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Nachhaltige Chitosan-Harze: Starke, schwer entflammbare Bio-Klebstoffe für Holzwerkstoffe
Ein chinesisches Forschungsteam hat einen neuartigen, umweltfreundlichen Holzklebstoff entwickelt, der auf Chitosan und modifizierter Kolophoniumsäure basiert. Die Formulierung erreicht hohe mechanische Festigkeit, Flammschutz und schnelle biologische Abbaubarkeit – eine vielversprechende Alternative zu formaldehydhaltigen Harzen.
Chitosan, ein aus Chitin gewonnenes, erneuerbares Biopolymer, gilt als umweltfreundlicher Rohstoff für Klebstoffe. Seine praktische Anwendung scheiterte bislang jedoch an zu geringer Festigkeit und ausgeprägter Wasseraufnahme. Ein Forschungsteam um Qi Huang hat nun einen multifunktionalen Bio-Klebstoff (CS-BA-ERA) entwickelt, der diese Schwächen überwindet. Grundlage sind Chitosan (CS), Borsäure (BA) und epoxidierte Kolophoniumsäure (ERA), die zusammen ein verstärktes Netzwerk bilden.
Die Klebstoffe erzielten bei Sperrholz eine Trockenschubfestigkeit von 2,71 MPa und eine Nassschubfestigkeit von 1,92 MPa. Spanplatten, die mit diesem Klebstoff hergestellt wurden, erreichten eine Biegefestigkeit von 21,00 MPa, eine innere Verbundfestigkeit von 0,85 MPa und quollen nach 24 Stunden Wasserlagerung nur um 11,06 % auf. Molekulardynamik-Simulationen zeigen, dass synergistische Vernetzungen die Grenzflächenhaftung und Netzwerkstabilität deutlich erhöhen.
Lesetipp: Klebstoffe und Dichtstoffe
Aus der „Sicht des Chemikers“ geschrieben, vermittelt „Formulierung von Kleb- und Dichtstoffen“ anhand von Grundlagen, Formulierungshinweise sowie Analysen bestehender Rezepte. Im Mittelpunkt stehen hierbei die Zusammensetzung und Bestandteile der verschiedenen Klebstoffarten, deren chemische Strukturen und funktionellen Gruppen. Die daraus resultierenden Eigenschaften werden sowohl für die Endanwendung als auch für die Applikation der Systeme abgeleitet.
Flammhemmend, biologisch abbaubar und umweltfreundlich
Neben der mechanischen Leistung punktet der Klebstoff mit hoher Flammbeständigkeit: Er erreicht einen Limiting Oxygen Index von 81,10 % und hinterlässt bei 599,60 °C einen Char-Rückstand von 43,84 %. Zudem weist er im Vergleich zu herkömmlichen Melamin- und Phenol-Formaldehydharzen eine deutlich geringere Umweltbelastung auf und wird zu über 95 % innerhalb von 15 Tagen biologisch abgebaut. Damit zeigt die Studie eine nachhaltige Alternative zu petrochemischen Holzklebstoffen auf.
Quelle: Huang, Q. et al. Nature-derived adhesives based on chitosan and rosin acid with high strength, flame retardancy, and environmental friendliness. Green Chem. 39, (2025).
