Fraunhofer-Institut für Holzforschung - Wilhelm-Klauditz-Institut (WKI)
Riedenkamp 3
38108 Braunschweig

2221HV005X

01.08.2022

Ausgehend von einer literaturbekannten Klebstoffmischung, bestehend aus Proteinen und den biopolymere Additiven Cellulose und Lignin, wurden Klebstoffe auf Basis von pflanzlichen Proteinen untersucht. Zusätzlich wurden pilzmyzelbasierte Inhaltsstoffe als neue vielversprechende Additive für proteinbasierte Klebstoffe identifiziert. Zur Vernetzung der Klebstoffbestandteile unter milden Bedingungen wurden Enzyme verwendet. Die Vernetzung wurde mittels rheologischer Messungen und Verklebungen von Furnierstreifen am Automated Bonding Evaluation System evaluiert. Für die im Projekt betrachteten Anwendungsszenarien (Heißpressen von Holzwerkstoffen, Herstellung von Holzschäumen und holzbasierter 3D-Druck) wurden unterschiedliche Verarbeitungsparameter getestet. Darauf aufbauend wurden die Klebstoffe zur Herstellung von 3-lagigen Sperrhölzern auf Basis von Buchenfurnieren verwendet. Hier wurden exemplarische Klebefugen mittels Auflichtmikroskopie untersucht und weiterführende mechanische Charakterisierungen unternommen. Zusätzlich wurden Versuche zum holzbasierten 3D-Druck, zur Herstellung von (Holz)Schäumen, sowie zur biologischen Abbaubarkeit der erzielten Prüfkörper durchgeführt. Bei der Untersuchung milder Verarbeitungsbedingungen, welche für eine Verwendung von vernetzenden Enzymen im 3D-Druck nötig ist, wurden nur geringe Zugscherfestigkeit beobachtet. Die heißverpressten Klebstoffmischungen aus Protein und myzelbasierten Inhaltsstoffen erzielten jedoch auch noch nach Kaltwasserlagerung hohe Zugscherfestigkeiten von über 2,7 N/mm2 . Die Klebstoffe eignen sich daher schon jetzt als Alternative für petrochemische Klebstoffe für Sperrhölzer im nicht-tragenden Einsatz für den Innenbereich. Die Substituierbarkeit von Protein durch pflanzliche Proteine aus lokalen Reststoffströmen der Stärkeproduktion zeigt weiterhin vielversprechende Ergebnisse zur Etablierung nationaler Wertschöpfungsketten.

Die Arbeiten in dem Projekt zielten darauf ab, eine neue Materialklasse an biologischen Klebstoffen für Holzwerkstoffe, Dämmstoffe und den holzbasierten 3D-Druck zu schaffen. Der Grundgedanke war, angelehnt an die Bauweise von Wespennestern, eine bioinspirierte, ressourcenschonende und formaldehydfreie Verklebung von Hölzern und Holzbestandteilen mittels vernetzender (Insekten)Enzyme zu erreichen. Der Ansatz entstammt der Beobachtung, dass Holzwespen ihre Nester aus einer Pappmaché-Masse, bestehend aus zerkleinertem vergrautem Holz, unter Zugabe von Speichel aufbauen. Da vergrautes Holz vor allem Zellulose und nur noch wenig Lignin enthält, besteht die Hypothese, dass die Enzyme im Speichel von Holzwespen eine Lignin-unabhängige Vernetzungsreaktion katalysieren. Obwohl Technologien zur Identifikation, Exprimierung und biotechnologischen Produktion von Insektenenzymen im großskaligen Maßstab bereits etabliert sind, ist die genaue Zusammensetzung des Wespenspeichels jedoch noch nicht vollständig bekannt. Zu Beginn des Projekts zeichnete sich ab, dass die im Vorfeld zugesicherten Insektenenzyme nicht zeitig genug zur Verfügung stehen konnten. Daher wurden weitere natürliche Substanzen, Proteine und vernetzende Enzyme in die Versuche miteinbezogen. In diesem Zuge wurden neue formaldehydfrei Klebstoffe für die Sperrholzverklebung für den nicht-tragenden Einsatz im Innenbereich, den 3D-Druck von Holzbestandteilen sowie für Holzschäume entwickelt.