luft(2002) und AgBB (2012) sowie das Recycling formaldehydhaltiger Holzwerkstoffe (Altholzverordnung). Die Formaldehydabgabe von Holzwerkstoffen und daraus hergestellten Produkten ist derzeit in Deutschland auf eine Ausgleichskonzentration von maximal 1,2 mg/m³ (= 0,1 ppm, Emissionsklasse »E1«, Prüfkammer-Verfahren nach DIN EN 717-1) begrenzt. Die weitere Verminderung der Formaldehydemission von Holzwerkstoffen mit formaldehydhaltigen Klebstoffen möglichst auf das Niveau von Holz bzw. Holzpartikeln erfolgt schrittweise bereits seit vielen Jahren.

Bei unseren Untersuchungen zur Verminderung der Formaldehydabgabe von Aminoplastharz-gebundenen Holzwerkstoffen durch Entwicklung von formaldehydfreien Aminoharzen kooperieren wir vielfach mit dem Fachbereich »Synthese- und Polymertechnik« des Fraunhofer Instituts für angewandte Polymerforschung IAP.