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Projekte - Details

Machbarkeitsstudie zu flammgeschützten Holzwerkstoffen durch Nutzung von phosphoryliertem Lignin - Akronym: FlammLig

Anschrift
Fraunhofer-Institut für Holzforschung - Wilhelm-Klauditz-Institut (WKI)
Bienroder Weg 54 E
38108 Braunschweig
Kontakt
Dr. Steven Eschig
Tel: +49 531 2155-433
E-Mail schreiben
FKZ
2220HV032X
Anfang
01.02.2020
Ende
31.10.2021
Ergebnisverwendung
Die Phosphorylierung des Lignins wurde durch Umsetzung von Lignin mit Phosphorpentoxid erreicht. Der Phosphatgehalt wurde mittels UV/Vis-Spektroskopie unter Verwendung eines Vanadat-Molybdat-Reagenzes durch Messung der Lichtabsorption bei 400 nm in Abhängigkeit von der Phosphat-Konzentration bestimmt. Der maximale Gehalt wurde mit 5 m% Phosphat im phosphorylierten Lignin bestimmt. Die Versuche ergaben, dass bis zu einem Massenverhältnis von 80 m% Lignin zu 20 m% Phosphorpentoxid während der Synthese, der Phosphatgehalt im Produkt ansteigt. Eine weitere Erhöhung des Phosphorpentoxid-Anteils während der Synthese brachte keine signifikante Erhöhung des Phosphat-Gehaltes. Die phosphorylierten Lignine wurde zur Herstellung in Holzwerkstoff-Platten eingesetzt und ihre Flammschutzwirkung mit Ammoniumpolyphosphat (APP) verglichen. Des Weiteren wurde Kombination aus APP und den phosphorylierten Ligninen untersucht. Der Masseanteil an Flammschutzmittel in den Spanplatten wurde mit 20 m% festgelegt. Hierbei zeigte sich, dass die phosphorylierten Lignin allein nicht ausreichen, um die Anforderung für eine V-0-Klassifizierung nach UL94 zu erreichen. Eine Kombination von 5 m% phosphoryliertem Lignin und 15 m% APP ergab eine Einstufung als V-0. In Platten ohne phosphoryliertem Lignin mussten mindestens 20 m% APP zum Erreichen von V-0 eingesetzt werden. Somit können durch die Verwendung des phosphoryliertem Lignins mindestens 25 % des insgesamt notwendigen APP eingespart werden. Zusätzlich konnte durch die Verwendung von Lignin die Entzündungszeit der Proben verlängert werden. Die Herstellung von flammschützenden Klebstoffbindemitteln speziell für Holzwerkstoffplatten unter Verwendung der phosphorylierten Lignine stellte sich als nicht zielführend heraus. Die Anteile an phosphorylierten Ligninen im gesamten Bindemittel, die realisiert werden konnten, waren zu gering, als dass noch ein Mehrwert hinsichtlich einer signifikanten Flammschutzwirkung erreicht werden konnte.
Aufgabenbeschreibung
Die vorliegende Machbarkeitsstudie beschäftigte sich mit der Verwendung von Lignin-Derivaten zur flammschützenden Ausrüstung von Holzwerkstoffen. Gegenwärtig werden für den Flammschutz von Holzwerkstoffen überwiegend anorganische Stoffe eingesetzt. Für einen ausreichenden Flammschutz sind hohe Einsatzmengen erforderlich, die sich negativ auf die mechanischen Eigenschaften der Holzwerkstoffe auswirken. Die Verschlechterung soll durch den Einsatz Lignin-basierter Flammschutzmittel vermieden werden. Lignin bietet aufgrund seiner chemischen Struktur die Möglichkeit mit den zur Holzwerkstoffherstellung eingesetzten Klebstoffsystemen, im speziellen pMDI, chemisch zu reagieren. Dies lässt eine weniger starke negative Beeinflussung der Holzwerkstoffeigenschaften erwarten. Die flammschützenden Eigenschaften von Lignin sind darauf zurückzuführen, dass es bei hoher Hitzeeinwirkung verkohlt. Zudem ist bekannt, dass sich durch chemische Anbindung von Phosphatgruppen die Flammschutzeigenschaften von Lignin weiter verbessern lassen. Die phosphorylierten Lignine wurde schließlich hinsichtlich ihrer Eignung als Substitut für herkömmlich eingesetzte Flammschutzmittel untersucht. Des Weiteren wurde untersucht inwiefern sich die phosphorylierten Lignine zur Herstellung von flammschützenden Klebstoffbindemitteln eignen. Hierfür sollten die im ersten Schritt hergestellten phosphorylierten Lignine mit Caprolacton, Dicarbonsäuren und Diisocyanten chemisch modifiziert werden. Es wurden Holzwerkstoffplatten mit den phosphorylierten Ligninen, mit phosphorhaltigen Lignin-Caprolacton-Polyester-Polyol-Bindemitteln und mit Ammoniumpolyphosphat (APP) als Referenz hergestellt und hinsichtlich ihrer Flammschutzwirkung untersucht und verglichen.

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