Holz

4. Mai 2015

by Fraunhofer-Gesellschaft

Holz ist ein beliebtes Material in der Innenarchitektur, aber seine Wasseraufnahmefähigkeit schränkt den Einsatz in Badezimmern ein, wo Naturholz leicht verfärbt oder schimmelt. Fraunhofer-Wissenschaftler und Partner haben einen Holz-Polymer-Verbundwerkstoff für Möbel entwickelt, der feuchtigkeitsbeständig und schwer entflammbar ist.

Ressourcenschonende Holz-Polymer-Verbundwerkstoffe (WPC) sind der neueste Trend bei Materialien für Gartenmöbel und andere Outdoor-Anwendungen, insbesondere für Terrassendielen, aber auch für Wetterschutzbretter und Zaunpaneele. Im Rahmen des EU-geförderten Projekts LIMOWOOD arbeiten Forscher des Fraunhofer-Instituts für Holzforschung, Wilhelm-Klauditz-Institut WKI in Braunschweig nun gemeinsam mit Industriepartnern in Belgien, Spanien, Frankreich und Deutschland an der Entwicklung einpressfähiger Materialien feuchtigkeitsbeständige WPC-Platten für die Möbelherstellung im Innenbereich.

Diese Platten bestehen zu etwa 60 Prozent aus Holzpartikeln und zu 40 Prozent aus thermoplastischem Material, in der Regel Polypropylen oder Polyethylen. Sowohl Holz- als auch Kunststoffkomponenten können aus Recyclingströmen stammen. Der Holzanteil in WPC-Platten kann durch andere Lignozelluloseprodukte ersetzt werden, die aus dem faserigen Teil von Pflanzen wie Hanf oder Baumwolle oder den Schalen von Reiskörnern und Sonnenblumenkernen gewonnen werden. Alle diese Materialien sind zu 100 Prozent recycelbar. Darüber hinaus sind die von den WKI-Forschern hergestellten gepressten WPC-Platten formaldehydfrei. „Die umstrittene Frage der Formaldehydemissionen aufgrund des Bindemittels herkömmlicher Pressholzprodukte stellt in diesem Fall daher kein Thema dar“, sagt WKI-Forscher Dr. Arne Schirp.

Durch die Wahl geeigneter Zusatzstoffe konnten die Forscher die feuerhemmenden Eigenschaften ihrer WPC-Platten verbessern. Sie entwickelten ihre Rezeptur zunächst im Labormaßstab, indem sie handelsübliche, halogenfreie Flammschutzmittel verwendeten, die der Holz-Polymer-Mischung während der Schmelzphase zugesetzt wurden. Im ersten Schritt wurde der Grenzsauerstoffindex des Prüflings ermittelt: Dieser Parameter definiert das Verhalten von Kunststoffen oder holzgefüllten Kunststoffverbindungen unter Flammeneinwirkung. Sie stellt die minimale Sauerstoffkonzentration dar, bei der das Material nach einem Brand weiter brennt. Je höher dieser Wert ist, desto geringer ist die Brennbarkeit des Materials. Die besten Ergebnisse erzielten Schirp und seine Kollegen mit einer Kombination aus Flammschutzmitteln wie rotem Phosphor und Blähgraphit. Der Grenzsauerstoffindex derart behandelter WPC-Platten beträgt bis zu 38 Prozent, sofern die darin enthaltenen Holzpartikel zusätzlich feuerfest behandelt wurden. Zum Vergleich: Der Grenzsauerstoffindex einer Standard-Holzspanplatte liegt bei 27 Prozent, der einer unbehandelten WPC-Platte bei 19 Prozent. Selbst im Einflammentest, bei dem ein Bunsenbrenner gegen das Prüfmuster gehalten wird, zeigten die behandelten WPC-Platten eine hohe Feuerbeständigkeit. Selbst nach 300 Sekunden Einwirkung fingen die Platten kein Feuer. Im Gegensatz dazu fingen die Referenzproben – eine Standard-Holzspanplatte und eine unbehandelte WPC-Platte – Feuer und brannten weiter.

Eine weitere Besonderheit des neuen WPC-Materials ist, dass es sehr wenig Wasser aufnimmt und sich daher hervorragend für den Einsatz in Badezimmern und Küchen eignet. Selbst nach fünfstündigem Eintauchen in kochendes Wasser bleibt das Material unversehrt, während herkömmliche Holzspanplatten durch diesen Test vollständig zerstört wurden. Der einzige limitierende Faktor für die Anwendung von WPC ist seine Unfähigkeit, hohen statischen Belastungen standzuhalten. Aber auch hier ist es gelungen, die Biegefestigkeit durch den gezielten Materialmix auf ein Niveau zu steigern, das weit über das Niveau herkömmlicher Spanplatten hinausgeht.

Holz-Polymer-Verbundwerkstoffe können auf viele Arten hergestellt werden. Die am häufigsten verwendeten Verfahren sind Spritzguss und Extrusion, bei denen die verschiedenen Komponenten – Holzfasern, thermoplastische Materialien und Additive – unter hohem Druck und hoher Temperatur geschmolzen und in einer kontinuierlichen Form geformt werden. Das Team von Arne Schirp hat seinen Fokus auf die Pressentechnik gelegt, denn so lassen sich Platten für den Möbelbau am besten herstellen. „Die resultierenden Platten haben die gleiche Optik wie Vollholzprodukte und können zu attraktiven Möbeln zusammengeklebt oder verschraubt werden. Sie eignen sich für alle dekorativen, nicht tragenden Elemente.“ Aber es gibt noch viele andere Anwendungen für Holz-Polymer-Verbundwerkstoffe, darunter Außenverkleidungen von Gebäuden, den Bau von Messeständen und den Innenausbau von Häusern und Schiffen. Mit ihrer Entwicklungsarbeit wollen die Partner im LIMOWOOD-Projekt die Lücke zwischen dem oberen und unteren Ende des Möbelmarktes schließen, der zwischen teuren und nicht unbedingt ökologischen Materialien und derzeit billigen Produkten aus Span- oder Faserplatten reicht werden überwiegend mit formaldehydbasierten Bindemitteln hergestellt. Auf der Fachmesse Interzum in Köln vom 5. bis 8. Mai (Boulevard, B077) stellen die WKI-Forscher Prototypen ihrer schwer entflammbaren WPC-Platten vor.

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