Neuartige Verbundwerkstoffe aus Holz und Kunststoff

by Tobias Schwarzmüller (comments: 0)

Der Einsatz nachwachsender Rohstoffe und die Entwicklung biobasierter und nachhaltiger Produkte gewinnt zunehmend an Bedeutung. Gründe hierfür sind sowohl der Wunsch nach Unabhängigkeit von fossilen Ressourcen als auch die Reduzierung von CO2-Emissionen. Die Bioökonomie als nachhaltige, moderne Wirtschaftsform umfasst alle Aktivitäten, die diese Ziele verfolgen und trägt damit wesentlich zur Innovations- und Wettbewerbsfähigkeit einer Gesellschaft mit nachhaltigen Entwicklungszielen im postfossilen Zeitalter bei.

Die stoffliche Nutzung von nachwachsenden/alternativen Rohstoffen wird auch ein Thema auf der Konferenz MatX.

Bildquelle: Lehrstuhl für Holzwissenschaft, TU München

Biobasierte Werkstoffe aus Holz und Kunststoff

 Das Thema holz- und biobasierter Verbundwerkstoffe in einem gemeinsamen Cross-Cluster-Projekt HoKuRO des Clusters Neue Werkstoffe und des Clusters Forst und Holz bearbeitet. Ziel von HoKuRO (Holz-Kunststoff-Roadmapping) war die Entwicklung einer Technologie-Roadmap, um Forschungs- und Entwicklungsprojekte im Bereich neuer holzbasierter (Verbund-)werkstoffe zu initiieren. Das Projekt wurde vom bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie gefördert.

Holz ist ein „traditioneller“ Werkstoff und einer der wichtigsten nachwachsenden Rohstoffe in Bayern. Als Werkstoff bietet es sich für die Herstellung von biobasierten bzw. nachhaltigen Produkten besonders an, da Holz als nachwachsender Rohstoff gut verfügbar ist und nicht in Konkurrenz zur Nahrungsmittelherstellung steht. Der Rohstoff Holz ist stofflichen Nutzung in Form neuer Werkstoffe (Biokomposit, WPC, Naturfaser, Textilfaser etc.) besonders geeignet und besitzt durch seine Zusammensetzung (Cellulose, Lignin, Zusatzstoffe etc.) und sein heterogenes Angebot (Laub- und Nadelhölzer, Qualitätsdifferenzierung) viele Anwendungsmöglichkeiten z.B. im Holz-, Möbel-, Fahrzeug- oder Leichtbau.

Grundlage für die Erstellung der Roadmap war die Diskussion mit Experten aus Industrie und Wissenschaft. Zahlreiche relevante Technologien aus der Kunststofftechnik, der Faserverarbeitung Additive, Holzverarbeitung und der Holzinhaltsstoffe wurden gesammelt und mögliche Anwendungsbereiche wie Bau, Interieur/Design, Möbel, Fahrzeug, Verpackung, Sport oder Leichtbau in die Roadmap diskutiert und hinsichtlich Zeithorizont (0 – 3, 4 – 7, 8 – 15 Jahre), Marktpotenzial und Innovationshöhe bewertet. Die Bereiche Leichtbau/Mobilität und Bau/Möbel sowie Verbundwerkstoff- und Fasertechnologien wurden näher betrachtet.

Für WPC-Werkstoffe sind die Herausforderungen im technischen Bereich überschaubar. Hier geht es vor allem darum die Langlebigkeit zu gewährleisten, an der Recyclingfähigkeit zu arbeiten oder die Kriechneigung der Verbundwerkstoffe zu verbessern. Letztlich sind viele Anwendungsbereiche für WPC heute bereits erschlossen und es wird wenig Potenzial gesehen, mit dem verfügbaren Werkstoff neue Anwendungsbereiche zu erschließen. Die Gründe hierfür sind vielfältig, aber vor allem fehlt es an der Akzeptanz im Markt sowohl bei Kunden, als auch bei Geschäftspartnern. Oft erschweren auch die gesetzlichen Rahmenbedingungen eine breite Marktdurchdringung (z.B. zulassungsrechtliche Fragen bei Fassadenteilen, tragenden Bauteilen oder hinsichtlich Flammschutz).

Um neue Anwendungsbereiche (tragenden Bauteile, neue Geometrien etc.) zu erschließen, wird die Notwendigkeit gesehen, neuartige Fasern auf Basis von Holz zu entwickeln. Um in 10 - 15 Jahren neuartige Fasern produzieren zu können, müssen bereits heute die Vorarbeiten erfolgen. Verfahren für den Holzaufschluss müssen dazu optimiert bzw. neu entwickelt werden, um die inhärenten strukturellen und funktionalen Eigenschaften der Holzfaser nutzen und definierte Fasern bzw. Faserbündel erzeugen zu können. Zum anderen müssen Festigkeit, Aspektverhältnisse und Eigenschaften verfügbarer Fasern exakt bestimmt werden, um verlässliche Referenzwerte für eine neuartige Faser zu erhalten. Auf dieser Basis sind holzfaserverstärkte Kunststoffe denkbar, die als tragende Bauteile, in Leichtbauanwendungen bis hin zum Ersatz von Kohlefasern dienen könnten.

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