Fraunhofer-Institut für Holzforschung Forschende am Fraunhofer WKI entwickeln Humin-basierte Bindemittel für Holzwerkstoffe
Gemeinsam mit Industriepartnern haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Fraunhofer WKI Konzepte zur stofflichen Nutzung von Huminen entwickelt. Humine sind dunkle hochviskose Verbindungen. Sie entstehen als Nebenprodukt bei der Herstellung von Polyethylenfuranoat (PEF), einem neuen biobasierten Ersatz für den Massenkunststoff Polyethylenterephthalat (PET). Aufgrund der komplexen chemischen Struktur ergeben sich für Humine vielseitige Anwendungsmöglichkeiten, zum Beispiel als Bindemittel. Berechnungen zufolge werden mittel- bis langfristig mehrere zehntausend Tonnen Humine pro Jahr anfallen, für die bislang keine Anwendungen existieren.
In einem gemeinsamen Forschungsvorhaben mit den Firmen Avantium, Delignit und Pfleiderer ist es den Projektpartnern gelungen, Humine erfolgreich als Bindemittel für Holzwerkstoffe einzusetzen. Die als Nebenprodukt anfallenden Humine sind heterogene, polydisperse Makromoleküle mit furanischer Struktur und Alkohol-, Keton- und Aldehydgruppen. Sie enthalten niedermolekulare und hochmolekulare Fraktionen. Unter Wärmezufuhr härten sie duroplastisch aus.
Ziel war es, Humine nicht chemisch zu modifizieren, sondern mit geeigneten Härtern, Vernetzern und Additiven zu formulieren. Die Forschenden haben Sperrholz und einschichtige Spanplatten im Technikum des Fraunhofer WKI angefertigt und die erzielbaren Platteneigenschaften untersucht. Als besonders geeignet erwies sich die niedermolekulare Fraktion. Den Forschenden ist es außerdem gelungen, die Applikation mit herkömmlichen Anlagen durchzuführen. Die Presszeiten waren moderat. Die Anlagen konnten einfach mit Wasser gereinigt werden. Außerdem fanden die Projektpartner heraus, dass sich Humine gut mit Standardharzen mischen lassen. Humin-gebundene Holzwerkstoffe lassen sich wie gewohnt bearbeiten, also beispielsweise sägen, bohren oder schleifen. Einige Spanplattenvarianten erreichten die für Typ P2 geforderte Querzugfestigkeit, die Dickenquellung ist jedoch signifikant höher als bei konventionell gebundenen. Humin-gebundenes Sperrholz wurde mit bis zu sieben Lagen hergestellt. Die Qualität der Verklebung erreichte ohne Vorbehandlung eine Zugscherfestigkeit von bis zu 3 N/mm². Eine Vorbehandlung nach EN 314-2 im Sinne einer 24-stündigen Kaltwasserlagerung übersteht Humin-gebundenes Sperrholz noch nicht.
Die Partner fanden außerdem heraus, dass sich Humine zur Imprägnierung und Modifikation von Holz eignen: Sie verbessern die Dauerhaftigkeit gegenüber holzzerstörenden Pilzen um ein bis zwei Dauerhaftigkeitsklassen. Außerdem reduzieren sie das Quell- und Schwindverhalten von Holz und wirken hydrophobierend. Ausgehärtete Humine bestehen zudem die Anforderungen der Ökotoxizitätsprüfung nach OECD Richtlinie 208 (Sek. 8, EN 13432).
Humine sind eine vielversprechende Komponente zur Erhöhung des Anteils nachwachsender Rohstoffe in Bindemitteln für Holzwerkstoffe – damit leistet das Forschungsvorhaben einen Beitrag zur Erreichung der Klimaziele »Mission Klimaneutralität 2045« der Bundesregierung und zur Bioöknomie. Gelingt es, die Leistungsfähigkeit der Bindemittel weiter zu steigern, zum Beispiel in Bezug auf Festigkeit und Wasserstabilität, stünde eine breit verfügbare Klebstoffalternative zur Verfügung. Dies wäre ein Baustein auf dem Weg zu einer rohstoffeffizienten Wirtschaft, die auf nachwachsenden statt fossilen Rohstoffen basiert.
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