Abgeschlossene FE-Projekte Informationen Abgeschlossene Projekte bis 03/2013 ■ Jacobs, K. Molekulare Biotechnologie zur Analyse des Holzbaues im Freiland BMWi, Projektträger EuroNorm, 11/09 – 10/12 ■ Beyer, Dr. M. Grundlegende Untersuchungen zu den Me- chanismen der Alterung von geklebten, asym- metrisch aufgebauten Massivholzprodukten am Beispiel von Mehrschichtparkett BMWi, Projektträger EuroNorm, 11/09 – 11/12 ■ Blüthgen, L. Verfahrens- und Materialentwicklung für die Herstellung mehrlagiger holzbasierter Schichtwerkstoffe mit verbesserter Zug-, Druck-, BeIege- und Torsionsfestigkeit BMWi, Projektträger EuroNorm, 01/10 – 12/12 ■ Krug, Dr. D. Untersuchungen zur Zelluloseethanolher- stellung hinsichtlich optimaler Rohstoffbasis und effizienter Aufschlusstechnologien BMWi, Projektträger EuroNorm, 10/09 – 12/12 ■ Plaschkies, K. Entwicklung von Prüfverfahren zur Charakterisierung der Algenbeständigkeit und Rutschfestigkeit von Terrassendielen und Gerüstbelägen aus Holz und WPC BMWi, Projektträger EuroNorm, 12/09 – 11/12 ■ Rangno, N. Entwicklung eines PCR-Elisa-Verfahrens für die Diagnostik von Dermatophyten BMWi, Projektträger EuroNorm, 04/10 – 12/12 ■ Tzscherlich, Dr. S. Continually innovated e-learning program- me for furniture branch EU, 10/10 – 12/12 ■ Trabandt, S. Entwicklung von Tisch- und Sitzmöbeln aus Holz für den Pflegebereich nach den Prin- zipien des Universal Designs und von Ferti- gungsverfahren BMWi, Projektträger AiF/ZIM, 04/11 – 03/13 Untersuchungen zur Zellulose- ethanolherstellung hinsichtlich optimaler Rohstoffbasis und effi- zienter Aufschlusstechnologien Ausgangssituation Bioethanol ist ein hochoktaner, wasserfreier Alkohol und dient hauptsächlich als Kraftstoff, wird aber in großem Umfang auch für pharma- zeutische und kosmetische Erzeugnisse, Lösungs- mittel und als Ausgangsstoff für chemische Bausteine verwendet. Biogenes Ethanol der 1. Generation wird aus- schließlich aus stärke- bzw. zuckerhaltigen Pflanzen und Früchten (z. B. Zuckerrohr, Zucker- rüben, Kartoffeln, Mais, Getreide) hergestellt. Im Unterschied dazu wird Bioethanol der 2. Generation, auch Zelluloseethanol genannt, aus lignozellulosen Rohstoffen (z. B. Getreide- stroh, Maispflanzen Zuckerhirse, Rutenhirse, Miscanthus) produziert, die für Menschen nicht als Nahrungsquelle nutzbar sind. Chemisch be- trachtet sind Bioethanol der 1. und 2. Generation identisch. Ziel Der Fokus der Arbeiten im Forschungsprojekt lag auf der Ermittlung geeigneter nachwachsender Rohstoffe zur Herstellung von Bioethanol der 2. Generation (Zelluloseethanol), der Erarbeitung einer hydrothermischen Aufschlusstechnologie hinsichtlich maximaler Zuckerausbeute und Energieeffizienz, der Methodenentwicklung und Validierung von Probenvorbereitung und Zucker- analytik, der chemischen Analytik von Ausgangs- stoffen, Zwischen- und Endprodukten (Zucker, Ethanol) sowie der Bestimmung der Vergärbarkeit von Hydrolysaten aus Lignozellulosen. Material und Methode Zu Beginn wurden verschiedene nachwachsen- de Rohstoffe aus den Bereichen Holz (Fichte, Kiefer, Buche, Pappel, Birke), Agrarreste (Win- terweizenstroh, Wintergerstenstroh, Triticale- Stroh, Roggenstroh) und Reststoffe (Altpapier) zur Herstellung von Zelluloseethanol aufbereitet und morphologisch sowie chemisch charakteri- siert. Anschließend erfolgte die Bewertung ihrer Eignung anhand der Zuckerausbeute nach ein- heitlicher hydrothermischer Vorbehandlung. Der hydrothermische Aufschluss bestand dabei aus den Arbeitsschritten Vorhydrolyse (Verweilzeit: 25 min, Temperatur: 180 °C, druckloser Austrag), Waschen, Entwässern (nach definiertem Press- programm) und steam explosion (Verweilzeit: 5 min, Temperatur: 200 °C). Das aufgeschlossene Material wurde anschließend einer Säurehydro- lyse unterzogen, gefiltert und vergoren. Ergebnisse Zur Identifizierung und Quantifizierung von Zuckern wurde eine Bestimmungsmethode für Monosaccharide mittels eines Kapillarzonen- elektrophorese-Systems etabliert sowie validiert. Die Trennung der sechs Monosaccharide des Holzes gelingt im Prinzip vollständig. Beim Füh- ren von Kontrollkarten waren sehr gute Repro- duzierbarkeiten der Bestimmungsergebnisse zu erkennen. Die Ausbeuten an Monosacchariden aus der Totalhydrolyse von entlang der hydrothermischen Aufschlüsse erhaltenen Feststofffraktionen sowie der flüssigen Medien (Press- und Waschwässer) Ansprechpartner Dipl.-Ing. Martina Broege [email protected] Informationen wurden ermittelt. Es war aus den bei der Ana- lyse der Ausgangs- und Endstufen gemachten Beobachtungen eindeutig ableitbar, dass die flüssigen Zwischenfraktionen ein wesentliches Aufkommen an vergärbarer Substanz zur Ethanol- erzeugung darstellen. Die Bewertung der Qualität der Lignozellulose- Hydrolysate erfolgte über die Bestimmung der Vergärbarkeit. Im Rahmen der entwickelten Labormethode wurden die Lösungen in abge- schlossenen Reaktionsröhrchen (mit Silikon- verschluss) mit Hefen (Saccharomyces cerevisiae) versetzt und der Gärverlauf über die Messung des CO 2 -Druckes (über sterile Einwegspritzen durch die Silikonmembran) erfasst. Die maximale CO 2 -Bildungsrate von S. ce- revisiae auf verschiedenen Lignozellulose- Hydrolysaten war annähernd vergleichbar. Die höchste Produktausbeute wurde jedoch auf Kiefer-Hydrolysat erzielt. Im Ergebnis des Projektes konnten aufgrund der Entwicklung verschiedener Analysenmethoden (Zuckeranalytik, Vergärbarkeitsmethode) und der Etablierung einer geeigneten hydrothermi- schen Aufschlussmethode verschiedene nach- wachsende Rohstoffe erfolgreich bezüglich der Eignung als Rohstoffquelle zur Herstellung von Bioethanol der 2. Generation getestet werden. Weitere Untersuchungen werden sich mit der Optimierung der hydrothermischen Aufschluss- technologie hinsichtlich der Gewinnung von Nebenprodukten beschäftigen. Ansprechpartner Dipl.-Ing. (BA) Marco Mäbert, Aufschlussverfahren Dr. rer. nat. Martin Fischer, chem. Analyseverfahren Dipl.-Ing. Kordula Jacobs, biolog. Analyseverfahren [email protected] martin.fi[email protected] [email protected] Gesamtzucker unterschiedlicher Rohstoffe im Vergleich von Ausgangsstoff und Reaktionsprodukt nach steam explosion b nicht bewittert 1500h künstl. bewittert a -2 -1 0 1 2 0 20 40 60 80 100 R 2 =0.93 R 2 =0.91 R 2 =0.96 ∆b* ∆a* ∆L* Fit Polynomiell von LWert ∆A 1800-1650 [%] ∆L*, ∆a*, ∆b* [-] Witterungsbedingte Ablösung, Blasenbildung und Farbänderung weiß und rot pigmentierter Polybutylacrylat-Polystyrol-basierter Holzbeschichtungen (links); Zusammenhang zwischen Farb- wertänderung (ΔL*, Δa*, Δb*) und prozentualer Peakflächenän- derung der IR-Carbonylschwingung (ΔA 1800-1650 ) einer künstlich bewitterten weiß pigmentierten Holzbeschichtung (rechts) Prüf- und Konditionierkammer- system zur Bestimmung der Form- aldehyd- und VOC-Abgabe Ziel des Vorhabens war die Entwicklung eines Prüfkammersystems zur Bestimmung von Formaldehyd- und VOC-Emissionen aus Holz- werkstoffen und Produkten. Das System sollte modular aufgebaut sein und sowohl der Kon- ditionierung als auch der Prüfung dienen. Es sollte über eine geeignete Kühlung verfügen, die den Einsatz in nicht klimatisierten Räumen ermöglicht. Ziel war u. a. der Einsatz der Kam- mern zur Eigenüberwachung von Holzwerk- stoffen bei der Herstellung im Werk. Zunächst wurden die Anforderungen für den Betrieb der Konditionier- bzw. Prüfkammer auf der Basis normativer Vorgaben spezifiziert. Nach der Erarbeitung einer Konzeption für die Kammerkühlung erfolgte der stufenweise Bau eines Funktionsmusters. Die Kammer (ca. 120 Liter) wurde zunächst mit einer Grundausstattung zur Kühlung sowie mit Messtechnik zur Funktionsüberwachung versehen. Ausgangs- punkt für das Muster waren Laborprüfkammern, die im Institut seit mehreren Jahren erfolgreich arbeiten, jedoch über keine Kühlung verfügen. Das Muster war flexibel mit demontierbaren Doppelwandungen gestaltet, sodass Modifi- zierungen problemlos möglich waren. Der Kern der Arbeit war die Entwicklung einer Kühlung. Dabei wurden zunächst unterschiedliche Ver- fahren in Betracht gezogen. Unter dem Blick- winkel der Funktionalität, Wirksamkeit und Robustheit für den Praxisbetrieb hat sich als Lösung eine Wandkühlung mit Kryostat heraus- kristallisiert. Komponenten der Versuchskammer Anwendung Komponente Hersteller Prüfkammer Prüfkammervolumen: 120 l, doppelwandig mit Styrodurisolation und mittig eingelager- ten Kühlschleifen in Boden, Decke und zwei Außenwänden Außenabmessungen: (645 x 383 x 50) mm (L x B x H) Stahldicke: 1,8 mm Wanddicke: 40 mm Fa. Wünschmann Klimakammer Stahlgerüst ca. 2 m³ mit Styrodurisolation Eigenbau Temperierung Prüfkammer Heizlüfter 400 W Klimakammer Heizlüfter 400 W inkl. Regelung Fa. Wünschmann Kryostat Prüfkammer Kreislaufkühler KK4TBE, -10° C bis 40 °C, 400 W; Regler Jumo Imago 500 Fa. Wünschmann Luftbereitstellung Luftfilter Aktivkohle QDT 20 Fa. Atlas Copco Luftmassenflussregler GFC17 und Rotameter Fa. Aalborg Teilstrombefeuchtung über Waschflaschen Druckluft, reduziert Klimakontrolle Prüfkammer: Datenlogger 2590 und Kombi- fühler (Temperatur; relative Luftfeuchte) FH A646-R Fa. Almemo Temperaturkontrolle Prüfkammer, Kryostat, Klimakammer Jumo Imago 500 inkl. PT100- Fühlern Fa. Wünschmann Luftwechsel Lachgasmonitor EL3020 Fa. ABB Probennahme GilAir Plus Fa. Gilian Die Erarbeitung der technischen Lösung so- wie der Bau des Funktionsmusters erfolgte in Zusammenarbeit mit der Fa. Wünschmann Mess- und Regeltechnik OHG, Standort Dres- den. Nach Abschluss und Auswertung der ent- wicklungsbezogenen Tests und Versuche wurden die technischen Lösungen des Funktionsmusters in den Bau der Versuchskammer überführt. Die Tabelle beschreibt die Spezifikation. Für die Simulation von unterschiedlichen Um- gebungsbedingungen wurden Klimakammern eingesetzt (1 m³ bzw. 2 m³). Mit der komplett ausgestatteten Versuchskammer wurden um- fangreiche Versuche zur Klimatisierung und Funktionalität durchgeführt. Mit praxisrele- vanten Materialien erfolgten vergleichende Emissionsmessungen. Bestimmt wurden Form- aldehyd- und VOC-Emissionen, zum Vergleich diente eine IHD-Standard-Prüfkammer unter unterschiedlichen Normbedingungen. Funktionsmuster eingebaut in 1 m³-Prüfkammer mit Klima- technik zur Luftbereitstellung Die im Rahmen des Projektes durchgeführten Vergleichversuche zeigen eine gute Vergleich- barkeit der Bestimmungen mit Standard- und Versuchskammer. Die erzielten Ergebnisse demonstrieren den Nachweis der gestellten Zielparameter: ■ Eignung für Formaldehyd- und VOC-Mes- sungen nach unterschiedlichen normativen Verfahren (ISO 16000-9, ASTM D 6007); ■ Realisierung von Konditionierung und Prü- fung nach z.B. ASTM D 6007 in einem System; ■ modularer Aufbau; ■ flexibler Einsatz für Konditionier- und Prüfaufgaben; ■ einfache Bedienung; ■ Robustheit; ■ Integration einer kostengünstigen Kühlung, mit der das System gegenüber herkömmli- chen Laborkammern unabhängig von äußeren Umgebungsbedingungen (Temperaturen bis 35 °C) betrieben werden kann. Fenster- und Türenkolloquium im IHD Das im Zwei-Jahres-Rhythmus stattfindende Kolloquium ist inzwischen zu einer geschätz- ten Traditionsveranstaltung geworden. Die vor- rangig aus Fensterbaubetrieben stammenden Teilnehmer nutzen sie sowohl als Informations- plattform als auch für einen intensiven fach- lichen Austausch untereinander. Bei der am 11. April 2013 mit fast 90 Teilnehmern sehr gut besuchten Veranstaltung im IHD wurde ein breites Themenspektrum angeboten. Im Eröffnungsvortrag widmete sich Eike Gehrts (Technische Beratung, Fenster - Türen - Holz- werkstoffe) der Europäischen Bauprodukten- verordnung (EU-BauPVo) und ihrer Auswirkung auf die CE-Kennzeichnung. Dabei ging er ins- besondere auf Inhalte der Leistungserklärung ein und gab Hinweise für die firmenintern not- wendigen Vorbereitungen hinsichtlich der EU- BauPVo, die zum 1. Juli 2013 in Kraft tritt. Im zweiten Vortrag stellte Heiko Hofmann (EPH) unter dem Titel „Die EnEV 2013 kommt“ die zu erwartenden Änderungen und Neuerungen vor und erläuterte beispielhaft die Vorgehensweise zum Nachweis der Sonneneintragswerte. Rolf Schmidt (Bundesverband für Wohnungs- lüftung e. V.) informierte anschließend im Zusammenhang mit dem Lüftungskonzept ge- mäß DIN 1946-6 über die Hinweispflicht und das Haftungsrisiko für Fensterbauer. Er plädierte für die Realisierung von Wohnungslüftungen mit Wärmerückgewinnung und stellte dazu ein Praxisbeispiel vor. Einen Überblick zu den mit der aktuellen Einbruchhemmungs-Norm DIN EN 1627 ff. zu beachtenden Korrelationen und Übertragungs- regeln gab Joachim Beständig (EPH). Dabei lei- tete er Handlungsbedarf ab und erläuterte die Randbedingungen für „eigenverantwortliche Klassifizierung“, „gutachtliche Stellungnahme der Prüfstelle“ und „Referenzprüfungen.“ Die wachsenden Anforderungen an Fenster- beschläge waren Inhalt des Beitrages von Norbert Appelhans (VBH Deutschland GmbH). Er setzte sich mit der Funktions- und Gebrauchsfähigkeit von übergroßen Fenstern, Lösungsansätzen und praxisgerechten Nachweismöglichkeiten aus- einander. In ihrem Vortrag „Wärmeschutz mit modernen Kastenfenstern“ gab Kerstin Schweitzer (IHD) schließlich einen Einblick in ein laufendes For- schungsprojekt. Im Fokus stand dabei die Frage nach der optimalen Kastentiefe bei hoch wärmedämmenden Verglasungskombinationen. Abgerundet wurde die praxisbezogene Veran- staltung durch eine kleine begleitende Aus- stellung sowie zwei Diskussionsrunden, an denen sich interessierte Gäste aktiv mit den Themen „gutachtliche Stellungnahmen“ und „Zusammenarbeit zwischen Praxis und IHD“ auseinandersetzten konnten. Das 10. Fenster- und Türenkolloquium ist für April 2015 avisiert. Der Tagungsband kann beim IHD bezogen werden. European Coatings Show und Euro- pean Coatings Congress Zahlreiche Aussteller und Besucher erlebten die European Coatings Show vom 19. bis 21. März und den European Coatings Congress am 18. und 19. März 2013 in Nürnberg als Platt- form für den Erfahrungsaustausch der Experten aus aller Welt. Die European Coatings Show bestätigte ihren Status als internationale Leitmesse rund um hochwertige Lacke und Farben, Dichtmassen, bauchemische Materialien und Klebstoffe mit dem Rekordergebnis von über 960 Aus- stellern, darunter IHD und EPH auf einem Gemeinschaftsstand. Präsentiert wurde das Dienstleistungsangebot für Oberflächen- prüfungen für den Innen- und Außen- bereich sowie für Beschichtungsstoffe. Neben Forschungsarbeiten zur Pulverlackierung auf Holzwerkstoffen mittels Pressverfahren stellten die Mitarbeiter des Ressorts Oberfläche ein neues Prüfverfahren zur schnelleren Prognose des Langzeitschutzes von Holzbeschichtungen vor. Die Besucherresonanz am Messestand war überaus erfreulich. Der European Coatings Congress verzeichnete 144 Vorträge und zahlreiche Posterpräsenta- tionen von Referenten aus der industriellen und akademischen Forschung sowie über 650 Teilnehmer. Eine der 24 Sessions widmete sich den Holzbeschichtungen und enthielt sechs Vorträge. Neben Renate Hiesgen (Hochschule Esslingen; farbmetrische Methode zur Cha- rakterisierung von nativen oder transparent beschichteten Holzoberflächen), Philippe Delig- ny (Cytec, Belgien; neuartige wasserbasierte Hybridharze), Olaf Deppe (WKI; neuartige, bio- basierte, durch Mini-Emulsionspolymerisation gewonnene Holzbeschichtungen), Dirk Mestach (Nuplex Resins, Niederlande; acrylatbasierte Bindemittel, die ein Durchschlagen von Holz- fehlern, z.B. Ästen, verhindern) und Bud Equi (Citec, USA; isocyanat- und formaldehydfreie Vernetzungstechnologien für emissionsarme Beschichtungen von Holz- und Holzwerkstoffen) referierte auch Dr. Lars Passauer aus dem IHD. Er stellte eine Methodenkombination zur Ana- lyse, Aufklärung und Prognose möglicher Ver- sagensmechanismen sowie der mechanischen, physikalischen und chemischen Degradation von im Außenbereich eingesetzten wasser- basierten Holzbeschichtungen vor. Im Rahmen der Untersuchungen konnten beispielsweise enge Korrelationen (R 2 > 0,9) zwischen der witterungsbedingten Änderung der CIELab- Farbwerte von Beschichtungen und der Peak- flächen charakteristischer IR-Banden nachge- wiesen werden, die einen frühzeitigen Hinweis auf strukturchemische Veränderungen einzelner Beschichtungskomponenten geben. Referenten v.l.n.r.: Dr. Gerald Aengenheyster (SKZ Würzburg), Joachim Beständig, Norbert Appelhans, Heiko Hofmann, Rolf Schmidt, Kerstin Schweitzer, Dr. Bernd Devantier, Eike Gehrts Materialart