Om te voorkomen dat hout voortijdig veroudert, is het belangrijk om het effectief te beschermen tegen ultraviolette (UV) straling. Tegelijkertijd willen mensen de look en feel van natuurlijke houten oppervlakken behouden, maar de transparante beschermende coatings die momenteel overal in de handel verkrijgbaar zijn, bevatten vaak schadelijke chemische verbindingen.

Om het gebruik van deze stoffen te vermijden, werken het Fraunhofer Instituut voor Procestechniek en Verpakking IVV en Naturhaus Naturfarben GmbH samen aan de ontwikkeling van een formule die onschadelijke, transparante en 100% organische UV-bescherming voor hout biedt.

Open architectuur met glazen gevels en grote ramen die natuurlijk licht binnen laten stromen, is erg populair, net als het verlangen naar groen leven in harmonie met de natuur. Als het echter om de bescherming van houten oppervlakken binnenshuis gaat, zijn deze twee behoeften tot nu toe moeilijk in evenwicht te brengen.

Zonder coating kan UV-licht met een golflengte van 330 tot 380 nanometer interageren met houten oppervlakken, waardoor verkleuring en schade ontstaat door een proces dat bekend staat als foto-oxidatie. Maar de transparante beschermende coatings die momenteel op de markt verkrijgbaar zijn, bevatten chemische toevoegingen zoals benzofenonen, benzotriazolen of fenyltriazinederivaten, die allemaal schadelijk zijn voor de gezondheid van mensen.

Een bijzonder kritisch punt is dat deze vluchtige stoffen rechtstreeks via de luchtwegen het lichaam kunnen binnendringen, bijvoorbeeld tijdens het droogproces. Tot nu toe zijn alle biobased alternatieven om hout te beschermen tegen veroudering door zonlicht gekleurd en dus ondoorzichtig.

Eiwitten voor binding, plantenextracten voor UV-bescherming

Dit bracht Fraunhofer IVV en Naturhaus Naturfarben GmbH op het idee om een ​​oplossing voor het probleem te ontwikkelen. Opgedragen aan het vinden van geschikte plantaardige componenten voor een natuurlijke houtafwerking die het materiaal zouden beschermen tegen UV-straling en toch de nerven zichtbaar zouden laten, ging Fraunhofer IVV in 2021 aan de slag met het ProTann-project.

De wetenschappers besloten een compleet nieuw onderzoeksveld te verkennen:"Voor natuurlijke binding in coatingsystemen hebben we bij Fraunhofer IVV al geruime tijd groot succes met het gebruik van eiwitten", legt Melanie Platzer uit, onderzoeker bij de afdeling Process Development voor Afdeling Plantaardige Grondstoffen. "Eén ding dat nieuw voor ons was, was het combineren van eiwitten met secundaire plantaardige materialen die dienen als UV-bescherming voor een afwerking op waterbasis."

Eén van de doelstellingen van het project was om de kruisverbindingen tussen de eiwitten en secundaire plantaardige materialen in de afwerking uit te werken en er uiteindelijk voor te zorgen dat de stoffen een permanente binding vormden.

Een uitdagend ontwikkelingsproces

Het ontwikkelingsproces van de afwerking verliep in verschillende fasen. In eerste instantie testten de onderzoekers hun oorspronkelijke formuleringsidee, dat voortbouwde op een eerder Fraunhofer IVV-project waarbij meerdere eiwitten werden gebruikt, zoals erwten- en soja-eiwit.

Platzer merkt op:"Tijdens deze fase hadden we een paar cruciale vragen:Hecht de geproduceerde coating aan hout? Absorbeert deze? En kan deze worden verwijderd zodat het UV-blokkerende effect überhaupt kan worden gemeten?"

Vervolgens heeft het projectteam twee eiwitten geselecteerd en diverse secundaire plantaardige stoffen toegevoegd die een goede bescherming bieden tegen UV-straling. De pH vormde een uitdaging, omdat houtafwerkingen binnen een bepaald bereik moeten vallen, zodat ze het materiaal niet beschadigen.

Het toevoegen van de plantenextracten zelf was ook een cruciaal punt voor het onderzoeksteam, omdat het moeilijk was om van tevoren te voorspellen hoe goed de verschillende extracten zouden oplossen, of ze zouden interageren met de eiwitten en hoe de kleur van de gecreëerde coating in de loop van de tijd zou veranderen. het verloop van het proces.

Welke formulering is het meest geschikt?

Gedurende de ongeveer twee jaar durende projecttermijn hebben de wetenschappers vele combinaties getest. Ze waren ook zeer succesvol in het werken met mengsels van verschillende secundaire plantaardige stoffen.

"Uiteindelijk hadden we veel goede kandidaten voor mogelijke combinaties van eiwitten en additieven voor de UV-beschermende coating, dus we konden ons concentreren op de vraag welke formulering het meest logisch is bij het nadenken over de productie, inclusief met een oog voor lokale inkoop en beschikbaarheid van de gebruikte grondstoffen", zegt Platzer.

"Waar mogelijk betrekken we reststromen uit de landbouw- en voedingsindustrie bij ons ontwikkelingswerk. Dat omvat zaken als schillen die overblijven bij het maken van appelsap of afvallen van de wijnproductie."

De geïdentificeerde opties zijn allemaal onschadelijk en hebben geen nadelige gevolgen voor de gezondheid van mensen of dieren door direct contact of het inademen van dampen.

Verdere ontwikkeling voor het beschermen van hout en meer

De gekozen modelformule wordt nu verder ontwikkeld bij Naturhaus Naturfarben GmbH. Het doel is om de samenstelling aan te passen zodat deze op grote schaal kan worden geproduceerd en uiteindelijk een nieuwe markt in het segment van natuurlijke houtverduurzamingsmiddelen kan worden aangeboord. De formule op waterbasis kan vervolgens in meerdere lagen worden aangebracht, met een andere natuurlijke afwerking erbovenop als afdichtingsmiddel, om een ​​duurzame bescherming te bieden aan houten vloeren en meubels.

Om de vele onderzoeksresultaten van ProTann verder te ontwikkelen en hun potentieel te verkennen, is Fraunhofer IVV al een vervolgproject gestart. De UV-blokkerende combinaties van eiwitten en plantaardige stoffen kunnen bijvoorbeeld ook worden gebruikt voor het coaten van verpakkingen of in huidverzorging.

Aangeboden door Fraunhofer-Gesellschaft