Neue Oberflächeneigenschaften für holzbasierte Werkstoffe

(21.8.2018) Was hat Holz mit Plasma zu tun? Eigentlich nicht viel, sollte man meinen. Das könnte sich aber jetzt ändern: Im Rahmen eines international aufgestellten Forschungsprojektes haben Wissenschaftler des Forschungsinstituts Innovent e.V. Technologieentwicklung aus Jena, des Instituts für Holztechnologie Dresden (IHD) und der Universität für Architektur und Bauwesen Tomsk (Russland) zusammen mit Partnern aus der Wirtschaft die Einflussmöglichkeiten von atmosphärische Plasmen auf die Oberflächeneigenschaften von Holz und holzbasierten Werkstoffen untersucht. Herausgekommen ist eine Vielzahl an Ergebnissen, die für eine große Zahl von Branchen von Interesse sein könnten.

Agar-Platte mit Escherichia coli DSM 1576 und unbeschichtetem Holzfurnier (links), Agar-Platte mit Escherichia coli DSM 1576 und silberhaltigen APCVD-Beschichtung auf Holz (rechts); Bilder © Innovent e.V. 

Im Zuge des Forschungsprojekts wurden atmosphärische Plasmaquellen zur Herstellung dünner, funktioneller, siliziumoxidbasierter Beschichtungen auf Holz und holzbasierten Werkstoffen eingesetzt. Diese Beschichtungen sind nur wenige Nanometer dünn und damit für das menschliche Auge kaum zu erkennen. Mit den Siliziumoxidbeschichtungen ist es möglich, die Benetzungseigenschaften der Holzoberflächen zu beeinflussen: von stark wasseranziehend bis stark wasserabweisend - je nach gewünschter Applikation ist im Prinzip alles möglich. Den Wissenschaftlern gelang es zudem, spezielle Wirkstoffe in die Beschichtungen einzubetten, um gezielt neue Oberflächeneigenschaften zu generieren, die durch eine reine Siliziumoxidbeschichtung allein nicht bereitgestellt werden können.

Beispiel Haftungsverbesserung bei Lackierungen

Es ist schon länger bekannt, dass Plasmaaktivierungen von Kunststoffen und damit auch von kunststoffbasierten WPC-Materialien die Haftfestigkeit für nachfolgende Verklebungen, Bedruckungen oder Lackierungen verbessern können.

In den Untersuchungen, die im Rahmen des Projekts durchgeführt wurden, konnte zudem gezeigt werden, dass sich auch bei Holz mit einer Plasmabeschichtung die Haftung nachfolgend aufgetragener Lacke oder Lasuren steigern lässt. Insbesondere die Lackhaftung unter Feuchtebelastung wurde davon positiv beeinflusst. Zugleich wurde gezeigt, dass im Rahmen der durchgeführten künstlichen und natürlichen Bewitterungstests der Glanzgrad und die Farbabweichung durch die dünne Plasmabeschichtung nicht negativ beeinflusst wurden. Gleichzeitig war die Lackhaftung nach der Bewitterung signifikant höher als bei konventionell beschichteten Vergleichsproben. Anwendungspotenzial sehen die Forscher vor allem in Außenanwendungen von Holzmaterialien, in der Furnierverarbeitung und dem Fensterbau.

Beispiel antimikrobielle Beschichtungen

Die Wissenschaftler konnten des Weiteren zeigen, dass durch die gezielte Integration von Wirkstoffen in Plasmaschichten signifikant bakterizide sowie partiell fungizide Oberflächeneigenschaften realisiert werden können. Anwendungsfelder sehen die Wissenschaftler insbesondere für Holzprodukte wie Handläufe oder andere spezielle Möbelprodukte, die in öffentlichen Bereichen mit hohem Publikumsverkehr eingesetzt werden. Interessant sind die witterungsstabilen Beschichtungen aber auch für den Außenbereich, zum Beispiel für Paneelprodukte aus Holz bzw. WPC sowie für den Fensterbau.

Mit dieser speziellen Schichtentwicklung wird zudem der Bereich für Privatkunden und Endverbraucher adressiert - denkt man nur an modische Brillengestelle oder an einzigartige Armbanduhren aus Holz.

Neben den wirtschaftlichen Aspekten einer Verwertung eröffnet sich außerdem noch ein ganz anderes, neues Betätigungsfeld - nämlich der Bereich der Konservierung und Erhaltung von Kulturgütern. Hier könnte die mobile Beschichtungstechnik direkt vor Ort am Kunstobjekt angewendet werden. Der Kontakt zum Netzwerk „Inn-O-Kultur“ wurde bereits geknüpft.

Die Ergebnisse des Projekts sind mittlerweile in entsprechenden Fachjournalen veröffentlicht. Nach den bisherigen Tagungs- und Messebesuchen (PSE 2016 in Garmisch-Partenkirchen, LesProm 2017 in Jekaterinburg/Russland) stehen dieses Jahr noch zwei weitere Beiträge an - zur 9th European Conference on Wood Modification in Arnheim (Niederlande) und dem 3rd European Symposium on Surface Science der EMASST in Nizza (Frankreich).

Eine Kurzzusammenfassung des Forschungsprojektes mit der Darstellung der wesentlichen Ergebnisse kann per E-Mail an Innovent e.V. - AG Plasmatechnik angefordert werden.