Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM

Feuchtebeständige Glutinleime

Gezielte Verbesserung biobasierter Klebstoffe für moderne Anwendungen

Biobasierte Klebstoffe, die aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden, gewinnen zunehmend an Bedeutung. Dies ist nicht nur auf die Verknappung petrochemischer Ressourcen zurückzuführen, sondern auch auf den wachsenden Wunsch der Industrie und der Verbraucher nach nachhaltigeren Alternativen. Biobasierte Klebstoffe sind keineswegs eine neue Erfindung; einige von ihnen werden seit Tausenden von Jahren erfolgreich eingesetzt. Biobasierte Klebstoffe greifen auf eine Vielzahl natürlicher Materialien wie Proteinen (z. B. Glutinleim), Stärke, Zellulose oder Naturkautschuk zurück. Doch um sie für eine breitere Palette moderner Anwendungen zu nutzen, müssen bestimmte Eigenschaften gezielt verbessert werden.

 

Optimierung von Klebstoffen für moderne Anforderungen

Um den Einsatz biobasierter Klebstoffe in verschiedenen Industrien zu ermöglichen, müssen spezifische Eigenschaften je nach Anwendungsfall optimiert werden. Zu verbessernde Eigenschaften können sein:

  • Temperaturbeständigkeit: Der Klebstoff muss hohen Temperaturen standhalten, ohne seine Klebkraft zu verlieren.
  • Feuchtebeständigkeit: Für bestimmte Anwendungen müssen Klebstoffe resistent gegenüber Feuchtigkeit sein, um ihre Stabilität und Festigkeit zu bewahren.
  • Optimierte Verarbeitungseigenschaften: Die Handhabung und Anwendung des Klebstoffs sollen einfach und effizient sein.
  • Erhöhte Klebfestigkeit: Eine höhere Klebefestigkeit kann für bestimmte Anwendungen notwendig sein.

 

Innovative Lösungen vom Fraunhofer IFAM: Feuchtebeständige Glutinleime

Glutinleime, hergestellt aus Kollagen, das aus Schlachtereiabfällen gewonnen wird, haben sich als Klebstoffe bewährt. Allerdings weisen sie eine hohe Feuchtigkeitsaufnahme auf, was zu einer Verringerung der Kohäsionsfestigkeit und damit der Klebkraft führt. Am Fraunhofer IFAM wurde untersucht, wie die Feuchtebeständigkeit von Glutinleimen verbessert werden kann, um die Einsatzmöglichkeiten dieser Klebstoffe im konstruktiven Holzbau auszuloten. Dafür wurden zwei Strategien entwickelt:

  1. Verringerung der Wasseraufnahme
  2. Verbesserung der mechanischen Eigenschaften im gequollenen Zustand

 

Es wurden zwei Ansätze erfolgreich getestet:

Abbildung 1

1. Einarbeitung von Füllstoffen: Kreide (als gängiger Füllstoff für Klebstoffe) und Holzmehl (um die Klebstoffeigenschaften denen des Fügeteils Holz anzunähern) wurden als Füllstoffe ausgewählt, um die Steifigkeit und Festigkeit der Klebstoffe im gequollenen Zustand zu erhöhen. Diese Modifikationen führten zu einer signifikanten Verbesserung der Zugscherfestigkeit auch nach feucht-warmer Lagerung. Gleichzeitig verringert die Einarbeitung von Kreide die Feuchteaufnahme des modifizierten Glutinleims (s. Abbildung 1).

Abbildung 2

2. Vernetzung des Glutinleims: Die Vernetzung mit natürlichen Dihydroxybenzolen wie Tanninsäure und Gallussäure führte ebenfalls zu einer erheblichen Steigerung der Feuchtebeständigkeits (s. Abbildung 2).

Selbstverständlich können die beiden Maßnahmen zur Verbesserung der Feuchtebeständigkeit auch kombiniert werden.

 

Zukunftsperspektiven

Die Forschungsergebnisse zeigen, dass es möglich ist, biobasierte Klebstoffe so zu modifizieren, dass sie in neuen Anwendungsbereichen eingesetzt werden können. Ziel ist es, diese nachhaltigen Alternativen weiter zu optimieren und sie als leistungsfähige und umweltfreundliche Alternativen zu petrochemischen Klebstoffen zu etablieren.

 

Förderung:

Das Verbundvorhaben 2220HV050A wurde im Rahmen des Förderprogramms »Nachwachsende Rohstoffe« von der Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. betreut und vom Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) gefördert.