Projekt 08150/01

Förderschwerpunkt Holz: Strahlenpolymerisierbare lösemittelfreie Schutz- und Dekorationsbeschichtungen für Holz und Holzwerkstoffe auf Basis nachwachsender heimischer Rohstoffe

Projektträger

DREISOL GmbH & Co. KG
Industriestr. 4
32361 Preußisch Oldendorf
Telefon: 05742/9300-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Entwicklung, Produktion und Vertrieb organischer Beschichtungsmaterialien für Holz- und Holzwerkstoffe aus heimischen nachwachsenden Rohstoffen, die durch UV- oder Elektronenstrahlen gehärtet werden können. Anlaß: eigene Aktivitäten auf dem Gebiet der strahlenhärtenden Lacke und Ausschreibung des Förderschwerpunktes Holz.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden· Synthese und Präparation der Bindemittel aus nativen Ölen und Fetten
· Strahlenpolymerisation derselben im Labormaßstab. (UVH und ESH)
· Optimierung der Vernetzung und der anwendungsrelevanten Eigenschaften
· Erarbeitung und Test von praxistauglichen Lackformulierungen auf Basis der entwickelten Bindemittel
· Untersuchung der Umweltverträglichkeit (Energie- und Ökobilanz)
· Pilotproduktionsversuche
· Probeweise Belieferung interessierter Abnehmer
· Publikation der Projektergebnisse


Ergebnisse und Diskussion

Native Fette und Öle sind grundsätzlich als Rohstoffe für strahlenpolymerisierbare Lackbindemittel geeignet, wenn sie folgende Eigenschaften aufweisen:
· Sie müssen preiswert und leicht zugänglich sein.
· Sie müssen mehrfach olefinische C-C-Doppelbindungen oder freie Hydroxylgruppen enthalten, an denen die Einführung reaktionsfähiger Acrylgruppen möglich ist.
· Sie sollten möglichst homogen aufgebaut sein, d. h. überwiegend sollte das Triglycerid aus einer definierten Fettsäure und nicht aus einem Fettsäuregemisch bestehen.
· Die chemische Umwandlung zum Lackbindemittel sollte aus ökonomischen Gründen möglichst in einem Syntheseschritt erfolgen. Daraus ergibt sich, daß keine Fettspaltung zur Isolierung der Fettsäuren erforderlich wird und die Acrylierung direkt am Triglycerid stattfindet.
Unter diesen Voraussetzungen ergab sich im Laufe des Projektes eine Beschränkung auf folgende native Öle: Lein-, Soja-, Rizinus- und Sonnenblumenöl sowie Glycerin, das als Zwangs- bzw. Abfallprodukt bei der Fettalkohol-Produktion und der Biodieselherstellung anfällt. Das heimische Rüb- bzw. Rapsöl schied u.a. wegen seines geringen Gehaltes an mehrfach ungesättigten Fettsäuren aus.
Mit der Synthese des Glycerintriacrylates gelang die Darstellung eines sehr reaktionsfreudigen Reaktivverdünners, der als Partner ein Bindemittel mit flexibilisierenden Eigenschaften benötigt. Dieses Bindemittel auf Basis der genannten Öle wird derzeit entwickelt, wobei sich das Anforderungsprofil an den bereits am Markt befindlichen strahlenhärtenden Lackharzen auf Basis nachwachsender Rohstoffe orientiert.
Bei der Einführung reaktiver Gruppen in das Bindemittel-Molekül kann auch von epoxidierten nativen Ölen ausgegangen werden, die in großer Menge als Weichmacher in der Kunststoffindustrie eingesetzt werden und somit preiswert zur Verfügung stehen.
Die grundsätzliche Eignung der bisher synthetisierten Bindemittel fand durch Überprüfung ihrer Reaktivität der UV- und ES-Härtung statt. An den polymerisierten Filmen wurden die mechanischen Kennwerte, wie Pendel-, Buchholz- und Bleistifthärte bestimmt sowie die Chemikalienbeständigkeit untersucht. Abmischungen des Glycerintriacrylates mit den o. g. marktgängigen Lackharzen auf Basis nachwachsender Rohstoffe gelieferten Werte, die mit Filmen konventioneller Harze petrochemischen Ursprungs durchaus vergleichbar sind.
Formulierungen von Lackrezepturen für die Beschichtung von Holz und Holzwerkstoffen mit den bisher synthetisierten Bindemitteln waren nur eingeschränkt möglich, da weder ausreichend Material noch der erforderliche zweite Bindemittelpartner zur Verfügung stand.
Zusätzlich zur radikalischen UV-Härtung, dem gebräuchlichsten strahlenhärtenden Verfahren, wurde ergänzend die kationische UV-Härtung untersucht. Mit handelsüblichem epoxidiertem Leinöl und geeigneten kationischen Photoinitiatoren konnten Filme auf Holz und Papier mit guten mechanischen Eigenschaften und ansprechender Oberflächenbeschaffenheit erzeugt werden. Die Chemikalienbeständigkeit dieser Filme ist zwar anfangs gering, nimmt aber innerhalb weniger Tage deutlich zu. Dieses Härtungsverfahren wird dann für die industrielle Holzbeschichtung interessant, wenn es gelingt, den Mischpreis von Bindemittel und Initiator soweit zu senken, daß er im Preis-Leistungsverhältnis den landläufigen, radikalisch härtenden Systemen in etwa gleichkommt.
Daneben fanden erste orientierende Versuche zur hybriden UV-Härtung und zur kationischen ES-Härtung statt. Das erste Verfahren ist literaturbekannt, beim zweiten Verfahren handelt es sich um eine Neuentwicklung, bei der als Startermoleküle Substanzen eingesetzt werden, die bereits bei mäßigen Strahlungsdosen ionisieren.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Eine Kurzmitteilung über das Vorhaben ist im Sonderheft des Umweltmagazins, Band 807, (Die erste Fördermilliarde ist erreicht) erschienen. Ferner ist geplant, die Ergebnisse des Forschungsprojektes bei der RadTech Europe Conference 1999 in Berlin vorzustellen.


Fazit

Als Ergebnis der ersten Projektphase kann festgehalten werden, daß die Darstellung strahlenhärtender Lackbindemittel auf Basis nachwachsender Rohstoffe möglich ist, wenn es gelingt, in das native Trägermolekül genügend reaktive Gruppen einzuführen. Mit Glycerintracrylat steht solch ein reaktives Harz zur Verfügung, das allerdings eines zweiten Partners bedarf, um optimale Filmeigenschaften für die Holzbeschichtung, wie Härte, Abriebfestigkeit, Flexibilität, Alterungsbeständigkeit sowie Chemikalienfestigkeit zu erzielen. Dies ist das Ziel, das in der zweiten Hälfte des Projektes erreicht werden soll.