Forschung

Natürliche Holzbeschichtungen auf Basis von pflanzlichen Ölen und Wachsen erfüllen eine wichtige Funktion bei hochwertigen Möbeln und Fußböden. Während sie für eine angenehme Optik und natürliche Haptik der Holzoberflächen sorgen, sind der Schutz vor Flüssigkeiten, vor allem Wasser, und die mechanische Stabilität oft nicht zufriedenstellend. Inspiriert von den wasserabweisenden Eigenschaften des natürlichen Lotusblatts schlagen wir einen neuen Ansatz für biobasierte Holzbeschichtungen vor, der die vorteilhafte Wirkung von natürlichem Wachs mit der mechanischen Festigkeit von Zellulose-Nanokristallen kombiniert. Wir stellen die Hypothese auf, dass mikrometergroße Wachspartikel, die mit hydrophobierten Cellulose-Nanokristallen beschichtet sind, in einem Verfahren auf Emulsionsbasis hergestellt werden können. Weiters schlagen wir vor, dass nach dem Auftragen auf eine Holzoberfläche, entweder in Kombination mit einem natürlichen Öl oder alternativ als eigenständige Lösung, die mikroskalige Textur der Wachspartikel in Kombination mit der nanoskaligen Textur der hydrophoben Zellulose-Nanokristalle der Oberfläche stark wasserabweisende Eigenschaften verleiht. Es wird davon ausgegangen, dass das Vorhandensein von Cellulose-Nanokristallen auch die mechanische Widerstandsfähigkeit des Beschichtungssystems erheblich verbessern wird. Insgesamt zielt das vorgeschlagene Projekt also auf signifikante wissenschaftliche Neuheit bei biobasierten Holzbeschichtungen ab, während gleichzeitig eine klare Vision für eine mögliche Anwendung in Betracht gezogen wird.

Wir sind an einem Punkt angelangt, an dem wir recyceltes Holz, das meist verunreinigt ist, in größerem Umfang verwenden müssen, weil in der EU ein Mangel an Rohholz herrscht. Gleichzeitig fallen in den Zellstofffabriken große Mengen an Lignin an, das jedoch hauptsächlich für Energiezwecke verwendet wird. LignoMBB bringt eine Technologie für die Herstellung von Biokompositen auf Myzelbasis (MBB), bei der recyceltes Holz dekontaminiert wird. Zweitens verwendet LignoMBB Lignin, das derzeit hauptsächlich für Energiezwecke genutzt wird und als Neben- oder Abfallprodukt gilt, um ein besseres Myzelwachstum auf dem entwickelten Substrat zu erreichen. Ich bin der erste, der vorschlägt, das Substrat für die Herstellung von MBB mit Lignin anzureichern, da ich davon ausgehe, dass die Zugabe von Lignin zu besseren mechanischen Eigenschaften der MBB führen wird.LignoMBB entwickelt Werkstoffe ausschließlich aus recyceltem Holz und Lignin, d. h. es werden keine landwirtschaftlichen Reststoffe verwendet, wie es derzeit üblich ist, und die Ernährungssicherheit wird nicht gefährdet. Gleichzeitig findet es Anwendung für große Mengen an kontaminiertem Altholz, das derzeit in den Verkehr gelangt. Mein erstes Ziel ist es, eine Technologie zur stofflichen Nutzung von Lignin und eine Technologie zur Substitution von landwirtschaftlichen Reststoffen in MBBs durch Lignin und Recyclingholz zu entwickeln. Anschließend werde ich die Fragen beantworten: In welchem Umfang wird zusätzliches Lignin in MBB von Pilzen verzehrt? Wo liegen die Grenzen der Substratanreicherung durch Lignin? In Übereinstimmung mit dem zweiten Ziel werde ich ein neuartiges MBB entwickeln, das in strukturellen Anwendungen eingesetzt werden kann. In verschiedenen Stadien des MBB-Zyklus werde ich die VOC-Emissionen messen, da ich die Hypothese vertrete, dass der MBB-Produktionsprozess als Bioremediation fungieren kann und die VOC-Emissionen von Materialien verringert. LignoMBB wird an der BOKU in der Bio-Resources & Technologies Tulln Gruppe implementiert, wo der Schwerpunkt auf dem Cradle-to-Cradle Design liegt, und bringt dieser Gruppe Methoden der Dekontamination von Recyclingholz und der Produktion von vollständig abbaubarem MBB.

Zellulose-basierte strukturelle Farben in der Natur sind in der Lage, Licht in einer bestimmten Wellenlänge zu reflektieren und weisen dadurch eine intensive, dauerhafte und nicht ausbleichende Erscheinung auf. Dieses Prinzip kann mithilfe von aus Holz gewonnener Zellulose nachgeahmt werden, um eine nachhaltige und ungefährliche Färbung zu ermöglichen. Vor allem ist diese neue Art der Färbung für Holzmaterialien, die zugleich den Farb-Rohstoff darstellen, interessant, um deren Farbstabilität und Dauerhaftigkeit zu verbessern. Die zurzeit dafür eingesetzten Beschichtungen und Pigmente sind größtenteils synthetisch, oft gesundheitsgefährdend, und erschweren Recyclingprozesse durch die Kombination von Materialien unterschiedlichster chemischer Herkunft und Eigenschaften. Zellulose-Nanokristalle isoliert aus Holz sind in der Lage, die erforderliche photonische Struktur für strukturelle Farben zu erzeugen, und werden im Rahmen des Projekts als biobasierte Alternative zu synthetischen Farben und Lacken zur Beschichtung von Holzoberflächen untersucht. Material und Oberfläche bestehen damit einheitlich aus einem Materialursprung und sind dadurch leicht wiederzuverwenden. Die Herstellung folgt den Grundsätzen der Kreislaufwirtschaft, um einen Beitrag für eine nachhaltigere Zukunft zu leisten. Nebenprodukte der Holzindustrie wie Holzstaub werden zur Gewinnung der Zellulose-Nanokristalle verwendet und ihr Potential zur Entwicklung von struktureller Farbe wird untersucht. Einerseits wird die erwartete verbesserte Dauerhaftigkeit, Farb- und UV-Stabilität analysiert, und andererseits werden biobasierte Zusatzstoffe zur Erzeugung einer breiteren Farbpalette getestet. In dieser Kooperation von BOKU (Tulln) mit der New Design University (St. Pölten) und weiteren internationalen Partnern sollen dadurch die Grundlagen zur Entwicklung von vollständig recycelbaren Holzprodukten geschaffen werden.