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Ökologische und technische Grundsätze von ARBOFORM®

Ausgangspunkt für einen neuen thermoplastischen Werkstoff aus ausschließlich nachwachsenden Rohstoffen ist das Naturpolymer Lignin, welches zu etwa 30 % in jedem Baum und jeder verholzenden Pflanze durch die Photosynthese gebildet wird. Lignin ist nach der Cellulose das am häufigsten vorkommende Naturpolymer und bildet z. B. im Baumstamm eine dreidimensional vernetzte Gerüststruktur um die Cellulosefasern. Durch Lignin erhält das natürlich gewachsene Holz seine benötigte Druckfestigkeit, da diese von der Cellulosefaser nicht aufgenommen werden kann. Die Cellulosefaser kann nur Zugfestigkeiten erbringen, so dass ein Verbund aus Naturfasern (Cellulose) und Lignin einen Werkstoff ergibt, der analog einem natürlich gewachsenen Holz, kombiniert Zug- und Druckbelastungen entgegenwirken kann. Je nach der qualitativen und quantitativen Zusammensetzung von ARBOFORM® können Festigkeiten, Steifigkeiten, Wärmeformbeständigkeiten u. a. Materialeigenschaften gezielt auf Produktanforderungen eingestellt werden.

Dieser thermoplastische Werkstoff besteht somit zu 100 % aus nachwachsenden Rohstoffen und wird von der TECNARO GmbH unter dem Namen ARBOFORM® (lat.: arbor - der Baum) vertrieben.

Lignin der Fichte
© Peter v. Sengbusch - b-online@botanik.uni-hamburg.de

Lignin ist ein Beiprodukt der papierproduzierenden Industrie und füllt weltweit jährlich zu etwa 50 Mio. Tonnen aus verschiedenen Kochprozessen an. Die bisherige Verwendung von Lignin beschränkt sich zu etwa 95 % auf dessen thermische Verwertung in Verbrennungsanlagen zur Energiegewinnung. Nur ein kleiner Teil des Lignins findet eine stoffliche Verwendung wie z. B. in der Lebensmittelindustrie.

Mischt man spezielle Arten von Lignin mit Naturfasern aus Holz, Flachs, Hanf, Sisal oder anderen Faserpflanzen, so erhält man eine unter Temperaturerhöhung verarbeitungsfähige Mischung. Diese wird auf herkömmlichen Kunststoffverarbeitungsmaschinen wie ein auf petrochemischem Weg hergestellter Thermoplast zu Formteilen, Profilen oder Platten verarbeitet.

Durch die stetig wachsende Weltjahresproduktion von Kunststoffen von über 100 Mio. Tonnen auf petrochemischem Wege aus Erdöl werden kohlenstoffhaltige Verbindungen ans Tageslicht gefördert, welche nach ihrem Nutzungszeitraum als Kunststoffe durch die Entsorgung in Müllverbrennungsanlagen in Form von Kohlendioxid (CO2) in die Atmosphäre emittiert werden. Dies bedingt eine Akkumulation von CO2 in der Erdatmosphäre, welche als Ursache für den globalen Treibhauseffekt mitverantwortlich gemacht wird. Zwar bindet die Biosphäre bei einem höheren Angebot an CO2 in der Luft durch schnelleres Pflanzenwachstum dieses wieder, jedoch besagen neue Forschungsergebnisse, dass der weltweite Ausstoß an CO2 in der Zwischenzeit etwa sieben mal höher ist, als die Biosphäre im selben Zeitraum wieder in Form von organischen Kohlenstoffverbindungen binden kann.

Thermoplastisch verarbeitbare Compounds auf Basis nachwachsender Rohstoffe bieten hier im Vergleich zu synthetisch auf petrochemischem Wege hergestellten Kunststoffen eine umweltverträglichere Alternative. Nach der Nutzungsphase eines Produktes aus ARBOFORM® kann dieses bedenkenlos in professionellen Müllverbrennungsanlagen — wie Holz — thermisch entsorgt werden, da es zu 100 % aus nachwachsenden Rohstoffen besteht. D. h., dass nur soviel CO2 bei der Verbrennung des Produktes in die Atmosphäre emittiert wird, wie die Pflanze zuvor durch ihr Wachstum aus der Atmosphäre entnommen hat. Dadurch ist der CO2-Kreislauf geschlossen, und es findet keine Akkumulation von CO2 in der Atmosphäre und somit keine Unterstützung des Treibhauseffektes mehr statt. Darüber hinaus sind bestimmte ARBOFORM®-Rezepturen natürlich auch in entsprechender Umgebung kompostier- bzw. bioabbaubar, falls der Weg der thermischen Entsorgung aus regionalen Gründen nicht rentabel ist.

Neben den positiven Umwelteigenschaften der nachwachsenden Rohstoffbasis hat ARBOFORM® auch eine Reihe technischer Vorteile gegenüber synthetischen Kunststoffcompounds als belastbarer Konstruktionswerkstoff, entweder alleine oder im Verbund mit natürlich gewachsenem Holz. Ein Beispiel, das dies besonders eindrucksvoll demonstriert, ist die Entwicklung von Trägerformteilen für Edelholzfurniere.

Da ARBOFORM® aus Komponenten eines natürlich gewachsenen Holzes besteht (Lignin und Cellulose), hat es auch ähnliche mechanische und thermische Eigenschaften wie natürlich gewachsenes Holz. Ein Werkstoff, der z.B. im Automobilinnenraum seine Anwendung als Träger für Edelholzfurniere finden soll, muss hohen thermischen Anforderungen hinsichtlich Temperaturschwankungen sowie negativen bzw. positiven Temperaturmaxima gerecht werden. Durch die großen Differenzen des thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen Holz und Kunststoffen um etwa den Faktor 10 ist es nur sehr schwer möglich, Deckfurniere aus Edelhölzern auf Kunststoffträger aufzubringen, welche hohen thermischen Anforderungen standhalten müssen. Durch den höheren Ausdehnungskoeffizienten des Kunststoffes gegenüber dem Holzfurnier wird dieses entweder bei Erhöhung der Temperatur vom Kunststoffträger senkrecht zur Hauptspannungsachse aufgerissen, oder es kommt zu stellenweisen Delaminationen des Holzfurnieres vom Trägerformteil. Hier kann der Holzcharakter von ARBOFORM® seine technischen Vorteile ausspielen. Durch die nahezu gleichen Ausdehnungskoeffizienten zwischen ARBOFORM®-Träger und Holzfurnierdeckschicht sind Temperaturbelastungen kein Problem mehr und führen nicht zum Versagen des Bauteiles.

ARBOFORM® ist ein hochwertiger, thermoplastischer Konstruktionswerkstoff für technisch anspruchsvolle Anwendungen. Er verbindet die positiven Eigenschaften zwischen natürlich gewachsenem Holz und thermoplastisch zu verarbeitenden Kunststoffen. Kurz gesagt:

ARBOFORM® ist "flüssiges Holz"