Als Energieträger wie auch in der stofflichen Verwertung ist Holz ein gefragter Rohstoff. Einer der größten Nutzer ist die Holzwerkstoffindustrie. Hier werden vielfach Sandwichplatten eingesetzt. Die Verbundkonstruktionen enthalten im Kern meist Waben aus unterschiedlichen Materialien oder Holzspäne. Vermehrt wird hierfür jedoch auch Kunststoff eingesetzt – bis dato auf Erdölbasis. Fraunhofer UMSICHT arbeitet zusammen mit dem Hamburger Thünen-Institut für Holzforschung an einer Bio-Sandwichplatte aus 100 Prozent nachwachsenden Rohstoffen.
Die Herstellung von Sandwichplatten, etwa für den Einsatz im Möbel- oder Gebäude-Innenausbau, erfolgt über ein kontinuierliches Verfahren. Zunächst werden mit einem Treibmittel beladene Kunststoffpartikel (EPS, expandierbares Polystyrol) lose zwischen zwei mit Klebstoff versehene Holzpartikelschichten gestreut. Wärmezufuhr und Druckaufbau in einer Heißpresse komprimieren die Decklagen aus Holz, und der Klebstoff in den Decklagen härtet. Zeitgleich erweicht der Kunststoff zunehmend, sodass das Treibmittel aktiviert wird. Nach Öffnen der Presse expandieren die Kunststoffpartikel in der Mittellage. Das Ergebnis ist eine Sandwichplatte mit einem leichten Schaumkern zwischen den stabilen Decklagen.
Künftig ohne Erdöl?
Die Forschungsteams von Fraunhofer UMSICHT und dem Thünen-Institut für Holzforschung passen dieses Verfahren im Rahmen des vom Waldklimafonds geförderten Projekts »Werkstoff-und Verfahrensentwicklung zur Herstellung einer Holz-Biokunststoff-Sandwichplatte auf Basis nachwachsender Rohstoffe« an einen neuen Biokunstsoff an. »Durch die Verwendung des neuen innovativen Leichtbauwerkstoffs auf Basis biologischer Rohstoffe könnte im Bereich der Sandwichplatten erdölbasiertes Polystyrol künftig vollständig substituiert werden«, erklärt Hendrik Roch aus der Abteilung Biobasierte Kunststoffe bei Fraunhofer UMSICHT.
Hier wurden auch die ersten Versuche zur Herstellung von schäumbarem Biokunststoffgranulat auf Cellulosebasis erfolgreich durchgeführt. Das Verfahren ähnelt dem beim EPS. Das Ausgangsmaterial (Compound) muss zunächst im Extruder mit einem gasförmigen Treibmittel vermischt werden. Die mit Treibmittel beladenen Granulate werden dann hinsichtlich ihrer Schäumbarkeit untersucht. In einem Formteilautomat erwärmt Wasserdampf das Granulat, sodass sich das Gas ausdehnt. Es entsteht eine leichte, geschäumte und stabile Kernstruktur aus Biokunststoff, die sich in einer geschlossenen Aluminiumform zum Formteil verschweißt. Nach Abkühlung der Form kann das fertige Formteil entnommen werden.
Optimierung
Am Thünen-Institut für Holzforschung wurde parallel zu den Schäumversuchen bereits die Fertigung von Bio-Sandwichplatten erprobt. Für das Team um Projektleiter Dr. Jan Lüdtke vom Thünen-Institut und Hendrik Roch von Fraunhofer UMSICHT geht es als nächstes um die Verbesserung der neuen Produkte. Die Forschenden optimieren die Materialeigenschaften hinsichtlich ihrer Temperaturbeständigkeit, Festigkeit etc.
Die Inhalte des Projekts werden parallel durch eine kritische ökologische Betrachtung der Lebenszyklusanalyse bewertet und gegebenenfalls gesteuert.
(Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT, 05.05.2015 – AKR)
