Fraunhofer-Institut für Bauphysik (IBP)
Nobelstr. 12
70569 Stuttgart

22023105

01.07.2008

Im Vorhaben wurden folgende mineralische Matrizes für die Untersuchungen zu Eigenschaftsmodifikationen durch modifizierte Naturfasern wie Hanf, Flachs und Holz ausgewählt: Beton, Porenbeton und Gips. Die cellulosebasierten Naturfasern wurden durch folgende Verfahren chemisch modifiziert: Carboxymethylierung, Addition von Glycidoxypropyltrihydroxysilan, Substitution von Hydroxylgruppen durch Diethylentriamin (DETA) und Aminopropyltrimethoxysilan (APS) durch vorherige Umpolung mit Tosylchlorid, Veresterung mit EDTA, Acetylierung sowie die Abscheidung von Trimethoxyvinylsilan-Plasmapolymerfilmen. Für eine Anwendung von Naturfasern als Verstärkungsfasern ist eine rein oberflächliche Modifizierung erstrebenswert, damit keine Schwächung der Faserintegrität auftritt. Es hat sich herausgestellt, dass Reaktionen mit hohem Umsetzungsgrad, wie z.B. die Acetylierung oder die Carboxymethylierung, die Faserstruktur so weit schwächen, dass sie ihre positiven mechanischen Eigenschaften verlieren und sich damit nicht mehr zur Verstärkung eignen. Die Untersuchungen zeigten, dass es relativ wenig Unterschiede bei den verschiedenen Naturfasertypen hinsichtlich Elastizität und Bewehrungseigenschaften gab. Daher wurde die Flachsfaser als repräsentative Faser des heimischen Marktes für die Untersuchungen gewählt. Als optimale Faserdimension erwies sich die Faserlänge von 6 mm. Es wurden grundlegende Erkenntnisse über das Verhalten von Naturfasern in mineralischen Matrizes, insbesondere in Bezug auf die Verarbeitungsmethoden, sowie bei der Derivatisierung der Faseroberfläche und deren Analytik gewonnen. Native Fasern sind geeignet, die Bewehrungseigenschaften von mineralischen Matrizes zu steigern. Chemische Modifizierungen der Faseroberflächen, wie z.B. die Silanisierung und die Ionisierung, verbesserten die Faser-Matrix-Haftung signifikant. Die Einbringung der Fasern in die mineralische Matrix stellt eine große Herausforderung dar, da die Fasern zur Agglomeration neigen.

Baustofftechnisch interessante Materialverbünde auf Basis mineralischer Grundmatrizes (z.B. Gips, Beton) mit nachwachsenden Rohstoffen (natürliche Fasern) sollen hergestellt, mittels chemischer Modifikation weiterentwickelt und unter naturstoffchemischen Aspekten untersucht werden. Das Projekt wird in sechs Arbeitspakete (AP) unterteilt. AP1: Auswahl geeigneter Naturfasern und Beimengungen. AP2: Darstellung der Faserverbünde. AP3: Chemische, biologische und physikalische Eigenschaftsmessungen vor und nach den Modifikationen. AP4: Modifikation, Derivatisierung und Änderung der Zusätze/ Materialien. AP5: biochemische Modifikation durch sekundäre Pflanzenstoffe. AP6: Veröffentlichung und Publikation in Fachzeitschriften/ Abschlussbericht, bzw. Überführung in ein marktfähiges Produkt. Es sollen bauchemische Grundlagen geschaffen werden, die zu einem besseres Verständnis der Zusammenhänge heterogener Verbünde aus mineralischen Baustoffen und natürlichen Materialien führen. Da die Auswirkungen und Eigenschaften bisher unbekannt, bzw. teilweise nur empirisch sind, ist beabsichtigt eine breite Wissensbasis über Eigenschaftsmodifikationen und deren bauchemische Auswirkungen zu schaffen.