Verstärkung von Klebstoffen mit Cellulosefibrillen und Cellulosefasern

Das Biopolymer Cellulose wurde bislang bereits in zahlreichen Untersuchungen in Form von Fasern, Mikro- und Nanofibrillen sowie Whiskers für die Verstärkung verschiedener Polymere eingesetzt. In der vorliegenden Studie erfolgte der neuartige Versuch, das Verstärkungspotential der Cellulose zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften häufig verwendeter Holzklebstoffe zu nutzen. Untersucht wurden die Festigkeitseigenschaften von 4 verschiedenen Klebstoffen bei unterschiedlichen Anteilen an Verstärkungselementen, sowie unterschiedlichen Leimfugendicken. Die Verstärkung der Klebstoffe erfolgte mit einem vernadelten Lyocell-Faservlies (regenerierte Cellulosefaser) sowie Cellulose-Nanofibrillen, die aus Bakteriencellulose und Buchen-Sulfitzellstoff hergestellt wurden. Um Nanofibrillen zu erhalten, wurden die Substrate rein mechanisch aufgeschlossen, zunächst in einem Refiner und anschließend in einem Hochdruck-Homogenisator. Ergänzend zu den Festigkeitsprüfungen erfolgten mikroskopische Untersuchungen an ausgehärteten Leimfugen. Anhand von Längszugscherversuchen konnte gezeigt werden, dass sich die Zugscherfestigkeit einer Harnstoff-Formaldehyd-(UF)-Leimfuge durch den Einbau von Cellulose-Nanofibrillen um mehr als 30% steigern lässt. Daneben war in weiteren Versuchen eine deutliche Erhöhung der Duktilität der in unverstärktem Zustand relativ spröden UF-Leimfugen zu beobachten. Die Bruchscherdehnung war bei den celluloseverstärkten Proben um bis zu 35% höher als bei den unverstärkten Referenzproben.In previous studies, cellulose has been used extensively for polymer reinforcement, mostly in the form of fibres, micro- and nano-scale fibrils or whiskers. In the present study there was the novel attempt to exploit the reinforcing potential of cellulose to enhance the mechanical properties of commonly used wood-adhesives. The strength properties of four adhesive systems were investigated using varying contents of reinforcement as well as different bond line thicknesses. The reinforcement of the adhesives was effected by a needle-punched lyocell fabric (regenerated cellulose fibre) and cellulose nanofibrils, prepared from bacterial cellulose and beech sulphite pulp respectively. To receive nanofibrils, the cellulose substrates were disintegrated mechanically by means of a laboratory refiner and a high-pressure laboratory homogeniser. Additionally to mechanical testing, the hardened glue lines were investigated using incident light microscopy. Based on the results of lap joint testing it could be shown that shear strength of urea-formaldehyde-(UF)-bonded samples increased about 30% due to the incorporation of cellulose-nanofibrils. Furthermore a considerable enhancement of ductility was observed for UF-bond lines that exhibit a comparatively brittle material behaviour in unreinforced state. In case of cellulose-reinforced samples, ultimate strain was up to 35% higher compared to bond lines without reinforcement.verfasst von Stefan VeigelZsfassung in engl. SpracheWien, Univ. für Bodenkultur, Masterarb., 2008(VLID)112700