Natürlicher Sonnenschutz für Parkett und Möbel

Täglich kommen wir damit in Berührung: Holz. Kinder toben und spielen auf
dem Parkett, und auch beim Arbeiten oder Schlafen spielen Holzmöbel eine
wichtige Rolle. Damit das Material nicht vorzeitig altert, ist es wichtig,
es vor UV-Strahlung zu schützen. Zugleich sollen Optik und Haptik der
Holzoberfläche erhalten bleiben. Transparente Schutzlacke, die im Handel
erhältlich sind, enthalten allerdings oft gesundheitsschädliche chemische
Verbindungen. Um den Einsatz dieser Stoffe zu vermeiden, entwickelt das
Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV gemeinsam mit
der Naturhaus Naturfarben GmbH eine Formel für einen transparenten und zu
100 Prozent biobasierten UV-Holzschutz.

Offene Architekturen mit Glasfassaden und großen Fensterfronten, die viel
natürliches Licht ins Haus lassen, erfreuen sich großer Beliebtheit –
genau wie der Wunsch nach ökologischem und naturnahem Wohnen. Wenn es um
den Schutz von Holzoberflächen im Innenraum geht, lassen sich beide
Bedürfnisse bisher allerdings nur schlecht vereinen: Ohne Beschichtung
kann UV-Licht der Wellenlängen 330 bis 380 Nanometer mit Holzoberflächen
interagieren und durch Photooxidation zu Verfärbungen und Schäden führen.
Doch die derzeit auf dem Markt erhältlichen transparenten Schutzlacke
enthalten als UV-Blocker chemische Additive wie etwa Benzophenone,
Benzotriazole oder Phenyltriazinderivate, die gesundheitsbedenklich sind.
Besonders kritisch dabei ist, dass diese flüchtigen Substanzen über die
Atmung direkt in den Körper gelangen können, etwa während des
Trocknungsvorgangs. Bisher sind alle biobasierten Alternativen zum Schutz
von Holz vor der Alterung durch Sonnenlicht farbig und damit
lichtundurchlässig.

Proteine für die Bindung, Pflanzenextrakte für den UV-Schutz

Vor diesem Hintergrund entstand in der Zusammenarbeit zwischen dem
Fraunhofer IVV und der Naturhaus Naturfarben GmbH die Idee, eine Lösung
für dieses Problem zu entwickeln. Mit dem Auftrag, geeignete pflanzliche
Komponenten für eine natürliche Holzbeschichtung zu finden, welche das
Material vor UV-Strahlung schützt und gleichzeitig dessen Struktur
sichtbar lässt, begann am Fraunhofer IVV 2021 die Arbeit im Projekt
»ProTann«. Dafür erschlossen sich die Wissenschaftlerinnen und
Wissenschaftler einen komplett neuen Forschungsbereich: »Zur natürlichen
Bindung in Beschichtungssystemen nutzen wir am Fraunhofer IVV schon seit
Längerem sehr erfolgreich Proteine«, erzählt Melanie Platzer,
wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Abteilung Verfahrensentwicklung
Pflanzliche Rohstoffe. »Neu für uns war die Kombination mit sekundären
Pflanzenstoffen, die als UV-Schutz für einen wasserbasierten Lack dienen
sollten.« Eines der Projektziele bestand dementsprechend darin, die
entstehende Vernetzung zwischen Proteinen und sekundären Pflanzenstoffen
im Lack herauszuarbeiten und letztlich dafür zu sorgen, dass sich die
beiden Substanzen fest miteinander verbinden.

Herausfordernder Entwicklungsprozess

Der Entwicklungsprozess für den Lack war mehrstufig angelegt. Zunächst
testeten die Forschenden ihre erste Formulierungsidee, die auf einem
Vorprojekt am Fraunhofer IVV aufbaute, mit mehreren Proteinen, etwa aus
Erbsen oder Soja. Melanie Platzer: »Entscheidend für uns war in dieser
Phase: Haftet die entstehende Beschichtung auf Holz? Zieht sie ein? Und
kann man sie abziehen, damit die UV-blockende Wirkung überhaupt gemessen
werden kann?« Anschließend wählte das Projektteam zwei Proteine aus und
mischte verschiedene sekundäre Pflanzenstoffe bei, die einen guten Schutz
vor UV-Strahlung bieten. Eine Herausforderung dabei stellte unter anderem
der pH-Bereich dar, denn Holzlacke müssen einen bestimmten pH-Wert
aufweisen, um das Material zu schonen. Auch die Zugabe der
Pflanzenextrakte selbst war ein entscheidender Punkt für das
Forschungsteam, da vorab kaum vorherzusehen war, wie gut sich die
unterschiedlichen Extrakte lösen, ob sie mit den Proteinen interagieren
und wie sich im gesamten Prozess die Färbung der entstehenden Beschichtung
verändern würde.

Welche Zusammensetzung ist am besten geeignet?

Während der etwa zweijährigen Projektlaufzeit erprobten die
Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler viele Kombinationen und
arbeiteten auch mit Mischungen unterschiedlicher sekundärer Pflanzenstoffe
sehr erfolgreich: »Letztlich hatten wir viele Treffer, was mögliche
Protein-Additiv-Kombinationen für den UV-Schutzlack anging, und konnten
uns der Frage widmen, welche Formulierung sinnvoll ist, wenn man in
Richtung Produktion denkt – auch was die Regionalität und Verfügbarkeit
der verwendeten Rohstoffe angeht«, fasst Melanie Platzer zusammen. »Wo es
möglich ist, beziehen wir in unsere Entwicklungsarbeit Reste aus der
Agrar- und Lebensmittelindustrie mit ein, etwa Schalen aus der
Apfelsaftherstellung oder Trester aus der Weinproduktion.« Unbedenklich
sind die gefundenen Optionen allesamt: Der direkte Kontakt oder das
Einatmen schaden weder Mensch noch Tier.

Weiterentwicklung nicht nur für den Holzschutz

Die ausgewählte Modellformel befindet sich nun in der Weiterentwicklung
bei der Naturhaus Naturfarben GmbH. Ziel ist es, die Zusammensetzung so
anzupassen, dass sie in größerem Maßstab hergestellt werden kann, um
letztlich einen neuen Markt im Bereich der natürlichen Holzschutzmittel zu
erschließen. In der Anwendung könnte die wasserbasierte Formel dann in
mehreren Schichten aufgetragen und durch einen weiteren Naturlack
versiegelt werden, um langanhaltenden Schutz für Parkett und Möbel zu
bieten. Um die Vielzahl der Forschungsergebnisse aus Pro-Tann
weiterzuentwickeln und ihr Potenzial zu erschließen, wurde am Fraunhofer
IVV bereits ein Folgeprojekt angestoßen: Weitere Anwendungsmöglichkeiten
der UV-abweisenden Protein-Pflanzenstoff-Kombinationen könnten
beispielsweise in der Verpackungsbeschichtung oder auch im Hautschutz
liegen.