Bauen und Wohnen Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V.

 

Projekte - Details

Vorhaben (FSP-Brandschutz): Machbarkeitsstudie zur Entwicklung einer Flammschutzimprägnierung für Holzfaserdämmplatten auf Basis von natürlichem Keratin

Anschrift
Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen - Fakultät 3 - Bauingenieurwesen - Institut für Baustoffforschung - Lehr- und Forschungsgebiet Strukturelle Polymerkomposite im Bauwesen
Schinkelstr. 3
52062 Aachen
Kontakt
Prof. Dr. rer. nat. Oliver Weichold
Tel: +49 241 80-95114
E-Mail: weichold@ibac.rwth-aachen.de
FKZ
22009617
Anfang
01.11.2017
Ende
30.06.2019
Ergebnisdarstellung
Die Machbarkeitsstudie zeigt das Potential keratinbasierter Flammschutzmittel als Imprägnierung für den natürlichen Rohstoff Holz. In der Studie wurde zunächst die Aufarbeitung der Geflügelfedern untersucht und verschiedene Hydrolyseverfahren getestet. Dabei führt die alkalische Hydrolyse zu einem Keratinhydrolysat, das als Lösung gut auf Holzfasern aufgebracht werden kann. Neben Holzfasern sind auch andere Holzmaterialien für die Anwendung denkbar, so dass sich ein breites Anwendungsspektrum ergibt. Nachfolgend wurde das Tränkungsverfahren weiter optimiert, so dass eine Methode erhalten wurde, die zu einer schnellen und effizienten Tränkung der Holzfasern führt. Es konnte mittels thermogravimetrischen Analysen gezeigt werden, dass sich die thermische Zersetzung des Holzes durch die Keratinimprägnierung deutlich verlangsamt. Die Ergebnisse wurden in horizontalen Laborbrandtests validiert. Während unbehandelte Teststreifen vollständig abbrennen, sind die behandelten Teststreifen selbstverlöschend. Zusätzlich zeigen die behandelten Streifen ein besseres Glimmverhalten. Die keratinimprägnierten Teststreifen zeichnen sich nach dem Pressen durch eine größere Stabilität und einen größeren Zusammenhalt der einzelnen Fasern aus. Dies deutet darauf hin, dass die Keratinhydolysate die natürliche Klebkraft der Holzspäne unterstützen. Abschließend wurden Holzplatten hergestellt, die mittels ConeCalorimeter-Messungen in Anlehnung an ISO 5660 getestet wurden. Diese zeigen eine Zunahme der Entzündungszeit um über 160% für die behandelten Holzplatten. Die Ergebnisse sind vielversprechend und schaffen eine gute Basis für den Einsatz des biogenen Reststoffs Keratin in nachfolgenden Projekten.
Aufgabenbeschreibung
Gegenstand dieses Vorhabens ist die Schaffung der wissenschaftlichen Grundlagen für die Entwicklung eines neuartigen Flammschutzmittels für Holz auf Basis von nicht anderweitig verwertbaren Keratinabfällen. Keratine sind natürliche Strukturproteine, die z. B. in Vogelfedern, Haaren und Hufen vorkommen. Die Kernidee des Vorhabens basiert auf folgender Beobachtung: Keratine sind auf Grund ihrer chemischen Struktur von Natur aus schwer entflammbar und können nur schlecht thermisch verwertet werden. Das Ziel ist daher im Sinne einer rohstofflichen Verwertung von Keratinabfällen die Entwicklung von Methoden, mit denen diese Abfälle wertschöpfend aufgearbeitet und als Flammschutzmittel für Holz eingesetzt werden können. Das Ergebnis ist keratinimprägniertes Holz, in dem die eingelagerten Keratinbruchstücke die Entflammbarkeit des Holzes herabsetzen sowie das Brand- und Glimmverhalten verbessern. Als Keratinquelle wurden für diese Studie Gänsefederabfälle und als Modellsubstrat Holzfasern gewählt. Federabfälle aus der Geflügelzucht stehen nicht in Konkurrenz zur Nahrungsmittelproduktion. Weltweit fallen pro Jahr ca. 8–9 Mio. Tonnen Federreste an, die aufwendig entsorgt (deponiert) werden müssen. Die imprägnierten Holzfasern können beispielsweise zur Herstellung von Dämmplatten verwendet werden. Diese sind in ihren Verwendungsmöglichkeiten jedoch aufgrund brandschutztechnischer Vorschriften stark begrenzt. Mit der angestrebten Verbesserung des Brand- und Glimmverhaltens ist es möglich diese auf breiter Front einzusetzen. Das Fernziel ist eine Dämmung, die die Anforderungen von Bauherren, Gesetzgeber und Klimaschutz gleichermaßen erfüllt und aus natürlichen Ressourcen besteht.

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