Großer Beliebtheit erfreuen sich offene Bauweisen mit Glaswänden und riesigen Fenstern, die viel Tageslicht ins Haus bringen – ebenso wie der Wunsch nach umweltbewusstem und naturverbundenem Wohnen. Bisher waren diese beiden Ansprüche jedoch schwer miteinander zu vereinbaren, wenn es um den Schutz von Holzoberflächen im Innenbereich geht: Ohne Beschichtung kann UV-Licht der Wellenlängen 330 bis 380 Nanometer mit Holzoberflächen reagieren und durch Photooxidation Verfärbungen und Schäden verursachen.
Die transparenten Schutzlacke, die derzeit auf dem Markt verfügbar sind, enthalten chemische Zusätze wie Benzophenone, Benzotriazole oder Phenyltriazinderivate als UV-Blocker. Diese sind gesundheitlich bedenklich, da sie flüchtig sind und während des Trocknens eingeatmet werden können. Bisherige biobasierte Alternativen zum Schutz von Holz vor Sonnenlichtalterung sind farbig und damit lichtundurchlässig.
Vor diesem Hintergrund entstand in der Zusammenarbeit zwischen dem Fraunhofer IVV und dem Partner Naturhaus Naturfarben die Idee, eine Lösung für dieses Problem zu entwickeln. Mit dem Auftrag, geeignete pflanzliche Komponenten für eine natürliche Holzbeschichtung zu finden, welche das Material vor UV-Strahlung schützt und gleichzeitig dessen Struktur sichtbar lässt, begann am Fraunhofer IVV 2021 die Arbeit im Projekt „ProTann“.
Dafür erschlossen sich die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler einen komplett neuen Forschungsbereich: „Zur natürlichen Bindung in Beschichtungssystemen nutzen wir am Fraunhofer IVV schon seit Längerem sehr erfolgreich Proteine“, erzählt Melanie Platzer, wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Abteilung Verfahrensentwicklung Pflanzliche Rohstoffe.
„Neu für uns war die Kombination mit sekundären Pflanzenstoffen, die als UV-Schutz für einen wasserbasierten Lack dienen sollten.“ Eines der Projektziele bestand dementsprechend darin, die entstehende Vernetzung zwischen Proteinen und sekundären Pflanzenstoffen im Lack herauszuarbeiten und letztlich dafür zu sorgen, dass sich die beiden Substanzen fest miteinander verbinden.
Der Entwicklungsprozess für den Lack war mehrstufig angelegt. Zunächst testeten die Forschenden ihre erste Formulierungsidee, die auf einem Vorprojekt am Fraunhofer IVV aufbaute, mit mehreren Proteinen, etwa aus Erbsen oder Soja. Melanie Platzer: „Entscheidend für uns war in dieser Phase: Haftet die entstehende Beschichtung auf Holz? Zieht sie ein? Und kann man sie abziehen, damit die UV-blockende Wirkung überhaupt gemessen werden kann?“
Anschließend wählte das Projektteam zwei Proteine aus und mischte verschiedene sekundäre Pflanzenstoffe bei, die einen guten Schutz vor UV-Strahlung bieten. Eine Herausforderung dabei stellte unter anderem der pH-Bereich dar, denn Holzlacke müssen einen bestimmten pH-Wert aufweisen, um das Material zu schonen. Auch die Zugabe der Pflanzenextrakte selbst war ein entscheidender Punkt für das Forschungsteam, da vorab kaum vorherzusehen war, wie gut sich die unterschiedlichen Extrakte lösen, ob sie mit den Proteinen interagieren und wie sich im gesamten Prozess die Färbung der entstehenden Beschichtung verändern würde.
Während der etwa zweijährigen Projektlaufzeit erprobten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler viele Kombinationen und arbeiteten auch mit Mischungen unterschiedlicher sekundärer Pflanzenstoffe sehr erfolgreich: „Letztlich hatten wir viele Treffer, was mögliche Protein-Additiv-Kombinationen für den UV-Schutzlack anging, und konnten uns der Frage widmen, welche Formulierung sinnvoll ist, wenn man in Richtung Produktion denkt – auch was die Regionalität und Verfügbarkeit der verwendeten Rohstoffe angeht“, fasst Melanie Platzer zusammen.
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