Ultraleichte bio-basierte Holzwerkstoffplatte mit Schaumkern

Möbel werden heute meist aus Holzwerkstoffplatten gefertigt, die ein durchschnittliches Gewicht von bis zu 700 kg/m3 haben. Für den Möbelmarkt von morgen ist das zu schwer. Weil die Nachfrage nach Mitnahmemöbeln sowie der internetbasierte Möbelhandel zunehmen benötigen die Möbelhersteller vermehrt leichtere Platten. Die Forscherinnen und Forscher wollten in diesem Projekt ein neues kostengünstiges Herstellungsverfahren von Sandwichplatten entwickeln: Diese Platten bestehen aus zwei Decklagen aus Holzspänen und einem Kern aus Schaum. Aus früheren Arbeiten wissen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, dass sich im Prinzip solche Platten mit den gewünschten Eigenschaften herstellen lassen. Schwierigkeiten bereitete aber die Produktion des Schaumkerns unter industriellen Bedingungen.

Der Trend im Möbelbau geht hin zu leichteren Materialien, die für Produzenten und Kunden eine Reihe von Vorteilen bieten. Wichtig ist, dass bei aller Gewichtsersparnis die Festigkeitseigenschaften herkömmlicher Holzwerkstoffplatten erhalten bleiben.

Spanplatten haben im Möbelbau die grösste Bedeutung. Wegen der steigenden Nachfrage nach Mitnahmemöbeln sowie der wachsenden Bedeutung des Möbelhandels über das Internet beschäftigen sich Forschung und Industrie seit längerem mit der Entwicklung leichter Plattenwerkstoffe. Für Holzwerkstoff-produzierende Unternehmen kann die Beherrschung entsprechender Herstellverfahren den Zugang zu einem Markt bedeuten, der in der Zukunft stark wachsen könnte und eine hohe Wertschöpfungskraft hat.

Die Forscherinnen und Forschenden haben mit dem Projekt zwei Ziele im Auge gehabt: Erstens die Entwicklung eines Schaumsystems für holzspanbasierte Sandwichplatten, das den hohen ökologischen, technologischen und ökonomischen Ansprüchen genügt. Zweitens die Optimierung des einstufigen Verfahrens zur Herstellung der Sandwichplatten und dessen Anpassung an die industriellen Anforderungen.

Für den Möbelbau der Zukunft fehlen Plattenwerkstoffe, mit denen man leichtere Möbel herstellen kann, und die zudem mit weniger Einsatz von Ressourcen produziert werden. Bio-basierte Leichtbauplatten können die Wettbewerbsfähigkeit von Holz und Holzprodukten im Möbelbau langfristig sichern und der Europäischen Holzwirtschaft eine neue Perspektive eröffnen.

Im Rahmen des NFP 66 Projektes haben die Wissenschafterinnen und Wissenschafter ultraleichte Spanplatten entwickelt, bei denen ein Schaumkern aus einem biobasierten Kunststoff für eine Gewichtseinsparung sorgt. Gleichzeitig schafften sie es, die Festigkeitseigenschaften auf hohem Niveau zu erhalten. Das Verfahren, das das Team weiterentwickelt hat, hat das Potential, in der industriellen Produktion eingesetzt zu werden.

Zur Gewichtsreduzierung wird ein Sandwichaufbau verwendet: Die Platte besteht aus einer leichten Mittelschicht aus Schaum und zwei spanplattenähnlichen Deckschichten. Bisher werden diese Platten aus drei getrennt hergestellten Schichten zusammengefügt. Das ist jedoch mit relativ hohen Kosten verbunden — nur in Nischenmärkten hatten sie eine Marktchance.

Die grosse Herausforderung für die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bestand darin, die Produktionstemperaturen für die Deckschichten und den Schaumkern so zu verändern, dass alle Prozesse im gleichen Temperaturbereich durchgeführt werden können. So müssen etwa die Bedingungen der Expansion des Schaumkerns mit denen übereinstimmen, die für das Aushärten der Klebstoffe in den Deckschichten notwendig sind.

Sie entwickelten einerseits einen biobasierten Schaum-Präkursor und passten andererseits das Plattenherstellverfahren an die neuen Bedingungen an. So konnten sie fast die gleichen Temperaturbedingungen für die Herstellung von Deckschichten und Schaumkern erreichen.

Für die neuen Holzwerkstoffe führte das Forschungsteam eine umfangreiche Analyse der Umweltauswirkungen durch. Es zeigte sich dabei, dass die für die Schaumherstellung verwendeten Rohstoffe sowie die End-of-live-Strategie entscheidend für die Umweltauswirkungen sind.

A new generation of ultra-light bio-based particleboard produced with an in-line foaming step