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Forschungsprojekt

Pilzbefall von Brandschutzbeschichtungen im Außenbereich

Verfärbungen auf der Fassadenoberfläche infolge eines mikrobiologischen Befalls können einen erheblichen Mangel darstellen. Gravierender als optische Mängel sind im Fall von Holzfassaden mikrobiologische Angriffe auf das Substrat selbst, die zu dessen Zerstörung führen können. Daher benötigen Fassadenelemente aus Holz einen Schutzanstrich, um die Funktionalität des Bauteils zu gewährleisten. Allerdings sind Beschichtungssysteme auf Holzaußenbauteilen einem verstärkten Befall durch Schimmel- und Bläuepilze ausgesetzt. Durch einen gezielten Einsatz von Bioziden ist es möglich, einen Schaden zu verhindern. 

Biozide auf Basis von 3-Jod-2-propinylbutylcarbamat (IPBC) sind eine der wichtigsten Biozidklassen für den Filmschutz von wasserbasierten Systemen in Europa. Ein weiteres holzspezifisches Problem stellt der Brandschutz dar. Im Rahmen einer Bachelorarbeit wurde in Zusammenarbeit mit dem Institut für Mikrobiologie der TU Braunschweig der Einfluss eines Biozids auf Basis von IPBC auf den Pilzbefall in einem mehrschichtigen, wasserbasierten, dämmschichtbildenden Brandschutzbeschichtungssystem für Fassadenteile aus Holz untersucht.

Das Beschichtungssystem besteht aus einer Grundierung (Trockenschichtdicke 25 µm), einer Brandschutzbeschichtung auf Acrylatbasis (Trockenschichtdicke 150 µm) und einem Decklack. Die dem Holz nächste Schicht, die Grundierung, enthält das Biozid. Die Biozidkonzentration wurde variiert. Als Decklack wurde ein lösemittelbasiertes kommerzielles Produkt mit 30 bzw. 50 µm Schichtdicke eingesetzt.

Mittels Biozidtests überprüft man das Pilzwachstum anhand von verschiedenen Biozidkonzentrationen. Es wurden fünf Konzentrationen untersucht. Diese sind jeweils die vom Hersteller vorgeschlagenen maximalen (3,5 %) und minimalen (0,1 %) Konzentrationen, zusätzlich dazu kommen noch eine mittlere (1,5 %) und zwei niedrigere Konzentrationen (0,05 und 0,01 %). Die Konzentration bezieht sich auf das Lieferprodukt und die gesamte Anstrichmenge, die appliziert wird. Zusätzlich wurde eine biozidfreie Probe getestet. In der Versuchsdurchführung kamen Sporensuspensionen aus den folgenden vier Prüfstämmen zum Einsatz: Cladosporium cucumerinum, Altenaria alternata (Schimmelpilze) und Aureobasidium pullulans, Sydowia polyspora (Bläuepilze). Dem 2%-Malzextraktmedium wurde eine Sporensuspension mit verschiedenen Biozidanteilen hinzugefügt. Nach dem Beimpfen und der Inkubation der Proben wurde das Pilzwachstum ausgewertet.

Der Pilzbefall wurde in Anlehnung an Norm EN 152 durchgeführt. Als Substrat dienen Kiefernsplintholz (Pinus sylvestris) und Glas als Negativkontrolle. Die Maße der Holz- und Glasproben betrugen 90 mm x 40 mm x 10 mm. Die beschichtete Oberseite der Holzproben und der Glasplatten wurde jeweils mit einer gemischten Sporensuspension besprüht. Das erste Gemisch besteht aus Aureobasidium pullulans und Sydowia polyspora, das zweite aus Altenaria alternata und Cladosporium cucumerinum. Davon wurden jeweils vier Proben im Anschluss in einem sterilisierten Phykatontopf verschlossen. Für jede Variante wurden acht Proben beschichtet. Anschließend wurden die Töpfe mit den besprühten Holzproben bei 20 °C (± 2 °C) inkubiert und nach sechs Wochen an Pilzbefall unter einem Stereomikroskop ausgewertet.

Die Wasserdurchlässigkeit des Beschichtungssystems nach Norm EN 927-5:2006 wurde durch Messen der Wasseraufnahme (g/m²) eines beschichteten Fichtenprobekörpers ermittelt. Dazu wurde der Probekörper 72 Stunden destilliertem Wasser ausgesetzt. Das Ergebnis ist ein Mittelwert von sechs Proben.

© Foto Fraunhofer WKI

Abb. 1: Pilzbefall für Pilzgemisch aus Aureobasidium pullulans und Sydowia polyspora.

© Foto Fraunhofer WKI

Abb. 2: Wasseraufnahme des Beschichtungssystems in Abhängigkeit der Zeit.

Die Ergebnisse des Biozidtests zeigten, dass schon sehr niedrige Biozidkonzentrationen reichen, um ein Pilzwachstum der Prüfstämme Cladosporium cucumerinum, Altenaria alternata, Aureobasidium pullulans und Sydowia polyspora zu verhindern. Bei den biozidhaltigen Proben wurde, unabhängig von der Konzentration des eingesetzten Biozids, kein Pilzwachstum festgestellt. Nur auf biozidfreiem Malzextrakt wurde das Pilzwachstum nicht gehemmt. Mit Hilfe von diesen Ergebnissen wurde festgelegt, dass in der Grundierung eine niedrige Konzentration an Biozid (0,05 % und 0,1 %) verwendet werden sollte.

Der Pilzbefall wurde mikroskopisch durch Zählung der Kolonien/Probe ermittelt. Die statistische Auswertung der Ergebnisse des Pilzbefalltests wurde durch Bildung des Mittelwertes von acht Proben mit Standardabweichung und eines T-Tests durchgeführt. In Abbildung 1 sind als Beispiel die Ergebnisse des Pilzbefalltests für die biozidhaltigen im Vergleich zu den biozidfreien Varianten für das Pilzgemisch, bestehend aus Aureobasidium pullulans und Sydowia polyspora, dargestellt.

Durch den Vergleich der Anzahl der gewachsenen Kolonien auf den biozidfreien Proben (mit 30 µm bzw 50 µm Decklackdicke) mit der Kolonienanzahl auf den Proben mit 0,05 bzw. 0,1 % IPBC derselben Decklackdicke mittels T-Test wurde festgestellt, dass die Einflüsse der verschiedenen Biozidkonzentrationen signifikant sind. Der Pilzbefall auf den biozidfreien Proben ist für die beiden Decklackdicken höher. Das Biozid IPBC hat das Pilzwachstum sowohl bei der niedrigeren (0,05 %) als auch bei der höheren (0,1 %) Konzentration verringert. Bei der Variante mit 0,1 % IPBC ist der Einfluss der Decklackdicke nicht signifikant. Bei dem Beschichtungssystem mit 0,05 % IPBC ist der Einfluss der Decklackdicke zu erkennen. Hier gilt je größer die Dicke, desto geringer war der Pilzbefall. Bei der Interpretation der Ergebnisse ist zu berücksichtigen, dass die Auswertung des Wachstums auf Kolonienanzahl beruhte. Da jedoch die Größen der Kolonien variierten, entsteht eine gewisse Ungenauigkeit.

Der zeitliche Verlauf der Wasseraufnahme ist in Abbilddung 2 dargestellt. Unbeschichtete Fichtenproben nahmen am meisten Wasser auf. Die Decklackdicke hat einen Einfluss auf die Wasserdurchlässigkeit des Beschichtungssystems. Die Varianten mit 50 µm Decklackdicke weisen die geringsten Werte auf. Im Gegensatz dazu nehmen die Varianten mit 30 µm Schichtdicke mehr Wasser auf. Die niedrigste Wasseraufnahme weist die Variante mit 0,05 % IPBC und 50 µm Decklack auf. Der Biozidanteil hat keinen signifikanten Einfluss auf die Wasserdurchlässigkeit des Beschichtungssystems.

Im Rahmen dieser Arbeit konnte nachgewiesen werden, dass die Biozide einen Einfluss auf das Pilzwachstum haben. Wenn man die Sporen direkt mit einem Biozid in Kontakt bringt, z. B. in einem flüssigen Kulturmedium, reichen schon äußerst geringe Konzentrationen um ein Pilzwachstum zu verhindern. Bei der Verwendung des Biozids in der Grundierung konnte nur eine Verringerung des Pilzbewuchses nachgewiesen, allerdings nicht ganz verhindert werden. Offensichtlich hat die Beschichtung die Wirkung des Biozids verringert. Um einen besseren Schutz vor Pilzbefall zu erzielen, sollte man höhere Konzentrationen des Biozids einsetzen. Dazu wäre es möglich, die Menge des Biozids, das aus der Grundierung in die Deckschicht diffundiert ist, mittels HPLC zu bestimmen, um die Konzentration entsprechend anzupassen.

Ein systematischer Zusammenhang zwischen Wasseraufnahme und Zusammensetzung der Grundierung ist nicht festzustellen, da sie, abhängig von der Decklackdicke, Wasser in ähnlichen Mengen absorbieren. Es gibt einen Zusammenhang zwischen der aufgenommenen Wassermenge und dem Pilzbefall. Es gilt: Je höher die Wasseraufnahme des Beschichtungssystems war, desto stärker war der Pilzbefall. Lediglich sind die Varianten mit 50 µm Decklack des Beschichtungssystems für begrenzt maßhaltige Anwendungen nutzbar, da hier die Wasseraufnahme unter dem empfohlenen Grenzwert aus DIN EN 927-1 und DIN EN 927-2 liegt.

Förderung

Internationaler Verein für Technische Holzfragen (iVTH) e.V.