Fachbeitrag Kooperationsprojekt PlaCoW

Kooperationsprojekt PlaCoW

Plasma Coating for Wood

Projektinhalt und wichtigste Projektdaten

Titel
Plasmabasierte Oberflächenmodifizierung von Holz und WPC-Verbundmaterialien und die Anwendung von elektromagnetischen Feldern für diese Materialien
Kurztilel
Plasma Coating for Wood - PlaCoW
Dauer
01.01.2015 - 31.12.2017
Partner
Tigres GmbH (Deutschland), IHD Institut für Holztechnologie Dresden gemeinnützige GmbH (Deutschland), INNOVENT e.V. (Deutschland), LLC “Tarnaya Baza” (Russland), LLC “Vakta” (Russland), Tomsk State University of Architecture and Building (Russland)
Förderungsorganisationen
Das Projekt wurde unterstützt von der deutschen AiF und der russischen FASIE im Rahmen der 14. Ausschreibung des EraSME-Netzwerks

Zielsetzung des Projektes

Ziel des Projekts war die Verbesserung bestehender Beschichtungsmethoden für Holz und Holzpolymerverbundstoffe (WPC) durch plasmabasierte Oberflächenmodifikationen, mit dem Teilvorhaben:

„Entwicklung eines Hochleistungs-Jetplasma-Systems zur Behandlung von Holz“

Projektpartner waren Unternehmen und Forschungseinrichtungen aus Deutschland und Russland, die gemeinsam an dem Projekt zur Entwicklung effizienter, kostengünstiger und umweltfreundlicher Beschichtungen wirkten.

Projektzusammenfassung

Holz hat einen bedeutenden Anteil am Weltmarkt für Materialien, die für die Außen- und Innenausstattung verwendet werden, da es vielseitig einsetzbar und ästhetisch ansprechend ist. Allerdings erfordern Verfärbungen, Rissbildungen sowie die geringe Feuerbeständigkeit von Holz zusätzliche, teure und zeitaufwändige Behandlungsprozesse, weil diese Eigenschaften die Dauerhaftigkeit und Sicherheit beeinträchtigen können. Daher entstehen nicht nur höhere Kosten, sondern auch ein erhöhter Arbeitsaufwand.

Vor diesem Hintergrund würden neuartige Beschichtungsverfahren die Ressourceneffizienz erhöhen, indem sie den Materialverschleiß reduzieren und die Lebensdauer verlängern, während sie gleichzeitig die Produkteigenschaften verbessern. Darüber hinaus könnten auf diese Weise neue Märkte erschlossen werden, da sich das Einsatzspektrum von Holz entsprechend erweitert. 

Als einer der sechs Partner in diesem Konsortium, das sich aus kleinen und mittleren Unternehmen sowie Forschungseinrichtungen zusammensetzte, brachten wir unsere jeweilige Expertise gezielt in das Projekt ein. Dabei arbeiteten wir von Beginn an eng zusammen, um bestehende Beschichtungsverfahren nicht nur weiterzuentwickeln, sondern auch nachhaltig zu verbessern. Gemeinsam verfolgten wir somit das Ziel, innovative und zugleich wirtschaftlich umsetzbare Lösungen zu erarbeiten. Insbesondere legten wir unseren Fokus auf die Optimierung atmosphärischer Plasmatechniken sowie auf Niederdruckplasma-Anwendungen und elektromagnetische Feldtechniken, da diese Verfahren ein großes Potenzial für Effizienzsteigerungen bieten. Dabei untersuchten wir systematsich relevante Prozessparameter und passten die Technologien gezielt an die praktischen Anforderungen an. Durch die enge und kontinuierliche Zusammenarbeit im Verbund konnten wir Synergien nutzen, sodass wir schließlich die Grundlage für innovative, praxisnahe und technologisch fortschrittliche Lösungen schufen.

Die Forschungsaktivitäten konzentrierten sich auf den Vergleich verschiedener Beschichtungsverfahren sowie auf die Analyse der daraus resultierenden Oberflächeneigenschaften unterschiedlicher Holzarten. Dabei wurde gezielt untersucht, wie sich die jeweiligen Technologien auf Struktur, Haftung und Funktionalität der behandelten Oberfläche auswirken.

Die wichtigsten vermarktbaren Ergebnisse waren neue Verfahren zur Modifizierung von Holzoberflächen und Holzprodukten mit schützenden hydrophoben bakteriziden und fungiziden Beschichtungen, verbesserten Eigenschaften und Wetterschutz.

Technologien und Methoden

Atmosphärendruck Plasmajets (APPJ) und Sol-Gel-Technologien wurden zur Herstellung funktioneller dünner Filme auf Holz und WPC eingesetzt. APPJ ermöglicht die gezielte Abscheidung von funktionalen Schichten, während Sol-Gel-Techniken durch Eintauchen oder Sprühen angewendet wurden.

Als Plasmaanlagen können verschiedene Systeme für Beschichtungszwecke verwendet werden.

Beispielhaft hier: CAT600-Duo Technologie

Beschichtung von Glas sowie Holz- und WPC-Materialien

Für die Entwicklung der Verbesserung bestehender Beschichtungsmethoden für Holz und Holzpolymerverbundstoffe (WPC) durch plasmabasierte Oberflächenmodifikationen wurden Beschichtungsversuche von Glassubstraten und Holzwerkstoffen durchgeführt.

Neben etablierten und gängigen HMDSO-Beschichtungen hat der Projektpartner INNOVENT mit dem Plasma CAT600 System auch Kompositbeschichtungen auf Holzmaterialien abgeschieden. Hierbei wurden die sich aufbauende HMDSO-Schicht zusätzlich funktionelle Wirkstoffe eingebettet. Die antibakterielle Eigenschaft konnte bei Escherichia coli (gram-) und bei Staphylococcus aureus (gram+) beobachtet werden. Die Beschichtungen waren beständig und wirkten auch nach 10.000 Waschzyklen noch stark antibakteriell, wie Auslaugversuche und Abriebtests zeigten¹

Die Beschichtungsversuche haben gezeigt, dass das Plasma CAT600 System auch für den regelmäßigen praktischen Einsatz geeignet ist.

Überblick

Auf Grundlage der erzielten Ergebnisse wurde die folgende Beschichtungsmatrix erstellt:

Die bisher erzielten Ergebnisse dieses Projekts können für folgende Branchen von Interesse sein:

  • Konsumgüter (z.B. Brillenfassungen, Uhren etc.)
  • Gesundheitswesen und Innenbereich in öffentlichen Gebäuden (z.B. Handläufe etc.)
  • Möbelmarktplatz
  • WPC für den Außenbereich
  • Fensterherstellung 

¹Quelle: S. Gerullis u.a.: Antimikrobielle Beschichtungen auf Holz mittels Atmospheric Pressure Plasma Chemical Vapour Deposition – APCVD

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