Development of a near-natural protein based bonding agent for the production of medium density fibreboards

Abstract

Aufgrund verfahrenstechnischer Parameter fallen bei der industriellen Herstellung von Stärke und Vitalgluten aus Weizen (Triticum aestivum) jährlich große Mengen an Nebenprodukten in Form einer Suspension, dem sog. Weizenquellwasser, an. Das Weizenquellwasser findet zurzeit lediglich eine nur unzureichende Anwendung in der Futtermittelindustrie. Diese Weizenproteinsuspension besteht hauptsächlich aus hochwertigen Zuckern, Hemicellulosen und Weizenproteinen und besitzt im unveredelten Zustand einen durchschnittlichen Feststoffgehalt von ca. 20 %.Gegenstand dieser Dissertation war es, diese Weizenproteinsuspension so weit zu optimieren und zu veredeln, um eine mögliche Anwendung dieses naturnahen Bindemittels aus nachwachsenden Rohstoffen in der Holzwerkstoffindustrie zu ermöglichen. Die Verwendung als Bindemittel bietet sich aufgrund der Inhaltsstoffe dieser Suspension an. Sowohl mit Hilfe der enthaltenen Zucker wie auch der Proteine lassen sich Bindungen zwischen Holzfasern bzw. Holzspänen bei der Herstellung von Mitteldichten Faserplatten und Spanplatten realisieren.Bei der Entwicklung und Optimierung von Bindemitteln sowie der Überprüfung einer späteren Applikation in bestehenden industriellen Herstellungsverfahren von Mitteldichten Faserplatten sind sowohl analytische wie auch technische Aspekte von entscheidender Bedeutung. Dazu wurden mit Hilfe geeigneter analytischer Methoden die verwendeten Ausgangsmaterialien zur Herstellung von Mitteldichten Faserplatten, die naturnahen und konventionellen Bindemittel sowie das Fasermaterial untersucht. Zunächst wurde der Feststoffgehalt der Weizenproteinsuspension kontinuierlich unter Berücksichtigung der Viskosität und der Erhaltung der Inhaltsstoffe erhöht. Des Weiteren wurde die Verwendung der optimierten Weizenproteinsuspension mit konventionellen Zugabestoffen der Holzwerkstoffindustrie, wie beispielsweise Hydrophobierungsmitteln auf Paraffinbasis und Fungiziden, auf mögliche Wechselwirkungen der enthaltenen Komponenten hin untersucht.Zudem wurden Mischkondensate, bestehend aus Harnstoff-Formaldehydharz und Weizenproteinsuspension bzw. aus Phenol-Formaldehydharz und Weizenproteinsuspension in unterschiedlichen Mengenanteilen hergestellt. Unter Verwendung dieser unterschiedlichen Mischkondensate wurden Mitteldichte Faserplatten im Pilotmaßstab hergestellt, um ein mögliches Substitutionspotential bei konventionellen Bindemitteln durch die neu entwickelte Weizenproteinsuspension zu erforschen. Die Herstellung rein Weizenprotein gebundener Mitteldichter Faserplatten in den Fertigungsdicken von 4 mm bis 18 mm war nach der Optimierung der Weizenproteinsuspension ein zentraler Forschungsschwerpunkt. Die Eignung der Weizenproteinsuspension als Bindemittel wurde sowohl verfahrenstechnisch als auch anhand der erzielten mechanisch-technologischen Eigenschaften von Weizenprotein gebundenen Mitteldichten Faserplatten untersucht. Weiterhin wurden analytische Untersuchungen zum Abbau von Protein sowie Harnstoff-Formaldehydharz gebundenen Mitteldichten Faserplatten durch Weiß-, Braun- und Moderfäuleerreger durchgeführt. Dabei wurden zunächst die Zersetzungsgrade anhand der Masseverluste ermittelt. Darauf aufbauend wurden Holzabbauversuche und Kompostierungsversuche an 14C markierten mit Protein sowie Harnstoff-Formaldehydharz gebundenen Mitteldichten Faserplatten durchgeführt, um die Zersetzungsgrade durch Weiß-, Braun- und Moderfäuleerreger hinsichtlich der Holzbestandteile Lignin und Cellulose genauer quantifizieren zu können