1 April 2003

nova-Interview mit Holger Unbehaun zur enzymatischen Behandlung von Faserwerkstoffen

Das Institut für Holz- und Papiertechnik der TU Dresden hat ein Verfahren entwickelt, bei dem auf den Einsatz der üblichen Bindemittel bei der Herstellung von Faserwerkstoffen verzichtet werden kann. Dabei erfolgt eine Aktivierung stoffeigener Bindekräfte, so dass die gewünschte Werkstoffqualität ohne Klebstoffzusätze erreicht werden kann.

Inzwischen wurden innerhalb eines geförderten Projektes in Zusammenarbeit mit dem Sächsischen Institut für Angewandte Biotechnologie an der Universität Leipzig, dem Verfahrenstechnischen Institut Saalfeld und anderen Partnern erste Erfolge erzielt (s. Meldung vom 2003-02-21).

nova hatte nun Gelegenheit, dem technischen Mitarbeiter Dipl. Ing. Holger Unbehaun per E-Mail-Interview einige weiter führende Fragen zu dem Projekt zu stellen, die dieser freundlicherweise sehr aufschlussreich beantwortete.

nova: Ihr Institut hat ein Verfahren entwickelt, Faserwerkstoffe allein durch eine enzymatische Aktivierung stoffeigener Bindekräfte zu stabilisieren. Um welche Enzyme handelt es sich hierbei und welche stoffeigenen Binder sind gemeint?

H. Unbehaun: Für unsere Versuche wurden Xylanasen eingesetzt, die zur Gruppe der Hydrolasen gehören, d.h. die Enzyme katalysieren eine teilweise Depolymerisation der Hemizellulosen unter Einlagerung von Wasser. Durch kurzzeitige enzymatische Behandlung der Holzfasern wird also eine Teilhydrolyse der Hemizellulosen und damit eine Aufspaltung der Lignin-Hemicellulose Schicht an der Faseroberfläche erreicht. Bisherige Arbeiten zur enzymatischen Aktivierung konzentrierten sich ausschließlich auf eine Aktivierung der Ligninkomponente mit Oxidasen und Peroxidasen, wobei jedoch die hohen Konzentrationen und langen Einwirkzeiten einer industriellen Anwendung im Wege stehen. Im Gegensatz dazu wirken Xylanasen schon nach wenigen Minuten und können in Konzentrationen von 3 – 5%, bezogen auf die Faserstoffmenge, eingesetzt werden. Zudem betragen die Kosten der Enzympräparate nur etwa ein Drittel der Kosten für ligninoxidierenden Enzyme wie beispielsweise Laccase.

Nach der Einwirkung der Xylanase auf den Faserstoff führen die enzymatischen Abbauprodukte beim Heißpressen zur Ausbildung von Faser-zu-Faser-Bindungen, wobei die gebildeten Mono- und Disaccharide über verschiedene Reaktionen repolymerisiert werden. Im Ergebnisse können ohne die Zugabe von Bindemitteln Faserplatten in verschiedenen Dichtebereichen hergestellt werden, die in ihren Festigkeiten denen handelsüblicher Produkte entsprechen.

nova: Welche Konsequenzen könnten sich Ihrer Ansicht nach für das neue Verfahren in der industriellen MDF-Herstellung ergeben?

H. Unbehaun: Nach der heute angewandten Technologie zur Herstellung von MDF sind ca. 4 bis 12% Kunstharzbindemittel einzusetzen, um die erforderlichen physikomechanischen Eigenschaften zu erzielen. Diese Bindemittel auf Formaldehyd- oder Isocyanatbasis verursachen in Abhängigkeit von den jeweiligen Rohölpreisen und anderen Marktspezifika hohe Kosten sowie Umwelt- und Gesundheitsprobleme sowohl in der Phase der Werkstoffherstellung und -verarbeitung als auch im Gebrauch und nicht zuletzt bei der Entsorgung. In dem Projekt wird die Entwicklung neuer Werkstoffe und Produkte auf lignocelluloser Basis unter Einbeziehung eines biotechnologischen Verfahrens angestrebt.

In der Papierindustrie sind biotechnologische Verfahren, wie Biobleaching und Biopulping bereits etabliert. In der Holzwerkstoffindustrie gibt es bisher kein Beispiel für eine gelungene Umsetzung eines derartigen Verfahrens im industriellen Maßstab. Durch die rasante Entwicklung im Bereich von Biotechnologie und Enzymtechnik erscheint es jedoch zunehmend möglich, synthetische Bindemittel durch die Anwendung alternativer Verfahren zu substituieren. Die bei der Faserstoffinkubation in Anwendung kommenden Hydrolasen zählen zur Gruppe der sog. “Billig-Ezyme” und sind deshalb für eine technische Umsetzung prädestiniert. Die Holzwerkstoffindustrie zählt weltweit zu den größten Verbrauchern von petrochemischen Klebstoffen. Die Etablierung biotechnologischer Verfahren würde in diesem Bereich eine immense Verringerung der Umweltbelastung und der Entsorgungskosten bewirken. Eine steigende Akzeptanz von Werkstoffen und Produkten ist zu erwarten.

nova: Lässt sich das Verfahren auch auf recycletes Material anwenden und falls ja, wie ist das Procedere mit etwaigen Kleberresten aus dem Altholz?

H. Unbehaun: Das Verhalten von recycletem Material in Kombination mit Enzymen wurde von uns noch nicht untersucht. Prinzipiell erscheint die Anwendung aber denkbar, wenn der inhibierende Einfluss von Reststoffen im Fasermaterial ausgeschlossen werden kann.

nova: Wie verhält es sich mit der Feuchtefestigkeit solcher Bindemittel-freien Faserwerkstoffe?

H. Unbehaun: Die Werkstoffe erfüllen nach heutigem Entwicklungsstand die Anforderungen der DIN EN 622 -5 von MDF für allgemeine und tragende Zwecke im Trockenbereich, d.h. für den Einsatz im Möbel- und Innenausbau sind diese Werkstoffe geeignet. Die Normfestigkeitswerte bei Zyklustest und Kochprüfung werden derzeit noch nicht erfüllt, so dass die Werkstoffe für den Einsatz im Feuchte- und Außenbereich nicht geeignet sind. Daher ist bisher nicht möglich, in allen Bereichen isocyanat- und phenolharzgebundene MDF vollständig zu substituieren. Hier sind weitere Entwicklungsarbeiten notwendig.

nova: Könnten Tannin-Stärke-gebundene MDF, wie sie beispielsweise von Fraunhofer WKI oder am Institut für Holzbiologie und Holztechnologie der Universität Göttingen (vgl. Meldung vom 2002-04-12) vorgestellt wurden, ebenfalls als Bindemittel-frei im Sinne von VOC gelten?

H. Unbehaun: In den genannten Verfahren werden Tannine aus Holz- und Rindenextrakten mit und ohne Zusatzstoffe (hydrolysierte Stärke, Proteine) als Ersatz für synthetische Bindemittel eingesetzt. Die Bindewirkung beruht auf Adhäsionskräften und ist denen herkömmlicher Harnstoff- oder Phenolharzbindemittel ähnlich. Hier gelingt eine Teilsubstitution problematischer Stoffe, als Reaktionspartner für Tannine ist ein gewisser Anteil an Formaldehyd aber unvermeidbar.

nova: Vielen Dank, Herr Unbehaun, für diese interessanten Antworten!

Kontakt:
Dipl.-Ing. Holger Unbehaun
Tel.: +49-(0)351-463-38109
E-Mail: unbehaun@mhp.mw.tu-dresden.de

Professor André Wagenführ
Tel.: +49-(0)351-463-38101
E-Mail: wagenfuehr@mhp.mw.tu-dresden.de

Dipl.-Ing. Sören Tech
Tel.: +49-(0)351-463-38108
E-Mail: tech@mhp.mw.tu-dresden.de

Source: E-Mail-Interview von Holger Unbehaun zur enzymatischen Behandlung von Faserwerkstoffen vom 2003-04-01.

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