VOC-Emissionen aus Holzprodukten schnell bestimmen

Projekt

Thermodesorptionsanalyse von flüchtigen organischen Verbindungen (c) Thünen-Institut
Thermodesorptionsanalyse von flüchtigen organischen Verbindungen (© Thünen-Institut)

Entwicklung einer Prüfmethode für die schnelle Bestimmung von VOC aus Holzprodukten zur frühzeitigen Ableitung des langfristigen Emissionsverhaltens und Qualitätskontrolle bei der Herstellung von Holzwerkstoffen

Für die Qualitätskontrolle und Materialentwicklung im Bereich VOC-Emissionen sind schnelle Prüfmethoden erforderlich. Nach etablierten Methoden ist eine Aussage aber erst nach 28 Tagen möglich. Daher soll eine Schnelltestmethode entwickelt werden.

Hintergrund und Zielsetzung

Holz und Holzwerkstoffe enthalten natürlich vorkommende VOC (Volatile Organic Compounds: flüchtige organische Verbindungen), die im Laufe der Zeit emittieren. Bei der Berücksichtigung des späteren Einsatzbereiches ist es notwendig, die Emissionscharakteristik des Holzes und der daraus verarbeiteten Produkte aussagekräftig bestimmen zu können.

Die derzeitige Bestimmung von VOC-Emissionen erfolgt nach Normenstandards prEN 16516 bzw. ISO 16000ff. Dabei werden über 28 Tage Messungen in einer Prüfkammer vorgenommen, die Anhaltspunkte über das langfristige Emissionsverhalten liefern.

Diese Prüfzeit ist für die Produktionskontrolle und Materialentwicklung zu lang. Daher soll im Rahmen des Projektes eine geeignete Prüfmethode entwickelt werden, mit der sich das Emissionsverhalten binnen weniger Stunden schnell und sicher bestimmen lässt.

Vorgehensweise

  • Entwicklung einer Schnelltestmethode
  • Untersuchung auf Basis: Thermoextraktion, µ-Chamber, Gasanalyse in Verbindung mit SPME-GC-FAIMS als neues Messsystem zur Detektion von VOC
  • Veränderung der Prozessparameter und der Bezugsgröße zur Ermittlung des Einflusses auf Messergebnisse
  • Prüfung verschiedener Holzarten/Holzwerkstoffe
  • Erstellen von Korrelationen
  • Ziel: gleichwertige, korrelierbare Werte zur Standardmethode

Unsere Forschungsfragen

  • Wie lässt sich eine Methode zur standardisierten Schnellprüfung gestalten?
  • Wie beeinflussen Prüfparameter das Emissionsverhalten?
  • Wie lässt sich die Inhomogenität des Holzes bei einer geeigneten Prüfmethode berücksichtigen?
  • Wie wirkt sich die Produktbeschaffenheit auf die Prüfung aus?
  • Wie lassen sich Rückschlüsse des Emissionsverhaltens eines Zwischenproduktes auf das Endprodukt ziehen?

Ergebnisse

Auf Basis einer Micro-Chamber in Verbindung mit einem TD-GC-MS-System und einer Gasanalyse in Kombination mit SPME-GC-FAIMS wurden Schnelltestverfahren entwickelt, um die Langzeitemissionen von VOCs aus Holz- und Holzwerkstoffen abzuleiten. Es zeigte sich ein Zusammenhang der Ergebnisse aus beiden Methoden, sodass eine Ableitungen des langfristigen Emissionsniveaus aus Holz und Holzwerkstoffen durch die entwickelten Schnelltestmethoden getroffen werden konnten. Aufgrund der unterschiedlichen Emissionsverläufe müssen die Substanzgruppen getrennt voneinander bewertet werden. Für Terpene ergaben sich hohe Bestimmtheitsmaße der Korrelationen aus Schnelltest- und Referenzmessung ergaben. Hingegen ergaben sich für sekundäre Emissionen (Aldehyde) nur geringe Zusammenhänge zwischen den beiden Methoden. Ursächlich dafür ist die zeitliche Versetzung der Messzeitpunkte. Da die sekundären Emissionen erst durch Autoxidation gebildet werden, waren an frischer OSB zum Zeitpunkt der Schnelltestmessung nur geringe spezifische Emissionsraten bestimmbar. Bereits 28 Tage später zum Zeitpunkt der Standardmessung liegen diese je nach Verlauf der Autoxidation weitaus höher. Gute Korrelationen der sekundären Emissionen ergeben sich erst durch Prüfung von Proben, bei denen der Autoxidationsprozess bereits abgeschlossen und das Konzentrationsmaximum erreicht ist. Durch Erhöhung der Prüftemperatur wird die Autoxidation beschleunigt, sodass sich die Zusammenhänge der Ergebnisse aus Schnelltestmethode und Referenzmessung verbessern.

Thünen-Ansprechpartner


Beteiligte Thünen-Partner


Beteiligte externe Thünen-Partner

  • Swiss Krono Group
    (Heiligengrabe, Deutschland)
  • Fagus-GreCon Greten GmbH & Co. KG
    (Alfeld, Deutschland)

Geldgeber

  • Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL)
    (national, öffentlich)

Zeitraum

7.2016 - 8.2018