Die Architektur und Chemie der Rinde der kanarischen Kiefern schützen die Bäume wirksam vor Waldbränden. Nach dem Vorbild dieser Rinde haben Forschende am Fraunhofer WKI gemeinsam mit Partnern eine feuerhemmende Beschichtung für Holzbauteile im Innen- und Außenbereich entwickelt.
Der Baustoff Holz hat in Europa in jüngster Zeit eine Renaissance erlebt. Für mittlere und hohe Gebäude, wie sie für städtische Gebiete typisch sind, wird Holz jedoch noch wenig verwendet. Ein Grund dafür ist die mangelnde Brandsicherheit von Holz. Obwohl neue Konstruktionsmethoden und Brandschutzkonzepte in den letzten Jahren die Einsatzmöglichkeiten von Holz erweitert haben, stehen Architekten und Ingenieure immer noch vor Herausforderungen. Durch feuerhemmende Behandlungen kann das Brandverhalten von Holz- und Holzwerkstoffen deutlich verbessert werden.
Forschende des Fraunhofer WKI haben gemeinsam mit VTT Technical Research Centre of Finland Ltd, Norsk Treteknisk Institutt und Teknos Oy R&D feuerhemmende Beschichtungen für Innen- und Außenanwendungen auf Basis funktionalisierter mikrofibrillierter Zellulose (MFC) nach dem Vorbild der Rinde der kanarischen Kiefer entwickelt. Sie sind in der Außenanwendung witterungsbeständig und in der Innenanwendung vorteilhaft für das Raumklima. Als Ausgangsmaterial für ihre Neuentwicklung verwendeten die Projektpartner den Naturstoff Zellulose in Form kleinster Fasern, den Mikrofibrillen.
Auch positiv fürs Raumklima
„Für die Innenanwendung haben wir eine mehrschichtige Makrostruktur ähnlich der kanarischen Kiefernrinde konstruiert. Die MFC-basierte Mehrschichtstruktur ermöglicht eine hohe Wasserdampfdurchlässigkeit. Das ist positiv für die Luftqualität in Innenräumen. Für Außenanwendungen haben wir phosphorylierte MFC sowohl als Additiv in Holzlacken verwendet als auch direkt beim Polymerisationsprozess chemisch an das Bindemittel angebunden. Die Anbindung kann dem Auslaugen von Flammschutzmitteln bei Außenanwendungen entgegenwirken“, sagt Dr. Claudia Schirp, Projektleiterin am Fraunhofer WKI.
Den Forschenden ist es gelungen, MFC mit Phosphorverbindungen zu funktionalisieren. Der Feststoffgehalt der MFC konnte auf bis zu 25 Prozent erhöht werden. Eine Kombination von funktionalisierter mit unmodifizierter MFC steigerte die Haftung auf dem Substrat Holz. Auch die Brandschutzeigenschaften konnten im Vergleich zum unbeschichteten Referenzholz verbessert werden. Das beschichtete Holz zeigte in Entflammbarkeitstests Selbstverlöschung und verzögerte Entzündung. Die besten Ergebnisse wurden in Kombination mit anorganischen Platten im Mehrschichtaufbau erzielt.
Flammschutz der Beschichtung wirkt dauerhaft
Für Außenbeschichtungen wurde die MFC im Bindemittel eingesetzt. Die Forschenden hatten Erfolg mit einem Ansatz über die Mini-Emulsionspolymerisationstechnik und konnten auf diese Weise eine sehr hohe Menge von 15 Prozent modifizierte MFC in das Bindemittel einbringen. Bei der Formulierung wurden MFC und modifizierte MFC sowohl als Additiv als auch mit chemischer Bindung an das Bindemittelpolymer eingesetzt und Lacke hergestellt. Zum Vergleich und zur Verbesserung der Flammschutzleistung wurde eine konventionelle Intumeszenzmischung in ausgewählten Rezepturen ergänzt. Eine Einsatzmenge von 15 Prozent MFC im Bindemittel verringerte die Wärmefreisetzungsrate deutlich. Die Flammschutzleistung war auch nach einer dreimonatigen künstlichen Bewitterung unverändert nachweisbar. Die natürliche Bewitterung wird derzeit noch weitergeführt, da auch nach 17 Monaten noch kein Versagen in Form von Rissbildung aufgetreten ist.
Mit diesem neuartigen Ansatz können dauerhaft flammgeschützte Bauprodukte auf Basis nachwachsender Rohstoffe hergestellt werden. Die entwickelten Brandschutzbeschichtungen bieten der Bauindustrie damit die Möglichkeit, Holz in größerem Umfang auch für mittlere und hohe Gebäude einzusetzen. Der Holzbau bietet an sich schon Vorteile für das Raumklima. Mit einer raumklimatisch günstigen Brandschutzbeschichtung wird der Holzbau noch attraktiver. Weitere Informationen >>>