Vom Holz zum Holzwerkstoff - AHB - Berner Fachhochschule

2.4 Klebharzaushärtung
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FORSCHUNGSARBEITEN
2.4.1 Hintergrund und Wissensstand
Für die Holzwerkstoffherstellung ist das Zusammenwirken der beiden Kompo-
nenten Holz (bzw. dessen Oberfläche) und Klebharz von wesentlicher Bedeu-
tung. Die Wechselwirkungen zwischen Holz und Klebharz hängen einerseits
von den chemischen und physikalischen Eigenschaften der Holzoberfläche ab.
Zum anderen bestimmen die Bindemittelcharakteristika wie Klebharztyp, Mol-
verhältnis, Viskosität, Art und Menge des eingesetzten Härters sowie weitere
Zusätze zur Leimflotte die Ausbildung der Verklebung und damit die physikalisch-mechanischen
Eigenschaften des Werkstoffes.
Zur getrennten Charakterisierung der beiden Komponenten Holz und
Klebharz können zahlreiche analytische Verfahren eingesetzt werden. Beispielsweise
lassen sich anhand von Messungen des Kontaktwinkels Aussagen
über die Benetzbarkeit einer Holzoberfläche und damit über die Verklebungseigenschaften
des betrachteten Holzmaterials treffen. Entsprechend eignen sich
Differential-Scanning-Calorimetrie-Messungen (DSC) zur Beschreibung der
Reaktionskinetik eines Klebharzansatzes.
Aufgrund der Interaktion von Holz und Klebharz wird aber die isolierte Analyse
einer der beiden Komponenten immer zu einer unvollständigen Charakterisierung
des Holz-Klebharz-Systems führen. Vielmehr bedarf es Analyseverfahren,
welche das Zusammenwirken von Holz und Klebharz berücksichtigen, will
man zu belastbaren Aussagen über die Festigkeitsentwicklung von Holzverleimungen
in Abhängigkeit von Rohstoff- wie auch Prozessparametern kommen.
Im Folgenden sollen zwei derartige Verfahren zur Charakterisierung der
Klebharzkinetik unter Berücksichtigung der Komponente Holz beschrieben
werden: Das Automated Bonding Evaluation System (ABES) sowie das Integrated
Pressing and Testing System (ipates). Während das ABES zur Analyse der
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Festigkeitsentwicklung von flächigen Verklebungen vorgesehen ist, wurde das
ipates zur Analyse der Festigkeitsentwicklung während der Herstellung von
holzbasierten Span- und Faserwerkstoffen entwickelt.
Das ABES stellt ein System dar, mit welchem für wärmehärtende Klebharze
die Festigkeitsentwicklung in der Klebfuge zwischen zwei Furnieren bestimmt
werden kann. Seine Funktionsweise besteht darin, dass Furnierstreifen unter annähernd
isothermen Bedingungen unter definiertem Druck und Temperatur
miteinander verklebt werden und die Festigkeit dieser Klebfuge mittels einer
Scherbelastung direkt im Anschluss an den Pressvorgang geprüft wird. Das
ABES stellt damit ein relativ unaufwändiges Verfahren dar und dient der Analyse
des Aushärtens von Klebharzen in Abhängigkeit von Presszeit und
-temperatur. Darüber hinaus können weitere Einflussfaktoren auf die Festigkeitskinetik
untersucht werden; Beispiele hierfür sind der Pressdruck, Oberflächenmodifikationen
oder die Vorgeschichte der Harze, um nur einige zu nennen.
Der Aufbau und die Funktionsweise des ABES werden ausführlich von
Humphrey und Ren 1989 beschrieben.
Lecourt et al. 2003 vergleichen Messungen mittels thermo-mechanischer
Analyse (TMA) und ABES. Dazu werden der Elastizitätsmodul mittels TMA
und die Zugfestigkeit der Verbindungen im ABES ermittelt. Als Bindemittel
werden aus Kiefern- (Pinus radiata) und Akazienrinde (Acacia mearnsii) extrahierte
Tannine in wässriger Lösung verwendet. Zudem werden unterschiedliche
prozentuale Mengen an Paraformaldehyd als Härter hinzu gegeben, um dessen
Einfluss auf die Festigkeitswerte zu quantifizieren. Die Autoren fanden eine
Korrelation zwischen den TMA- und den ABES-Messungen und weisen darauf
hin, dass eine entsprechende Korrelation auch mit der Querzugfestigkeit von
Spanplatten gefunden werden kann.
Der Einfluss des Rohmaterials und der Prozessfaktoren auf die Klebfugenfestigkeit
wird von Rohumaa et al. 2007 ebenfalls mittels ABES untersucht. Es
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