Forschungsbeispiele | |
Das Forschungsprogramm COMET wird vom Bereich Massivholz und Holzverbundwerkstoffe derzeit in vier Großprojekten bearbeitet:
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- Holzbiotechnologie - Biotechnologische Modifikation (Enzyme, …), Biologische Kontrolle – Biocontrol, biologische Herstellung von Holzwerkstoffen (Aufschäumen, …), Reduktion von VOC, …
- Holztrocknung – Trocknungsoptimierung, Trocknungsspannungen, Rissbildung, Farbgebung, Stofftransport, thermische Modifikation, …
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Im Rahmen dieser vier thematischen Schwerpunkte (aber auch darüber hinaus – siehe Forschungsinhalte) laufen auch eine Vielzahl von Projekten außerhalb des COMET Forschungsprogramms. Dieses Tätigkeitsfeld (Projects & Services) umfasst Prüfaufträge, Kleinprojekte, Feasibility Studies, Literatur- und Patentrecherchen aber auch größere, national und international geförderte Forschungsprojekte.
Einige Beispiele aus laufenden Projekten:
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| | Maize Cob Board (MCB) – Leichtbauwerkstoffe aus Landwirtschaftlichen Koppelprodukten |
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In der landwirtschaftlichen Produktion fallen Maisspindeln als Koppelprodukte an. Derzeit werden diese keiner systematischen Verwertung zugeführt. Versuchsplatten der neu entwickelten „Maisspindelplatte“ in Sandwichbauweise mit einem Kern aus axial orientierten Maispindeln zeigten interessante Werkstoffeigenschaften: hohe Druckfestigkeit, geringe Dichte und, aufgrund der schaumartigen Struktur des Kerns, gute wärmedämmende Eigenschaften.
Ziel des Projekts ist ein wirtschaftliches Herstellungsverfahren für die industrielle Produktion zu entwickeln. Hauptanwendungen werden in der Tür- und Möbelindustrie gesehen.
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| | Materialauswahl für die Entwicklung von Verbundwerkstoffen |
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Spezielle Rohrkolbenpflanzen zeigen ein hohes Potential für die Verwendung als Leicht- und Isolierwerkstoffe. Unter Anwendung konventioneller Bindemittel werden Labordämmplatten erzeugt und hinsichtlich ihrer Gebrauchstauglichkeit (Festigkeit, Verhalten gegenüber Feuchte, Dämmwirkung) charakterisiert. So wird eine Potentialabschätzung des Werkstoffs erarbeitet, die als Entscheidungsgrundlage für die weitere Vorgehensweise dient.
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| | Dendrolight - Charakterisierung und Optimierung einer Leichtbauplatte |
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Bei Dendrolight ® handelt es sich um eine vollkommen, neue Holz-Leichtbauplatte mit hervorragenden technologischen Eigenschaften. Der im Verhältnis zu den erzielten Festigkeiten extrem leichte Werkstoff wird bereits in verschiedenen Produkten erfolgreich eingesetzt. Die Mittelschicht der DendroLight ® besteht aus speziell gefrästen Massivholzlamellen die in einem Winkel von 45° geneigt und gegeneinander verschränkt zwischen Decklagen eingeklebt werden.
Neben der laufenden Materialcharakterisierung beschäftigt sich Wood K plus vorrangig mit der Optimierung und Charakterisierung der Verklebung der liegenden Decklagen mit den schräg stehenden Elementen der Mittellage.
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| | Entwicklung eines Makrofaser-Holzwerkstoffs |
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Die bereits bestehende Press-Roll Technologien (Scrimber, SST, Quetschholz etc.), wurden in dem Projekt entscheidend weiterentwickelt. Die durch das optimierte Herstellungsverfahren erzeugten Makrofasern weisen nur geringfügige Beschädigungen an der Holzstruktur auf, sind optimal orientiert und durch ein sehr hohes Längen-zu-Dicken-Verhältnis charakterisiert. Die Eigenschaften des entwickelten Holzwerkstoffs liegen bei vergleichbarer Dichte hinsichtlich der mechanischen Kennwerte deutlich über jenen von bekannten Holzwerkstoffen wie Faserplatte, Spanplatte und OSB.
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| | Tiefziehen von Furnieren |
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Im exklusiven Automobilbau werden Interieurteile wie etwa Schalthebel oder Türverkleidungen vielfach mit Echtholzfurnieren verkleidet. Beim zwei- bzw. dreidimensionalen Verformen kommt es häufig zum Reißen der Furniere. Durch einen reißfesten transparenten Film, der mit dem Furnier verklebt wurde, konnten diese rissfrei tiefgezogen und neu geformt werden. Derzeit erfolgt die großtechnische Umsetzung des neuen Verfahrens.
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| | Plantagenteakholz – Untersuchung entlang der gesamten Wertschöpfungskette |
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Im Rahmen eines durch die FFG geförderten Projektes wird die gesamte Verarbeitungskette von Teakholz aus Plantagenwirtschaft untersucht. Neben der Durchführung von Analysen wurde Wood K plus auch mit dem Projektmanagement des gesamten Projekts beauftragt. Weitere wissenschaftliche Partner sind die BOKU Institute für Vermessung, Botanik, Waldbau, Bodenforschung und Pflanzenschutz. Inhaltliche Schwerpunkte von Wood K plus sind die Erstellung einer umfassenden Literaturrecherche, ein umfassendes Materialassessment, die Erarbeitung der mechanischen und chemischen Eigenschaften des Teakholzes sowie grundlegende Untersuchungen zu geeigneten Klebeverfahren. Durch den Bereich Markt- und Innovationsforschung wurde zusätzlich eine Markterhebung durchgeführt.
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| | Templant - Neue Bio-Keramisierungsprozesse für pflanzliche hierarchische Strukturen |
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TEM-PLANT ist ein EU-Projekt im sechsten Rahmenprogramm und wird durch das Institut für Wissenschaft und Technologie für Keramiken des italienischen nationalen Forschungsrats koordiniert (ISTEC-CNR). Das Ziel von TEM-PLANT ist innovative Prozesse für die Transformierung von in der Natur vorkommenden hierarchischen Strukturen zu Bauteilen mit intelligentem anisotropischen Verhalten zu entwickeln und anzuwenden. Vornehmlich steht die Entwicklung von geeigneten Gerüsten für Knochen- und Bänderersatz mit hochwertigen biomechanischen Eigenschaften im Fokus. Wood K plus ist bei der Auswahl geeigneter Pflanzenmaterialien als Basis für krafttragenden Knochen- und Bänderersatz involviert. Hierfür gibt es spezielle Anforderungen, um in weiterer Folge notwendige Modifikationen an dem pflanzlichen Material durchführen zu können. Wood K plus ist weiters an der Charakterisierung der Ausgangs-, Zwischen- und Endprodukte beteiligt (physikalische, chemische, mikro-strukturelle, morphologische, oberflächlichentechnische und mechanische Analytik).
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| | Grundlagen der Verklebungstechnologie |
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Wood K plus forscht an Fragestellungen rund um die Verklebung von Holz und Holzwerkstoffen, wobei vom Bauteil bis zur Mikro- und Nano-Ebene grundlegende Untersuchungen durchgeführt werden. Eine Charakterisierung erfolgt auf chemischer Ebene (Lignin, Inhaltstoffe, etc.), wie auch am Rohstoff Holz (Benetzbarkeit, Polarität, etc). Mit Hilfe von innovativen Aufbereitungs- und Analyseverfahren werden bestehende Klebstoffsysteme optimiert, wie auch neue Lösungsansätze entwickelt. So konnte beispielsweise mittels Nanoindentation (ähnlich Härteprüfung im submikroskopischen Bereich) an Klebfugen von Spänen erstmals der Zusammenhang der Mikromechanik mit dem makromechanischen Verhalten dargestellt werden. Es sind nun bereits im Vorfeld Voraussagen über die mechanischen Eigenschaften von Spanplatten und eine Effizienzsteigerung bzw. Optimierung möglich.
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| | Biologische Kontrolle gegen Verblauung von Kiefernrundholz |
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Der Wertverlust von verblautem Kiefernholz durch den Bewuchs mit Pilzen stellt ein Problem für die heimische und europäische Forstindustrie dar. Versuchsergebnisse aus den Vorjahren haben gezeigt, dass die Verblauung von Kiefernholz auf eine dominante Bläuespezies (Sphaeropsis sapinea) zurückzuführen ist. Durch die untersuchten Antagonisten soll das Wachstum des Bläuepilzes gehemmt bzw. verhindert werden. Mit dem erfolgreichsten Antagonisten (Trichoderma harzianum LC3) wurde im Jahr 2008 ein zweiter Feldversuch durchgeführt. Mit den durchgeführten Freilandversuchen wurde die Anwendbarkeit des Verfahrens eindeutig nachgewiesen. Es konnte gezeigt werden, dass biologische Kontrolle auch auf einem industriellen Holzplatz mit längeren Lagerzeiten umsetzbar ist. Geeignete Konzepte für eine kostengünstige Anwendung des bio-technologischen Verfahrens wurden ausgearbeitet.
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| | Flüchtige Emissionen aus Holzwerkstoffen (VOCs –volatile organic compounds) |
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Holzinhaltstoffe, Bindemittel und Holzpolymere wie Hemicellulosen und Lignin können durch Autooxidation oder thermische Hydrolyse zu niedermolekularen flüchtigen Verbindungen (VOCs –volatile organic compounds) abgebaut werden. So bilden sich bei der Herstellung von Holzwerkstoffen aus Kiefernholz z.B. oxidative Abbauprodukte wie Hexanal oder Pentanal. Bestimmte Stoffe können einen negativen Einfluss auf das fertige Produkt ausüben oder zu Geruchsbeeinträchtigungen führen. Versuche im Labormaßstab haben gezeigt, dass durch einen gezielten enzymatischen Abbau von VOC-Vorläufersubstanzen vor der Trocknung die Emissionen des fertigen Produktes signifikant vermindert werden können. Parallel dazu werden neue, schnellere bzw. automatisierbare Analyseverfahren entwickelt.
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| | Holzschaum |
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Holzschaum wird als Gemisch aus Sägemehl, Mehl und Wasser mittels biotechnologischer Verfahren aufgeschäumt und anschließend durch einen Backvorgang fixiert. Das Herstellverfahren befindet sich derzeit in der Optimierungsphase. Die Forschungsschwerpunkte liegen in der Rezeptur- und Produktentwicklung, aber auch in der Erforschung der Haltbarkeit und der eventuellen Veränderung der mechanischen Eigenschaften während der Lagerung. Die Vorteile des rein biologisch gebundenen Holzwerkstoffs liegen in einem geringen Gewicht, einer guten Wärmedämmung und der biologisch Abbaubarkeit.
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| | Eichenschnittholztrocknung |
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Beruhend auf Analysen der hydrothermischen Behandlung und des Stofftransports bei der Massivholztrocknung sollen Trocknungsprozesse optimiert werden. Einen Schwerpunkt bildet die Trocknungssimulation von Eichenschnittholz. Vor dem Hintergrund verkürzter Trockenzeiten wurde insbesondere die erzielte Holzfarbe und das Auftreten bzw. die Vermeidung von Trocknungsrissen untersucht. Des Weiteren wurde der Einfluss der Holzanatomie auf die Trocknungsgeschwindigkeit von Schnittholz analysiert.
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| | Einige Beispiele aus abgeschlossenen Projekten |
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2008
2007
- Transparente Folien mit eingeschweißten Blättern
- Untersuchungen zum Verhalten von Holzwolle-Grillanzündern
- Ausarbeitung von Bemessungshilfsmitteln für Wabenplatten
- Untersuchungen zum Holzanteil in Naturkork-Splitt
- Mechanische Analyse von PP-Verbundwerkstoffen mittels Nano-Indentation
2006
- Hygrothermische Farbmodifikation von Laub-Massivholz
- Neue Anwendungsgebiete mit hoher Wertschöpfung für Holzinhaltsstoffe aus heimischen Holzarten
- Marktchancen und technische Grenzen von Leichtbauprodukten basierend auf nachwachsenden Rohstoffen
- Analyse der Delaminierung von Polyurethanverklebungen
- Zerstörungsfreie Messmethoden von Holz und Holzwerkstoffen
- Schubprüfungen von Birkensperrholz
- Rissfreie Trocknung von Stammscheiben aus Lärchenholz
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| | Stromführende mehrschichtige Massivholzplatte |
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Der steigende Einsatz von elektrischen Geräten und Verbrauchern (Beleuchtung, Servomotoren, Beschläge, Sensoren, etc…) in modernen Möbeln erfordert eine zunehmende Verkabelung. Um die Stromversorgung in die Möbelplatte zu verlegen, wurde eine hochwertige Massivholzplatte mit integrierten stromleitenden Schichten entwickelt. Stromaufgabe und –abnahme erfolgen durch spezielle Einschraubkontakte. Positiver Nebeneffekt ist, dass durch die integrierten Leiterelemente die Dimensionsstabilität der Platte signifikant verbessert wurde.
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| | Holzbadewannen – Nachweis hygienischer Oberflächeneigenschaften |
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Entgegen weitläufiger Meinung zeigt Holz hinsichtlich Bakterienwachstum und Hygiene Vorteile gegenüber Kunststoffen und Metallen. Durch die poröse Struktur von Holz wird die für das Bakterienwachstum notwendige Feuchtigkeit auf der Oberfläche rasch entzogen. Natürlich eingelagerte Inhalts- und Gerbstoffe steigern das antibakterielle Verhalten von Holz noch zusätzlich. Mikrobielle Untersuchungen an einer mehrjährig in Verwendung stehenden Holzbadewanne zeigten kein Hygienerisiko auf. Bei sachgerechter Behandlung und Reinigung und durch eine bewusste Holzauswahl kann Holz daher im Hygienebereich bedenkenlos eingesetzt werden.
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| | Recycling von hochwertigen Barriquefässern |
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Die Lebensdauer eines Barriques (Eichenfass) ist üblicherweise auf drei Einsätze begrenzt, da die Auslaugung von Aromagebenden Substanzen durch den Wein nach drei Belegungen bereits weit fortgeschritten ist. Es wurden mittels chemischer Analyse Extraktstoffprofile gebrauchter und neuer Fassdauben erstellt, die Aussagen über den Auswaschungsgrad relevanter Geschmacksträger während der Weinlagerung zuließen. Durch die Ergebnisse konnte nun festgelegt werden, welche Schichtstärken an den Fassinnenseiten abgenommen werden müssen, um Fässer für die Weinlagerung zu „reaktivieren“.
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| | Natürliche Farbgebung und Farbmodifikation |
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Das Projekt untersuchte verschiedenste Verfahren für eine möglichst natürliche Farbgebung. Mittels einer „knowledge-based“ Prozessführung wurden Dämpf- und Trocknungsmodelle entwickelt, die eine gezielte Farbgestaltung und eine Verkürzung der Trocknungsdauer bei verschiedensten Holzarten erlauben. Die entwickelten Trocknungs- und Dämpfprozesse führten zu signifikanten Verringerungen des Quell- Schwindverhaltens, durch Räuchern (Behandlung mit Ammoniak) wurde eine verbesserte Farbstabilität beobachtet.
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| | By-Products |
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Extraktstoffe des Holzes wie z.B. Lignane und Flavonoide haben auf Grund ihrer biologischen Aktivität großes Potential für den Einsatz als Arzneimittel, Nahrungsergänzungsmittel oder Pestizide. Das Projekt zielte auf die Gewinnung, Reinigung und Verwertung dieser Inhaltsstoffe ab, die vor allem in den Astansatzbereichen von Bäumen in hoher Konzentration vorliegen. Dieses Material fällt bei der OSB- und Spanplattenproduktion als Abfall an. Für die mögliche Gewinnung wurde ein Prozessschema entwickelt. Dazu wurden unter anderem verschiedene Extraktionsmethoden und Reinigungsverfahren untersucht, miteinander verglichen und hinsichtlich Ausbeute und Reinheit der gewünschten Substanzen optimiert. Begleitend dazu wurden mit Unterstützung der Marktforschung die wirtschaftlichen Rahmenbedingungen (Nischenmärkte, Konkurrenzprodukte, Vertriebswege und Abnehmer) geklärt, und so die nötigen Informationen für eine spätere, optimale Markteinführung bereitgestellt.
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| | Chemische Analysemethoden nach biologischer oder enzymatischer Modifikation |
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Erste vorliegende Versuchsergebnisse deuten darauf hin, dass die Mechanismen der enzymatischen Modifikation von Lignin sowie dessen nachfolgende Reaktion mit formaldehydhältigen Bindemitteln künftig mit Hilfe zweidimensionaler Flüssigphasen-NMR-Spektroskopie aufgeklärt werden können. Mit der Bestätigung dieser Ergebnisse stünden der Spanplattenindustrie neue Erkenntnisse der Verklebungsmechanismen zur Verfügung. Hinsichtlich der Wirksamkeit von Holzschutzmitteln wurde eine NIR-Methode zur schnellen Mitverfolgung des Ligninabbaus durch Pilzbefall etabliert. Der Ligninabbau führt zu einer Veränderung des NIR-Spektrums, wodurch der Grad der Holzdegradation mit deutlich höherer Präzision als mit nasschemischen Methoden nachgewiesen werden kann.
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| | Bestimmung des Mikrofibrillenwinkels von Reaktionsholz |
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Die Festigkeitseigenschaften von Holz sind stark vom mikrostrukturellen Aufbau abhängig. In der verholzten Zellwand sind einzelne Cellulose-Mikrofibrillen spiralig angeordnet. Der Steigungswinkel der spiraligen Orientierung der Mikrofibrillen wird als Mikrofibrillenwinkel bezeichnet. Für die mechanische Charakterisierung unterschiedlicher Holzqualitäten wurde der Mikrofibrillenwinkel an ausgesuchten Fichtenholzstämmen untersucht. Die Messungen des Mikrofibrillenwinkels erfolgten an 25-30 µm dicken Mikrotom-Schnitten nach einer Färbebehandlung. Der Mikrofibrillenwinkel kann als wesentliche Einflussgröße bei der mathematischen Modellierung der Festigkeitseigenschaften herangezogen werden.
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