Interzum 2015

Holz-Kunststoff-Möbel mit Flammschutz

Forschung Kompakt / 4.5.2015

Holz ist ein beliebtes Material für Wohnungseinrichtungen. Da es Wasser aufnimmt, können Möbel aus dem Naturstoff in Bädern jedoch fleckig werden oder modern. Fraunhofer-Forscher haben mit Partnern einen Werkstoff aus einem Holz-Kunststoff-Gemisch für den Möbelbau entwickelt. Er ist feuchteresistent und flammgeschützt.

Möbel mit Flammschutz
© Foto Fraunhofer WKI

WPC-Platte ohne (oben) und mit (unten) Flammschutzausrüstung.,WPC-Platten

In Gärten sind Holz-Polymer-Werkstoffe der neue Trend. Der ressourcenschonende Materialmix wird dort vor allem für Terrassendielen verwendet. Aber auch für Fassadenverkleidungen und Sichtschutzzäune haben sich diese Wood-Polymer Composites, kurz WPC, etabliert. Im EU-Projekt »LIMOWOOD« entwickeln Forscher des Fraunhofer-Instituts für Holzforschung WKI in Braunschweig gemeinsam mit Industriepartnern aus Belgien, Spanien, Frankreich und Deutschland  feuchteresistente WPC-Plattenwerkstoffe für Möbel, die im Pressverfahren hergestellt werden.

Dieses Material besteht zu etwa 60 Prozent aus Holzpartikeln und zu 40 Prozent aus thermoplastischen Kunststoffen, insbesondere Polypropylen und Polyethylen. Beide Komponenten, Holz und Kunststoff, können auch aus Recyclingströmen stammen. Neben Holz lassen sich weitere lignocellulosehaltige Rohstoffe wie Hanf- oder Baumwollfasern, Reishülsen oder Schalen von Sonnenblumenkernen zur Herstellung von WPC verwenden. Die Werkstoffe sind zu 100 Prozent recycelbar. Zudem produzieren die WKI-Forscher die WPC-Platten ohne formaldehydhaltige Klebstoffe. »Die häufig kritisierten Formaldehydemissionen aus konventionellen Möbelplatten stellen für WPC daher kein Problem dar«, sagt Dr. Arne Schirp, Wissenschaftler am WKI.

WPC-Platten im Test nur schwer entflammbar

Durch die Wahl geeigneter Additive konnten die Forscher ihre WPC-Platten mit einem Flammschutz versehen. Die Rezeptur entwickelten sie zunächst im Labormaßstab. Dabei wurden kommerzielle, halogenfreie Flammschutzmittel verarbeitet und beim Vermischen der Polymere und Additive in der Schmelzphase zugegeben. Zunächst ermittelten die Forscher den Sauerstoffindex bzw. den Limiting Oxygen Index der Prüfkörper. Dieser beschreibt das Brandverhalten von Kunststoffen oder von holzgefüllten Kunststoffen. Der Sauerstoff-Index stellt die minimale Sauerstoffkonzentration dar, bei der die Verbrennung des Werkstoffs gerade noch aufrechterhalten wird. Je höher der Wert ausfällt, desto schwerer entflammbar ist der Werkstoff. Die besten Ergebnisse erzielten Schirp und seine Kollegen durch Kombinationen von Flammschutzmitteln wie etwa rotem Phosphor und Blähgrafit. Die so ausgerüsteten WPC-Proben zeigten Sauerstoffindizes von bis zu 38 Prozent, wenn gleichzeitig auch flammgeschützte Holzpartikel eingesetzt wurden. Zum Vergleich: Der Sauerstoffindex einer normal entflammbaren Spanplatte liegt bei 27 Prozent, der einer nicht flammgeschützten WPC-Platte bei 19 Prozent. Auch im Kleinbrennertest, bei dem ein Bunsenbrenner an die Prüfkörper gehalten wurde, ließ sich die hohe Flammschutzwirkung der ausgerüsteten WPC-Platten nachweisen. Selbst nach einer Beflammungsdauer von 300 Sekunden entzündeten sich die Platten nicht. Die Referenzprodukte – die Spanplatte und die WPC-Platte ohne Flammschutz – brannten dagegen nach der Beflammung selbstständig weiter.

Das neue WPC-Material zeichnet sich durch eine weitere Besonderheit aus: Es nimmt nur wenig Wasser auf und eignet sich daher auch besonders für den Einsatz in Badezimmern und Küchen. Selbst fünfstündiges Kochen übersteht der Werkstoff. Spanplatten waren nach diesem Test komplett zerstört, die WPC-Prüfkörper hingegen intakt. Die Anwendung von WPC findet nur dort ihre Grenzen, wo hohe statische Lasten auftreten. Durch eine geschickte Komponentenauswahl ist es gelungen, hohe Biegefestigkeiten zu erhalten, die die Anforderungen an Spanplatten weit übersteigen.

Die Holz-Polymer-Werkstoffe lassen sich vielseitig herstellen: üblicherweise durch Spritzguss oder durch Extrusion. Das bedeutet, die Komponenten Holzfasern, Thermoplast und Additive werden unter Druck und Temperatur verschmolzen und endlos durch eine Form gedrückt. Schirp und sein Team legten den Fokus auf die Presstechnologie. Dabei entstehen Rohplatten, die für eine Möbelherstellung besonders gut geeignet sind. »Diese haben eine attraktive Holzoptik und lassen sich mit üblichen Schrauben oder durch Kleben zu Möbeln zu verarbeiten. Sie eignen sich für dekorative, nicht tragende Möbelbauteile.« Aber auch der Einsatz des Holz-Kunststoffgemischs für Fassadenverkleidungen, für den Messebau sowie den Innenausbau von Häusern und Schiffen sei denkbar. Mit ihrer Entwicklung zielen die LIMOWOOD-Projektpartner auf eine Marktlücke zwischen teuren und ökologisch bedenklichen Materialien für den Innenausbau und Möbelbau und preisgünstigen Produkten wie Span- und Faserplatten, zu deren Herstellung zurzeit noch überwiegend formaldehydhaltige Klebstoffe eingesetzt werden. Auf der Messe Interzum in Köln werden die Forscher vom WKI vom 5. bis 8. Mai Prototypen ihrer flammgeschützten WPC-Platten präsentieren (Boulevard, B077).