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Natürlich – holzbasierte Schäume

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Für Anwendungen im Dämmstoff- und Strukturschaumbereich entwickelt das Institut für Werkstoffe und Holztechnologie IWH der BFH holzbasierte Hartschäume. Neben einer Erhöhung des Anteils nachhaltig gewonnener und biobasierter Grundstoffe bei der Schaumherstellung stehen eine Senkung der Herstellkosten und eine Verbesserung des Brandwiderstands der Schäume im Fokus.

Das Beispiel des stetig wachsenden globalen Markts für Polyurethanhartschäume (voraussichtlicher Anstieg von 2018 bis 2022 von ca. 20 auf 25 Mrd. CHF/ Jahr) zeigt eindrücklich die Bedeutung von Dämm- und Strukturschäumen in der globalen Wirtschaft. Neben PU-Schäumen zeichnen sich aufgrund der steigenden Nachfrage aus dem Bau-, Verpackungs- und Transportbereich auch für weitere Hartschäume hervorragende Marktaussichten ab.

Holz und Rinde: geeignete Grundstoffe für die Schaumherstellung

Holz und Rinde enthalten Stoffe, die sich als Ausgangsstoffe für Hartschäume eignen. Dabei handelt es sich zum einen um Lignin, eine der drei Gerüstsubstanzen im Holzgewebe und mit 25 bis 30 Prozent Massenanteil in grossen Mengen im Holz vorhanden. Zum anderen enthalten einige Holzarten und die Rinde aller Bäume kondensierte Gerbstoffe. Beide Stoffe sind natürliche Polyphenole, die sich mithilfe weiterer Komponenten chemisch vernetzen lassen. Damit ist die Grundlage für ihren Einsatz zur Herstellung von Polymeren bzw. Kondensaten gegeben, die mithilfe von Treibmitteln zu Schäumen verarbeitet werden können. Auch Cellulose, mit 40 bis 45 Prozent mengenmässig die wichtigste Gerüstsubstanz des Holzes, kann als Faserverstärkung zur Leistungsfähigkeit von Schäumen beitragen.

Seit Kurzem verfügbare Grundstoffe

Aufgrund neuartiger Reinigungsverfahren in der Papier- und Zellstoffindustrie stehen gereinigte technische Lignine seit wenigen Jahren in immer grösseren Mengen zur Verfügung. Auch für kondensierte Gerbstoffe aus heimischen Ressourcen werden bald erste Produktionseinheiten erwartet. Im Bereich der Cellulose bieten neuartige, stark zerfaserte Produkte – sogenannte mikrofibrillierte Cellulose – sowie stark zerkleinerte Cellulosefasern erweiterte Möglichkeiten bei der Schaumformulierung. Damit ist eine Verfügbarkeit der Rohstoffe für neue Prozesse und Produkte bereits gegeben bzw. zeitnah in Aussicht.

Makroskopische (links) und elektronenmikroskopische (rechts) Aufnahme eines Hartschaums mit hohem Anteil an holzbasierten Grundstoffen

Breites Spektrum an Schaumeigenschaften

Je nach Anforderungsprofil der Hartschäume lassen sich unterschiedliche Schaumsysteme unter Einsatz der Holzkomponenten formulieren. Schäume mit erhöhter Brandresistenz lassen sich mithilfe kondensierter Tannine erzeugen. Schäume mit gleichmässiger, geschlossenzelliger Porenstruktur sind auf Basis von Lignin herstellbar, mit einem breiten Einsatzspektrum, z. B. im Bereich der Dämmschäume. Cellulosefasern besitzen ein grosses Potenzial für die Herstellung von Strukturschäumen mit erhöhten mechanischen Anforderungen. Dabei dienen die Fasern zur Verstärkung der Schaummatrix. In einer Reihe von Kooperationen wird aktuell die Entwicklung marktfähiger Holzschäume vorangetrieben. Das Ziel ist dabei die Herstellung von Schäumen für unterschiedliche Einsatzbereiche mit einem möglichst hohen Anteil an holzbasierten Grundkomponenten.