Ultraleichte bio-basierte Holzwerkstoffplatte

Moderne Möbelplatten sind strukturoptimierte Werkstoffe in Bezug auf ihre mechanischen Eigenschaften und auf ihr Gewicht. Ziel dieser Forschungsarbeit ist es, eine bio-basierte Sandwichplatte mit Spandecklagen und einem Schaumkern zu entwickeln. Die Entwicklung basiert auf einem neuartigen einstufigen Verfahren, welches eine effiziente und damit kostengünstige Herstellung von Sandwichplatten möglich macht.

Steckbrief

  • Departement Architektur, Holz und Bau
  • Forschungsschwerpunkt Institut für Werkstoffe und Holztechnologie
  • Forschungsfeld Verbundwerkstoffe
  • Förderorganisation Nationales Forschungsprogramm NFP 66, Ressource Holz
  • Laufzeit (geplant) 01.01.2012 - 31.12.2016
  • Projektverantwortung Heiko Thömen
  • Projektleitung Heiko Thömen

Ausgangslage

Spanbasierte Holzwerkstoffplatten weisen heute eine mittlere Dichte von bis zu 700 kg/m3 auf. Wegen der steigenden Rohstoffpreise und der wachsenden Nachfrage nach Mitnahmemöbeln versuchen die Hersteller, das Gewicht von Plattenwerkstoffen deutlich zu verringern. Im Fokus der Forschungsarbeiten steht ein neues, kostengünstiges und bio-basiertes Herstellungsverfahren von Sandwichplatten mit holzspanbasierten Decklagen und einem Schaumkern. Frühere Arbeiten an der Universität Hamburg haben bereits die Machbarkeit des Verfahrens und die Produktqualität der Platten gezeigt. Weiterer Forschungsbedarf besteht vor allem bei der Entwicklung eines rieselfähigen Schaum-Präkursors, d. h. eines Vorläuferstoffs zur Herstellung von Schaum, welcher kostengünstig ist und den prozesstechnischen Anforderungen entspricht.

Leichte Plattenwerkstoffe haben ein grosses Potenzial im Möbelbereich und im Innenausbau sowie als Verpackungsmaterial. Oberhalb von 20 mm stellen Wabenplatten mittlerweile eine kostengünstige Alternative zu Spanplatten dar. Es fehlen jedoch Leichtbauwerkstoffe in den Standardstärken von Möbelplatten. In diesem Segment könnten bio-basierte Leichtbauplatten die Wettbewerbsfähigkeit von Holz und Holzprodukten langfristig sichern.

Ziele

Mit dem Projekt verfolgen die Forschenden zwei Ziele: erstens die Entwicklung eines Schaumsystems, das den hohen ökologischen, technologischen und ökonomischen Ansprüchen genügt, und zweitens die Anpassung des Verfahrens zur Herstellung der Holzwerkstoffplatten. Der Fokus bei der Schaumentwicklung liegt dabei auf dem Einsatz von superkritischem CO2 (Kohlenstoffdioxid an der Phasengrenze (flüssig/gasförmig) zur Herstellung eines Schaum-Präkursors. Dieser ist ein Biokunststoff aus der Gruppe der Polylactide (Polymilchsäure, PLA). Parallel dazu untersuchen die Forschenden das Potenzial alternativer Ausgangsstoffe und Treibmittel. Gleichzeitig erweitern die Forschenden den üblicherweise sehr engen Temperaturbereich, in dem die Decklagen hergestellt werden, um so einen grösseren Spielraum bei der Auswahl des Schaumsystems zu erlangen.

Lösung

Das bio-basierte Schaumsystem wurde erfolgreich entwickelt, wobei die relativ niedrige Erweichungstemperatur des PLA durch Beimengung von PMMA angepasst wurde. Das Herstellverfahren der Schaumkernplatte wurde an das neue Kernmaterial angepasst. In einer zweiten Projektphase (Mai 2015 – September 2016) wird das PMMA durch Cellulose-Nanofibrillen oder Holzfasern substituiert, um so die thermischen wie auch ökologischen Merkmale des Kernmaterial zu optimieren.

Ultra-light Particleboard

Kontakt

Referenzprojekt Ultralight Particleboard