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Holz als natürlicher und nachhaltiger Baustoff für Gebäude gewinnt immer mehr an Bedeutung. Allerdings gab es bisher keine zufriedenstellende Brandschutzlösung für Holz im Außenbereich. Ein fehlender Flammschutz ist ein Ausschlusskriterium für Holzbauteile bei hohen bzw. großflächigen Gebäuden, sofern keine kost- und zeitintensive Zulassung im Einzelfall beantragt wird. Gemeinsam mit dem Projektpartner Deutsches Textilforschungszentrum Nord-West (DTNW) haben Forschende am Fraunhofer WKI eine umweltfreundliche Flammschutzbeschichtung für frei bewitterte Holzoberflächen entwickelt.
Der Einsatz von Holz im Bauwesen ist wichtig, da Holz ein nachwachsender Rohstoff ist, der Energieeffizienz fördert und CO₂ speichert. Zudem bietet Holz ästhetische Vorteile und ist vielseitig einsetzbar, was es zu einem attraktiven Material für verschiedene Bauprojekte macht. »Mit unserem Forschungsprojekt tragen wir dazu bei, dass Holzfassaden und andere Außenbauteile aus Holz in der Bauindustrie stärker verwendet werden – zum Beispiel bei Hochhäusern, Schulen oder Krankenhäusern«, erläutert Dr. Torsten Kolb, Projektleiter am Fraunhofer WKI.
In bisherigen Forschungsarbeiten des Fraunhofer WKI und des DTNW wurden intumeszierende Beschichtungen (Dämmschichtbildner) für Holz und andere cellulosehaltige Materialien entwickelt, die sich für die Innenanwendung eignen. Diese Lacke haben den Nachteil, dass sie aufgrund von Witterungseinflüssen (Regen, Sonne) nicht für die Außenanwendung eingesetzt werden können. Am Markt sind einige Flammschutzlösungen für Außenanwendungen etabliert, die jedoch nur in Kombination mit einer Decklackschicht anwendbar sind. Diese haben den Nachteil, dass für den Flammschutz von Holz-Außenfassaden immer ein zusätzlicher, kostenintensiver Arbeitsvorgang notwendig ist.
Aufbauend auf den bereits gewonnenen Erkenntnissen sind die Forschenden in diesem Projekt der Frage nachgegangen, ob sich eine Brandschutzbeschichtung für Holz im Außenbereich auf Basis von wasserlöslichen Stickstoff-Phosphor-Silanen (N-P-Silane) oder Cyclophosphazenen (CPZ) herstellen lässt.
Am DTNW wurden verschiedene Flammschutzmittel synthetisiert und am Fraunhofer WKI in eine intumeszierende Beschichtung einformuliert. »Die von uns durchgeführten Arbeiten zeigen, dass eines der synthetisierten Flammschutzmittel, die nach dem Sol-Gel-Verfahren in eine intumeszierende Beschichtung eingearbeitet wurden, gute flammhemmende Eigenschaften aufweist und gleichzeitig auch witterungsbeständig ist. Zur Herstellung der Sol-Gel-Lösungen wurden die jeweiligen Silan-Präkursoren in einem Wasser-Ethanol-Gemisch gelöst, wobei eine Zielkonzentration von 25 Gew.-% angestrebt wurde«, berichtet Dr. Kolb.
Die Forschenden ermittelten vier vielversprechende Formulierungen. Diese wurden für Untersuchungen im Brandschacht, im Cone-Kalorimeter sowie unter natürlicher Bewitterung verwendet. Zwei der Beschichtungen bestanden aus einer klassischen intumeszierenden Mischung und einem Bindemittel. Die anderen beiden Formulierungen enthielten zusätzlich die neu synthetisierten Flammschutzmittel. Eine Formulierung, die das synthetisierte Flammschutzmittel enthielt, wies auch nach 12 Monaten Freibewitterung noch sehr gute Lackeigenschaften auf. Außerdem konnte durch die Untersuchung von nicht bewitterten Proben im Brandschacht die Schwerentflammbarkeit nachgewiesen werden. Durch Untersuchungen im Cone-Kalorimeter und die anschließende Simulation der Ergebnisse mit dem Programm ConeTools konnten die Forschenden vorhersagen, dass diese Beschichtung im SBI-Prüfstand zunächst die Baustoffklasse B und nach der Bewitterung die Baustoffklasse C erreichen kann.
Mit diesem Ergebnis kann der sichtbare Holzbau in den höheren Gebäudeklassen gestärkt werden. Nach § 28 Absatz 3 der Musterbauordnung von 2002 müssen in den Gebäudeklassen 4 und 5 die Oberflächen von Außenwänden schwerentflammbar sein. Das betrifft hohe und/oder großflächige Gebäude wie beispielsweise Mehrfamilienhäuser, Bürogebäude, Krankenhäuser oder Schulen. Auch kleinere Sonderbauten wie Kitas unterliegen oft hohen Brandschutzanforderungen.
Die Ergebnisse des Forschungsvorhabens stellen eine Chance sowohl für
mittelständische Betriebe der Lackindustrie als auch für Firmen aus dem Bereich des Holzbaus dar. Bei entsprechender Weiterentwicklung der Effizienz der Flammschutzbeschichtung für die Außenanwendung können diese entwickelten Systeme zur Vermarktung gebracht werden. Somit wird der Einsatz von Holz in den höheren Gebäudeklassen möglich. Dies kann den KMU aus den oben genannten Bereichen ein neues nationales, aber auch internationales Marktsegment erschließen und die Wettbewerbsfähigkeit gegenüber ausländischen Mitbewerbern nachhaltig erhöhen.
Förderung
Das Projekt »Innovative und umweltfreundliche intumeszente Flammschutzlösungen für dekorative Holzoberflächen für Außenanwendungen im Hochbau« wurde gefördert über das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) im Förderprogramm Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF) via den DLR Projektträger über den Internationalen Verein für Technische Holzfragen e. V. (iVTH), FKZ: 01IF21993 N.
Das Fraunhofer WKI:
Wir bauen die Zukunft aus nachwachsenden Rohstoffen. Seit 1946.
Nachhaltigkeit ist seit der Gründung des Fraunhofer WKI im Jahre 1946 das zentrale Thema. Der Gründer und Namensgeber Dr. Wilhelm Klauditz gilt als Pionier der modernen Holzwerkstoffindustrie. Heute nutzt das Fraunhofer WKI die ganze Bandbreite nachwachsender Rohstoffe, um daraus nachhaltige Werkstoffe, Bauteile und Chemieerzeugnisse zu entwickeln.
Das Institut mit Standorten in Braunschweig, Hannover und Wolfsburg ist spezialisiert auf Verfahrenstechnik, Formgebung und Komponentenfertigung mit Biowerkstoffen, biobasierte Bindemittel und Beschichtungen, Funktionalisierung, Brandschutz, Werkstoff- und Produktprüfungen, Recyclingverfahren sowie den Einsatz von nachwachsenden Rohstoffen in Gebäuden und Fahrzeugen. Darüber hinaus gehört das Fraunhofer WKI zu den führenden Forschungseinrichtungen im Bereich Innenraumluftqualität.
Nahezu alle Verfahren und Produkte, die aus der Forschungstätigkeit des Instituts hervorgehen, werden industriell genutzt. Mit seiner Forschung und Entwicklung leistet das Fraunhofer WKI einen wichtigen Beitrag für den Aufbau einer biobasierten Kreislaufwirtschaft (Zirkuläre Bioökonomie).
https://www.wki.fraunhofer.de/de/presse-medien.html
Criteria of this press release:
Journalists
Construction / architecture, Materials sciences
transregional, national
Transfer of Science or Research
German
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