Dr. Detlef Krug
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30.09.2020

Mittels thermogravimetrischer Analyse (TGA) wurden signifikante Unterschiede im thermischen Zersetzungs-verhalten der mit FSM behandelten Fasern im Vergleich zum unbehandelten Faserstoff festgestellt. Korrelationsanalysen zeigten zudem einen starken Zusammenhang zwischen den durch Cone-Kalorimetrie und TGA ermittelten thermischen und kalorischen Eigenschaften der untersuchten Werkstoffproben. Damit besteht perspektivisch die Möglichkeit bereits in einem frühen Stadium der FSM-Entwicklung mittels TGA Brandeigenschaften von Holzwerkstoffen zu prognostizieren. In Abhängigkeit der eingesetzten Klebstoffe, FSM-Typen und -Anteile veränderte sich das Brandverhalten. Da Melamin eine organische N-Verbindung ist, zeigte MUF im Vergleich zu MDI und PF eine verringerte Wärme-freisetzung. Bei den FSM wirkte sich Melamin ebenfalls positiv auf die Brandeigenschaften aus. Mit 10 % APP-MF und MPP wurde, in Kombination mit MUF und MDI als Klebstoff, die Baustoffklasse B erreicht, was bei den vergleichend untersuchten FSM erst mit einem FSM-Anteil von 20 % möglich war. Weiterhin konnte nachgewiesen werden, dass die Zugabestelle der FSM während des Zerfaserungsprozesses Einfluss auf die Werkstoffeigenschaften hat. Während die Zugabe auf die Hackschnitzel im Kocher einen geringen flammhemmenden Effekt bewirkte, führte die Zugabe der FSM im Refiner (vor den Mahlscheiben, im Sammelkanal) zu signifikant erniedrigten Wärmefreisetzungsraten, ähnlich wie nach Zudosierung in der Blowline. Im Vergleich zur FSM-Zugabe während der Blender-Beleimung war die Brandhemmung stets größer. Mit der abschließenden SBI-Prüfung zeigte sich, dass sich aus FSM, die bis zu 1/3 auf nachwachsenden Rohstoffen basieren und einen gegenüber kommerziellen Produkten deutlich geringen P-Anteil aufweisen, schwer-entflammbare MDF für den allgemeinen Einsatz im Innenbereich, herstellen lassen.

Zur Verringerung des Brandrisikos von Holz und Holzwerkstoffen können Flammschutzmittel (FSM) einen wichtigen Beitrag leisten. Aktuell werden vor allem Phosphor-basiert FSM eingesetzt. Phosphor unterliegt jedoch einer gravierenden Verknappung und wird v. a. als Dünger eingesetzt. Um Phosphor im Flammschutz-bereich einzusparen, wird die Anwendung synergistisch wirkender Mehrkomponentensysteme, wie z. B. Phosphor-Stickstoff (P-N) Verbindungen als vielversprechend betrachtet. Einen alternativen Ansatz stellen FSM auf Basis nachwachsender Rohstoffe. Als Basis dienen hierbei pflanzliche Neben- oder Abfallprodukte dar. Ziel des Projektes war, die Entwicklung schwerentflammbare MDF durch eine möglichst effektive Kombination aus konventionellen P-N-haltigen FSM und FSM auf Basis nachwachsender Rohstoffe. Die untersuchten FSM waren Amoniumpolyphosphat ohne (APP) und mit Melamin (APP-MF), Melaminpoly-phosphat (MPP), Guanidinphosphat (GP) sowie die am IHD entwickelten Stärkephosphatcarbamate (WSPC, LSPC). Diese enthalten zusätzlich zum chemisch an das Stärkemolekül gebundenen, flammhemmend wirkenden Substituenten freies Phosphat und freien Harnstoff. Zu dem kam roter Phosphor (RP) als "klassisches" anorganisches P-FSM zum Einsatz. Im Laborrefiner hergestellte Fasern wurden im Blender mit unterschiedlichen Klebstoffen und den unterschiedlichen FSM-Typen sowie -Anteilen gemischt. Aus diesen Faserstoffen gefertigte MDF wurden mechanisch-physikalischen sowie brandschutzrelevanten Prüfungen unterzogen. Basieren auf den Ergebnissen der Blender-Beleimung erfolgte die Auswahl von FSM für die Nutzung bei der industrieüblichen Blowline-Beleimung. Neben der Blowline wurden noch weitere Applikationsmöglichkeiten für FSM während des Zerfaserungsprozesses untersucht. In der abschließenden Versuchsreihe wurden aus einer Kombination von MPP und LSPC in Verbindung mit eMDI MDF-Proben für die Durchführung eines SBI-Tests hergestellt.