Wood Plastic Composites hergestellt aus modifizieren Spänen und technischen Polymeren

Die Produktion und Entwicklung von Holz-Kunststoff Kompositen oder Wood Polymer Composites (WPC) hat vor allem in Europa und Asien in den vergangenen zehn Jahren stark zugenommen. Das Hauptanwendungsgebiet von WPC ist das Terrassendecking (Marktanteil von 75%) (Hackwell 2011). Als Polymermatrix werden Massenkunststoffe wie Polypropylen (PP), Polyethylen (PP) oder Polyvinylchlorid (PVC) verwendet, die in erster Linie das kostenintensivere Polymer substituieren. Die Verarbeitung erfolgt durch die Nutzung von konventionellen thermoplastischen Formgebungsverfahren wie Extrusion, Spritzguss oder Presstechniken, wobei der Großteil der bestehenden Produkte im Extrusionsverfahren hergestellt wird. Die Verarbeitungs- und Materialeigenschaften werden durch die Zugabe von diversen Additiven (z.B. Haftvermittler, Gleitmittel, Pigmente, etc.) verbessert bzw. gesteuert (Oksman 2008). Durch die Kombination von Holz und Polymer ergeben sich vorteilhafte Synergieeffekte. So wird das Wasseraufnahmeverhalten und die Dimensionsstabilität des Komposits durch den Einsatz von synthetischen Polymeren im Vergleich zu Vollholz oder konventionellen Holzwerkstoffen wie Span- oder Faserplatte deutlich verbessert. Die Einbringung der Holzkomponente steigert wiederum die Steifigkeit des Materials, verglichen mit reinem PP, PE oder PVC (Jiang 2004). Trotz der positiven Kompositeigenschaften ist das Anwendungsspektrum von WPC aufgrund der Eigenschaftsprofile der bisher verwendeten Kunststoffe begrenzt. Die limitierten thermischen und mechanischen Eigenschaften von Polyolefinen gegenüber technischen Polymeren wie Polyamid (PA) Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) oder Acrylester-Styrol-Acrylnitril (ASA) spielen hierbei eine wesentliche Rolle. Technische Polymere zeichnen sich im Allgemeinen durch eine höhere Steifigkeit, Wärmeformbeständigkeit und Witterungsbeständigkeit, sowie eine vermindertes Kriechverformungsverhalten aus. Der Einsatz von technischen Polymeren im WPC wurde bisher wegen der höheren Schmelztemperaturen der Polymere (z.B: ABS, PA6,6) und der damit verbundenen thermischen Zersetzung der Holzkomponente nur in geringem Umfang wissenschaftlich untersucht und nicht industriell umgesetzt. Prinzipiell lässt sich feststellen, dass ab einer Temperatur von ca. 200°C die thermische Zersetzung der Holzbestandteile beginnt. Ein wesentliches Ziel des Projektes besteht in der thermischen Stabilisierung der Holzkomponente, um einen Einsatz auch bei höheren Verarbeitungstemperaturen zu realisieren und somit den Einsatz von technischen Polymeren im WPC zu ermöglichen. So wurde gezeigt, dass das modifizierte Holz aufgrund seiner Vorbehandlung eine höhere thermische Stabilität besitzt als unbehandelte Proben. Eine Verarbeitung mit technischen Polymeren wird somit ermöglicht. Der Einsatz von modifiziertem Holz bietet den Vorteil der erhöhten Steifigkeit, der Verbesserung der Kriechverformung, der Erhöhung der Wärmeformbeständigkeit, des günstigeren Preises und des Einsatzes nachwachsender Rohstoffe. Das wesentliche Ziel des geplanten Vorhabens ist die Entwicklung eines Compounds aus technischen Polymeren, modifiziertem Holz und Additiven, welches sich einerseits durch geringere Materialkosten und andererseits durch identische, ggf. verbesserte technologische Eigenschaften auszeichnet.