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Projekte - Details

Nachhaltige Holzschutzbeschichtungen auf Stärkeester-Basis - Akronym: NAHOSTAR

Anschrift
Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung (IAP)
Geiselbergstr. 69
14476 Potsdam
Projektleitung
Dr. rer. nat. Christina Gabriel
Tel: +49 331 568-1620
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FKZ
2219NR250
Anfang
01.07.2020
Ende
31.12.2022
Ergebnisverwendung
Es konnten erfolgreich verschiedene Stärkearten enzymatisch und säurehydrolytisch zu anwendungsrelevanten Molmassen abgebaut werden. Auf Basis von ausgewählten nativen und abgebauten Stärken, wurden SE mit verschiedenen Substitutionsgraden und Kettenlängen hergestellt, die zu (Bio-)Lösungsmittelbasierten (Me-THF) oder wasserbasierten Dispersionen mit Konzentration zwischen 30 und 45 % verarbeitet werden konnten. Die SE in Me-THF wiesen anwendungsrelevante rheologische Eigenschaften auf, während für die wasserbasierten Produkte bei höheren Scherraten nur noch sehr geringe Viskositäten erhalten wurden. Aus Me-THF konnten auf Buche und Kiefer optisch klare Beschichtungsfilme erhalten werden, die sehr gute bis gute Haftfestigkeiten aufwiesen. Die wasserbasierten Beschichtungsfilme wiesen alle Defekte auf. Hinsichtlich der oben beschriebenen Teilvorhabenziele konnte nach weiterer umfänglicher Charakterisierung jeweils ein SE als aussichtsreich für Innen- und Außenanwendungen identifiziert werden. Beide SE wurden entsprechend additiviert und auf Buchenholzsubstraten appliziert. Dabei zeigte sich, dass die einjährige Freibewitterung in Südausrichtung keine nennenswerte Degradation der SE-Filme bewirkte; in (feuchter) Nordausrichtung wurde jedoch deutliche Degradation beobachtet; mikroskopische Untersuchungen weisen auf Blasen- bzw. Pinholebildung bei der Applikation hin. Insgesamt erwies sich der SE, der für Innenanwendungen vorgesehen war, auch in der Freibewitterung als das bessere Produkt. Dieses wurde u. a. im größeren Maßstab hergestellt und den Industriepartnern für eigene Tests zur Verfügung gestellt. Es konnten außerdem verschiedene Lösemittelalternativen zu Me-THF identifiziert und erste Spritzapplikationsversuche auf Substraten durchgeführt werden, die aus "flüssigem Holz" (Tecnaro) hergestellt worden waren. Bioabbaubarkeitsversuche (angelehnt an DIN EN ISO 14851) zeigten, dass u. a. bereits ein Hexanoat mit DS 1,8 keine Abbaubarkeit mehr aufweist.
Aufgabenbeschreibung
Wie in vielen anderen Industriezweigen findet auch in der Beschichtungsindustrie eine zunehmende Bewusstseinsänderung hin zu mehr Umweltfreundlichkeit und Nachhaltigkeit der Produkte statt. Doch trotz steigender Verbrauchernachfrage und vor allem strenger werdender Gesetzgebung liegt der Anteil an biobasierten Beschichtungen immer noch im einstelligen Prozentbereich. Daher war es das Ziel im Rahmen dieses Projektes, das Anwendungspotenzial von Stärkeestern, als hochanteilig auf nachwachsenden Rohstoffen basierenden Typen, als Filmbildner für Holzbeschichtungen zu untersuchen. Für die Zielerreichung sollten zunächst geeignete Stärkeester (SE) über die Variation der Molmasse und des Substituenten, hergestellt werden, die sowohl zu (bio-)lösungsmittelbasierten (Methyl-THF), als auch wasserbasierten Dispersionen verarbeitet werden können und mind. 30 % Feststoffgehalt bei anwendungsrelevanten rheologischen Eigenschaften besitzen. Im nächsten Schritt sollten die SE nach (Holz-)Substratapplikation hinsichtlich weiterer relevanter Beschichtungseigenschaften, wie z. B. Filmbildungshomogenität, Haftfestigkeit, Härte/Elastizität, Haptik und Beständigkeit gegenüber Wasser charakterisiert werden. Basierend auf diesen Erkenntnissen sollte eine Beurteilung bzgl. ihrer Eignung für Außen- oder Innenanwendung anhand der Anwendungseigenschaften getroffen und eine entsprechende Additivierung umgesetzt werden. Mit diesen Testformulierungen sollten gegen Referenzsysteme diejenigen Untersuchungen/Bewitterungen durchgeführt werden, die eine hohe Aussagekraft im Hinblick auf eine kommerzielle Nutzung als 1K-Systeme für Außen- und Innenanwendung aufweisen. Weiterhin zielte das Vorhaben darauf ab, die SE ohne das bisher eingesetzte und peroxidbildende Lösemittel (Me-)THF verwendbar zu machen und damit Spritzapplikationen zu ermöglichen. Außerdem sollten relevante SE im größeren Maßstab hergestellt werden, sowie die Bioabbaubarkeit untersucht werden.

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