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Das Projekt

Herstellung umweltfreundlicher Hochleistungsklebstoffe aus Abfallprodukten der Zellstoffindustrie

 

Ausgangslage

In der Zellstoffindustrie fallen bei der Herstellung von Zellstoff stark zellulosehaltige Abfallmaterialien an. Diese Abfallpodukte bestehen weitesgehend aus erneuerbaren Rohstoffen, können derzeit aber noch nicht sinnvoll weiterverwertet werden. Der größte Anteil wird - häufig in der werkseigenen Kraftwerken - thermisch verwertet.

Mit Hilfe der Nanotechnologie können aus diesen Abfallprodukten Zellulose-Nanodrähte (CNDs) hergestellt werden. CNDs vereinen außerdordentlich gute mechanische Eigenschaften mit einer hochreaktiven (hydroxylen) Oberfläche und sind zudem außerordentlich günstig in der Herstellung.

Zahlreiche wissenschaftliche Untersuchungen haben das hervorragende Potenzial der CNDs zur Verstärkung und thermischen Stabilisierung von thermoplastischen Polymeren nachgewiesen. Bereits kleine Mengen von weniger als 1% des Volumenanteils verleihen diesen Polymeren deutlich bessere thermische Eigenschaften (Samir et al. 2005). Nur wenige Studien haben sich im Gegensatz dazu bisher mit den Auswirkungen von CNDs auf die Eigenschaften wärmehärtender Polymere beschäftigt.

Erste Untersuchungen weisen darauf hin, dass CNDs eine ideale und kostengünstige Alternative zu Kohlenstoff-Nanoröhrchen darstellen könnten, um nanoverstärkte umweltfreundliche Beschichtungen und Hochleistungsklebstoffe herzustellen.

 

Ziele

Im Rahmen des Projekts soll die Anwendung von Nanozellulose verbessert und erweitert werden. Das übergeordnete Ziel ist die Entwicklung einer Technologie, um hochleistungsfähige Aminoplasharze herzustellen. Diese sollen als Hochleistungsklebstoff und zur Oberflächenbeschichtung in der Holzwerkstoffindustrie bereitgestellt werden. Für die Herstellung werden Nanoverstärkungen verwendet, die als zellulosehaltige Abfallprodukte in der Holz- und Zellstoffindustrie anfallen.

 

Das Forschungs- und Entwicklungsvorhaben wird drei Hauptziele und damit verbundene Aufgaben beinhalten:

Task 1: Qualitative und quantitative Bewertung der zellulosehaltigen Abfallprodukte in den unterschiedlichen Produktionsschritten der Zellstoffherstellung für die Produktion von Nanozellulose

Über das Papier-Zentrum wird unter Beteiligung mehrerer Zellstoffproduzenten ermittelt, in welchen Produktionsprozessen stark zellulosehaltige Abfallströme vorkommen, und mit welcher Ausbeute gerechnet werden kann. Mit diesem Hintergrundwissen können erste ökonomische Berechnungen über Verfügbarkeit, Wert und Gewinnungskosten von Nanozellulose durchgeführt werden.

Proben aus unterschiedlichen Abfallströmen werden am Institut für Forstbenutzung hinsichtlich Zusammensetzung, Quantität und Qualität des zellulosehaltigen Abfallmaterials hin untersucht.

In einem zweiten Schritt werden die zellstoffhaltigen Abfallstoffe mit Hilfe unterschiedlicher Hydrolyseverfahren einer Analyse unterzogen um die Produktion von Nanozellulosefasern zu optimieren.

 

Task 2: Entwicklung der Technologie zur Herstellung hochleistungsfähiger Aminoplastharze mit Hilfe von Nanozellulosefasern

Herstellung und Rezeptur des Nanoverbundes

Ein Aminoplastharz, das für die Produktion von mit Melaminharzpapier beschichteten HDF-Platten verwendet wird, wird eigens von der Firma BASF für dieses Projekt hergestellt. Das Aminoplastharz wird am Institut für Forstbenutzung mit unterschiedlichen Mengen von Zellulose-Nanofasern vermischt. Das Harz wird mit den Zellulose-Nanofasern weiter polymerisiert.

Im Rahmen dieser Task sollen die optimalen Parameter für die Herstellung von Nanozellulose gefunden werden sowie eine komplette Charakterisierung der Nanozellulose - hinsichtlich der rheologischen und aushärtenden Eigenschaften des Nanoverbundes sowie der Klebeleistung in Holzwerkstoffen - durchgeführt werden.

 

Task 3: Nachweis der Einsatzmöglichkeit der Technologie bei Faserplatten

 Die Eignung von nanoverstärkten Aminoplstharzen für die Herstellung von Holzwerkstoffen wird durch die Aufbereitung von Faserplatten mit dem im Labor optimierten Harz und einem Vergleichstest der Eigenschaften der Test-Spanplatte gegenüber einer handelsüblich hergestellten Spanplatte untersucht. Die Herstellung der Spanplatten wird in kleinem Umfang am Institut für Forstbenutzung durchgeführt, jedoch wird die Forschung hier eng mit der Firma LaminatePark zusammenarbeiten um engemessene Tests der Leistungsfähigkeit, einschließlich solcher zur Ermittlung der internen Bindefestigkeit, Biegeeigenschaften und -festigkeit gemäß DIN/EN durchzuführen. Spezielle Aufmerksamkeit wird der Beobachtung der Beständigkeit und Wasserfestigkeit der mit den nanoverstärkten Aminoplastharzen präparierten Spanplatten zugemessen.

 

Projektpartner:

  • Institut für Forstbenutzung und Forstliche Arbeitswissenschaft, Universität Freiburg
  • Papierzentrum Gernsbach
  • LaminatePark
   

 

Finanzierung

Das Projekt wird finanziert vom Ministerium für Ländlichen Raum und Verbraucherschutz aus Fördermitteln der "Clusterinitiative Forst und Holz in Baden-Württemberg".

 

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