JAHRGANG 60, AUSGABE 1/2019

Holz als Konstruktionswerkstoff fristet ein Nischendasein für technische Anwendungen im Maschinen-

und Anlagenbau. Anisotrope mechanische Eigenschaften mit hoher Streuung gepaart mit vielen Einflussfaktoren auf das mechanische Verhalten sorgen für eine schwierige Berechnung von Bauteilen aus WVC (Wood Veneer Composites, Holzfurnierlagenverbundwerkstoffe). Am Beispiel eines Lastaufnahmemittels in Form einer Traverse in Holzbauweise wurden Berechnungen mit bekannten Formeln der technischen Mechanik sowie des Eurocode 5 durchgeführt. Die Berechnungsergebnisse werden im vorliegenden ersten Teil des Beitrages vorgestellt und mit in labormäßigen Tests ermittelten Werten verglichen und evaluiert.

Zu einem E1-Referenzharz wurde Harnstofflösung zugesetzt. Der Einfluss des Harnstoffs auf die mechanisch-physikalischen Eigenschaften von Span- und Faserplatten wurde anschließend untersucht. Bei Spanplatten ist ein direkter Zusammenhang zwischen abnehmender Reaktivität des modifizierten E1-Harzes und der Querzugfestigkeit bzw. dem Quellverhalten zu erkennen. Die Rohdichte und das Rohdichteprofil wurden nicht beeinflusst. Die Faserplatten wurden nach dem Blowline-Verfahren beleimt. Die Modifikation mit Harnstofflösung erfolgte direkt zu E1- Harz bzw. getrennt von diesem. Als Zugabevarianten wurden die Harnstoffapplikation auf die Hackschnitzel, in der Blowline vor und nach der Beleimung sowie unmittelbar vor dem Trockner gewählt. Ferner wurde ein weiterer Satz an Faserplatten mit einem geänderten Rohdichteprofil hergestellt. Aus diesen Untersuchungen kann erneut die sinkende Reaktivität des modifizierten E1-Harzes abgeleitet werden. Dabei ist es unerheblich, in welcher Reihenfolge die Beleimung und Harnstoffapplikation vorgenommen wurde.

Richtig eingesetzt, sind Holzwerkstoffe kompetitiv zu faserverstärkten Kunststoffen und Metallen.

Bis dato konnten Materialdaten und Materialkarten von Holz nicht für die Simulation von Crashbelastungen zur Verfügung gestellt werden. Im Zuge einer durchgeführten Studie konnte das Potenzial der expliziten Finite-Elemente-Berechnung von Holzverbundwerkstoffen unter statischer

sowie Crashbelastung mit ausreichender Genauigkeit bis zum initialen Werkstoff- bzw. Bauteilversagen nachgewiesen und notwendige zukünftige Entwicklungsschwerpunkte aufgezeigt werden. Mit der Studie konnte gezeigt werden, dass Holz und Holzverbundwerkstoffe auch in sehr komplexen Baustrukturen hervorragend mittels Finite-Elemente-Modellen im Crash simuliert werden können. Einschränkungen für die Simulation, auch für Gesamtfahrzeugsimulation im Crashfall, konnten ausgeschlossen werden.

Im Zuge der Substitution von petrostämmigen Wertstoffen wurden in der Vergangenheit vermehrt Forschungsanstrengungen unternommen, um lignocellulosische Roh- und Reststoffe für infrastrukturkompatible Komponenten verfügbar zu machen. Dabei sollen biogene Intermediäre verschiedenster Konversionsverfahren in bestehende Prozesse der Petrochemie integriert werden. Für die Konversion von Schwarzlauge zu infrastrukturkompatiblen Intermediären haben sich die hydrothermale Konversion in subkritischer Flüssigphase und die Hydrodeoxygenierung als geeignet erwiesen. Allerdings bedingen diese Verfahren mehrstufige Prozesse, da die notwendige Sauerstoffentfernung und die Veredelung der Intermediäre effizienter in getrennten Prozessstufen durchgeführt werden kann. Im Rahmen eines internationalen Forschungsprojektes wurde am Thünen-Institut für Holzforschung in Hamburg die Hydrodeoxygenierung eines HTL-Produktes aus Schwarzlauge der Zellstoffherstellung untersucht. Die Hydrodeoxygenierung des HTL-Produktes wurde anhand der Auswirkungen von Schlüsselparametern, wie Temperatur, pH-Wert und der Einsatz von bimetallischen Zeolithkatalysatoren, auf das erzeugte Produkt untersucht. Ein hoher Deoxygenierungsgrad des Produktes sowie hohe Ausbeuten an Monomeren konnten bei Temperaturen um 380 °C erzeugt werden. Ein Alternativkonzept zur katalytischen Konversion von HTL-Produkten in subkritischer Flüssigphase konnte erfolgreich getestet werden. Bei beiden Verfahren können Produkte erzeugt werden, die ohne zusätzliche Anstrengungen in bestehende Prozesse der chemischen Industrie (FCC-Prozess) integriert werden können.

Montanwachsbasierte und zur Hydrophobierung von mineralischen Baustoffen etablierte Dispersionen

(Handelsname: MONTAX) wurden für das Einsatzfeld der Holzwerkstoffe optimiert und bewertet. In der vorliegenden Arbeit werden die im Rahmen eines IGF-Vorhabens durchgeführten Untersuchungen zur Herstellbarkeit von HDF unter Verwendung dieser montanwachshaltigen Dispersionen als Additive am Beispiel des MONTAX 55 beschrieben und die erhaltenen grundlegenden Erkenntnisse dargestellt. Es konnte festgestellt werden, dass durch den Einsatz von MONTAX 55 hochdichte Faserplatten mit industrieanalogen Eigenschaften herzustellen sind und diese über eine ausgezeichnete Hydrophobierungswirkung bezüglich der Dicken- und Kantenquellung verfügen, wobei die Querzugfestigkeit sogar positiv beeinflusst wird. Dieses Verhalten lässt auf zusätzliche bindemittelunterstützende Effekte bei der Verwendung von Montanwachs in Additiven zur Hydrophobierung schließen.

Die Abgabe von flüchtigen organischen Verbindungen (engl. volatile organic compounds, VOC) durch Bauprodukte wird in Zukunft deutlich stärker als bisher Regularien unterworfen sein. DIN EN 16516 (2018) bildet dafür mit harmonisierten Prüfverfahren die Grundlage. Damit wird die Deklaration der VOC-Abgabe auf dem CE-Kennzeichen erforderlich und in vielen Fällen auch eine werkseigene Produktionskontrolle (WPK). Die vorliegende Arbeit stellt ein neues, robustes Schnelltestverfahren vor, das sich einer Gasanalyseanlage (vgl. DIN EN ISO 12460-3, 2016) bedient, um Prüfkörper definiert emittieren zu lassen. Die freigesetzten Stoffe werden nach einem Anreicherungsschritt in ein

analytisches System überführt, das auf Gaschromatographie und Ionenmobilitätsspektrometrie zur quantitativen Bestimmung basiert. Im Beitrag werden das Verfahren, erste Ergebnisse sowie das regulatorische Umfeld präsentiert.

Am Institut für Pflanzen- und Holzchemie der Technischen Universität Dresden werden Verfahren zur Separierung und Modifizierung von Hemicellulosen aus landwirtschaftlichen Reststoffen (Haferspelzen, Weizenstroh und Zuckerrübenschnitzel) entwickelt. Es werden schwefelfreie alkalische Aufschlussverfahren angewendet, aus denen die Hemicellulosen mittels Ultra- und Nanofiltration aus der Schwarzlauge abgetrennt werden. Parallel wird die Delignifizierung der Reststoffe mit Wasserstoffperoxid untersucht. Die Charakterisierung und Bewertung der Produkte erfolgt in Zusammenarbeit mit dem Institut für Technische Chemie der Technischen Universität Bergakademie Freiberg. Im Vordergrund stehen dabei sowohl die Zusammensetzung der Produkte als auch die Molmassen und deren Verteilung. Die Hemicellulosen werden im Hinblick auf mögliche Anwendungen optimiert und modifiziert. Positive Ergebnisse wurden bei Tests der Hemicellulosen als Hilfsmittel bei Flotationsprozessen und der Modifizierung zur Herstellung von Flammschutzmitteln erzielt. Die Eignung als Additiv zur Steigerung von Papierfestigkeiten wird noch untersucht.