Übersicht und Problemstellung
Die Abteilung für Holzverarbeitung und Biomaterialien der tschechischen Universität CZU ist Partner der Bauindustrie und bietet eine Dienstleistung zur Bewertung von handelsüblichen Holzbeschichtungen und -beizen.
Diese Dienstleistungen werden von Herstellern von Holzbeschichtungen und Holzlasuren sowie von Unternehmen in der Bauindustrie genutzt, die diese Lasuren und Lacke verwenden. Auch der Automobilsektor, der beschichtete Holzlaminate für Innenräume verwendet, nutzt diese Dienstleistung.
Die Leistungsanforderungen an diese Beschichtungen und Beizen lassen sich in zwei gleichwertige Kategorien einteilen:
1)
Ästhetik - das Aussehen des Holzes und seine Farbe
2)
Schutz - die Beschichtung muss das natürliche Aussehen des Holzuntergrundes erhalten und soll dabei gleichzeitig Schädigungen wie Verblassen, Rissbildung und Ablösen, bei Klarlacken Glanzverlust, standhalten.
In der Bauindustrie kann das beschichtete oder gebeizte Holz in vielen verschiedenen Ausrichtungen eingesetzt werden. Vertikal und horizontal sind die gebräuchlichsten, wobei aufgrund der konstruktiven Gestaltung jede Ausrichtung möglich ist. Das primäre Klima ist europäisch. Da dies ein sehr breites Klimaspektrum umfasst - Schweden unterscheidet sich z. B. stark von Südspanien - müssen die extremen Expositionsbedingungen berücksichtigt werden. Die Herausforderung für die CZU besteht darin, die ästhetische und schützende Leistung von Holzlacken in diesen Klimazonen zu bestimmen. Zu diesem Zweck bietet die CZU eine Bewitterungsprüfung an, die beschleunigte Laborprüfungen sowie natürliche Belastungen umfasst um eine Korrelation herzustellen und somit die Lebensdauer der Beschichtung bestimmen zu können.
Die Ziele der CZU in Zusammenarbeit mit Q-Lab waren sowohl die quantitative Steigerung der durchgeführten Bewitterungsprüfungen als auch die Stärkung des guten Rufs als führende akademische Organisation im Bereich der Holzverarbeitung und Biomaterialien. Durch die Ergebnisse der beschleunigten Laborprüfungen mit QUV Geräten in Kombination mit natürlicher Freiluftexposition ist CZU zum Prüflabor der Wahl für Holzbeschichtungen und -beizen in der Tschechischen Republik geworden. Die Anzahl der durchgeführten Prüfungen hat sich mehr als verdoppelt, die Kundenbasis ist um 150% gestiegen und die Gewinne sind aufgrund der niedrigen Betriebskosten der QUV Geräte gestiegen. Die Veröffentlichung der zahlreichen Prüfergebnisse hat die Stellung der CZU als akademisches Unternehmen mit Expertise in der Bewitterungsprüfung und -analyse von Holzbeschichtungen gestärkt.
Prüfaufbau und –ergebnisse
Natürliche Freibewitterung
Freibewitterungsprüfungen werden sowohl mit 45 Grad Südlage als auch mit 90 Grad Südlage durchgeführt, wie auf folgendem Foto dargestellt.
Die 90-Grad-Exposition ist eine Simulation der Bedingungen bei der tatsächlichen Endverbrauchernutzung. Die 45 Grad Süd-Exposition entspricht den Vorgaben vieler internationaler Prüfmethoden für natürliche Expositionen wie z. B. ISO 877-1, ASTM G24 und EN 927-3.
Miloš Pánek, CZU (links) und Jim Regan, Q-Lab
Die Prüfkörper zeigen einen signifikanten Witterungseinfluss nach der Exposition im Freien. Nachfolgend sehen Sie Fotos von Holzbeschichtungsproben vor und nach 12-monatiger Freibewitterung auf dem Dach des CZU-Gebäudes:
A - Fichtenthermoholz ohne Beschichtung;
B - Fichtenthermoholz mit ölbasierter, durchdringender Beschichtung;
C - Lärche mit transparenter ölbasierter Beschichtung;
D - ölbasierter Beschichtung;
E - Eiche mit transparenter ölbasierter Beschichtung;
F - Lärche mit pigmentierter ölbasierter Beschichtung;
G - Fichte mit pigmentierter ölbasierter Beschichtung;
H - Eiche mit pigmentierter ölbasierter Beschichtung
Die Degradation wird bereits nach einem Jahr deutlich sichtbar. Dennoch können die Proben maximal drei Jahre lang bewittert werden, um eine reelle Aussage über die Leistungsfähigkeit der Beschichtungen unter den klimatischen Bedingungen in Tschechien treffen zu können. Diese Daten dienen als Basis für einen Vergleich mit den Daten aus der beschleunigten Laborprüfung.
Die Temperaturschwankungen in Tschechien liegen zwischen 35 °C im Sommer und -25 °C im Winter. Eine Beschichtung muss einem sehr breiten Temperaturbereich standhalten können, der so in Europa nicht überall zu finden ist. Dieses extreme Element der „CZU-Freibewitterung“ ist für die Bauindustrie sowie für die Hersteller von Lasuren und Beizen von großem Interesse.
Beschleunigte Bewitterungsprüfung
Das QUV/Spray Bewitterungsprüfgerät wird für beschleunigte Laborprüfungen benutzt. Der EN 927-6 Zyklus wird für einen Zeitraum von sechs oder zwölf Wochen durchgeführt. Abgesehen von der Größe, werden die Prüfkörper für die beschleunigte Laborprüfung in gleicher Weise vorbereitet, wie für die Freibewitterungsprüfung. Zusätzliche Temperaturzyklen werden häufig wöchentlich in Klimakammern (80°C und -25°C) durchgeführt. Die im Folgenden dargestellten Ergebnisse vergleichen natürliche und beschleunigte Bewitterung.
A - natürliches Distelöl;
B - kommerzielle transparente ölbasierte Beschichtung, dünne Schicht erzeugend
NW-natürliche Bewitterung (in Monaten);
AW – künstliche (beschleunigte) Bewitterung (in Stunden).
Die Prüfergebnisse haben gezeigt, dass verschiedene Schadensbilder in Geräten für beschleunigte Bewitterung effektiver erzeugt werden können. Die QUV-Prüfung ist nützlich, um die in der Realität (Dachfläche in Prag) beobachtete Degradation über einen Zeitraum von drei Jahren zu prognostizieren. Zudem wurden Glanzverluste bei der beschleunigten Prüfung ebenfalls sehr gut reproduziert. Bei einigen beschleunigten Prüfungen tritt die Farbveränderungen stärker hervor als bei anderen, da die Reaktionen der Holzarten selbst in Wechselwirkung mit dem Beschichtungsabbau einen Makroeffekt erzeugen können. Auch die Oberflächenrauheit der Holzart kann einen Einfluss auf die beschleunigte Prüfung haben.
Vorteile der Prüfungen
Seit der Anschaffung des QUV Gerätes ist die CZU erste Anlaufstelle für die beschleunigte Prüfung von Holzbeschichtungen und –beizen in Tschechien. Durch die Möglichkeit Prüfungen in mehreren tausend Stunden durchführen zu können, die im Freien mehrere Jahre dauern würden, hat man sich als kommerzielles Prüflabor einen Vorteil innerhalb der Tschechischen Republik verschafft und kann kontinuierlich neue Kunden gewinnen.
Auf der Grundlage dieser Arbeit hat Milos Panek mehrere wissenschaftliche Artikel geschrieben, die seit ihrer Veröffentlichung der CZU als akademischer Organisation, zusätzlich zu großer Expertise in diesem Bereich, auch Prestige und Anerkennung eingebracht haben.
1 Ergebnisse der Prüfungen, die in Zusammenarbeit mit der Gesellschaft MATRIX a.s. (Tschechische Republik) durchgeführt und durch die Förderung "Verbesserung der Haltbarkeit von Beschichtungen auf ausgewählten Holzarten im Außenbereich", Nr. TH0202020873, unterstützt wurden, sind nachfolgend dargestellt.
2 Oberhofnerová, E., Pánek, M., Böhm, M. (2018): Einfluss der Oberflächenvorbehandlung mit natürlichen ätherischen Ölen auf das Witterungsverhalten von Fichtenholz. BioRessources 13(3). 7053-7070. ISSN 1930-2126