Ziel der Entwicklung

Logo: Mit HF-Fügefolie verklebtes Brettchen ohne Verfärbung des Holzsubstrates; © Christoph Scheffel – IHD Dresden gGmbH
Mit HF-Fügefolie verklebtes Brettchen ohne Verfärbung des Holzsubstrates; © Christoph Scheffel – IHD Dresden gGmbH

Gegenstand des Projektes war die Entwicklung eines Verfahrens zur Verarbeitung leistungsfähiger, thermoplastischer Klebstoffe zur strukturellen Verklebung von Lagenholzwerkstoffen.
Bei einigen Anwendungen in der Holzwerkstoffindustrie, z.B. bei der Kantenumleimung/Beschichtung von partikelbasierten Werkstoffplatten oder als Matrix für WPC (Wood Polymer Composite) ist der Einsatz thermoplastischer Systeme Stand der Technik. Es kommen dort mit klassischen Verfahren jedoch nur Polymere mit geringer Schmelztemperatur in Frage, da sich Holz ab einer Temperatur von ca. 180 °C verfärbt und chemisch degradiert, wodurch sich die mechanischen Eigenschaften verschlechtern. Diese Vertreter prägen heute das Eigenschaftsbild von mit thermoplastischen Schmelzklebstoffen hergestellten Werkstoffen in der Holzindustrie. Dabei weisen sie nur mäßige mechanische Eigenschaften auf. Es existieren jedoch auch technische Thermoplaste, die bezüglich ihrer mechanischen Eigenschaften den etablierten, formaldehydbasierten Klebstoffen überlegen sein können und sich für normanforderungsgerechte Verklebungen von Lagenholzwerkstoffen eignen würden. Diese Materialien werden bei Temperaturen von über 180 °C verarbeitet.
Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung einer neuartigen Verklebungstechnologie für Lagenholzwerkstoffe, bei der Schmelzklebstofffolien aus technischen Thermoplasten mittels Hochfrequenztechnologie selektiv aufgeschmolzen werden. Thermoplastische Folien mit sehr guten mechanischen Eigenschaften sollten so auf hohe Temperaturen aufgeheizt und geschmolzen werden, ohne dabei das Holzsubstrat zu schädigen oder zu verfärben.

Vorteile und Lösungen

Zunächst wurden geeignete Kunststofftypen bezüglich physikalischer Eigenschaften, insbesondere des dielektrischen Verlustes gescreent und nach der grundsätzlichen Eignung für die hochfrequente Verklebung von Holzlagenwerkstoffen beurteilt. Mit den Vorzugsvarianten der zuvor charakterisierten Folientypen wurden zweilagige Holzverklebungen aus Buchenholzlamellen in Anlehnung an DIN EN 205 in der Hochfrequenzpresse hergestellt. Dafür wurde ein reproduzierbarer Laborprozess zur Herstellung der Holzlagenverklebungen entwickelt. Die hergestellten Verklebungen wurden im Anschluss nach den Anforderungen aus DIN EN 204 geprüft, was eine aussagekräftige Bewertung der Verklebungsqualität durch Einordnung in die Beanspruchungsgruppen D1 (Trocken) bis D4 (Kochfest) ermöglichte. Nach Modifikation des Verklebungsprozesses sowie der Fügefolien konnten mit Folientypen auf Basis von TPU (thermoplastisches Polyurethan) die Normanforderungen nach Beanspruchungsgruppe 3 - Lagerungsfolge 3 (Feuchtlagerung 4 Tage in Wasser) deutlich überschritten werden. Mit sägerauhen Buchenholzbrettchen wurde die Beanspruchungsgruppe D4 (kochfeste Verklebung) erreicht. Auch mit biobasierten Folientypen auf Basis von PLA (Polymilchsäure) wurden die Normanforderungen D3 teilweise erzielt. Es konnte nachgewiesen werden, dass sich das Verfahren grundsätzlich für die Herstellung zahlreicher Holzlagenwerkstoffe eignet. Vor allem bei dicken Werkstoffen erscheint es aufgrund der nahezu lagendickenunabhängigen Aufheizrate der Fugentemperatur eine konkurrenzfähige Alternative gegenüber dem konventionellen Heißpressverfahren, wobei eine zusätzliche Trocknung des Holzsubstrates gegeben sein sollte.

Zielgruppe und Zielmarkt

Das Verfahren stellt einen wichtigen Beitrag zur Recyclierbarkeit der mit ihm hergestellten Werkstoffe her. Zum einen sind Thermoplaste selbst recyclierbar, zum anderen haben sie die Eigenschaft reversibel aufschmelzbar zu sein. Dadurch ergibt sich im After-Life hergestellter Produkte ein Verwertungsvorteil, der in sämtlichen lagenholzverarbeitenden Industrien zum Tragen kommen kann und von Anwendern mit Hinblick auf Klimaziele und gesetzliche Vorgaben zunehmend gefragt sein wird. Für folgende Wirtschaftszweige wird ein großes Anwendungspotenzial gesehen: 1) Kunststoff-Recyclingindustrie durch zusätzliche Absatzmöglichkeit von Recyclingprodukten, die aus optischen oder hygienischen Gründen nicht für die Verpackungsindustrie geeignet sind (z.B. buntes Regranulat); 2) Klebstoffindustrie durch erweiterten Markt für Kunststoffe/Klebstoffe, die schon beim Design neuer Holzwerkstoffe integriert werden können, durch Verbesserung der CO2-Bilanz durch Einsatz von Recyclingkunststoffen und nachwachsenden Rohstoffen; 3) Holzwerkstoffindustrie durch Entwicklung neuer innovativer, emissionsarmer Materialien; kostenverträgliche Lösung der Formaldehydproblematik; Reduktion schädlicher Emissionen während der Verarbeitung (Gesundheitsschutz Mitarbeiter); geringere CO2 Emissionen und Option auf stoffliche Verwertung, was ggf. zum Erreichen der Klimaziele beiträgt; 4) Maschinen-/Anlagenbau durch erweiterten Markt für Aggregate und Anlagen (HF-Technik); 5/6) Möbelindustrie und Bauindustrie durch Entwicklung neuer innovativer, emissionsarmer Produkte.
Die Projektergebnisse stellen die Grundlage für einen Know-how-Transfer seitens des Antragstellers und die Möglichkeit der Produktentwicklung durch die adressierten Unternehmen dar.
Die Projektbearbeiter werden durch die Ergebnisse zudem die wissenschaftliche-technische und technologische Basis in den Bereichen Polymerchemie, Polymeranalytik, Klebstoffentwicklung, Verklebung von Lagenholz sowie Hochfrequenztechnologie und Herstellung von Holzwerkstoffen weiter ausbauen.
Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens werden mit interessierten Unternehmen diskutiert. Zudem werden die Ergebnisse in nationalen und internationalen Fachzeitschriften veröffentlicht. Labormuster in Form von Probekörpern werden auf Fachmessen einer breiten Öffentlichkeit vorgestellt.