Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe Ein Projektträger des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft

 

Projektverzeichnis - Details

Entwicklung ligninhaltiger, emissionsarmer Melamin- und Harnstoff-Formaldehyd-Harze für leichtbaufähige, holzfaserverstärkte Dämmstoffe

Anschrift
Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP)
14476 Potsdam
Geiselbergstr. 69
Kontakt
Dr. rer. nat. Gunnar Engelmann
Tel: +49 331 568-1210
E-Mail: gunnar.engelmann@iap.fraunhofer.de
FKZ
22003113
Anfang
01.09.2014
Ende
31.08.2015
Aufgabenbeschreibung
Mit hydrophob modifizierten Silikatpartikeln konnten wasserabperlende Melaminharzschäume entwickelt werden, die sich besonders für Dämmstoffe eignen. Die Silikatpartikel haben hierbei sowohl zu hydrophoben Zentren als auch zu einer Stabilisierung der Mikrobläschen geführt. Erste Vorversuche zeigten, dass auch modifizierte Lignine im Rahmen solcher Entwicklungsprozesse eingesetzt werden können. Dadurch wäre eine Substitution der hochpreisigen Silikapartikel vorstellbar. Ligninmodifizierung fokussiert in erster Linie auf chemische Reaktionen, die effizient zur Hydrophobierung genutzt werden können. Neben der Struktur der Substituenten ist der Substitutionsgrad als wesentlicher Parameter für diese Stufe der Materialentwicklung zu nutzen. Ein weiteres Aufgabenfeld wird durch die Sprödigkeit der reinen Schaumstoffe abgesteckt. Es finden Holzfasern Anwendung, welche den Dämmstoffen applikationsgerechte, mechanische Eigenschaftsprofile verleihen sollen. Ein wesentlicher Vorteil dieser Dämmstoffe wird neben der thermischen Isolierung insbesondere auch im Brandschutz gesehen, wobei die Melaminharzmatrix diesbezüglich als aktive Komponente agiert. Die einzelnen Aufgaben zusammengefasst: Bereitstellung von Schwarzlauge, Gewinnung von Rohlignin, Chemische Modifizierung von Lignin, Entwicklung von Harzrezepturen, Schaumherstellung, Herstellung holzfaserbasierter Dämmmaterialien, Industriezusammenarbeit zur Fertigung von Holzkompositen und Analytik aller Entwicklungsstufen.
Ergebnisdarstellung
Aus 2 Litern Schwarzlauge mit einem Feststoffgehalt von 30-32% konnten etwa 450g Rohlignin gewonnen werden. Durch Extraktion mit Isopropanol bei 25°C ließ sich das Rohlignin in eine niedermolekulare Fraktion mit einem massenmittleren Molekulargewicht (Mw) von 1180 g/mol sowie eine hochmolekulare, nicht lösliche Ligninfraktion L(Re) mit Mw=6210 g/mol auftrennen. Die Partikelherstellung ohne PDADMAC führte zu geringeren Partikeldurchmessern (50-96 nm) bei gleichzeitig monomodalen Verteilungskurven; die Ausbeuten lagen in einem Bereich zwischen 43 und 80%. Aus technischen Gründen war eine Umgestaltung des Formwerkzeuges zur Verbesserung der Schaumherstellung notwendig. Die Versuche mit dem optimierten Formwerkzeug konzentrierten sich dann auf die Substitution von AEROSIL durch die Lignin-basierten Nanopartikel. Unter Nutzung von Tensid-freien Lignindispersionen gelang alternativ zu den Aerosilen die Schaumherstellung, mit Schaumdichten von bis zu ca. 60 kg/m3. Die Dichte der hergestellten Platten (142 kg/m3) stimmt gut mit dem Referenzwert von 140 kg/m3 überein. Die mechanischen Kenndaten übertreffen die des Referenzmaterials wesentlich. So zeigt die Druckfestigkeit Werte von etwa 250 kPa, wobei eine untere Grenze mit 100 kPa angegeben wird. Die Zugfestigkeiten der hergestellten Proben liegen bei ca. 32 kPa, was den Forderungen nach mindestens 10 kPa ebenfalls deutlich genügt. Der Feuchtegehalt der Probe ist mit 13,2 Prozent etwa doppelt so hoch wie der des kommerziellen Steico-Dämmstoffes (6,5%). Die Wasseraufnahme weist mit ca. 380 % einen im Vergleich zum Referenzmaterial (22%) außergewöhnlich hohen Wert auf. Die Wärmeleitfähigkeit der hergestellten Dämmstoffe unterscheidet sich mit 43 mW/(m*K) jedoch nicht wesentlich von dem reiner Holzfasern (39 - 40 mW/(m*K)).

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