Projekt 08001/01

Förderschwerpunkt Holz: Einsatz von Metalloxid-Solen in der Holz- und Holzwerkstoff-Industrie

Projektdurchführung

Kallies Feinchemie AG
01851 Sebnitz

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Untersuchung der Möglichkeit, durch Sol-Gel-Technik ökologisch unbedenkliche Holzschutzmittel (Borsäure und deren Derivate) in ökologisch unbedenklichen Metalloxid-Trägern (modifiziertes Siliciumdioxid) wirksam und technologisch einfach zu immobilisieren und deren Liberationsverhalten gezielt zu beeinflussen. Damit wäre die Möglichkeit gegeben, biozide Wirkstoffe in geringster Konzentration über einen langen Zeitraum freizusetzen, um den langzeitigen äußeren Schutz des Holzes gegenüber Pilzbefall zu sichern.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenErste Untersuchungen zur chemischen Synthese, zum Filmbildungsverhalten bei unterschiedlichen Beschichtungsverfahren und zu Schichteigenschaften von unbeladenen Metalloxid-Solen auf AC-Folie und Holzträgern wurden über einen Zeitraum von 6 Monaten durchgeführt. Dazu gehörten auch Untersuchungen zur mechanischen und chemischen Schutzwirkung (z.B. Prüfung der Härte, Glätte, Abrieb). Anschließend wurden die optimierten Metalloxid-Schichten zur Einbettung von Borsäure-Verbindungen genutzt und das Beschichtungsverhalten auf AC-Folie und Holzträgern untersucht. In den folgenden 6 Monaten beschäftigten sich die Arbeiten mit analytischen Untersuchungen (ICP; HPLC, NMR) zum Freisetzungsverhalten der Borsäure und deren Verbindungen aus den Metalloxid-Schichten, mit der Bewertung der bioziden Wirkung (fungizide Wirkung nach DIN EN 113) der borsäurehaltigen Metalloxid-Sole, der Korrelation mit dem Freisetzungsverhalten sowie die Optimierungsarbeiten und Anwendungsversuchen. Der erstellte Abschlußberich bildet die Grundlage zur Beantragung der Weiterführung des Projektes.


Ergebnisse und Diskussion

Eine Vielzahl Siliciumdioxid-Nanosole mit unterschiedlichem Ethanol/Wasser-Verhältnis, Feststoffgehalt und Zusätzen wurde mit verschiedenen Beschichtungsverfahren (Streichen, Tauchen oder Sprühen) auf die Beeinflussung von physikalisch-mechanischen Eigenschaften und die biozide Wirkung an mehreren Holzarten geprüft.
Aus den Ergebnissen der Untersuchungen zeichnet sich ab, daß ein hoher Feststoffgehalt bei erhöhter Viskosität und organischen Zusätzen, die eine gewisse Affinität zu Holz aufweisen, kein Hindernis für eine maximale Durchdringung der Hölzer bei Anwendung der Vakuum/Drucktechnik sind. Auch im Anstrich- und Sprühverfahren werden mit feststoffreichen Solen die besten Ergebnisse erzielt.
Der Zusatz von Kolophonium zu den Solen wirkt elastizitätssteigernd, so daß auch nach mehrmaligem Aufstreichen noch rißlose glatte Überzüge erhalten werden.
Prinzipiell wurde durch den Eintrag aller getesteten Sole eine Erhöhung der durchschnittlichen Brinellhärten gegenüber den naturbelassenen Hölzern erhalten, das auf eine weitgehende Verfestigung der Holzoberfläche hinweist.
Weiterhin wurden Nanosol-Beschichtungen, die Borsäure enthalten, hergestellt und dahingehend untersucht, inwieweit eine verzögerte Freisetzung der Borsäure aus der Schicht und damit eine langzeitige biozide Wirkung erzielt werden kann. Es zeigte sich, daß reine SiO2-Sole nur ein unzureichendes Rückhaltevermögen für Borsäure haben. Sie kann in kurzer Zeit quantitativ ausgewaschen werden. Gute Immobilisierungseffekte wurden bei reinen SiO2-Solen mit Zusatz von Kolophonium oder Hydroxypropylcellulose erzielt.
Erste Screening-Tests zeigen, daß mit unterschiedlichen borsäurehaltigen Solen gute fungizide und insektizide Wirkungen zu erzielen sind.

Diese Ergebnisse berechtigen zu dem Schluß, daß bei Weiterführung des Projektes eine hohe Erfolgswahrscheinlichkeit besteht, neue umweltfreundliche Holzschutz- bzw. Holzveredelungsmittel zu entwickeln.
Schwerpunkt weiterer Arbeiten sollte daher sein:
· · das Eindringverhalten der schichtbildenden feststoffreicheren Sole durch Variation des Wassergehaltes oder der Zugabe holzähnlicher Substanzen zu optimieren,
· · durch einen einfachen Anstrich oder Trogtränkung die geforderte Eindringtiefe zu erhalten und
· · durch geeignete Borsäure-Precursoren und holzaffine Zusätze die Immobilisierung und langfristige Freisetzung besser zu steuern.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Geplanter Vortrag von Frau Dr. M.Scheithauer (ihd) anläßlich der 21. Holzschutztagung 1998 in Rosenheim der Deutschen Gesellschaft für Holzforschung.


Fazit

Die positiven Ergebnisse der ersten Projektphase rechtfertigen eine erfolgreiche Weiterführung des Vorhabens.