Entwicklung eines Holzwerkstoffes

Holz ist ein Werkstoff aus nachhaltigen und erneuerbaren Ressourcen. Im Vergleich zu Metallen wie Stahl und Aluminium sowie technischen Verbundwerkstoffen mit Kunststoffen aus fossilen Quellen, Kohlenstoff- und Glasfasern beinhaltet Holz eine viel geringere verkörperte Energie und speichert zudem CO2 aus der Atmosphäre - so wird von 1 kg Holz ca. 1,84 kg Kohlendioxid aufgenommen. Eine kommerzielle Nutzung von Holz trägt somit zur Verringerung des Treibhauseffekts bei. Mit seiner natürlichen hierarchischen Zellstruktur kann Holz durch Heißpressen zu hochleistungsfähigen Strukturmaterialien verarbeitet werden. Zuvor werden jedoch Bestandteile wie Lignin und Hemizellulose teilweise entfernt. Die grundsätzliche Herausforderung bei dieser Technik besteht darin, eine kostengünstige, umweltfreundliche und zugleich skalierbare Vorbehandlung des Holzes sowie eine energieeffiziente thermomechanische Verarbeitungsroute bis zum finalen Bauteil zu finden. Das IVW entwickelt geeignete Techniken zur selektiven Delignifizierung von Holz und fokussiert insbesondere biotechnologische Methoden auf Wasserbasis und mit umweltfreundlichen Lösungsmitteln. Um die strukturelle Leistungsfähigkeit des behandelten Holzes bestmöglich zu nutzen und zudem multifunktionelle Eigenschaften zu erreichen, entwickeln wir bioinspirierte Verbundwerkstoffe mit Nanokompositen und setzen dazu saubere und energieeffiziente thermomechanische Verarbeitungstechnologien ein. Schlüsselparameter sind einerseits die Regulierung des Lignin- und Hemizellulosegehalts im Holz durch den innovativen Vorbehandlungsprozess sowie das richtige reaktive Bindemittel im Holzlaminat mit Polymeren und funktionellen Nanopartikeln. Das entstehende innovative Material übertrifft derzeitige unidirektionale naturfaserverstärkte Verbundwerkstoffe mit Epoxidharz in den mechanischen Eigenschaften bei weitem, es lässt sich zudem optisch transparent herstellen und es bietet eine um den Faktor 14 bessere Witterungsbeständigkeit als Naturholz. Die sonst zum Holzschutz üblichen zusätzlichen äußeren hydrophoben Beschichtungen zum dauerhaften Erhalt der Holzstruktur erübrigen sich. Mit dem Einsatz von biobasierten Nanokompositen im Holz ergeben sich außerdem eine verbesserte Grenzflächenhaftung und Integrität des neuen High-Tech-Verbundwerkstoffes.

Ziel des Projekts ist die Entwicklung nachhaltiger und leistungsfähiger Holzwerkstoffe.