Development and Characterization of Oriented Strand Boards made from the European Hardwood Species : Beech (Fagus sylvatica L.) and Poplar (Populus tremula L.)

OSB Platten sind ein wichtiger, ausgereifter Hololzwerkstoff, der in der Welt sowohl im privaten Hausbau als auch in offentlichen Gebauden eingesetzt wird. Die vor allem in der Baubranche steigende Nachfrage nach OSB und die Suche nach geeigneten Rohstoffen im Hinblick auf Eigenschaften und Preis, stellen die wichtigsten Herausforderungen fur die Plattenhersteller und Wissenschaftler dar. In Europa verwenden fast alle OSB-Hersteller Kiefer (95 %) und Fichte als Rohstoffe fur die OSB-Herstellung, da diese Arten leicht zu verarbeiten sind und gute Platteneigenschaften zeigen, die Verfugbarkeit (in Volumen) gegeben ist und in den meisten Landern diese Holzartenpreiswert fur die OSB-Produktion sind. Die Konkurrenz zwischen der Zellstoff- und Papierindustrie, zudem die rasante Entwicklung der Holzenergie (vor allem Pellets) Sektor und die steigende Nachfrage nach Holzwerkstoffplatten aus Kiefer hat den Druck auf Walder erhoht. Daruber hinaus gibt aus Kiefer hergestellt OSB hohe VOC (fluchtige organische Verbindung) ab, was derzeit in Europa diskutiert wird. Daher ist die Suche nach neuen Rohstoffen fur die meisten dieser Anforderungen eine Herausforderung, deren Losung weitreichende Veranderungen fur die zukunftige Entwicklung dieses Marktes darstellt. Das Hauptziel des Projektes war es, das technologische Potenzial der Verwendung von Partikeln kleiner Durchmesser von Buche und Pappel, welches wichtige Laubholzarten sind und in den meisten europaischen Landern verfugbar sind, zu testen. Das Forschungsdesign umfasst den Einsatz von zwei Holzarten in unterschiedlichen Kombinationen, d.h. unterschiedliche Mischung der beiden Arten, variierte Deckschicht-Mittelschichtverhaltnisse und zwei verschiedene Plattendichten. Alle technischen Eigenschaften der hergestellten Platten erfullten die Mindestanforderungen fur die OSB-Typ 2 Platte nach EN 300 mit Ausnahme von Platten aus 75% Pappelkernschicht (Einzelheiten sind in der Tabelle angegeben). Die Studie untersuchte auch die Verwendung feiner Strands als Kernmaterial und seine Ausirkung auf die physikalischen und mechanischen Eigenschaften der Buchen- und Pappel-OSB. Feines Material ist ein wichtiger Teil (10-15%) der Strandproduktion, die nach dem Trocknen der Strands anfallen. Oft warden diese fur die Herstellung von Spanplatten verwendet, einige Hersteller verwenden diese teilweise als Kernmaterial bei der OSB-Produktion. Die Ergebnisse dieses Projektes haben gezeigt, dass die Verwendung von Hartholzern wie Buche und Pappel kombiniert mit Mittelschichten, bestehend aus bis zu 30% der feinen Materialien moglich ist und eine alternative OSB auf dem Markt aufzeigt. Die mechanischen Eigenschaften wie Biegefestigkeit, EModul und Querzugfestigkeit erreichten die Mindestanforderungen fur OSB Typ 2 (EN300). Um die Kombinationen aller potenziellen Arten zu testen wurde OSB-Platten auch aus Buche, Pappel und Kiefer produziert. Aus den verschiedenen Kombinationen zeigte die Mischung aus Buchen-und Pappelholz die besten Platteneigenschaften bei vergleichbaren Plattenkriterien. Daruber hinaus wurde in der Studie einige andere wichtige Parameter wie das vertikale Dichteprofil, VOC-Emission, und die Wirkung der verschiedenen Holzarten auf Verdichtungsverhalten beim Heispressen sowie dem Einfluss der Strandgeometrie und andere Deckschicht-/Mittelschischtverhaltnisse auf die physikalischen (Dickenquellung und Wasseraufnahme) und mechanischen Eigenschaften (Biegefestigkeit, E-Modul und Querzugfestigkeit) getestet. Die Ergebnisse dieses Forschungsprojektes bewiesen das Potenzial fur Buche und Pappel als guter Ersatz fur den aktuellen Rohstoff Kiefer. Buche und Pappel konnten auch anstelle von oder in einer anderen Mischung mit Kiefer verwendet werden. Die Verwendung von Buche und Pappel konnte die Bedenken in Bezug auf Volumen und kostengunstige Rohstoffversorgung fur die OSB-Industrie verringern und zudem den Druck auf die Weichholz-Walder in Europa senken. Oriented Strand Board (OSB) is an important wood engineered product widely used around the world in both the residential and commercial wooden structures. Increasing demand for OSB, especially in the construction sector, and the search for suitable raw materials, in terms of properties and price, present the main challenges for board producers and scientists alike. In Europe, almost all OSB producers use Scots pine (95 %) and spruce as raw materials for OSB production. This is because these species are easy to manufacture, process good board properties and availability (in volumes) and, in most OSB production countries, they are reasonably priced. The competition between pulp and paper industries, even more notably the rapid development of the wood energy (mainly pellets) sector, and rising demand for wood based panels made of pine has increased pressure on softwood forests. In addition, pine based OSB emits high levels of VOC (volatile organic compound) which is growing concern in Europe. Therefore, finding new raw materials to replace all or most of these demands is a golden key for the future development of this market. The main goal of this project was to test the technological potential of using small diameter beech and poplar as two important hardwood species which are available in most of European countries. The research design includes the use of two wood species in different combinations, i.e. different mixture of the two species, varied face/core ratios and two different board densities. All technical properties of the produced panels fulfilled the minimum requirements for OSB type the 2 of EN300 standards with exception of panels made of 75 % poplar core layer. The study also examined the use of fine strands as core material and its effect on the physical and mechanical properties of European beech and poplar OSB. Fine material is an important part (10-15 %) of the strand production which is collected after strand drying. Often it is used for producing particleboard, but many OSB producers use at least part of it as core material. The findings of this project indicated that using hardwoods like beech and poplar combined with board core layers consisting of up to 30 % of fine materials could introduce a different type of OSB to the market. The mechanical properties such as MOR and MOE and also internal bond reach the minimum requirements for OSB type 2 (EN300). In order to test the combinations of all potential species OSB was also made from beech, poplar and pine were produced. Out of the different combinations the mixture of beech and poplar showed the best board properties at comparable board manufacturing criteria. In addition, the study tested some other important parameters such as vertical density profile, volatile organic compound emission, and the effect of different wood species on densification behavior during hot pressing as well as the influence of strand geometry and different face/core ratios on physical (thickness swelling & water absorption) and mechanical properties (modulus of rupture, modulus of elasticity, and internal bond). The results of this research project proved the potential for beech and poplar as a good substitution for the current raw material pine. Beech and poplar could also be used in place of or in a different mixture with pine or the three wood species respectively. The use of beech and poplar could reduce the concerns regarding volume and cost effective raw material supply for the OSB industry in the near future and could also reduce the pressure on softwood forests in Europe.