Organisches Mineralisieren
Im Projekt «Organisches Mineralisieren» soll durch eine gezielte Imprägnierung mit halogenfreien und toxikologisch/ökologisch unbedenklichen organischen Salzen die Resistenz von Holz(-produkten) gegenüber Feuer erhöht werden.
Steckbrief
- Beteiligte Departemente Architektur, Holz und Bau
- Förderorganisation Innosuisse
- Laufzeit (geplant) 01.05.2021 - 01.11.2023
- Projektleitung Prof. Dr. Thomas Volkmer
- Schlüsselwörter Brandschutzmittel, Holzmodifikation
Ausgangslage
Mit Blick auf die UN-Klimaziele (Pariser Abkommen, 2015) ist Holz als CO2-Speicher ein attraktiver und besonders nachhaltiger Werkstoff. Jedoch stellt die Verwendung von Holz als Baumaterial für den Innenausbau oder als Fassadenelement einen zusätzlichen Eintrag einer Brandlast dar. Besonders in öffentlichen Gebäuden oder beim Hochhausbau werden jedoch scharfe Kriterien an Brandschutzkonzepte gestellt. Der Schutz vor Entzündung und die Limitierung der Brandausbreitung des Werkstoffes Holz ist z.B. durch den Einsatz von Brandschutzmitteln möglich. Anorganische Salze haben sich in der Vergangenheit aus brandschutztechnischer Sicht bewährt. Jedoch sind diese Aufgrund ihrer hohen Wasserlöslichkeit im Holz kaum fixierbar und aus diesem Grund für eine Aussenanwendung nicht einsetzbar. Darüber hinaus enthalten diese oftmals halogenhaltige Verbindungen und/oder Schwermetalle. Aus diesem Grund ist der Einsatz anorganischer Salze aus ökologischen und toxikologischen Aspekten kritisch zu bewerten.
Vorgehen
In dem Projekt „organisches Mineralisieren“ wird ein multivariantes Verfahren zur 2-stufigen Imprägnierung/Modifizierung von Holz entwickelt. Durch die schrittweise Einbringung von gut in Wasser löslichen organischen Salzen kommt es zur Ausfällung schwerlöslicher Mineralien und somit zur gezielten Mineralisierung des Holzes. Durch die in situ Ausfällung von schwer wasserlöslichen organischen Salzverbindungen können folgende Eigenschaften des Holzes dauerhaft modifiziert werden: • Feuerwiderstand und Brandverhalten • Witterungsstabilität (Einsatz im Aussenbereich) • UV-Stabilität • Farbliche/ästhetische Erscheinung • Sorptionsverhalten/Dimensionsstabilität Die eingebrachten Salze basieren auf organischen Anionen wie z.B. Oxalaten, Citraten, Acetaten, Sorbaten oder Formaten, sowie den kationischen Alkali- bzw. Erdalkalimetallen Kalium, Natrium, Calcium oder Magnesium. Die jeweiligen Ionen sind (relativ) frei kombinierbar, sodass die angestrebten Eigenschaftsänderungen im Holz, entsprechend den spezifischen Ansprüchen an eine spezielle Gebrauchssituation, zielgerichtet umgesetzt werden können. Die Anforderungen richten sich dabei stark nach dem geplanten Anwendungsort.
Ergebnisse
Erste Ergebnisse zeigen, dass verschiedene organische Salze und Salzkombinationen vielsprechende Ergebnisse bezügliche ihres Potentials als Brandschutzmittel liefern. Weitere grossflächige Screenings mit verschiedenen Salzen zeigten auf, welche organischen Salze und Kombinationen Kandidaten für den Einsatz in den vorher genannten Kategorien sind. Hierbei wurde die Fixierung im Holz, deren Eigenschaft Wasser aus der Luft aufzunehmen und die Eignung als Brandschutzmittel untersucht. In ersten Screenings stellten sich besonders Salze auf Basis von Citraten und Gluconaten als vielversprechend heraus.
Ausblick
Im nächsten Schritt des Projektes werden weitere Eigenschaften wie Witterungsbeständigkeit oder mechanische Eigenschaften geprüft. Darüber hinaus wird eine Lösung erarbeitet zur industriellen Umsetzung der Produkte. Darunter zählt neben der Prozessführung zur Behandlung mit den Salzen auch eine permanenten Wirtschaftlichkeitsprüfung der verschiedenen Produkte.
