Heißluft-/Heißdampfverfahren zur Herstellung von bindemittelfreien Holzfaserdämmplatten mittels Laccase-Mediator-System (LMS)

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Markus Christian Euring
• Fachliche Zuordnung: Polymere und biogene Werkstoffe und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Biomaterialien ; Forstwissenschaften ; Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 388859837

• Erstellungsjahr: 2023

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Herstellung von konventionellen Holzfaserdämmstoffen erfolgt mit einem Aushärtungsverfahren, welches auf einem Dampf-Luft-Gemisch basiert. Nachteil dieses Verfahrens ist, dass durch die limitierte Aushärtetemperatur von lediglich 85 bis 100 °C ausschließlich synthetisches pMDI (polymeres Diphenylmethandiisocyanat) eingesetzt werden kann. Um einen Einsatz von naturnahen Bindemitteln zu realisieren, müssen höhere Temperaturen während des Aushärtungsprozesses erreicht werden. Dazu wurde das Heißluft/Heißdampfverfahren entwickelt, bei welchem durch ein vorheriges Aufheizen der Faservliese mit Heißluft und einer anschließenden Heißdampfzugabe Prozesstemperaturen zwischen 120 °C bis 160 °C erreicht werden können. Hauptziel dieses Forschungsprojekt war es deshalb, das Heißluft-/Heißdampf-Verfahren aus einem Batchverfahren zur Herstellung von LMS (Laccase-Mediator-System) oder anderer naturnah gebundener Holzfaserdämmstoffe, in einen vollkontinuierlichen Prozess umzusetzen. Zur Realisierung dieses Vorhabens wurde eine Kooperation zwischen dem Büsgen-Institut der Uni Göttingen und dem Industriepartner vereinbart. Im Zuge des Projektes wurde die bestehende Batch-Anlage zur Herstellung von Holzfaserdämmstoffen mittels Heißluft-/Heißdampf in ein teil-kontinuierliches arbeitendes System weiterentwickelt und Untersuchungen hinsichtlich dessen Regel- und Steuerbarkeit durchgeführt. Dabei wurde u. a. der Einsatz von verschiedenen UF-Harzen getestet, welche im klassischen Verfahren mit einem Dampf-Luft-Gemisch ebenfalls nicht eingesetzt werden können. Durch Anwendung des neuen Verfahrens war dies nun möglich. Weitaus bedeutender war die Erkenntnis, dass durch das teil-kontinuierliche System der Einsatz des LMS optimiert werden konnte. So gestalteten sich die Untersuchungsergebnisse für eine möglichen Umsetzung in den industriellen Maßstab als äußerst vielversprechend. Jedoch kam es im Verlauf des Projektes durch die Coronapandemie zu Lieferengpässen von Enzymen, sodass die Untersuchungen mit alternativen Bindemitteln fortgeführt werden mussten. Zusätzlich entschied sich der der Industriepartner gegen eine industrielle Umsetzung des Verfahrens bzw. gegen die Etablierung von Holzfaserdämmstoffen in sein Produktportfolio, unterstütze aber das Vorhaben weiterhin sowohl materiell als auch finanziell. Infolgedessen wurden weitere Optimierungen an der teil-kontinuierlichen Anlage vorgenommen und Versuche mit tierischen und pflanzlichen Proteinen zur Herstellung der Holzfaserdämmstoffe durchgeführt. Es zeigte sich, dass auch mit dem Standardbindemittel pMDI bessere Festigkeiten im Vergleich zum klassischen Herstellungsverfahren erzielt werden können. Aus den Projektergebnissen lässt sich somit zusammenfassend folgern, dass ein späterer industrieller Einsatz des neuen Herstellungsverfahrens sowohl ökologisch (natürliche Bindemittel) als auch ökonomisch (z. B. durch Substitution o. Einsparung synthetischer Bindemittel) äußerst lohnenswert wäre, jedoch weiter in dessen Umsetzung investiert werden muss.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Herstellung von Holzfaserdämmplatten mittels Heißluft-Heißdampfverfahren. Teil 1: Herstellung von Dämmstoffplatten im Trockenverfahren gebunden mit Aminoplasten. Holztechnologie 58(2017)5, S. 35-40
  Euring, M., Kraft, R., Herzog, S., Burnett, M., Kharazipour
  
• Herstellung von Holzfaserdämmplatten mittels Heißluft-Heißdampfverfahren. Teil 2: Herstellung von Dämmstoffplatten im Trockenverfahren mittels Laccase-Mediator-System. Holztechnologie 58 (2017) 6, S. 26-32
  Euring, M., Kirsch, A. Burnett, M.
  
• Manufacturing medium-density fiberboards and wood fiber insulation boards using a blood albumin adhesive on a pilot scale. BioResources, 15(1), 1531-1546.
  Ostendorf, Kolja; Reuter, Patrick & Euring, Markus
  
• Canola Meal Adhesive for the Production of Wood Fiber Insulation Boards Using Hot-Air/Hot-Steam-Process. Journal of Materials Science Research, 10(1), 28.
  Ostendorf, Kolja; Haerkötter, Julian & Euring, Markus
  
• Applikation naturnaher Bindemittel zur Herstellung von Holzfaserdämmstoffen mittels Heißluft-/Heißdampf-Verfahren. American Geophysical Union (AGU).
  Ostendorf, Kolja