Kooperationsforum

Oberflächen für Holz und Holzwerkstoffe

04./05. März 2015, Kultur+Kongress Zentrum Rosenheim

 

Bericht

  • Querschnittstechnologie Oberflächen mit Innovationspotenzialen für Holz und Holzwerkstoffe
  • Rund 200 Teilnehmer aus sieben Ländern in Rosenheim
  • Die Holzoberfläche prägt das Produktimage

Holz ist und bleibt das beliebteste Material, mit dem wir uns in unseren vier Wänden umgeben. In seiner permanenten Zeitlosigkeit schafft es dieser Werkstoff immer wieder, auf soziokulturelle Veränderungen als auch Trends des (innen-)architektonischen Zeitgeistes zu antworten. Neben ästhetisch-gestalterischen Anforderungen muss sich Holz aber auch verstärkt dem Wunsch nach Multifunktionalität stellen. Gefragt sind immer leistungsfähigere und „smarte“ Oberflächen, intelligentere Verfahren sowie größere Individualisierungsmöglichkeiten. Neue intelligente Bearbeitungs- und Beschichtungsverfahren ermöglichen die vom Kunden so oft gewünschten produktspezifischen Funktionen wie kratzfeste, antihaftende, wärmeisolierende, leitfähige oder selbstreinigende Oberflächenbeschaffenheiten. Die diesem Werkstoff ganz eigene Formensprache ist immer stärker geprägt von neuartigen Verbindungstechniken und innovativer Oberflächengestaltung. Das Produktimage wird entscheidend durch die Beschaffenheit der Oberfläche geprägt. Holz stellt hier mit seiner speziellen haptischen, olfaktorischen und umweltsensiblen Oberfläche ganz besondere Anforderungen. Die Ansprüche des Marktes an Design, Qualität und  Nachhaltigkeit von Holzoberflächen steigen.

Aspekte, die die Bayern Innovativ im erstmaligen Kooperationsforum „Oberflächen für Holz und Holzwerkstoffe“ am 4. und 5. März 2015 in Rosenheim erfolgreich aufgriff. Das Forum wurde gemeinsam mit der Hochschule Rosenheim, der Holzforschung München, dem Internationalen Verein für Technische Holzfragen und dem Cluster Forst und Holz in Bayern durchgeführt, mit umfassender Unterstützung durch das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie.
Rund 200 Teilnehmer aus Deutschland, Österreich, Schweiz, Italien, Slowakei, Belgien und Kanada  diskutierten über Strategien, Technologien und Designlösungen im Bereich der Holzoberflächen und deren Verknüpfung mit relevanten Technologien anderer Branchen. Marktwirtschaftliche Trends, neuartiges Oberflächendesign oder ressourceneffiziente Technologien zur Optimierung der Herstellung und Bearbeitung von Oberflächen waren das Thema des Forums. Ziel war es, Synergien des Holzsektors mit anderen Branchen und Technologien wie beispielsweise der Werkstofftechnologie oder Bionik herzustellen. 

„Auf unseren Plattformen treffen sich geeignete Kooperationspartner und generieren Ideen für gemeinsame Innovationsvorhaben. Die breitgefächerte Branchen- und Technologiestruktur der Bayern Innovativ ermöglicht in einzigartiger Weise die interdisziplinäre Vernetzung der Holzbranche mit anderen Branchen und Technologien, die sonst in dieser Qualität und Bandbreite nicht erreicht werden könnte“, erläuterte Dr. Markus Eder, Geschäftsführer der Bayern Innovativ GmbH in seiner thematischen Einführung. Als Begegnungsstätte zur Quervernetzung der Holzbranche für interdisziplinäre Kooperationen eignet sich in idealer Weise die Holzstadt Rosenheim mit ihren vielfältigen regionalen Kompetenzträgern aus Wissenschaft und Wirtschaft, dies stellte Anton Heindl, 2. Bürgermeister der Stadt Rosenheim in seinem Grußwort heraus.

Der weitere Bericht ist in folgende Bereiche untergliedert:

Märkte, Strategien, Trends

Karl Moser, Netzwerk Holzbau, Augsburg/Merk Timber GmbH, Aichach merkte in seiner Moderation des Vortragsteils ‚Märkte, Strategien, Trends‘ an, dass ‚Industrie 4.0‘  eine industrielle Revolution im positiven Sinne sei, mit der sich die Unternehmen heute auseinandersetzen müssen.

Dr. Oliver Tiedje, Gruppenleiter Nassapplikations- und Simulationstechnik, Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart skizzierte in seiner Präsentation potenzielle Veränderungen bei innovativen Anlagenstrategien in der Lackiertechnik durch ‚Industrie 4.0‘. Aktuelle Megatrends wie Energie-/Material-/Personal- und Kapitalwende beeinflussen auch die Lackiertechnik. Mit steigendem Wirtschaftswachstum ist Energieeffizienz gefragt. Insbesondere Beschichtungsprozesse sind sehr energieintensiv. Beispielsweise fließen 50 % des Energieaufwandes bei der Automobilproduktion in die Oberflächenbearbeitung. Energieeinsparungen lassen sich beim Umluftbetrieb durch Trockenabscheidung oder mittels energieeffizienter Lacktrockner („Energy on Demand“) erzielen. Ressourceneffizienz wird durch oversprayfreies Beschichten z. B. mit dem Pulver-Airbrush-Verfahren, speziellen Düsen-Arrays oder einer kontinuierlichen Lackapplikation erreicht. Ziel von Industrie 4.0 ist aber nicht nur Energie- und Ressourceneffizienz in der Produktion wie beispielsweise Echtzeit-Erfassung von Prozess- und Qualitätsdaten, Energiemonitoring (z.B. Energie-App für Energieanlagenbetreiber), numerische Simulationen auf Basis physikalischer Modelle, selbstlernende Systeme, fertigungsintegrierte Lackiermodule, Cross-Energy-Management, smarte Bedienung (z.B. vereinfachte Roboterprogrammierung) und automatische Prozessparameterbestimmung. Ziel von Industrie 4.0 ist auch eine individualisierte Massenproduktion, womit es möglich wäre, Arbeitsprozesse, die ins Ausland verlagert wurden, wieder zurück nach Deutschland zu holen.
Dr. Oliver Tiedje zeigte dazu den Evolutionszyklus von Produktionsprozessen anhand ihrer Historie auf: von der Handarbeit und Dampfmaschine (Industrie 1.0) über Massenproduktion (Industrie 2.0) und Losgröße 1/Personalisierung (Industrie 3.0) zur Industrie 4.0 (CPS – Cyberphysisches System). Die Vernetzung soll dabei über transparente und intelligente Anlagen in dezentralen Smart Factories erfolgen. Jedes Produkt soll zukünftig mittels künstlicher Intelligenz über seinen gesamten Lebenszyklus nachverfolgt werden können z. B. Robotik in der Intralogistik. Die Erwartungen an Industrie 4.0 sind hoch: Mehr Flexibilität und Wandlungsfähigkeit, feinere Modularisierung und Autonomie, höchste Produktivität sowie neue Geschäftsmodelle z. B. erwirbt Google zunehmend Roboter, die über Online-Netzsysteme bedient werden können.

Prof. Dr. Andreas Kandelbauer, Fakultät Angewandte Chemie, Hochschule Reutlingen/Kompetenzzentrum Holz GmbH, Wood Carinthian Competence Center, St. Veit a. d. Glan, Österreich zeigte in seinem Beitrag auf, dass immer höhere Ansprüche des Marktes an Kosteneffizienz, Nachhaltigkeit und Design neue Entwicklungen bei Oberflächen forcieren. Die Holzbranche konzentriert sich nach wie vor auf Eigenschaften wie Langzeit- und Abrasionsstabilität sowie Kratzfestigkeit, hat jedoch einen Nachholbedarf in zukunftsweisenden F&E-Feldern der Oberflächentechnologie wie Selbstheilung, Selbstreinigung, Integration von Sensoren oder Nanopartikel. Die Trends gehen in Richtung höhere Leistungsfähigkeit, intelligentere Verfahren und Oberflächen sowie Individualisierung (z. B. Digitaldruck) Hochrelevante Themen sind daher z. B. Erzeugung multifunktionaler, selbstheilender, superhydrophober, antibakterieller oder Antifingerprint Oberflächeneigenschaften. Superhydrophobe Oberflächenmit einstellbarer Rauhigkeit können neue Märkte im Küchen- oder Badsegment erschließen. Antibakterielle Oberflächen eröffnen Marktchancen im Hygienemarkt (z. B. saure Oberflächen als Kontaktbiozid). Eingebettete Elektronik kann aus einer Holzoberfläche ein elektronisches Bauelement mit intelligenten, interaktiven und netzwerkfähigen Funktionen machen. Die Zukunft liegt für Prof. Dr. Andreas Kandelbauer daher in der intelligenten funktionalen Beschichtung von Holzoberflächen. Dabei spielt insbesondere der Technologietransfer in den Holzsektor eine wichtige Rolle (z. B. In-Mould-Technologie für Pulverbeschichtung von MDF und zur Hochglanz-Pulverbeschichtung von Echtholz oder bionische Prinzipien in der Entwicklung selbstheilender Oberflächen wie flexible Lacksysteme). Vieles ist noch Zukunftsmusik – nun liegt es an der Forschung und den Unternehmen, in Kooperation die entsprechenden Technologien weiterzuentwickeln und einzusetzen.

Dr. Albert Rössler, Leitung F&E, ADLER-Werk Lackfabrik, Schwaz, Österreich ging in seinem Referat auf Innovation und Zukunft der Möbellackierung ein. 26 % eines Haushaltseinkommens werden heute für Wohnen ausgegeben. Anspruchsvolle Kunden, wie  die ‚LOHAS‘ haben inzwischen einen Anteil von 10 % in Deutschland erreicht. Für diese Zielgruppe sind Langlebigkeit, Design und Emissionsverhalten von Produkten sowie  eine Wohlfühlatmosphäre in den eigenen vier Wänden wichtiger als der Produktpreis.  Der Trend geht in Richtung Nachhaltigkeit, Natürlichkeit und Unbedenklichkeit, v. a. im Innenraum. Noch dominieren lösemittelhaltige PU-Lacke den Möbellackmarkt, UV-Wasserlacke  sind jedoch dabei, ihnen den Rang abzulaufen.  Des Weiteren sind Smart Materials in der Lackindustrie stark im Kommen: Antimikrobielle Lacke und Lacke mit antistatischen Eigenschaften, Anti-scratch-Effekt oder Lichtschutz für Voll-UV-Parkettsysteme. „Revolutionär wären selbstheilende Beschichtungen“, so Dr. Albert Rössler. Aber auch in der Produktion selber besteht Optimierungsbedarf: Wasserverdünnbare Primer können das Anquellen der Holzfasern auf MDF und damit den Schleif- und Materialaufwand reduzieren. Die forcierte Wasserlacktrocknung mit Hochfrequenztechnologie erzielt eine gleichmäßige Oberflächentemperatur und minimale Erwärmung des Holzsubstrats. Die UV-Inert-Technologie, bei der eine Folie unter O2-Ausschluss auf eine lackierte Oberfläche gepresst wird, ermöglicht höhere Auftragsmengen auf unterschiedlichen Substraten mit glatten und strukturierten Oberflächen. Dies kommt dem Kundenwunsch nach Materialmix und Werkstoffvielfalt mit mehr Designmöglichkeiten im Wohnbereich entgegen.

Noch Zukunftsmusik ist die Entwicklung wärmespeichernder Lacke oder energiespeichernder Lacke zur Stromgewinnung, wie in der nachfolgenden Diskussion angemerkt wurde.

Sicherheit in der Anwendung – Brandschutz und Umweltaspekte

Prof. Dr. Rainer Marutzky, Internationaler Verein für Technische Holzfragen (iVTH), Braunschweig führte gekonnt durch den thematischen Teil ‚Sicherheit in der Anwendung – Brandschutz und Umweltaspekte‘. Des Weiteren ging er in seinem Vortrag auf ‚VOC-Emissionen aus Holzbeschichtungen in den Innenraum und deren Bewertung‘ ein. Man unterscheidet zwischen holzeigenen VOC (Volatile Organic Compounds), wie Monoterpene, Aldehyde sowie Carbonsäuren und VOC-Emissionen aus Holzbeschichtungen wie Monomere, Lösungsmittel, Aldehyde, Weichmacher und andere organische Additive. Oberflächenbeschichtungen schirmen holzeigene VOC ab. Die Abgabe von VOC aus Holzprodukten in die Innenraumluft betrifft in erster Linie großflächige Anwendungen und wird in Europa derzeit national und unterschiedlich begrenzt: In Deutschland bewertet das sog. AgBB-Schema (Ausschuss zur gesundheitlichen Bewertung von Bauprodukten) die Emissionen von VOC einzelstoffbezogen durch den sog. R-Wert, der auf dem sog. NIK-Wert basiert (Niedrigste Interessierende Konzentration). Bei Überschreitung der spezifischen Grenzwerte wird die bauaufsichtliche Zulassung durch das DIBt nicht erteilt. In Frankreich gibt es seit 2011 eine Kennzeichnungspflicht für Bauprodukte mit direktem Kontakt zur Innenraumluft, die lediglich der Verbraucherinformation dient. Die Deklaration erfolgt anhand des TVOC-Wertes (Summenwert aller VOC aus organischen Stoffen) und einzelstoffbezogen für 11 weitere VVOC und VOC.  In Belgien und Litauen bestehen weitere unterschiedliche Regelungen, die sich teilweise an den deutschen Normen orientieren. Die CEU arbeitet daran, die miteinander nicht kompatiblen Systeme von VOC-Klassen in Deutschland und Frankreich  zu ‚harmonisieren‘“. „Es ist allerdings zu erwarten, dass es aufgrund der Komplexität und Vielfalt der Regelungen weiterer intensiver Diskussionen in Fachkreisen und Normenausschüssen bedarf, bis es zu einem einheitlichen und praktikablen EU-System kommt“, so Prof. Dr. Rainer Marutzky.

Dr. Torsten Kolb, Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Zentrum für leichte und umweltgerechte Bauten, Fraunhofer-Institut für Holzforschung - Wilhelm-Klauditz-Institut WKI, Braunschweig konnte in seinem Vortrag veranschaulichen, dass durch transparente intumeszierende Beschichtungen für Holz eine schwere Entflammbarkeit und ein höherer Feuerwiderstand erreicht wird. Der Brandschutz basiert auf einer aufgeschäumten Dämmschicht, die in einem komplexen Prozess aus Bindemitteln, Säure-/Kohlenstoff- und Gasspendern sowie hydratisierten Salzen und Additiven entsteht. Die Beschichtung ist zwischen 200°C und 400°C wirksam. Bei Brandversuchen werden nach 27 Minuten in der Regel 200 °C erreicht, mit intumeszierender Beschichtung verlängert sich der Feuerwiderstand um 15 Minuten. Die intumeszierende Beschichtung ist derzeit noch nicht am Markt angekommen und bedarf der Einbindung von interessierten Unternehmen für die gemeinsame Entwicklung zur Marktreife.

Rule Niederstadt, Geschäftsführer, Ecoatech GmbH (Ecological Coating Technology), Augsburg bot in seiner Präsentation spannende Einblicke in ökologische Flammschutzlösungen für Holzfaserdämmstoffe,  Holzwerkstoffe und Massivholz. Der Flammschutzmarkt wird zunehmend von Sicherheits- und Umweltaspekten bestimmt. Das junge Technologieunternehmen bietet eigenentwickelte ökologische Flammschutz-Systeme v.a. für den Mittelstand aus der Holz-, Papier-, Textil- und Dämmstoffbranche an. Zwischen diesen zellulosebasierten Sektoren können sich branchenübergreifende Transferpotenziale ergeben, da die Flammschutzanforderungen mit der spezifischen Materialdichte korrelieren. Holzfaserdämmstoffe neigen zum Glimmen, daher müssen innovative Flammschutzmittel homogener verteilt und schon bei einer geringeren Temperatur zersetzt werden. Mittels ammonium-freier pulverförmiger Phosphonate zur Temperaturabsenkung lassen sich Holzfaserdämmstoffe flammfest ausrüsten, um strengere Brandschutznormen und damit neue Märkte zu erreichen. Konstruktionshölzer hingegen werden mit einer dünnen Brandschutzfarbe behandelt, welche die Wärmeleitfähigkeit beeinflusst. Bei Beflammung entsteht an der Holzoberfläche ein isolierender Schutzschild, ein sog. Fireblocker, sodass beliebige Holzoberflächen auch einer längeren Beflammung standhalten, ohne Risse und Brandgase zu bilden. Diese Technologie der intumeszierenden Brandschutzbeschichtung wurde aus der Luft- und Raumfahrt in die Holzbranche übertragen. Bei Holzlasuren, die als Wachse oder Öle Initiatoren für den Holzbrand sind, kann durch das homogene Einbringen unpolarer Additive eine Selbstverlöschung erreicht werden.
In der nachfolgenden Diskussion regte Prof. Dr. Klaus Richter an, Flammschutzmittel durch Infiltration in die Zellwand bereits bei der Herstellung der Werkstoffe einzubringen.

Christoph Osten, Prokurist, Venjakob Umwelttechnik GmbH & Co. KG, Sarstedt erläuterte die ‚VOC-Behandlung in der Holzindustrie am Beispiel einer Lösemittelaufkonzentration mit thermischer Abreinigung‘. Nach der europäischen Industrie-Emissions-Richtlinie 2010/75/EU müssen zukünftig alle gefassten Ablüfte auf Emissionswerte < 50mgC/m³ gebracht werden. Auch wasserbasierende Lacksysteme können davon betroffen sein. Diese Vorgaben sind nur durch interne und externe Aufkonzentration der Lösemittel erreichbar. Eine externe Aufkonzentrationsanlage in Verbindung mit einem thermischen Abreinigungssystem und einer Wärmerückgewinnung kann im Vergleich zur internen Umluftführung die Betriebskosten für die Abluftreinigung und für die Lackieranlage deutlich reduzieren.  Bei intelligenter Planung und Betrachtung des Gesamtsystems, d.h. Lackieranlage in Verbindung mit der geeigneten Abluftreinigung ist eine positive Energiebilanz machbar. Insbesondere UV-Anwendungen bedürfen einer sorgfältigen Betrachtung unter Einbeziehung der Lackhersteller. Unter Umständen kann ein regelmäßiger Wechsel des Zeolithmaterials insgesamt günstiger sein als eine Reinigungsanlage ohne Aufkonzentration. Die meisten Lackieranwendungen können jedoch dauerhaft mit einer solchen Anlagenkombination betrieben werden.

Innovative Oberflächentechnologien, Drucktechnologien und Lacksysteme

Prof. Maximilian Ober, Fakultät Holztechnik und Bau, Hochschule Rosenheim moderierte den Vortragsblock ‚Innovative Oberflächentechnologien, Drucktechnologien und Lacksysteme‘.

Dr. Lars Passauer, Ressort Oberflächen, Institut für Holztechnologie Dresden gGmbH stellte neuartige Lichtschutzkonzepte für dunkle natürliche und thermisch modifizierte Hölzer (TMT) vor, die eine ausgeprägte Neigung zur lichtinduzierten Verfärbung zeigen. Photolyse und Photooxidation des Lignins sowie Photooxidation von Holzinhaltsstoffen führen zur Bildung chromophorer Strukturen (Vergilbung, Nachdunkeln), die wiederum durch sichtbares Licht abgebaut werden (Vergrauen, Ausbleichen). Die derzeit am Markt befindlichen Lichtstabilisatoren sind organische UV-Absorber und Radikalfänger, anorganische, nanoskalige UV-Absorber und anorganische Pigmente. Die Zukunft liegt in imprägnierenden Grundierungen mit stabilisierender Wirkung und in wässrigen, polymer-basierten, niedrigviskosen Systemen. Des Weiteren in der Applikation durch Streichen, Spritzen, Tauchen/Imprägnieren und in der Stabilisierung photosensitiver Holzinhaltsstoffe (Polyphenole, Lignane, Flavonoide) sowie phenolischer Ligninstrukturen durch direkte Wechselwirkung dieser mit neuartigen Wirkstoffen (Stabilisatoren). Durch die neuartigen LichtschutzImprägnierungen konnte eine deutliche Verbesserung der Lichtstabilität der untersuchten Holzarten erzielt werden. Sie ermöglichen den Einsatz dunkler Holzoberflächen im hochwertigen Möbel-/Innenausbau und Außenbereich (z.B. Kabinen- und Decksbereich von Jachten) sowie die Verwendung dunkler Parkette mit deutlich verbesserter Farbstabilität. Die lichtinduzierte Verfärbung ist jedoch holzartenspezifisch, was eine Abstimmung der neuartigen Lichtschutzadditive auf die zu schützende Holzart erforderlich macht.

Im Beitrag von Florian Ross, Sales Manager, Hymmen Industrieanlagen GmbH, Bielefeld wurde deutlich, dass der dekorative Oberflächenmarkt riesig ist und laut Munksjö Paper für papierbeschichtete Holzwerkstoffoberflächen ca. 6,5 Mrd. m2 beträgt. „Der Zukunftsmarkt liegt im Digitaldruck, der momentan nur 6 % Marktanteil hat“, davon ist Florian Ross überzeugt.  Gründe dafür sind die zunehmende Individualisierung und der damit verbundene Anstieg der kleinen Losgrößen. Der Digitaldruck ermöglicht eine ‚individualisierte Massenproduktion‘ mit flexibler Produktion und schneller Reaktion auf Markttrends. Auch für die Kunden der Dekorpapierindustrie ergeben sich Vorteile wie die Vermeidung hoher Lager-/Abfallkosten und Lieferzeiten sowie eine enorme Designvielfalt. Statt des klassischen Multi-Pass Digitaldruckes wird zunehmend der industrielle Single-Pass Digitaldruck eingesetzt, da er sich mit seiner Kapazität von bis zu 6.000 m2/h bestens für die individuelle Großserienproduktion eignet.
Im Digitaldruck hat sich das das Impulsverfahren ‚Drop on Demand‘ und die UV-Tinte durchgesetzt, bei der in den nächsten Jahren eine Preissenkung von ca. 20 – 30 % zu erwarten ist.

Gerd Paczkowski, Abteilungsleiter, Fakultät für Maschinenbau , Technische Universität Chemnitz gab einen spannenden Einblick in die Oberflächenfunktionalisierung von Holzwerkstoffen durch Thermisches Spritzen, mit der sich neben metallischen zukünftig auch temperatursensible Werkstoffe wie z. B. Viskosefaser oder Polymere beschichten lassen. Dabei wird z. B. Stahl, Alu, Cu oder Cu-Wolframcarbid als ionisiertes Zerstäubergas auf die Holzoberfläche aufgetragen und eine hochdichte, feste Schicht erzeugt. Es entsteht ein hochstabiler, hybrider Werkstoffverbund aus Holz-Metall-Keramik (Schichtdicke bis 1 mm) mit einer Eigenschaftserweiterung des Grundstoffes, in dem Falle Holz und eröffnet gleichzeitig dem thermischen Spritzen neue Märkte.  Mit Pappelsperrholz gab es im Rahmen eines AiF-Projektes erste Versuche der Oberflächenfunktionalisierung. Dabei wurde zuerst die Beschichtungsoberfläche durch Strahlen vorbereitet (Aufrauhen der Grundstruktur für eine gute Anbindung des Beschichtungswerkstoffs) und mechanisch geprüft (Biegung einer unbeschichteten Probe). Dann wurden Stahl, Alu-Bronze bzw. Alu auf das Holz aufgetragen (CFK-Beschichtung mit hoher Geschwindigkeit der Partikelphase) mit dem Ergebnis eines kraftschlüssigen Verbundes von Metall mit Holz. Es zeigte sich, dass die thermische Spritzschicht auch beim Biegeversuch auf der Oberfläche bleibt und nicht delaminiert. Der nächste Schritt ist das Fügen von metallisierten Holzstrukturen mittels Löten. Dabei kommt Silbernanolot zum Einsatz.
Die Oberflächenfunktionalisierung von Holz kann neue Anwendungen erschließen: Denkbar ist z. B. das Einbringen von Eisenoxid, wodurch das funktionalisierte Holz stoss- und kratzfest wird sowie mit magnetischen Funktionen versehen werden kann (Integration von Elektromagnetismus). Des Weiteren kann durch die entstehende Leitfähigkeit Mikrosensorik in die Oberfläche eingebunden werden.

Dr. Uwe Rohr, Vorstand, MIPA AG, Essenbach ging auf ein innovatives Lacksystem zur Reduzierung der Anzahl an Schichten, des Zeitbedarfs und der Emission bei der Hochglanzlackierung ein. Bei hochwertigen Hochglanzoberflächen beträgt die typische Schichtdicke 500 – 1000 µm. Dies erfordert langwierige Lackierprozesse (bis zu 15 Einzelschichten jeweils mit Zwischentrocknung und Zwischenschliff). Des Weiteren erfolgt ein Nachfallen (Glanzreduktion, Strukturbildung) beim Schrumpfen des Films bei Lösemittelabgabe. Die Folgen sind hohe Lösemittelemission, Energieverbrauch, Zeitaufwand, geringe Produktivität und teilweise Einsatz bedenklicher Lösemittel. Ungesättigte Polyester-Lacke sind hier nachteilig, da sie als cancerogene Stoffe eingestuft sind. Des Weiteren verfügen sie über keinen UV-Schutz und sind nicht kratzbeständig (‚Nanoscratch‘). Nachhaltige Lacksysteme mit neuartiger Bindemitteltechnologie und Formulierung bieten hier Lösungsansätze: Das Bindemittel basiert auf modifiziertem Polyurethan (gute mechanische und Chemikalien/UV-Beständigkeit), die interne Katalyse ermöglicht schnelle Trocknung und Schichtfolge. Der zeitverzögerte Vernetzungsmechanismus durch Schutzgruppen erhöht die Applikationssicherheit und  der hohe Festkörper hat einen geringen Schrumpf und eine hohe Schichtdicke pro Auftrag zur Folge. Die neuartige Lackformulierung (‚Rocket‘) ermöglicht eine optimierte Applikation und reduzierte Trocknungszeiten.

Dr. Theodor Engbert, Freier Mitarbeiter, Naturhaus Naturfarben GmbH, Riedering b. Rosenheim stellte das ‚Rapid System‘ zur Trocknungsbeschleunigung für geölte Holzoberflächen vor. Dieses neuartige ressourceneffiziente Lacksystem ging aus einem ZIM-Projekt zwischen der Holzforschung der TU München und der Naturhaus Naturfarben GmbH hervor. Ölsysteme haben in Deutschland derzeit nur ca. 1 % Anteil. Zunehmend werden sie vom Markt nachgefragt. Als nachhaltige Systeme verfügen sie über ein hohes Penetrationsvermögen, atmungsaktive Schichten, leichte Applikation, gute Handhabung sowie attraktive Optik und Haptik.  Diese Eigenschaften machen sie für Anwendung im Holzbereich hochinteressant. Ihre Schwächen liegen in der langsamen Trocknung und der mäßigen Beständigkeit bei chemischer und mechanischer Beanspruchung. Es sind somit lösemittelarme/-freie, beständige und schnelltrocknende Systeme gefragt. Das Rapid System kombiniert einen wasserbasierten Spezialprimer aus modifiziertem Biopolymer mit einem lösemittel- und kobaltfreien oxidativ trocknenden pflanzlichen Decköl. Es führt so zu einer deutlichen Trocknungsbeschleunigung (4 – 5 Stunden statt 12 Stunden). Zudem wird die Fleckbeständigkeit und das Ausblutungsverhalten verbessert. Es handelt sich beim Rapid System um ein komplexes Zusammenspiel zwischen Holz, Primer und Lack, das wissenschaftlich noch nicht ganz geklärt ist. 

Hendrik Albers, Projekt Manager Wood Coatings, IGP Pulvertechnik AG, Wil, Schweiz beleuchtete Ultra-Niedrigtemperatur-Pulverlacke für die Beschichtung alternativer Substrate. Pulverlacke sind organische, meist duroplastische Beschichtungspulver, deren Auftrag lösemittelfrei erfolgt. Seit ca. 1960 gibt es die Pulverlacktechnologie, das 1-Schicht-System ab 2012.  Merkmale des sog. IGP-RAPID®complete Systems: neue Rohstoffe verfügbar,  niedrigere Einbrenntemperaturen,  kürzere Einbrennzeiten, höhere UV-Beständigkeit. Es sind alternative temperatursensible Substrate (MDF, Kunststoffe, Glas, Verbundwerkstoffe) mit einer Schicht beschichtbar, was mit kürzeren Durchlaufzeiten (10 – 15 Minuten Lackierzeit) belohnt wird. Die Kapazität ist sehr hoch - es sind 1000 m2/d/Schicht beschichtbar. 2014 wurden über 1 Mio m2 MDF mit dem 1-Schichtsystem beschichtet, dessen Vorteile auf der Hand liegen: extreme Flexibilität der beschichteten Materialien, CO2-Fußabdruck sehr gut, beim Langzeit-Feuchtraum-Test entsteht eine sichtbare Quellung, aber keine Risse in der Lackschicht (Material absorbiert weniger Feuchtigkeit), nur zwei Prozessschritte sind nötig. So lassen sich z. B. leitfähigere MDF Platten mit guter chemischer und mechanischer Beständigkeit der Klasse 1B herstellen.

Design und Effekte

Klaus Richter, Leiter des Lehrstuhls für Holzwissenschaft/Holzforschung München, TU München führte versiert durch die Thematik ‚Design und Effekte‘.

Katja Regenfelder, Kompetenzzentrum Holz GmbH, Linz/W3C Wood Carinthian Competence Center, St. Veit a. d. Glan, Österreich ging in ihrem Referat der Frage nach, wie man Hochglanzoberflächen unterschiedlicher Materialien besser charakterisieren kann. Oberflächen werden von Konsumenten intuitiv wahrgenommen, insbesondere Hochglanzoberflächen. Die Spiegelung von Objekten der Umgebung werden für die Beurteilung herangezogen. Wenn die Umrisse klar erkennbar sind, entsteht eine große Oberflächenruhe, wenn die Umrisse verzerrt erkennbar sind, eine geringe Oberflächenruhe. Hier entstand die Idee zur Entwicklung einer objektiven Messmethode zur Bestimmung der Oberflächenruhe an glänzenden Oberflächen mit einem definierten Abstand zur prüfenden Oberfläche, reproduzierbaren Ergebnissen und einer Kalibrierbarkeit gegen einen Referenzwert. Es soll dabei die menschliche Wahrnehmung simuliert werden. Die Messmethode basiert auf Streulichtverfahren, Erfassen der Reflexion und Umwandlung in Graphik, aus der ein Intensitätsprofil und eine Kenngröße abgeleitet wird. Dann erfolgte eine Überprüfung der Korrelation der Kenngröße mit der Oberflächenruhe, die durch Testpersonen visuell bestimmt wurde.  Schließlich wurden Konsumententests zur Überprüfung der Messmethode durchgeführt. Dabei stellte sich heraus, dass Oberflächen, die sich im Glanzgrad, aber nicht im Oberflächeneindruck unterschieden, schlechter erkannt wurden. Oberflächen, die sich im Oberflächeneindruck, aber nicht im Glanzgrad unterschieden, wurden hingegen besser erkannt. In weiteren Konsumententests soll der Frage nachgegangen werden, ab welcher Differenz in der Kenngröße ein Unterschied in der Oberfläche für einen Konsumenten erkennbar ist. Des Weiteren sollen zukünftig auch Holzdekore gemessen werden. Eine Erforschung weiterer Einflussgrößen auf diesen Wert z. B. die Aussagekraft der Standardabweichung der einzelnen Messungen ist in Planung, ebenso wie ein Vergleich mit den Messmethoden der Automobilindustrie. Des Weiteren eine Online-Kontrolle als wirtschaftliche Messmethode und die Erprobung neuer unterschiedlicher Winkel für die Testreihen.

Prof. Dr.-Ing. Veronika Kotradyova, Innenarchitektin, Fakultät für Architektur, Slowakische Technische Universität, Bratislava, Slowakei zeigte in ihrem Beitrag antibakterielle und hydrophobe Effekte von natürlichen Holzoberflächen in Gesundheitseinrichtungen auf.
Das authentische warme Material Holz wirkt beruhigend bei Umweltstress und erhöht das ganzheitliche Wohlfühlen insbesondere im Innenraum. Dies ist vor allem für Krankenhäuser, Ambulanzen und Wellness-Einrichtungen wichtig. In so einer Umgebung gibt es aber auch hohe hygienische Anforderungen. Prof. Dr.-Ing. Veronika Kotradyova entwickelte drei Hypothesen, die die Eignung von Holz für diese Bereiche unterstützen. Holz hat aufgrund seines natürlichen porösen anatomischen Aufbaus und seiner Inhaltsstoffe wie Gerbstoffe und Harze (z. B. gegen Staphylococcus aurea und Salmonellen)eine natürliche antibakterielle Wirkung (mikrobieller Selbstreinigungseffekt von Holzoberflächen). Nur Echtholz (v.a. Eichenholz) verfügt über diese Eigenschaften, nicht aber behandelte Holzwerkstoffe. Zweite Hypothese ist, dass mit der Modifikation von Holzoberflächen (niedrige Temperatur-Plasma-Behandlung) ein hydrophobisches oder superhydrophobisches Verhalten von Holz auch im Innenausbau zu erreichen ist. Untersuchungen mit Lärche, Kiefer und Eiche sind im Gange. Dritte Hypothese ist, dass das plasmabehandelte Holz sowohl unter Laborbedingungen als auch in realen Räumen von Gesundheitseinrichtungen einen Sterilisationseffekt hat. Im April 2015 werden Experimente mit Innenausbau-Holzelementen  im  nationalen onkologischen  Institut in Bratislava durchgeführt. Ziel ist die Entwicklung der perfekten natürlichen Holzoberfläche für den Einsatz in Gesundheitseinrichtungen.

Andreas Danler, Director Lighting Applications, Bartenbach GmbH, Aldrans, Österreich ging auf psychophysiologische Wirkungen von Licht, Raumoberflächen und Farbe in Zusammenhang mit dem Lichtmodulator Holz ein. „Sehen ist ein Zusammenspiel von Physik und Psychologie“, so Andreas Danler. Es gibt neben dem visuellen Pfad einen nichtvisuellen Pfad, der auf den Hormonhaushalt und die Gefühlswelt wirkt. Die „Farbe am Auge“ setzt sich aus der Körperfarbe und Lichtfarbe zusammen, die über Reflexionen an Holzoberflächen reduzierbar ist. Verschiedene Oberflächen erzeugen unterschiedliche Lichteindrücke. So ist Licht auch über Holzoberflächen zu modulieren. Wie werden nun einzelne spektrale Anteile von Holzoberflächen reflektiert? Holz ist ein „Warmmacher“ des Lichts, ein Imitat erreicht diesen natürlichen Lichtreflexionsverlauf und damit die visuell psychologisch empfundene Behaglichkeit nicht. Kriterien der psychophysiologischen Behaglichkeit wurden in einer Studie mit der Firma Egger in Räumen mit Anstrichen geringer Farbsättigung und in Räumen mit gering  sowie stark strukturierten Maserungen erfasst. Die psychophysiologische Behaglichkeit wird zum einen über die Herzratenvariabilität (HRV) gemessen. Die HRV, der unregelmäßige Herzschlag (Variation) ist die medizinische Maßzahl für körperliche Entspannung. Fichte hat beispielsweise eine sehr gute HRV, aber eine negative Unterschiedsempfindlichkeit. Zum anderen spielt für die psychophysiologische Behaglichkeit die sog. Unterschiedsempfindlichkeit (UE) eine entscheidende Rolle. Sie ist ein Maß für die Wirkung der beleuchteten Strukturen auf die visuelle Leistung, die stark mit der Ablenkung zusammenhängt. z. B. vereint Kirschholz warmtönige Oberflächen mit feinen Strukturen. Man nimmt die feinen Strukturen des Kirschholzes unbewusst war und das Auge wird nicht abgelenkt. Grobe Strukturen sind hingegen nicht vorteilhaft, genauso wie pures Weiß. Licht hat auch einen großen Einfluss auf die Gesundheit. Das Fotopigment der fotosensitiven Ganglienzellen, Melanopsin, wird am stärksten von Licht im blauen Bereich des sichtbaren Spektrums angeregt und wirkt direkt auf den Hormonhaushalt des Menschen. Dies spielt im Zusammenhang mit dem Biorhythmus eine gravierende Rolle. Das sog. „Melatoninlicht“ bei Nachtarbeit kann gute Helligkeiten erreichen und unterstützt dabei den Biorhythmus.
Somit üben die psychophysiologischen Lichtwirkungen auf Gesundheit und soziales Verhalten einen nicht zu unterschätzenden Einfluss aus und können ein großes Anwendungsfeld im privaten und beruflichen Wohnumfeld erschliessen. Die Struktur von Holz spielt dabei eine entscheidende Rolle.

Für Michaela Gimpl, Design- und Dekormanagement, Fritz Egger GmbH & Co. OG Holzwerkstoffe, St. Johann in Tirol, Österreich ist eine ganzheitliche Dekorentwicklung, die auf Trendbeobachtungen aufbaut, am erfolgsversprechenden z. B. können Innenraumdesign aus Automobil oder Modeindustrie Impulse v.a. bei der Farbentwicklung liefern. Michaela Gimpl präsentierte dazu Trends in der Oberflächenentwicklung für Möbel/Innenausbau:

  • Die komplexe Welt erzeugt den Wunsch nach Reduktion (z. B. Cool & Country, Schwarz und Weiss, Hart und /art (Rauhe Oberflächen kombiniert mit sehr feinen Strukturen), Dick und dünn)
  • Moderne Natur in der Stadt (Oberfläche muss eine Tiefe besitzen, die Struktur muss spürbar sein z. B. in Form von Rissen).
  • Rohe Natürlichkeit (Unbehandelte „leichte“ Hölzer in puristischem skandinavischen Design, geradlinig ohne Risse)
  • Upcycling und Vintage bringt den Wunsch des Kunden nach Unikaten, d.h. Individualität und Authentizität zum Ausdruck. Daraus können tiefe und rauhe Oberflächen mit abgenutzt wirkenden Dekorbildern entwickelt werden.
  • Industry Chic geht in Richtung Industrial Design mit metallischen oder keramischen Oberflächen sowie in Betondekore mit Putzoptik
  • Neue Leichtigkeit
  • Kombination und Mehrwert: Hier spielen tiefe Strukturen wie Risse, Äste als Gegensätze zusammen.
  • Neuheiten in der Anwendung sind Schichtstoff und Kompaktplatte mit Synchronpore


Prof. Dr. Eckhard Lachmann, Vizepräsident der Hochschule Rosenheim zog ein sehr positives Resümee dieses facettenreichen Forums mit vielen Blickrichtungen auf Oberflächentrends und –innovationen mit Vernetzung der Holz- und Oberflächenbranche über die Grenzen Deutschlands hinaus. Er unterstrich in seiner Zusammenfassung, dass die Oberfläche eines Produktes maßgeblich die Kaufentscheidung des Kunden und damit den Erfolg eines Produktes am Markt steuert. Innovative Oberflächentechnologien und –design besitzen somit ein hohes Wertschöpfungspotenzial bei vergleichsweise überschaubaren Herstellungskosten.
Bilder und Vorträge sind verfügbar unter:
www.bayern-innovativ.de/holzoberflaechen2015

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