Mikroverkapselung/ Partikelanwendungen

Untersuchungen zur Verminderung der Formaldehydabgabe von Aminoplastharz-gebundenen Holzwerkstoffen sind ein Schwerpunkt der Forschungsarbeiten im Forschungsbereich »Synthese- und Polymertechnik« des Fraunhofer Instituts für angewandte Polymerforschung (IAP) und im Fachbereich »Verfahrens- und Systemtechnik Holzwerkstoffe« des Fraunhofer-Instituts für Holzforschung (WKI). In einem gemeinsamen Verbundvorhaben werden basierend auf einem neuen Verfahren Aminoplastharze aus Melamin und alternativen Aldehyden wie Glyoxylsäure (Monoaldehyd) und Glyoxal (Dialdehyd) hergestellt und als Klebstoff für Holzwerkstoffe und Dekorbeschichtungen genutzt.

Für Holzwerkstoffe und deren Dekorbeschichtungen werden nach dem aktuellen Stand der Technik überwiegend Aminoplastharze auf Basis von Harnstoff oder Melamin sowie Formaldehyd eingesetzt. Sowohl bei der Herstellung als auch bei der Verwendung kann aus den Holzwerkstoffen Formaldehyd freigesetzt werden. Die Formaldehydabgabe aus Holzwerkstoffen und daraus hergestellten Produkten ist derzeit in Deutschland auf eine Ausgleichskonzentration von maximal 1,2 mg/m³
(= 0,1 ppm, Emissionsklasse »E1«, Prüfkammer-Verfahren nach DIN EN 717-1) begrenzt. Die weitere Verminderung der Formaldehydemission von Holzwerkstoffen mit formaldehydhaltigen Klebstoffen möglichst auf das Niveau von Holz bzw. Holzpartikeln erfolgt schrittweise bereits seit vielen Jahren.

Im Dezember 2012 hatte der Ausschuss für Risikobewertung (RAC) der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA) einer Neueinstufung von Formaldehyd als Mutagen der Kategorie 2 nach CLP-Verordnung (Stoff kann vererbbare Schäden verursachen) und Karzinogen der Kategorie1B (Stoff ist wahrscheinlich beim Menschen krebserzeugend) zugestimmt. Bei Einhaltung der geplanten Umsetzungsschritte und Zustimmung der Europäischen Kommission wäre die neue Klassifizierung von Formaldehyd ab Mitte 2015 zu erwarten. Mögliche Auswirkungen einer Neueinstufung von Formaldehyd u.a. auf die Klebstoff- und Holzwerkstoffindustrie könnten den Arbeitsschutz, Grenzwerte für karzinogene Substanzen hinsichtlich TA Luft (2002) und AgBB (2012) sowie das Recycling formaldehydhaltiger Holzwerkstoffe (Altholzverordnung) betreffen.

Ziel eines Forschungsvorhabens der Fraunhofer Institute IAP und WKI ist die Entwicklung von formaldehydfreien Aminoplastharzen – zunächst auf der Basis von Melamin – und alternativen Aldehyden (z.B. Glyoxylsäure und Glyoxal) für Holzwerkstoffe und deren Dekorbeschichtungen.

Im Fraunhofer IAP wurde ein Syntheseansatz entwickelt, formaldehydfreie Melaminharze durch Kombination geeigneter Mono- und Dialdehyde zu synthetisieren. Der Syntheseansatz ist in Fig. 1 am Beispiel von Glyoxylsäure/Glyoxal dargestellt.

Bisher wurden die Harze im Labormaßstab hergestellt, dementsprechend konnten nur orientierende Untersuchungen zum Einsatz der Melamin-Glyoxylsäure/Glyoxal-Harze bei der Herstellung von Holzwerkstoffen durchgeführt werden.

Die mechanischen Eigenschaftswerte der mit Melamin-Glyoxylsäure/Glyoxal-Harz hergestellten Spanplatten entsprachen denen der mit einem formaldehydarmen UF-Harz gefertigten Spanplatten (Tab. 1).

Die Dickenquellung der mit Melamin-Glyoxylsäure/Glyoxal-Harz hergestellten Spanplatten war von der Harzsynthese und der Presszeit abhängig. Trotz Einsatz relativ hoher Mengen an Paraffin als Hydrophobierungsmittel war die Dickenquellung der Spanplatten bereits nach 2 h Wasserlagerung sehr hoch. Die hohe Dickenquellung ist auf den Salzgehalt der Harze - entstanden durch die Neutralisation der Glyoxylsäure - zurückzuführen.

Die Formaldehydabgabe der mit dem formaldehydfreien Melamin-Glyoxylsäure/Glyoxal-Harz hergestellten Spanplatten war erwartungsgemäß deutlich niedriger als die der mit dem formaldehydarmen UF-Harz gefertigten Platte (Fig. 2). Restgehalte an Formaldehyd sind auf die Formaldehydabgabe aus dem Holz zurückzuführen.

Die mechanischen und hygrischen Eigenschaften der mit Melamin-Glyoxylsäure/Glyoxal-Harz gebundenen MDF wurden ebenfalls von den Eigenschaften der neuen Harze beeinflusst (Tab. 2).

Die Anforderungen an die Festigkeiten und Dickenquellung von MDF für die Innenanwendung (Typ MDF) wurden auch bei den langen Presszeiten noch nicht erfüllt. Mit einer Melaminharzvariante wurden bei einer Presszeit von 15 s/mm MDF mit deutlich niedrigeren Dickenquellungswerten hergestellt. Diese Leimharzvariante erscheint bei weiterer Optimierung (Erniedrigung der Salzfracht im Harz) aussichtsreich, um die Anforderungen der Holzwerkstoffe an die hygrischen Eigenschaften zu erfüllen.

Für die mit Melamin-Glyoxylsäure/Glyoxal-Harz gebundenen MDF wurde in der Prüfkammer (DIN EN 717-1:2005) ein Emissionswert von 0,01 ppm ermittelt.

Bei Furniersperrholz wurden mit dem formaldehydfreien Melamin-Glyoxylsäure/Glyoxal-Harz ebenfalls Emissionswerte erzielt, die im Bereich von unbehandeltem natürlichem Holz liegen (Tab. 3).

Die Scherfestigkeit des mit Melamin-Glyoxylsäure/Glyoxal-Harz hergestellten Furniersperrholzes war deutlich niedriger als die der Vergleichsvariante mit UF-Harz.

Für einen möglichen industriellen, wirtschaftlichen Einsatz der formaldehydfreien Melaminharze sind weitere Untersuchungen z.B. hinsichtlich der Harzsynthese (Erniedrigung der Salzfracht), des Härters und der Herstellungsparameter (insbesondere Presszeit) erforderlich.

Das Prinzip der Harzsynthese sowie die Verwendung der formaldehydfreien Melaminharze als Klebstoff für Holzwerkstoffe wurden zu Patenten angemeldet. Die Fraunhofer-Institute IAP und WKI werden ihre Arbeiten - gerne mit Industriepartnern - auf dem Gebiet der formaldehydfreien Aminoplastharze fortsetzen.

 

Förderung

Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen »Otto von Guericke« e.V. den Internationalen Verein für Technische Holzfragen (iVTH) e.V.

IGF-Vorhaben Nr.:      16854 BG

Laufzeit:                     01.02.2012 – 31.07.2014

 

 

28.02.2014