Ulrich Müller, W. Gindl-Altmutter, J. Konnerth, M. Obersriebnig, S. Frybort, G. Steiner, R. Stingl

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Ernst Albert Hausler
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1 Einfluss der lokalen Polarität auf die Verklebung von Holz Ulrich Müller, W. Gindl-Altmutter, J. Konnerth, M. Obersriebnig, S. Frybort, G. Steiner, R. Stingl Institute of Wood Technology and Renewable Resources Department of Materials Science and Process Engineering, BOKU Vienna Institute of Wood Science and Technology Dr. Ulrich Müller 1

2 Bedeutung der Verklebung Glulam Parallam Particleboard MDF Die Verklebung ist DER technische und wirtschaftliche Schlüsselfaktor bei der Herstellung von Holzwerkstoffen und Engineered Wood Products Institute of Wood Science and Technology Dr. Ulrich Müller 2

3 Anforderungen an die Verklebung Technologie (Handling, Reaktivität) Mechanische Leistungsfähigkeit Kosten und Effektivität Feuchtigkeit Langzeitbelastung Temperatur Emissionen Institute of Wood Science and Technology Dr. Ulrich Müller 3

Einflussfaktoren auf die Leistungsfähigkeit einer Klebfuge Holz: Mechanische Eigenschaften Oberflächeneigenschaften Morphologie Chemische

4 Einflussfaktoren auf die Leistungsfähigkeit einer Klebfuge Holz: Mechanische Eigenschaften Oberflächeneigenschaften Morphologie Chemische Eigenschaften Klebstoff: Chemie Verteilung und Eindringverhalten Mechanische Eigenschaften Institute of Wood Science and Technology Dr. Ulrich Müller 4

5 Betrachtungsebenen 5 mm 50 mm 50 µm 5 µm Institute of Wood Science and Technology Dr. Ulrich Müller 5

6 Eindringen von Klebstoff in die Zellwand UV-Mikroskopie Raman-Mikroskopie Scanning thermal AFM PRF Hydrophile Klebstoffe mit geringem Molekulargewicht sind in der Lage in die Zellwand einzudringen (10% w/w) (UF, MF, PRF, pmdi) PUR Institute of Wood Science and Technology Dr. Ulrich Müller 6

7 Konventionelle Nano-Indentation Ergebnisse Härtewert Steifigkeitswert Institute of Wood Science and Technology Dr. Ulrich Müller 7

der Spitze exakt an der Grenzfläche Holz-Klebstoff Kraft [µn] W A

8 Nano-Indentation für die direkte Messung der Adhäsion Kraft Eindruck und Rissbildung Klebstoff Gute Adhäsion Zellwand Eindringverhalten (Kraft/Energie) der Spitze exakt an der Grenzfläche Holz-Klebstoff Kraft [µn] W A Eindringtiefe [nm] Geringe Adhäsion Institute of Wood Science and Technology Dr. Ulrich Müller 8

Holzzellwand (ML, PW, S1, S2) Innere Zellwandoberfläche

9 Rasterkraftmikroskopie und Messung der Oberflächenpolarität AFM: Messung der Oberflächentopographie Adhäsionskraft (quantitative nanomechanical) Polare AFM-Spitze Schnittfläche der Holzzellwand (ML, PW, S1, S2) Innere Zellwandoberfläche (S3, TW) QNM-AFM: Messung der Adhäsion Institute of Wood Science and Technology Dr. Ulrich Müller 9

Polarität der Holz-Zellwand Polarität Kontaktwinkel 0 24 48 72 96 120

angeschnittenen Oberfläche Veränderung der Polarität der S2

10 Polarität der Holz-Zellwand Polarität Kontaktwinkel Alterungszeit [h] hydrophil hydrophob Alterung der frisch angeschnittenen Oberfläche Veränderung der Polarität der S2 verantwortlich für Benetzungsverhalten Institute of Wood Science and Technology Dr. Ulrich Müller 10

Sily1 Sily2 Sily3 Kontaktwinkel Indentation work [J/m²] 600 500 400 300 200 Arbeit für die

11 Adhäsion in Abhängigkeit von der Polarität der Holzoberfläche Spezifische Arbeit um UF von Zellwand zu trennen Scherfestigkeit [MPa] Ref. Sily1 Sily2 Sily3 Kontaktwinkel Indentation work [J/m²] Arbeit für die Deformation der Zellwand und des Klebers Obersriebnig et al. (2012) Holzforschung Ref Sily1 Sily3 Sily3 Institute of Wood Science and Technology Dr. Ulrich Müller 11

12 Unterschiede Adhäsion UF vs. PUR UF-S2 UF-S3 PUR-S2 cell wall PUR-S3 Klebstoff Zellwand Klebstoff Zellwand cell wall S2 S3 Klebstoff Zellwand Klebstoff Zellwand Klebstoff Zellwand Obersriebnig et al. (2012) Int. J. Adh. Adh. Institute of Wood Science and Technology Dr. Ulrich Müller 12

13 UF und PUR: Unterschiedliches Adhäsionsverhalten an der Zellwand Kraft [µn] UF-S3 UF-S2 PUR-S3 PUR-S2 UF PUR UF haftet um 60% besser an der S2 als an der S3 1K-PUR haftet um 30% besser an der S3 als an der S2 Eindringtiefe [nm] Anmerkung: nur 15% der aufgenommenen Energie wird für die Trennarbeit benötigt. Der Rest wird für Deformationsarbeit aufgewendet. Institute of Wood Science and Technology Dr. Ulrich Müller 13

14 Mögliche Konsequenzen für die Praxis 15 Oberfl.-Mod. 2 min./130 C Referenz Zugscherfestigkeit [N/mm²] N = 10 UF PUR Höherer Kontaktwinkel (55 vs. 85 ) und geringfügig geringere Holzausgleichsfeuchte nach thermischer Modifikation (1-2%) Nach Modifikation: +30% Zugscherfestigkeit PUR +9% Zugscherfestigkeit UF Institute of Wood Science and Technology Dr. Ulrich Müller 14

Christian Hansmann c.hansmann@kplus-wood.

mahrdt@kplus-wood.at DI Alexandra Himsel a.

15 Forschungsgruppe Verklebung Prof. Wolfgang Gindl-Altmutter Dr. (habil) Ulrich Müller Dr. (habil) Johannes Konnerth Dr. Eric van Herwijnen Dr. Christian Hansmann Dr. Stefan Veigel Mag. Michael Obersriebnig DI Eike Mahrdt DI Alexandra Himsel DI Stefan Pinkl Danke für die Aufmerksamkeit! Institute of Wood Science and Technology Dr. Ulrich Müller 15

Acknowledgement Dieser Präsentation zugrundeliegende Vorhaben wurde durch folgende Forschungsvorhaben und Mittel unterstützt: Europäischen Union, Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE),

16 Acknowledgement Dieser Präsentation zugrundeliegende Vorhaben wurde durch folgende Forschungsvorhaben und Mittel unterstützt: Europäischen Union, Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE), und dem Land Niederösterreich, Abteilung Wirtschaft, Tourismus und Technologie FFG: Wood COMET Kompetenzzentrum Holz GmbH FWF: Project No. P Institute of Wood Science and Technology Dr. Ulrich Müller 16

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