Holzwerkstoff- und Naturfaser-Technologien

Forschungsprojekt

Dauerhafte, wasserbasierende Beschichtungen für holzhaltige Wood-Plastic Composites (WPC)

Projektziel ist die Entwicklung einer lösemittelfreien, wasserbasierten Beschichtung für Fassaden-Profile aus Wood-Plastic Composites (WPC). Lösemittelbasierte Beschichtungen für Kunststoffe weisen zwar eine gute Haftfestigkeit und gute Benetzung der Oberfläche auf, finden jedoch aufgrund rechtlicher Regulierungen wie der VOC-Richtlinie (1999) und der Decopaint-Richtlinie (2004) immer weniger Verwendung. Das Projekt wird gemeinsam mit den Kollegen vom Fachbereich »Oberflächentechnologie« und dem Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. durchgeführt.

© Fraunhofer WKI
Am Fraunhofer WKI extrudiertes WPC-Profil für Beschichtungsversuche
© Fraunhofer WKI
Wasserbasierende Beschichtung auf WPC.

Zur Vermeidung bzw. Reduzierung witterungsbedingter Veränderungen von WPC stehen grundsätzlich verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. Hierzu zählen die Verwendung von Pigmenten und UV-Schutzmitteln in der gesamten -Rezeptur der Wood-Plastic Composites, Holzvorbehandlung, Co-Extrusion, Ummanteln mit Folien sowie Pulver- und Nasslackierung. Eine flüssige Beschichtung kann den Anforderungen an Dauerhaftigkeit, Farbgebung und Design bei der Anwendung als Fassade effektiver und flexibler gerecht werden. Es muss somit nur eine WPC-Rezeptur ohne Pigmente und UV-Schutz extrudiert werden, da Farbgebung und UV-Schutz durch die nachträglich aufgebrachte Beschichtung realisiert werden können. So können auch kleinere Losgrößen wirtschaftlicher produziert werden.

Oberflächen von WPC lassen sich derzeit nicht zufriedenstellend mit wasserbasierten Lacken beschichten. Die Ursache dafür liegt in der niedrigen Oberflächenenergie und der kaum vorhandenen Funktionalität und somit einer schlechten Benetzbarkeit und dem Fehlen von Ankerplätzen des Materials mit wässrigen Bindemitteln. Die Zielstellung kann nicht allein mit Technologien, wie sie aus der Kunststoffbeschichtung bekannt sind, gelöst werden, da der Unterschied zwischen Polypropylen und WPC in der Inhomogenität des Materials und der höheren Oberflächenrauigkeit besteht. Aus ökologischer Sicht ist es wünschenswert, nicht nur den Decklack, sondern auch den Primer lösemittel- und halogenfrei zu formulieren. Auch im Hinblick auf das Entsorgen und Recyclen des Werkstoffs sind halogenfreie Produkte, die sowohl halogenfrei in der Kunststoffkomponente im Verbundwerkstoff als auch halogenfrei in der Primer- und Decklackformulierung sind, anzustreben.

Die in diesem Projekt erarbeiteten Forschungsergebnisse sollen den Zusammenhang zwischen Oberflächenbeschaffenheit, Oberflächenenergie, Oberflächenfunktionalität, Benetzbarkeit und Haftfestigkeit beschreiben und erklären. Hierzu werden zum einen spezielle WPC-Rezepturen am Fraunhofer WKI extrudiert, zum anderen werden Profile aus industrieller Herstellung verwendet. Mit diesen Ergebnissen soll es möglich sein, für verschiedene Substrate jeweils optimale Empfehlungen im Hinblick auf Vorbehandlung und Primerauswahl abzuleiten. Darüber hinaus sollen die Forschungsergebnisse den Haftverbund zwischen dem Substrat WPC und verschiedenen Bindemittelklassen sowie den Einfluss von Oberflächenvorbehandlungen erläutern.

Durch die Verwendung von WPC mit Wasserlacken könnten im Bauwesen neue Anwendungen und Märkte erschlossen werden, z. B. für Fassaden-  und Fensterprofile. Das Marktwachstum von WPC in Europa verlief in den letzten Jahren rasant, und die Aussichten für weiteres Wachstum werden positiv beurteilt. Insgesamt besteht aktuell in Deutschland ein Produktionsvolumen von ca. 50 000 t jährlich, während für Europa eine Kapazität von 120 000 t geschätzt wird.

Wesentliche Vorteile der Flüssigbeschichtung von WPC für die mittelständische Industrie sind eine gute Applizierbarkeit der Beschichtungssysteme auch auf kleineren Losgrößen, die Flexibilität der Farbgebung, geringere Lagerhaltung, da nur eine Farbe extrudiert und vielfältig beschichtet werden kann, und dem Verzicht auf größere Investitionen. Die Verwendung von umweltfreundlichen, wasserbasierenden Bindemitteln und der Verzicht auf halogenhaltige Ausgangsstoffe stellen darüber hinaus einen wertvollen Beitrag zum Umweltschutz dar.

 

Förderung
Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" e.V. (IGF-Vorhaben-Nr. 411 ZBG)

Mitgliedsunternehmen des projektbegleitenden Ausschusses: Celanese, Diplacon, Gewotech, Hill, Pinuform, Pinufin, Rhenocoll, Werzalit.