11.09.2009

Schutz fürs Holz

Holz ist auch im Außenbereich ein sehr dauerhafter Werkstoff. Der Einsatz erfordert eine entsprechende Konstruktion und Holzartenauswahl und in vielen Bereichen ist eine wasserabweisende Oberflächenbehandlung nötig. Vergrauungsbeschleuniger und Metallicnuancen sind neben zukünftigen Nanoanstrichen aktuelle Themen.

Text: Jürgen Fragner

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Mit Witterungseinflüssen von Sonne, Wasser und Wind werden Holzoberflächen einer besonderen Beanspruchung ausgesetzt. Temperaturen bis zu 80 Grad Celsius können durch direkte Sonneneinstrahlung auftreten, womit Risse entstehen.
Durch die UV-Strahlen wird der Ligninanteil abgebaut und durch Niederschlag aus der Oberfläche herausgewaschen. Mit einer wiederholten Befeuchtung kommt es zu einer Besiedelung mit dunkel gefärbten Pilzen und die Oberfläche wird grau und reliefartig. Jede Holzart vergraut dadurch mit der Zeit und unterscheidet sich lediglich in Nuancen von der jeweiligen Art.
Um Holz vor Umwelteinflüssen zu schützen, sind Maßnahmen für einen ausreichenden konstruktiven Schutz zu beachten.
Zusätzlich können Wetterschutz durch Beschichtungen (physikalischer Holzschutz) und/oder chemischer Holzschutz durch Beschichtungsstoffe erforderlich sein.

Der physikalische Holzschutz verhindert, dass UV-Strahlen eindringen können oder Wasser in das Holz aufgenommen wird. Gegen holzzerstörende Insekten und Pilze wird der chemische Holzschutz eingesetzt. Neben diesen Anforderungen soll noch zusätzlich eine dekorative Wirkung erzielt werden. Die Oberflächenbehandlung kann jedoch Fehler einer mangelhaften Konstruktion nicht ausgleichen.

Schutz bei jedem Wetter
Die geografische Ausrichtung bestimmt die Wetterbelastung, wobei die Nordseite als gemäßigt, östlich als streng und Süd- und Westseite als extrem eingestuft werden. Bei maßhaltigen Bauteilen (Fenstern) wird besonderer Wert auf die Holzfeuchtigkeit und damit auf die Dampfdurchlässigkeit des Anstrichs gelegt. Es gilt eine Hinterfeuchtung über 20 Prozent und das verbundene Risiko von Pilzbefall und Rissbildungen zu vermeiden. Neben der Zusammensetzung der Beschichtung beeinflusst die Trockenschichtdicke stark das Feuchteverhalten.
Damit sind an Kanten ausreichende Schichtdicken erforderlich. In der Regel erfordert dies für maßhaltige Teile einen mehrschichtigen Anstrichsaufbau und bei nicht oder begrenzt maßhaltigen Bauteilen eine geringere Schichtdicke. Um die Diffusion zu gewährleis�ten, sollten die Schichten 150 Mikrometer nicht übersteigen. Dunklere Farbtöne der Beschichtung heizt das Holz stark auf und helle Töne haben eine schlechtere UV-Schutzwirkung und damit eine kürzere Haltbarkeit. Durch eine hohe Temperaturbelastung wird der Harzausfluss begünstigt und kann durch die Beschichtung nicht verhindert werden.

Für den physikalischen Holzschutz im Außenbereich werden lösungsmittelhaltige und wässrige Beschichtungssysteme eingesetzt. In der Lösungsmittelvariante besteht die Beschichtung aus Filmbildnern (Harze), organischen Lösemitteln, Additiven, Pigmenten und Füllstoffen. Für die wässrige Ausführung werden Filmbildner, Filmbindemittel, Additive und Pigmente eingesetzt.
Die Hauptunterscheidung der Harze erfolgt durch den Fettsäureanteil (Ölgehalt). Moderne Lacke und Lasuren sind mit Wasser verdünnbar und es entsteht bei der Verarbeitung keine Geruchsbelästigung. Wasserlacke sind den üblichen lösungsmittelhaltigen Systemen ebenbürtig und bieten Vorteile, wenn die Herstellerangaben penibel eingehalten werden. Unterschieden wird zwischen klaren, lasierenden und deckend pigmentierten Beschichtungen.

Transparenter Schutz: Lasuren
Lasuren sind transparente, schwach pigmentierte Beschichtungsstoffe, welche in das Holz eindringen und die Poren offen lassen. Lösungsmittelhaltige Systeme bestehen aus Alkyd- oder Naturharzen und Acrylate werden für wasserverdünnbare Lasuren eingesetzt. Das Antrocknen der wasserverdünnbaren Lasur erfolgt rascher als bei lösungsmittelhaltigen Produkten.
Für einen UV-Schutz sorgen transparente Eisenoxid-Pigmente und daher beschränkt sich die Farbpalette bei Lasuren auf Rot- und Brauntöne. Dünnschichtlasuren mit einem Festkörpergehalt von bis zu 30 Prozent besitzen einen guten physikalischen Holzschutz und dringen stark in die Oberfläche ein. Die Verwitterung erfolgt schichtweise und wird für nicht maßhaltige Teile eingesetzt. Mit zirka 30 Mikrometer Trockenschichtdicke kann ein geschlossener Film erreicht werden.

Wasserbasierende Systeme auf Acrylbasis haben einen geringeren Festkörperanteil und erreichen eine Schichtdicke von zirka sechs Mikrometer pro Anstrich. Kombinationen mit Bioziden für den chemischen Holzschutz werden zum Teil eingesetzt. Filmbildende Beschichtungen werden in mittelschichtige Systeme (kleiner 60 Mikrometer Schichtdicke) und darüber hinaus in Dickschichtlasuren eingeteilt.
Letztere weisen einen höheren Festkörperanteil (bis zu 60 Prozent) auf und es kann eine Schichtdicke von zirka 20 Mikrometer pro Anstrich aufgetragen werden. Damit ist eine höhere Wasserabweisung möglich sowie ein geringeres Wasseraufnahmevermögen vorhanden und sie werden für maßhaltige Bauteile eingesetzt. High-Solid- und Hydro-Lasuren sind Dickschichtlasuren, die einen höheren Festkörperanteil aufweisen. Damit kann eine höhere Schichtdicke mit weniger Arbeitsgängen erreicht werden.

Holzöle werden seit Jahrhunderten aufgrund ihrer wasserabweisenden und diffusionsoffenen Eigenschaften für die Imprägnierung verwendet. Es entsteht dadurch eine offenporige Oberfläche, die nicht reißen oder abblättern kann und die Holzfarbe belebt. Mit pigmentierten Ölen kann ein UV-Schutz erreicht werden. Leider besteht eine Neigung zum Kreiden der Oberfläche und zu einer schnellen Abwitterung.

Deckender Schutz: Lacke
Diese bilden eine einheitlich gefärbte Oberfläche, wobei die Holzstruktur sich nicht farblich abzeichnet. Farblose Klarlacke gewährleisten jedoch keinen ausreichenden UV-Schutz. In den letzten 50 Jahren häufig eingesetzte Beschichtungsstoffe sind Alkydharzlacke, die umgangssprachlich als Kunstharzlacke bezeichnet werden.
Damit kann ein guter Verlauf und Glanz erzielt werden, jedoch werden bis zu 40 Prozent organische Lösungsmittel freigesetzt. Mit der geforderten Reduktion der Lösungsmittel werden diese Stoffe zukünftig stark zurückgehen.

Durch weitere chemische Reaktionen kann eine bessere Wasserverdünnbarkeit erreicht werden. Der flüchtige Anteil an Lösungsmittel liegt dabei unter 10 Prozent, wobei der Festkörperanteil der Harze niedrig bleibt. Ein weitere Möglichkeit sind Dispersionslackfarben, die als Bindemittel wasserverdünnbare Acrylharze, Alkydharze und Polyurethanharze einsetzen. Durch die Vielfalt der Möglichkeiten in der Herstellung werden Dispersionslacke im lösungsmittelhaltigen wie auch im wasserverdünnbaren Beschichtungsstoffbereich eingesetzt. Die mit dem Blauen Engel ausgezeichneten Produkte enthalten bis zu 10 Prozent organische Lösungsmittel. Damit entsteht nach dem Verdunsten des Wassers ein gleichmäßiger, glatter Film mit gutem Glanz.
Die Anstriche sind sehr beständig gegen Witterung und UV-Strahlung. Für Fensteranstriche ist die Blockfestigkeit des Anstrichs zu beachten. Bis vor einiger Zeit kam es immer wieder zur Verklebungen im Falzbereich, da Weichmacher aus den Dichtungen in die Beschichtung wanderten.

Natur versus Synthetik
Mit synthetischen Kunstharzfarben lassen sich kurze Trocknungszeiten, Pflegeleichtigkeit und mechanische Belastbarkeit gegenüber Naturfarben erzielen. Von natürlichen Produkten wird jedoch erwartet, dass sie ökologische, toxikologische und technische Anforderungen gleichermaßen erfüllen. Einige Hersteller greifen daher auf Rohstoffe aus der Petrochemie zurück. Die Grenze zwischen natürlichen und synthetischen Mitteln ist nicht einfach zu ziehen, da diese aus einer Vielzahl von Einzelbestandteilen bestehen
Mit einer Volldeklaration aller Inhaltsstoffe werden Rezepturen offengelegt und damit die Möglichkeit geschaffen, die geeigneten Produkte auszuwählen. Es werden einerseits ausschließlich rein natürliche Inhaltsstoffe verwendet, andererseits werden Kompromisse eingegangen, um bessere technische Eigenschaften anbieten zu können.

Neuentwicklungen
Naturbelassene Holzöberflächen liegen im Trend in der modernen Architektur. Mit nichtschichtbildenden Lasuren auf Alkyd-Acrylharzbasis werden mit Effektpigmenten und Filmkonservierung unterschiedliche Grau-, Braun- und Metalliceffekte verwirklicht. Damit lassen sich Farbtöne zu der Umgebung bestimmen und die natürliche Vergrauung vorwegnehmen. Als Untergründe sind auch sägeraue Oberflächen möglich, welche die abkreidende Optik noch weiter unterstützen.

Mit Nanotechnologie wurden bereits wasserabweisende Mittel mit einer hohen Wasserdampfdurchlässigkeit entwickelt. Dabei wird ein ähnlicher Effekt wie bei funktionellen Textilien (beispielsweise Gore-Tex®) erreicht. Viele am Markt erhältliche Produkte beinhalten jedoch keinen UV- und chemischen Holzschutz. Derzeit wird an Kombinationen dieser Technologie in Anwendung mit funktionellen Schichten gearbeitet. Aktuell werden auch Lasurlösungen mit nanostrukturiertem Titandioxid für eine besonders dauerhafte Schutzwirkung angeboten.

Literatur:
Jorge Prieto und Jürgen Kiene,
Holzbeschichtung: Chemie und Praxis