29.03.2023
Auf der Suche nach dem heiligen Gral: 100% emissionsfreie, biobasierte Klebstoffe für tragende Holzwerkstoffe
Forschungsverbund will Klebstoffe aus pflanzlichen Tanninen fit für den industriellen Einsatz machen
„100% emissionsfreie und biobasierte Klebstoffe für tragende Holzwerkstoffe gibt es bislang nicht. Wären diese dann auch noch kostengünstig verfügbar, hätten wir so etwas wie den heiligen Gral der Holzwerk- und -klebstoffindustrie gefunden“, sagt Professorin Marie-Pierre Laborie von der Universität Freiburg, Koordinatorin des Forschungsverbundes TANIPU. Genau nach diesem heiligen Gral fahndet das TANIPU-Team. Die Forschenden setzen dabei auf Klebstoffe auf Basis von Tanninen – pflanzlichen Gerbstoffen.
Das Vorhaben TANIPU wird vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) im Rahmen des Förderaufrufs „Anwendungsorientierte Forschung zu biobasierten Klebstoffen“ unterstützt und gehört zu insgesamt 12 Vorhaben, in denen Forschende biobasierte Klebstoffe für Holzwerkstoffe, Verpackungen und weitere Anwendungen entwickeln.
Die Suche nach emissionsfreien, gesundheitlich völlig unbedenklichen Klebstoffen für Holzwerkstoffe, angetrieben durch Gesetze wie die europäische Chemikalien-Verordnung REACH, hält an. Es gilt, Substanzen wie VOC[1] (z. B. Formaldehyd) oder die in der Verarbeitung und im Brandfall kritischen, toxischen Isocyanate zu ersetzen. Gleichzeitig befördert das Streben nach CO2-neutralen Produkten die Entwicklung biobasierter Klebstoffe. Die Idee, hierfür Tannine, also pflanzliche Gerbstoffe zu verwenden, ist nicht neu; schon seit den 1970er Jahren existieren tanninbasierte Klebstoffe. Sie sind bislang jedoch nicht frei von VOC-Emissionen. Dafür weisen die Klebstoffe hochinteressante technische Eigenschaften auf: Sie sind sehr wasserbeständig, haften auf Holz und eignen sich zur Herstellung tragender Holzverbundwerkstoffe im Innen- und Außenbereich. Zudem besitzen sie sowohl biozide als auch feuerbeständige Eigenschaften. Diese bereits an anderer Stelle postulierten Eigenschaften werden im Rahmen des Projektes geprüft.
Tannin als Rohstoff ist kommerziell erhältlich, es wird in Südamerika und Südafrika industriell aus Quebracho- und Mimosabäumen extrahiert. Die Kosten liegen etwa auf dem Niveau konventioneller Klebstoff-Chemikalien wie Phenole. Weiterer Pluspunkt: Tannine lassen sich auch aus Rinden extrahieren und sind dann ein Nebenprodukt der Zellstoff- und Sägeindustrie, ohne Konkurrenz zur sonstigen Holznutzung oder gar zum Lebensmittelsektor.
Das TANIPU-Team verfolgt den Ansatz, Polyurethane über die Synthese von Tanninen mit biobasierten Carbonaten und Diaminen zu gewinnen. Diese Polyurethane wären frei von Formaldehyd-Emissionen und von Isocyanaten, sogenannte NIPU (Non-Isocyanate Polyurethane), und zudem zu 100 Prozent biobasiert. Ähnliche Arbeiten wurden bereits in früheren Forschungsprojekten durchgeführt. Die systematische Untersuchung der anhand von kommerziell verfügbarem Tannin (Silvateam S.p.a.) gewonnenen NIPU-Polyurethane und Harze steht jedoch noch aus, inklusive der Herleitung der Struktur-Eigenschafts-Beziehungen auf chemischer Ebene. Dies will das TANIPU-Team nun nachholen mit dem Ziel, mit dem grundlegenden Verständnis den Syntheseweg und die Produkte zu optimieren. Im bis 2025 laufenden Projekt wollen die Forschenden nach den Grundlagenarbeiten im Labor (Universität Freiburg) auch ein Scale-up in den Pilotmaßstab (Fraunhofer ICT) und in den Demonstrationsmaßstab (Synthopol Chemie) durchführen und die hergestellten Harzrezepturen Tests unterziehen (Jowat SE und Lignotrend). In einer begleitenden Studie werden die Marktpotenziale der Klebstoffe analysiert und eine Cradle-to-Gate-Ökobilanz des Herstellungsprozesses durchgeführt (Nova-Institut).
Projektinformationen zu TANIPU finden sich in der Projektdatenbank der FNR (https://www.fnr.de/projektfoerderung/projektdatenbank-der-fnr) unter dem Förderkennzeichen 2220HV067.
Eine Kurzübersicht aller Vorhaben im Förderaufruf „Anwendungsorientiere Forschung zu biobasierten Klebstoffen“ finden Sie hier.
Über die FNR
Ansprechpartner:
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.
Dietmar Peters
Tel.: +49 3843 6930-325
E-Mail: d.peters(bei)fnr.de
Pressekontakt:
Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V.
Nicole Paul
Tel.: +49 3843 6930-142
Mail: n.paul(bei)fnr.de
PM 2023-20
[1]Die Abkürzung VOC (englisch: volatile organic compounds) bezeichnet flüchtige organische Verbindungen, die teilweise bereits bei Raumtemperatur in die Gasphase übergehen, aus Lösungsmitteln, Klebstoffen, Kunststoffen und weiteren Quellen emittieren und eingeatmet werden können. VOC können gesundheitsschädlich sein.
Die Verwendung der folgenden Bilder ist für redaktionelle Zwecke honorarfrei. Veröffentlichung bitte unter der Quellenangabe: FNR/petereichler.com.
Zugehörige Dateien
Tragwerkkonstruktion aus Holz (3 MB)
Aus Klimaschutzgründen zunehmend gefragt: Holz als CO2-speichernder Baustoff. Bei großen Spannweiten – hier das Dachtragwerk einer 2022 gebauten Produktions- und Lagerhalle in Jena aus Brettschichtholz – sind Klebstoffe zur Fügung der Holzwerkstoffe oft unverzichtbar. Für einen rundum nachhaltigen Holzbau bedarf es biobasierter, emissionsfreier Klebstoffe. Foto: FNR/petereichler.com
Aus Klimaschutzgründen zunehmend gefragt: Holz als CO2-speichernder Baustoff. Bei großen Spannweiten – hier das Dachtragwerk einer 2022 gebauten Produktions- und Lagerhalle in Jena aus Brettschichtholz – sind Klebstoffe zur Fügung der Holzwerkstoffe oft unverzichtbar. Für einen rundum nachhaltigen Holzbau bedarf es biobasierter, emissionsfreier Klebstoffe. Foto: FNR/petereichler.com
„100% emissionsfreie und biobasierte Klebstoffe für tragende Holzwerkstoffe gibt es bislang nicht. Wären diese dann auch noch kostengünstig verfügbar, hätten wir so etwas wie den heiligen Gral der Holzwerk- und -klebstoffindustrie gefunden“, sagt Professorin Marie-Pierre Laborie von der Universität Freiburg, Koordinatorin des Forschungsverbundes TANIPU. Genau nach diesem heiligen Gral fahndet das TANIPU-Team. Die Forschenden setzen dabei auf Klebstoffe auf Basis von Tanninen – pflanzlichen Gerbstoffen.
Die Suche nach emissionsfreien, gesundheitlich völlig unbedenklichen Klebstoffen für Holzwerkstoffe, angetrieben durch Gesetze wie die europäische Chemikalien-Verordnung REACH, hält an. Es gilt, Substanzen wie VOC[1] (z. B. Formaldehyd) oder die in der Verarbeitung und im Brandfall kritischen, toxischen Isocyanate zu ersetzen. Gleichzeitig befördert das Streben nach CO2-neutralen Produkten die Entwicklung biobasierter Klebstoffe.
Die Idee, hierfür Tannine, also pflanzliche Gerbstoffe zu verwenden, ist nicht neu; schon seit den 1970er Jahren existieren tanninbasierte Klebstoffe. Sie sind bislang jedoch nicht frei von VOC-Emissionen. Dafür weisen die Klebstoffe hochinteressante technische Eigenschaften auf: Sie sind sehr wasserbeständig, haften auf Holz und eignen sich zur Herstellung tragender Holzverbundwerkstoffe im Innen- und Außenbereich. Zudem besitzen sie sowohl biozide als auch feuerbeständige Eigenschaften. Diese bereits an anderer Stelle postulierten Eigenschaften werden im Rahmen des Projektes geprüft.
Tannin als Rohstoff ist kommerziell erhältlich, es wird in Südamerika und Südafrika industriell aus Quebracho- und Mimosabäumen extrahiert. Die Kosten liegen etwa auf dem Niveau konventioneller Klebstoff-Chemikalien wie Phenole. Weiterer Pluspunkt: Tannine lassen sich auch aus Rinden extrahieren und sind dann ein Nebenprodukt der Zellstoff- und Sägeindustrie, ohne Konkurrenz zur sonstigen Holznutzung oder gar zum Lebensmittelsektor.
Das TANIPU-Team verfolgt den Ansatz, Polyurethane über die Synthese von Tanninen mit biobasierten Carbonaten und Diaminen zu gewinnen. Diese Polyurethane wären frei von Formaldehyd-Emissionen und von Isocyanaten, sogenannte NIPU (Non-Isocyanate Polyurethane), und zudem zu 100 Prozent biobasiert. Ähnliche Arbeiten wurden bereits in früheren Forschungsprojekten durchgeführt.
Die systematische Untersuchung der anhand von kommerziell verfügbarem Tannin (Silvateam S.p.a.) gewonnenen NIPU-Polyurethane und Harze steht jedoch noch aus, inklusive der Herleitung der Struktur-Eigenschafts-Beziehungen auf chemischer Ebene. Dies will das TANIPU-Team nun nachholen mit dem Ziel, mit dem grundlegenden Verständnis den Syntheseweg und die Produkte zu optimieren. Im dem bis 2025 laufenden Projekt wollen die Forschenden nach den Grundlagenarbeiten im Labor (Universität Freiburg) auch ein Scale-up in den Pilotmaßstab (Fraunhofer ICT) und in den Demonstrationsmaßstab (Synthopol Chemie) durchführen und die hergestellten Harzrezepturen Tests unterziehen (Jowat SE und Lignotrend). In einer begleitenden Studie werden die Marktpotenziale der Klebstoffe analysiert und eine Cradle-to-Gate-Ökobilanz des Herstellungsprozesses durchgeführt (Nova-Institut).
