Grenzflächenuntersuchung Holz-Kunststoff

Hintergrund und Zielsetzung

Im Rahmen des Projektes sollen die adhäsiven und kohäsiven Verklebungsmechanismen zwischen biobasierten Polyesterkunststoffen und Holzoberflächen in neuartigen Kompositwerkstoffen charakterisiert werden. Die Eigenschaftsbeziehungen innerhalb des Werkstoffes an der Grenzfläche zwischen Holz und Kunststoff werden in Bezug auf ihre molekulare Struktur, das Polymerverhalten und die mikroskopischen Ausprägungen hin untersucht und mit den mechanischen und physikalischen Eigenschaften des Gesamtwerkstoffs verglichen.

Vorgehensweise

Die beteiligten Projektpartner Scion, Thünen-Institut für Holzforschung (TI) und Universität Hamburg (UHH) verfügen über hochspezialisierte Mikroskopie-Techniken und chemische Analysemethoden. Ziel ist, hierdurch die Polymereigenschaften und die aus dem Prozess resultierenden Eigenschaften des Werkstoffes zu charakterisieren und zu vergleichen. Diese Art von Werkstoffen wird in Form eines Schichtaufbaus realisiert, wobei die Kunststoffkomponente entweder aus einem dünnen Polymerfilm oder aus einer zu einem Schaum mit niedriger Dichte expandierten Schicht besteht. Diese unterschiedlichen Ausprägungen des Kunststoffs beeinflussen die Anbindung an der Grenzfläche erheblich, die sowohl auf molekularer Ebene, auf Nano-, Mikro-, als auch auf Makroebene einen Einfluss auf die Eigenschaften zeigen wird. Die Analyse der Werkstoffe wird sich über natürliche Fasern auf Basis von Holz (Nadelholz/Laubholz) und Furniere hinaus auch mit anderen natürlichen Fasern und modifizierten Holzfasern befassen. Durch diese kontrollierten Veränderungen von Faserchemie bzw. Verstärkung werden Einflüsse auf die Eigenschaften entschlüsselt, die unter Umständen gegensätzliche Auswirkungen haben könnten.

Ergebnisse

Die im Rahmen dieses Projektes durchgeführten Untersuchungen konnten zeigen, dass die entwickelte Methodik sehr gut anwendbar und reproduzierbar ist, insbesondere für die Verwendung von thermoplastischen Klebstoffen. Der Einsatz eines ca. 0,0075 %igen chromophoren Markierungsmittels in Polymilchsäure (PLA) entsprach der Eigenfluoreszenz von Lignin und konnte daher die Verteilung und das Eindringverhalten des PLA shr gut nachweisen. Es zeigte sich, dass die Anwendung von Polymilchsäure hohe Festigkeiten für die Verklebung von Holz ergibt. Steigende Temperaturen führen zu einer erheblich verbesserten Kraftübertragung in der Klebfuge aufgrund des verstärkten Eindringens des Thermoplasten in die Holzstruktur. Die Ergebnisse, insbesondere zu den Verarbeitungstemperaturen erlauben eine große Anwendungsbreite bei furnierbasierten Werkstoffen oder Kompositen.

Die Ergebnisse der Untersuchungen konnten das Verständnis der Holz-Polymer-Interaktionen und ihr Entstehen während der Herstellung grundlegend verbessern. Solch ein tiefgreifendes Verständnis ist für die Optimierung von Kompositwerkstoffen von essentieller Bedeutung.