Watersorption - Wasseraufnahme von Wood Plastic Composites

Status

abgeschlossen

Kurzfassung

Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe (Wood Plastic Composites, WPC) sind Verbunde, die aus Holzpartikeln, einer thermoplastisch verarbeitbaren Matrix und Additiven bestehen. Diese Materialklasse, welche in den letzten Jahren zunehmende Aufmerksamkeit von Industrie und Forschung erhalten hat, weist Vorteile hinsichtlich der mechanischen Eigenschaften, der Verarbeitung und der Kosten auf. Ein gravierender Nachteil von WPC ist es jedoch, dass durch den Celluloseanteil Wasser in den Verbund aufgenommen wird, was sich negativ auf die Dimensionsstabilität, die mechanischen Eigenschaften und die Beständigkeit gegenüber biologischem Befall auswirkt.

Die derzeit angewandten Methoden zur Unterdrückung der Wasseraufnahme, nämlich Beschichten oder Coaten der Bauteile, sowie die chemische Modifizierung der Holzpartikel mittels Acetylierung, weisen Nachteile auf, welche den vermehrten Einsatz von WPC in diversen Anwendungen verhindern. Das Beschichten oder Lackieren versiegelt einen Bauteil zwar, jedoch verliert man dadurch den Vorteil der einfacheren Handhabung eines WPC gegenüber klassischen Holzwerkstoffen. Weiters sind solche Behandlungen kostenintensiv in der Herstellung und auch vom Endanwender müssen diese Behandlungen intervallweise wiederholt werden. Das Acetylieren der Holzspäne ist zwar eine effektive Methode zum Unterdrücken der Wasseraufnahme, allerdings ist der Prozess sehr teuer, was den Gesamtverbund ebenfalls extrem verteuert, wodurch der WPC eines seiner Hauptvorteile, nämlich der guten Kosteneffektivität beraubt wird. Weiters werden durch die Acetylierung auch die mechanischen Eigenschaften beeinträchtigt, wodurch sich diese Behandlung eigentlich nicht mehr rechnet.

Die Zielsetzung in diesem Projekt war es, die Mechanismen der Wasseraufnahme in den Verbund und die Transportmechanismen innerhalb aufzuklären. Basierend auf diesen Ergebnissen wurden Methoden zur Modifizierung des Holzes entwickelt, welche die Wasseraufnahme unterdrücken. Das Hauptaugenmerk wurde bei diesen Behandlungen auf die Effektivität hinsichtlich der Wasseraufnahme und Kosten sowie auf die Einfachheit der Verfahren gelegt. Es war zwar Ziel des Projektes, die Grundlagen der Sorption zu erforschen, jedoch sollen die gewonnenen Ergebnisse auch für spätere Anwendungen nutzbar sein.

Im Rahmen des Projektes wurden verschiedene Behandlungen untersucht, wobei die vielversprechendsten die termische Behandlung sowie die Behandlung mit Anhydriden und Duromeren waren. Gerade die thermische Behandlung überzeugt durch die Einfachheit im Einsatz, und auch durch die relativ geringen Kosten. Für noch effizientere Unterdrückung der Wasseraufnahme, sowohl bei extrudierten ais auch bei spritzgegossenen WPC eignen sich die beiden anderen Behandlungen (mit Anhydriden bzw. mit Duromeren), allerdings sind hier etwas höhere Rohmaterialkosten in Kauf zu nehmen, welche allerdings durch die geringen Dosierungen von wenigen Prozent auf den Holzanteil gesehen keinen allzu großen Faktor ausmachen – vor allem wenn dadurch verschiedene Probleme in der Anwendung beseitigt werden.

Durch die in diesem Projekt erarbeiteten Ergebnisse wird aufgezeigt, wie es durch relativ einfache Mittel möglich ist, die Wasseraufnahme von WPC zu verringern, wodurch sich viele zusätzliche Anwendungsmöglichkeiten erschließen lassen, die bisher durch das Wasseraufnahmeverhalten nicht mit WPC realisiert werden konnten.

Projektleiter

Dr. Christoph Burgstaller
Transfercenter für Kunststofftechnik GmbH (TCKT)

Projektmitarbeiter TCKT

B. Priller, BSc, Ing. A. Gösweiner, Ing. H. Ladner, Ing. K. Moser, C. Hainberger, F. Hartl, C. Maticka

Projekt- und Kooperationspartner

• Dr. Martin Sonntag
• Dr. K. Fischer, Dr. S. Schmidt, DI (FH) P. Glaser, DI (FH) C. Adler, S. Ikrai, S. Marx-Guschall
• Rehau AG, D

Transfercenter für Kunststofftechnik GmbH
Franz Fritsch Strasse 11, 4600 Wels
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