TANIPU: Tannin-basierte NIPU-Klebstoffe für tragende Holzwerkstoffe

Forschungsprojekt zur Entwicklung, Prüfung, Hochskalierung und Bewertung von VOC-emmissionsarmen, Tannin-basierten NIPUs (Tannin-basierten, isocyanatfreien Polyurethanen) als biobasierte Klebstoffe für tragende Holzwerkstoffe

Foto: Lignotrend

Hintergrund und Ziele

In der Holzwerkstoffindustrie spielen Klebstoffe eine wichtige Rolle und werden in großen Mengen benötigt. Mit konventionellen formaldhydhaltigen Klebstoffen wie z. B. Harnstoff-Formaldehyd-Harz verklebtes Holz kann u. U. Formaldehyd freisetzen. Formaldehydfreie Polyurethan-Klebstoffe enthalten bisher i. d. R. toxisches Isocyanat, welches bei der Verarbeitung des Klebstoffs und im Brandfall kritisch ist. Zusätzlich basieren diese Klebstoffe fast ausschließlich auf fossilen Ressourcen.

Das Ziel des TANIPU-Projekts ist die Entwicklung eines vollständig biobasierten, wasserbasierten, formaldehyd- und isocyanatfreien Polyurethan-Klebstoffs (NIPU-Klebstoffs) für tragende Holzbauteile. Hauptbestandteil des NIPU-Klebstoffs ist auf dem Markt verfügbares, holzbasiertes Quebracho-Tannin. Neben der Klebstoffentwicklung werden die Syntheseschritte hochskaliert, der Klebstoff in industriellen Demonstratoren getestet und hinsichtlich Umweltwirkungen und Wirtschaftlichkeit bewertet.

Foto: Silvateam

Forschung- und Entwicklungsbereiche des TANIPU-Projekts

This laboratory contains equipment used by Thomas Edison. It is part of the Edison and Ford Winter estate. He used the laboratory to find the best rubber plant.

Harzentwicklung und -charakterisierung

Basierend auf den Ergebnissen vorausgehender Forschungs- und Enwicklungsarbeiten werden im Rahmen von TANIPU folgende Aktivitäten in diesem Bereich unternommen:

  • Optimierung der Reaktionsbedingungen und -parameter bei der Synthese von NIPU-Harzen der Stufe B (Vorpolymere)

  • chemisch-strukturelle Analyse von Ausgangstannin, modifizierten Tanninen und NIPU-Harzen (Stufe B)

  • Charakterisierung und Modellierung von Aushärtungskinetik und Netzwerkbildung, um die Aushärtungsbedingungen der NIPU-Harze zu ermitteln

  • Untersuchung der Leistungsfähigkeit der Harzformulierungen

  • Prüfung der ausgehärteten NIPU-Harze auf Flammschutzeigenschaften, (VOC-)Emissionen und Resistenz gegenüber Mikroorganismen

Liquid washing equipment

Scale-up

Auf der Grundlage von abgeschlossenen Forschungsprojekten und den im Laufe des TANIPU-Projekts ermittelten Ergebnissen ist ein Scale-Up (Hochskalierung) bis TRG 4 und bis TRG 5/6 geplant:

  • Scale-up der verschiedenen Tanninmodifizierungen

  • Scale-up ausgewählter NIPU-Harz-Synthesen (Stufe B)

Anwendungsuntersuchungen

Unter Einsatz von NIPU-Harzen aus dem Scale-Up werden im Rahmen des TANIPU-Projekts verschiedene Bereiche der Anwendung einbezogen:

  • Weiterentwicklung der NIPU-Harze (Stufe B) zu verschiedenen Klebstoffformulierungen

  • Prüfung der Eigenschaften und der Leistungsfähigkeit der Klebstoffformulierungen

  • Durchführung von Klebeversuchen im industriellen Umfeld (Demonstratorversuche)

  • Prüfung der Verklebung der Demonstratoren mittels industrieller Standarmethoden

Foto: Lignotrend

Brainstorming over paper

Bewertung

Neben chemisch-technischen Aspekten und Anwendungsuntersuchungen werden die Tannin-basierten NIPU-Harze in verschiedenen Bereichen bewertet:

  • Marktanalyse zur Erfassung des Marktpotenzials der Tannin-basierten NIPU-Harze

  • Lebenzyklusanalyse (LCA) zur Bewertung der Umweltwirkungen der Tannin-basierten NIPU-Harze

  • technisch-ökonomische Bewertung (TEE) zur Untersuchung von Profitabilität und wirtschaftlicher Machbarkeit der Tannin-basierten NIPU-Harze

Projektpartner und Aufgaben

Professur für Forstliche Biomaterialien (Universität Freiburg)

  • Projektkoordination

  • Entwicklung von NIPU-Harzformulierungen im Labormaßstab

  • Charakterisierung und Modellierung der Aushärtungskinetik

  • Prüfung der Leistungsfähigkeit der NIPU-Harzformulierungen

Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT

  • Scale-up Tanninmodifizierung und NIPU-Harzsynthese

  • Charakterisierung der Funktionalität

  • Bestimmung Flammschutzeigenschaften und Emissionen

Nova-Institut

  • Marktanalyse

  • Lebenszyklus-Analyse (LCA)

  • Techno-ökonomische Evaluierung (TEE)

Jowat

  • Entwicklung von NIPU-Klebstoffformulierungen

  • Prüfung der Leistungsfähigkeit der NIPU-Klebstoffformulierungen

  • Beratung bei Harz-Entwicklung und -Anwendung

Synthopol Chemie

  • Scale-up Tanninmodifizierung und NIPU-Harzsynthese

Silvateam

  • Bereitstellung von Quebracho-Tannin

  • Beratung bei Entwicklung und Anwendung von Tannin

Lignotrend

  • assoziierter Projektpartner

  • Durchführung von Demonstratorversuchen

  • Prüfung der Leistungsfähigkeit der NIPU-Harzformulierungen

Verbundvorhaben

Laufzeit: November 2022 - Oktober 2025

Förderung: Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) durch die Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e. V. (FNR)

Förderkennzeichen: 2220HV067 (A-D)

Kontakt

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