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Witterungsbeständiges Holz durch Plasmatechnologie

Selten standen ökoeffiziente, neue Technologien und Rohstoffnachhaltigkeit so im Fokus wie in Zeiten der Energiewende und unseres Bewusstseinswandels. Holz, Holzwerkstoffe und Holz-Kunststoff-Komposite sind beliebte Ressourcen, die durch moderne Plasmatechnologie ein längeres Leben und leichtere Nutzbarkeit erhalten können. Im Verbund ergänzen sich Experten und Expertinnen für Plasmatechnologie der HAWK und der Abteilung Holzbiologie und Holzprodukte der Georg-August-Universität Göttingen.

Die HAWK und die Georg-August-Universität forschen schon lange, auch gemeinsam, an der Modifizierung von Holz und Holzwerkstoffen durch einfach anwendbare Atmosphärendruckplasmatechnologie. Physikalisches Plasma ist ein natürliches Phänomen, das entsteht, wenn man einem Gas Energie hinzufügt – der sogenannte vierte Aggregatzustand kommt in der Natur zum Beispiel in Gewitterblitzen vor. Künstlich im Labor erzeugtes Plasma kann durch geschickte Regulierung der dem Gas hinzugefügten Energiemenge dahingehend verändert werden, dass die Entladung keinen Schaden verursacht (wie ein Blitz es tun würde), sondern lediglich die Oberflächenstrukturen verschiedener Materialien verändert. Plasma kann die Oberflächenenergie eines Stoffes stark erhöhen, was unter anderem bedeutet, dass die Oberfläche empfänglicher für eine Benetzung mit flüssigen Stoffen, wie einem Kleber oder Lack, wird. Bei einer geringen Dosierung des Stroms ist das Plasma sogar für die empfindliche menschliche Haut nicht spürbar.

Bislang war die wasserabweisende, schlecht haftende Oberfläche von Holz, Holzwerkstoffen und modernen Holz-Kunststoff-Kompositen problematisch: Farben, Lack und Kleber konnten nur nach chemischer Vorbehandlung oder mühsamen Anschleifen aufgetragen werden und hielten nicht lange. In der Kunststoffindustrie, z. B. beim Bedrucken von Plastiktüten, wird zur Beschichtung von Materialien schon länger Plasmatechnik eingesetzt, in der Holztechnik galt sie bislang jedoch als nicht effizient. Häufig geschieht die Erzeugung von Plasmen unter Vakuumbedingungen; Probleme oder Nachteile bei der Anwendung auf Holz oder Holzwerkstoffen ergeben sich dann zum einen aus der Volatilität von Holzinhaltsstoffen, die Vakuumaufbauten kontaminieren, zum anderen aus der geringen thermischen Belastbarkeit (Pyrolyse) von biologischem Material.

Um diese Probleme zu lösen, konnte eine neue Einsatzmethode des physikalischen Plasmas entwickelt und patentiert werden, bei der eine dielektrisch behinderte Entladung (DBD) unter Atmosphärendruck und bei Raumtemperatur verwendet wird, die die Hafteigenschaften von Holz- und Holzwerkstoffoberflächen wesentlich verbessert. Anders als bei der bisher zur Wiederaufbereitung von gealtertem Holz verwendeten Methode des Anschleifens, entsteht dabei ein stärkerer Effekt auf die Oberflächenenergie der Werkstoffe. Statt dünner Kunststofffolien können beliebige Materialstärken behandelt werden. Da Holz ein thermosensitives Material ist, geschieht dies durch eine dielektrisch behinderte Entladung unter Atmosphärendruck, die bei Raumtemperatur betrieben werden kann. Die Hafteigenschaften und Tränkbarkeit von Holzoberflächen werden durch die Erhöhung der Oberflächenenergie deutlich verbessert. Die Holzprodukte sind so bei stark gestiegener Umweltfreundlichkeit länger haltbar, Ressourcen werden geschont und Chemikalien vermieden. Zudem erzeugen die bedienfreundlichen Geräte kaum Abfallstoffe.

Erste Verfahren konnten bereits industriell umgesetzt werden. Im Mai 2012 wurde das Projekt zudem als Preisträger im bundesweiten Wettbewerb "365 Orte im Land der Ideen" ausgezeichnet. Weiterhin wird der viel versprechende Ansatz von Studierenden in Promotionsprojekten im Rahmen des gemeinsamen Forschungskollegs "PlaNaWood", der vom Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF gefördert wird, erforscht. Dabei stehen die ökologische Verantwortung, die Möglichkeiten von Forschungs- und Entwicklungsarbeit und die hochwertige gemeinsame Ausbildung künftiger Fachkräfte im Zentrum.

Weitere Informationen finden Sie hier

Quelle: HAWK, Prof. Dr. Holger Militz, Prof. Dr. Wolfgang Viöl
Bildrechte: HAWK

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