Werkstoffe 04.04.2003, 18:24 Uhr

Wo die Hölzer fließen

Die Ingenieure Helmut Nägele und Jürgen Pfitzer bringen Holz in Form, und zwar in jede beliebige. Geformter Baum, Arboform, heißt ihr thermoplastischer Werkstoff, der nur die positiven Eigenschaften von Holz und Kunststoff vereint. Das große Spektrum der möglichen Anwendungen wurde bisher nur zu einem Bruchteil getestet.

Am Anfang war der Baum, arbor, und so wählten die beiden ihn auch als Namensgeber für ihr neues Material: Arboform. Bis zu 70 % besteht der thermoplastische Werkstoff aus Naturfasern, der Rest aus Lignin. Lignin ist nach der Zellulose das häufigste natürliche Polymer, es ist im Baumstamm die Gerüstsubstanz für Cellulosefasern. Rund 50 Mio. t Lignin fallen weltweit als Abfall bei der Papierproduktion an und werden meist verbrannt. Nur 5 % verwertet die Beton-, Spanplatten und Futtermittelindustrie.
Dass dies eigentlich zu schade ist, weil Lignin sich im Prinzip als Matrix für Faserverbundstoffe eignet, hatten viele Wissenschaftler weltweit bereits vor langem erkannt. Die praktische Umsetzung ist Helmut Nägele und Jürgen Pfitzer am Fraunhofer Institut für Chemische Technologie (ICT) in Pfinztal bei Karlsruhe geglückt. 1998 gründeten sie die Tecnaro GmbH und verlegten sie 2000 nach Eisenach.
Dort wird das gelieferte Lignin in mehreren Prozessschritten aufbereitet, getrocknet und mit zerkleinerten Naturfasern wie Sisal, Hanf, Flachs oder Baumwolle und weiteren (geheim gehaltenen) Zutaten zu einem Granulat verarbeitet. Flüssig wird das Holzgranulat unter einem Druck von 1000 bar bei einer Temperatur von 110 °C bis 170 °C und lässt sich dann mit herkömmlicher Spritzgießtechnik wie Kunststoff in beliebige Formteile, Profile und Platten gießen, auch bunte Formteile sind möglich.
Erhalten bleiben dabei die Eigenschaften gewachsenen Holzes: gute Wärmeisolation, hohe Festigkeit und warme Haptik. „Aber es lässt sich präziser verarbeiten und bleibt formstabil“, erklärt Pfitzer, „die Präzision ist mit keinem Kunststoff erreichbar“. Derzeit fertigen die Eisenacher ein Drehteil eines Messadapters – mit einer Toleranz von 0,018 mm.
Nicht nur für den Spritzguss typische Kunststoffe wie Polyamid oder Polykarbonat überbietet der neue Werkstoff, sondern auch den Einsatz von Holz. Im Baubereich ist das Potenzial noch nicht ausgeschöpft, derzeit werden Fassadenprofile und Materialien für den Innenausbau sowie Unterkonstruktionen von Parkettböden produziert. Letztere bestehen in der Regel nämlich aus Schichtpressholz. Das ist jedoch häufig mit giftigen Leimen wie Phenolharz gebunden und verzieht sich bereits bei leichten Verlegefehlern.
Arboform ist sogar lebensmittelecht, formstabil und in alle Raumrichtungen gleichermaßen belastbar. Selbst bei Wasserlagerung nimmt das Material weniger als 1 % Feuchtigkeit auf, Schichtpressholz hingegen bis zu 15 %. Eigentlich ist es nur für den Unterbau zu schade. Denn dass das Produkt sehr hochwertig ist, beweist der Klang von aus Arboform gefertigten Musikinstrumenten. Durch seine Dimensionsstabilität ist Arboform aber auch für Holzprofile geeignet, zum Einbau von Glasfassaden oder als Fensterrahmen.
Allein im Bauwesen gibt es viele ungenutzte Möglichkeiten, um der drohenden Klimaveränderung vorzubeugen, ja „vorzubauen“: Produkte aus Holz entziehen der Atmosphäre langfristig – durchschnittlich bis zu 33 Jahren – Kohlendioxid und binden es, zum Beispiel in Dachbalken. Angaben des Holzabsatzfonds zufolge sind in Deutschland in Büchern, Möbeln, Häusern und Papier insgesamt 340 t reiner Kohlenstoff fest gebunden, dies entspricht etwa 1,25 Mrd. t CO2.
In der Gesamtökobilanz verbrauchen aus Pflanzen hergestellte Kunststoffe oft mehr Erdöl als herkömmliche Kunststoffe. Auch hier glänzt der Werkstoff mit hervorragenden Werten: Laut Studie des Instituts für Kunststoffprüfung und Kunststoffkunde der Universität Stuttgart verbraucht Arboform bei seiner Herstellung vergleichsweise wenig Energie, ist kompostierbar und setzt bei seiner Verbrennung nur so viel Kohlendioxid frei, wie die Pflanze beim Wachstum aufgenommen hat. Die ökologischen Vorteile sind ganz ohne Haken: Auf die jeweilige Anwendung bezogen ist das Naturgranulat nicht teurer als herkömmlicher Kunststoff. „Aufgrund seiner Herkunft und Zusammensetzung forcieren wir Anwendungen für spritzgegossene Formteile aus Holz“, erklärt Jürgen Pfitzer.
Arboform bietet eine Schnittstelle für die Holz- und Kunststoff-verarbeitende Industrie: Die Holz-verarbeitende Industrie ist damit in der Lage, ein Produkt in designorientierten Geometrien anzubieten. Der kunststoffverarbeitenden Industrie bietet sich die Möglichkeit, einen Holzwerkstoff wie einen herkömmlichen thermoplastischen Kunststoff zu verarbeiten.
Mit den jährlich 50 Mio. t Lignin, die bei der Papierindustrie abfallen, ließen sich zwei Drittel der gesamten Weltjahreskunststoffproduktion ersetzen. „Jedenfalls rein theoretisch“, betont Jürgen Pfitzer. Dass sie nicht nur gute Theoretiker, sondern vor allem realistische Praktiker sind, wollen Pfitzer und Nägele jeden Tag neu beweisen.CR/wip
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