Nanokristalle bei wasserbasierten Holzlacken

Ein aktuelles Forschungsprojekt der Purdue-Universität in den USA beschäftigt sich mit Cellulose-Nanokristallen (CNC) als verstärkender Füller für Holzwasserlacke.

Wassertropfen auf einer Holzoberfläche
Cellulose-Nanokristalle verändern als Füllermaterial in wässrigen Holzlacken deren Eigenschaften. Foto: H_Ko – Adobestock

Beschichtungen auf Wasserbasis kommen immer mehr für industrielle Holzanwendungen zum Einsatz, weil sie eine ansprechende Optik aufweisen und kostengünstig sind. Konventionelle Holzlacke zeigen aber häufig schlechte Werte bei den Eigenschaften Schlagzähigkeit und Kratzfestigkeit. Für die Untersuchung verwendeten die Forscher nun einen wässrigen Polycarbonat-Urethanlack sowie einen Hybrid-Alkydlack auf Wasserbasis. Im Fokus standen das dadurch veränderte Applikationsverhalten, die optischen und mechanischen Eigenschaften sowie die Wasserdurchlässigkeit. Der Einfluss der Nanokristalle auf die Qualität der Holzlacke wurde durch Zugabe von verschiedenen Anteilen an CNCs bestimmt. Es zeigte sich, dass die so variierten Lacke bessere Kratz- und Schlagfestigkeiten aufwiesen und die Wasserdampfpermeation und -absorption durch die Oberfläche geringer war. Das innovative Füllermaterial wirkt sich bereits ab einer Konzentration von 1 Gew-% positiv auf Kratz- und Schlagfestigkeit aus – ohne die optischen Eigenschaften (Glanz und Farbe) zu beeinträchtigen. Die Zugabe von über 5 Gew-% Nanokristallen hatte jedoch zur Folge, dass die Beschichtungen etwas dunkler und matter wurden und die Dispersionen viskoser – in Abhängigkeit von der zugegebenen Menge.
Cellulose ist eines der häufigsten organischen Biopolymere der Erde und stellt eine umweltfreundliche und biologisch abbaubare Alternative zu Polymeren aus fossilen Rohstoffen dar. Durch partielle Hydrolyse lassen sich Cellulose-Nanokristalle herstellen. Die hydrophile, hydroxylierte Oberfläche der Cellulose-Nanokristalle erlaubt eine effektive Adhäsionswirkung zwischen den Nanokristallen und dem Matrixmaterial. Sie haben aufgrund ihrer besonderen Eigenschaften großes Potenzial, in den verschiedensten Anwendungen zum Einsatz zu kommen: Sie sind recyclingfähig, zellfreundlich, sorgen für außergewöhnlich gute Oberflächeneigenschaften und sind sehr variierbar.

Zum Netzwerken:

Purdue University, US-West Lafayette, Muhammad Khan, Tel. +1 765 494-5721, khan@purdue.edu, www.purdue.edu

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