PULaCell - Biobasierte Polyurethan Verstärkungslamelle mit Cellulosefasern für Holzkonstruktionen

1.8.2017

© Foto Fraunhofer ICT

Aufbau der Verstärkungslamellen

Die Fraunhofer Gesellschaft wird mit ihren Instituten IGCV und ICT zusammen mit Covestro Deutschland AG sowie drei weiteren Partnern biobasierte Verstärkungsschichten für Vollholzwerkstoffe, sogenannte Verstärkungslamellen, entwickeln, um die aktuell verwendeten petrochemischen Produkte zu ersetzen. Das innovative, mit Cellulosefasern verstärkte Polyurethan-System soll zu über 90 Prozent biobasiert sein und ohne den Zusatz von Additiven einen sehr guten Flamm- und Bewitterungsschutz gewährleisten. Dazu wurde ein gemeinsames dreijähriges Forschungsprojekt mit der Laufzeit 01. August 2017 – 31. Juli 2020 unter Förderung des Bundesministeriums für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) initiiert.

 

Der moderne Holzkonstruktionsbau erobert zunehmend auch den städtischen Raum. So hat jüngst Hamburg eine Änderung seiner Landesbauordnung beschlossen, die den Einsatz der Massivholzbauweise künftig in bis zu 7-geschossigen Gebäuden vereinfachen soll.

Verbreitete Vollholzwerkstoffe für den modernen Holzbau sind Brettsperr- und Brettschichtholz. Bei diesen Baustoffen befinden sich zwischen den einzelnen Holzlagen dünne Schichten aus Polyurethanharz. Wenn in dieses Harz zur Verstärkung Aramid-, Glas- oder Carbonfasern eingebettet sind, handelt es sich um sogenannte Verstärkungslamellen, die die Holzbaustoffe noch tragfähiger machen. Im jetzt begonnenen Vorhaben wollen die Forscher biobasierte Alternativen für die bisher verwendeten fossilen Harze und Fasern entwickeln.

Die Forscher setzen auf eine Kombination aus biogenen, aliphatischen Polyisocyanaten und biogenen Polyolen auf der Basis von Pflanzenölen. Diesem Polyurethan sollen positive Eigenschaften wie eine geringe Brennbarkeit und eine hohe Resistenz gegenüber Witterungseinflüssen bereits immanent sein, so dass es dafür keiner speziellen Additive bedarf. Bei den Fasern favorisieren die Wissenschaftler Cellulose-Fasern, zum Beispiel aus Regenerat-Cellulose. „Im Ergebnis verfügen wir dann erstmals über verstärkende Werkstoffe für den Holzkonstruktionsbau, die selbst zu mindestens 90 Prozent aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen“, erklärt Dr. Paul Heinz von der Covestro Deutschland AG, der den Projektverbund koordiniert. Damit werde der moderne Holzbau mit Brettsperr- und Brettschichtholz noch nachhaltiger, so Heinz.

Beim Herstellungsverfahren setzen die Projektpartner auf das Pultrusionsverfahren, das sie unter Praxisbedingungen erproben wollen. Das Pultrusions- oder Strangziehverfahren ist ein automatisiertes Verfahren, mit dem sich faserverstärkte Kunststoffprofile kontinuierlich und günstig herstellen lassen. Hierbei setzen die Projektpartner auf die langjährige Expertise der Fraunhofer-Forscher im Bereich Pultrusion und Verarbeitung von neuen Harzformulierungen im Anwendungsmaßstab auf der Fraunhofer-Pultrusionsanlage. Auf der Technikumsanlage der Fraunhofer-Einrichtung IGCV in Augsburg werden 2D-Profile für Testzwecke hergestellt und die dazu nötigen Werkzeuge und Verarbeitungsparameter optimiert. Die Firma Sortimo wird im Vorhaben ein branchenübliches Modellbauteil herstellen, an dem das Potenzial des neuen Werkstoffs und Herstellverfahrens für die Bauindustrie technisch, ökonomisch und ökologisch bewertet werden kann. Dieses Bauteil wird aus Buchenholz gefertigt, das im Zuge des Waldumbaus in wachsender Menge zur Verfügung steht.

Das Vorhaben wird vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) über den Projektträger Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR) gefördert. Informationen stehen auf fnr.de im Menü Projektförderung unter den folgenden Förderkennzeichen zur Verfügung (PM 2017-43):

22022616 - Koordination, Modifizierung der biobasierten Polymermatrix Covestro Deutschland AG

22003517 - Implementierung der Entwicklungsarbeiten in eine industrielle Demonstrationsanlage
Sortimo International GmbH

22003617 - Untersuchungen zum Einsatz von biobasierten Verstärkungsfasern    
Deutsches Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF)

22003717 - Prozessentwicklung zur Herstellung der Verstärkungslamellen    
Universität Stuttgart, Institut für Kunststofftechnik (IKT)    

22003817 - Betrieb der Pilot-Pultrusionsanlage und Prozessbewertung am Fraunhofer-Einrichtung Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV (Augsburg) sowie Ökobilanzierung und Untersuchungen zur Recycelbarkeit  am Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT (Pfinztal)