Holzschutz mit Abperleffekt - Wacker Chemie AG


Holzschutz mit Abperleffekt

Im Außenbereich lässt sich Holz am besten mit einer wasserabweisenden Imprägnierung oder einem Anstrich vor Feuchtigkeit schützen. Herkömmliche Schutzanstriche müssen allerdings oft schon nach wenigen Jahren erneuert werden. Mit SILRES® Wood Hydrophobation hat WACKER jetzt eine atmungsaktive Siliconharzemulsion entwickelt, die Holz deutlich länger vor Feuchtigkeit schützt als herkömmliche Anstriche.

16 Prozent aller Ein- und Zweifamilienhäuser werden in Deutschland in Holzbauweise errichtet. Neuerdings enstehen sogar Mehrfamilien- und Hochhäuser aus dem umwelfreundlichen Material.

Holz ist einer der ältesten Baustoffe der Menschheit – und heute wieder hochaktuell. Dies zeigt zum Beispiel das Projekt Zedernhaus in Stockholm. Mit 13 Stockwerken und 43 Metern wird es das weltweit höchste Haus, das ganz aus Holz errichtet ist. Mit seiner Fassade aus kanadischen Zedern fällt es im neuen Hightech-Viertel Hagastaden auf – und fügt sich doch harmonisch in die Nachbarschaft aus Beton und Glas ein.

Wiederentdeckung eines Baumaterials

Im Prinzip ist Holz ein perfektes Baumaterial: leichter als Stahl, aber genauso tragfähig und gut zu verarbeiten, vielseitig einsetzbar und einfach industriell vorzufertigen. Und mit einer CO2-Bilanz ausgestattet, an die kein anderer Baustoff herankommt. Rund 16 Prozent aller Ein- und Zweifamilienhäuser in Deutschland werden bereits in Holzbauweise errichtet, und auch im Geschosswohnungsbau ist der nachwachsende Rohstoff im Kommen.

„Verfahren im Holzbau haben nichts Exotisches mehr, alles ist Hochtechnologie“, sagt der deutsche Architekt Tom Kaden, der mitten in Berlin, im angesagten Viertel Prenzlauer Berg, ein siebenstöckiges Wohnhaus aus Holzfachwerk und Holzwänden errichtet hat.

Der nachwachsende Rohstoff hat allerdings einen großen Feind: Wasser. „Regen und Feuchtigkeit schaden nicht nur der Optik, sondern begünstigen auch Blaufäule, Schimmel und Schädlingsbefall – das kann irreparable Schäden zur Folge haben“, erklärt Albert Hausberger, der in der Anwendungstechnik von WACKER SILICONES für die Entwicklung von Bautenschutzmitteln mitverantwortlich ist.

Wer Holz im Freien verwendet, sollte es deshalb mit einem geeigneten Anstrich schützen. Chemische Holzschutzmittel lassen sich grob in zwei Klassen einteilen: lmprägniermittel und filmbildende Beschichtungen. Imprägniermittel enthalten wasserabweisende Komponenten, wie etwa Wachse, Harze oder Öle, gegebenenfalls auch Fungizide und Insektizide. Sie dringen ins Holz ein und schützen es aufgrund der imprägnierenden Wirkung sozusagen von innen heraus. Anders filmbildende Beschichtungen: Sie bilden beim Trocknen einen geschlossenen wasserabweisenden Schutzfilm. Auch solche Systeme enthalten neben Binde- und Konservierungsmitteln häufig Biozide, die vor Insektenbefall und Schimmel schützen. UV-absorbierende Pigmente sorgen außerdem dafür, dass das Holz bei direkter Sonneneinstrahlung nicht vergraut. Zu den filmbildenden Beschichtungen gehören typischerweise Holzlasuren, Farben oder Lacke.

Diese Freibewitterungswand im Werk Burghausen war mehr als eineinhalb Jahrzehnte lang Wind und Wetter ausgesetzt. Auf den mit einer Siliconharzemulsion imprägnierten Brettern (viertes Brett von links) perlt auch nach siebzehn Jahren noch das Wasser ab. Die Oberfläche der unbehandelten Bretter (links) ist dagegen mittlerweile so offenporig, dass Wasser sofort eindringt. Auch weist das hydrophobierte Brett wesentlich weniger Risse auf als das unbehandelte.

Schutzwirkung bleibt erhalten

Holzschutzmittel bieten nach dem Auftragen und Trocknen einen guten Schutz. Im Lauf der Jahre lässt dieser allerdings deutlich nach. Imprägnierungen werden ausgewaschen, Lasuren bleichen aus, Lack blättert ab. Holzimprägnierungen und Beschichtungen müssen deshalb immer wieder erneuert werden. „Damit der neue Anstrich nicht gleich wieder abblättert und beim Streichen keine unschönen Ränder oder Unebenheiten entstehen, müssen beschichtete Hölzer meist abgeschliffen, entstaubt und gereinigt werden, bevor sie neu gestrichen werden können – eine zeit- und auch kostenintensive Arbeit“, sagt Sebastian Hock, Marketing Manager für Silicon-Bautenschutzmittel bei WACKER.

Die Hersteller von Holzschutzmitteln suchen deshalb schon seit Längerem nach Möglichkeiten, den Naturstoff Holz besser und länger zu konservieren. Neben Wachsen, Ölen und Harzen werden auch siliciumorganische Verbindungen in Holzschutzmitteln verwendet. Solche Verbindungen sind von Natur aus wasserabweisend und in hohem Grade dampfdurchlässig. Siliconharze werden deshalb bereits seit Jahrzehnten im Bautenschutz eingesetzt, wo sie sich bestens bewährt haben. Mit seinem SILRES®-Produktportfolio ist WACKER europaweit der größte Hersteller siliconhaltiger Bautenschutzprodukte.

Im Gegensatz zu Siliconölen und Siliconkautschuken, die hauptsächlich aus kettenförmigen, linearen Polydimethylsiloxan-Einheiten bestehen, sind Siliconharze hochvernetzte Polymethylsiloxane. Aufgrund ihres hohen Vernetzungsgrades sind sie üblicherweise feste, spröde Materialien. Sie haften sehr gut auf mineralischen Baustoffen und bilden dort ein dauerhaftes wasserabweisendes Siliconharznetzwerk. Auf mineralischen Baustoffen sind Siliconharze deshalb der ideale hydrophobe Wirkstoff. Auf Holz verlieren Siliconharze jedoch oft schon nach wenigen Monaten Bewitterung erheblich an Wirkung. Grund dafür ist, dass das Silicon den Feuchtegehalt des Holzes zwar drastisch absenkt, aber nicht völlig reduziert. Hölzer, die mit Siliconharzemulsionen imprägniert werden, quellen und schrumpfen trotzdem. Das hat zur Folge, dass das Siliconharz sukzessive „abgesprengt“ wird.

Dieses Problem lässt sich jedoch lösen, indem man einen Teil der vernetzenden trifunktionellen Methylsiloxaneinheiten durch lineare Dimethylsiloxaneinheiten ersetzt. Dadurch entsteht ein etwas flexibleres, elastischeres Siliconharz, das auch auf quellenden Untergründen gut haftet und somit auch für Holz geeignet ist.

„Dank intensiver Forschung ist es unseren Anwendungstechnikern nun gelungen, ein funktionelles Siliconharz zu synthetisieren, das optimal für die Formulierung von Holzschutzmitteln geeignet ist“, erklärt Dr. Rudolf Hager, Leiter des Business Teams Construction Chemicals bei WACKER SILICONES. Da im Holzschutz – ähnlich wie auch in allen anderen Bereichen des Bautenschutzes – wässrige Produkte im Trend liegen, wurde es als wasserbasierende 50-prozentige Emulsion konzipiert. SILRES® WH, so der Produktname, wird üblicherweise für die direkte Applikation auf Holz im Verhältnis von 1:4 bis 1:9 mit Wasser verdünnt. SILRES® WH kann auch unverdünnt als Additiv in wässrigen Lasuren in einer Dosierung von bis zu 3 Prozent eingesetzt werden.

„Nachdem Silicone bereits seit Jahrzehnten mit großem Erfolg zum Schutz und zur Instandsetzung mineralischer Bausubstanz eingesetzt werden, kann nun auch der Baustoff Holz mithilfe wasserabweisender Siliconharze konserviert werden“, erklärt Martin Sebald, der als Anwendungstechniker gemeinsam mit Albert Hausberger die Entwicklung von SILRES® WH verantwortet hat. Nach einer Behandlung mit der Siliconharzemulsion – ob in Form eines farblosen Hydrophobiermittels oder als Additiv in farbigen Holzlasuren – müssten Hölzer im Außenbereich seltener neu gestrichen und renoviert werden.

Die hier abgelichteten Fichtenholzbretter sind mit einer wasserbasierten Imprägnierung (Bild oben) beziehungsweise einer wässrigen Lasur (unten) beschichtet und wurden danach einer 1.000-stündigen UV-B-Bewitterung ausgesetzt. Auf dem rechten Brett wurde jeweils SILRES® WH zudosiert. Ein ausgeprägter Abperleffekt ist die Folge.

Holzschutz ohne Biozide möglich

Holzimprägniermittel sollen Holz insbesondere gegen Fäulnis, Pilz- und Schädlingsbefall schützen. Durch die Reduzierung des Feuchtegehaltes im Holz kann das Risiko solcher Schäden verringert werden. Zudem tragen Hydrophobiermittel in erheblichem Maße dazu bei, das Aussehen des Holzes zu erhalten, wenngleich sie naturgemäß nicht gegen eine Vergrauung durch UV-Strahlung schützen. Aufgrund ihres ausgeprägten Abperleffekts lassen Hydrophobiermittel jedoch eine deutliche Schutzwirkung erkennen.

Das wichtigste Kriterium, um die Qualität von Holzhydrophobiermitteln zu beurteilen, ist das Bewitterungsverhalten. Vor der Bewitterung erzeugen viele Imprägniermittel wie Wachse eine eindrucksvolle Hydrophobie. Nach ein bis zwei Jahren Freibewitterung oder 1.000 bis 2.000 Stunden Schnellbewitterung im Labor sieht die Sache aber schon anders aus: Organische Wachse sind dann völlig abgebaut, herkömmliche Siliconharze „abgesprödet“ und lineare Silicone, also Siliconöle, fallen durch massive Verschmutzung auf. Anders SILRES® WH. Es wirkt dauerhaft wasserabweisend. Dies belegen auch erste Labortests. Dafür wurde ein Fichtenholzbrett drei Minuten lang in eine Imprägnierlösung getaucht, die aus einem Teil SILRES® WH und vier Teilen Wasser bestand. Anschließend wurde das Prüfmuster zusammen mit einem unbehandelten Brett 2.000 Stunden lang in einem sogenannten Q-UV-Tester künstlich bewittert: Beide Bretter färben sich zwar aufgrund des Ligninabbaus grau – dies können auch hydrophobierende Silicone nicht verhindern. Im Gegensatz zum unbehandelten Brett, das das Wasser wie ein Schwamm aufsaugt, ist das imprägnierte Prüfmuster jedoch immer noch stark wasserabweisend: Das Wasser perlt von der Oberfläche ab.

„Die wasserabweisenden Eigenschaften von bindemittelarmen Holzlasuren lassen sich mit dem Zusatz von SILRES® WH eindrucksvoll verbessern.“

Martin Sebald Technisches Marketing, WACKER SILICONES

Schon in geringer Konzentration wirksam

Es gibt aber Möglichkeiten, um der Vergrauung vorzubeugen: beispielsweise durch den Zusatz von UV-Absorbern oder durch die Verwendung von Farbpigmenten, die das UV-Licht abhalten. Tests zeigen, dass sich Hölzer mit einer pigmentierten Beschichtung, die mit SILRES® WH modifiziert wurde, sehr gut vor den Folgen direkten Sonnenlichts schützen lassen.

Für die Bestimmung der kapillaren Wasseraufnahme ist der sogenannte Floatingtest am gebräuchlichsten. In Anlehnung an die Norm ASTM D 5401-03 werden imprägnierte, unterschiedlich lang mit UV-Licht bewitterte Holzbretter sowie ein nicht imprägniertes Muster jeweils 15 Minuten auf jeder Seite ins Wasser gelegt und anschließend gewogen. Die Gewichtszunahme entspricht der Wasseraufnahme des Untergrunds.

Wie der Floatingtest zeigt, begünstigt die UV-Strahlung des Sonnenlichts die Wasseraufnahme unbehandelter Bretter, was irreparable Schäden hervorrufen kann. Mit SILRES® WH lässt sich das weitgehend verhindern. Die Siliconharzemulsion ist so wirksam, dass auch stärker verdünnte Lösungen einen ausreichenden Schutz bieten.

„Auch bei diesem Test zeigt sich die Langlebigkeit von SILRES® WH“, berichtet der WACKER-Anwendungstechniker Albert Hausberger. Selbst nach 4.000 Stunden UVB-Bestrahlung – das entspricht in der Praxis einer mehrjährigen Freibewitterung – bietet die Siliconharzemulsion einen hervorragenden Schutz. Bei einer 1:4-Verdünnung beträgt die Wasseraufnahme höchstens 15 Prozent. 1:9-Verdünnungen schneiden kaum schlechter ab. Zum Vergleich: Bei den nicht imprägnierten Hölzern, die 4.000 Stunden künstlich bewittert worden waren, betrug die aufgenommene Wassermenge 50 Prozent, also die Hälfte des Eigengewichts (siehe Grafik rechts).

Holz, das mit SILRES® WH behandelt wurde, ist prinzipiell auch dann überstreichbar, wenn der Untergrund vor dem erneuten Anstrich einige Zeit der Witterung ausgesetzt wurde. Eines gilt es jedoch zu beachten: Bei glatten Oberflächen zieht nur ein Teil des Silicons ins Holz ein. Der Rest verbleibt auf der Oberfläche. Dadurch kann es, insbesondere bei hochkonzentrierten Holzschutzmitteln, zu einer eingeschränkten Farbhaftung und zu Verlaufsstörungen kommen. Aus diesem Grund sollte SILRES® WH nicht als Grundiermittel verwendet werden.

Holzlasuren stellen gewissermaßen den Übergang von den farblosen lmprägniermitteln zu den filmbildenden Holzlacken dar. Sie sind je nach Pigment- und Bindemittelgehalt mehr oder weniger transparent oder transluzent. Als Bindemittel werden üblicherweise wasserlösliche Acryl- und Alkydharze eingesetzt. Je nach Festgehalt unterscheidet man zwischen Dünnschicht- und Dickschichtlasuren. Dünnschichtlasuren besitzen einen Festgehalt von bis zu 30 Prozent, Dickschichtlasuren von bis zu 40 Prozent.

Grundsätzlich enthalten Holzlasuren wesentlich mehr Bindemittel als herkömmliche Fassadenfarben. Sie erzeugen daher beim Trocknen einen wasserabweisenden Film. Eine gute, also bindemittelreiche Holzlasur besitzt eine geringe Wasseraufnahmefähigkeit. Da das Holz weniger quellen und schrumpfen kann, sorgen Lasuren zudem für eine erhöhte Dimensionsstabilität. Allerdings ist die Witterungsbeständigkeit oft unbefriedigend. Schon nach einem Jahr Freibewitterung können sich Risse zeigen oder die Lasur beginnt abzublättern. In solchen Fällen nimmt die Wasseraufnahme des Holzes drastisch zu.

„Genau hier liegt die große Chance für das Siliconadditiv“, erklärt Sebastian Hock von WACKER. „Schon in geringer Konzentration beeinflusst es die Filmeigenschaften und stellt somit sicher, dass Farbe oder Lasur dauerhaft wasserabweisend wirken.“

Die durchgeführten Tests zeigen übrigens noch eines: Je geringer der Bindemittelgehalt, umso signifikanter ist die hydrophobierende Wirkung des Siliconadditivs. „Die wasserabweisenden Eigenschaften von bindemittelarmen Holzlasuren lassen sich mit dem Zusatz von SILRES® WH eindrucksvoll verbessern“, betont Martin Sebald aus der WACKER Anwendungstechnik. „Oft reicht bereits ein Prozent des Additivs in der Formulierung.“ Eine gute Hydrophobie gehe immer mit einer verbesserten Haltbarkeit und Optik des Holzes einher.