Ziel der Entwicklung

Der Klimawandel ist und wird die gesellschaftliche Herausforderung der nächsten Jahre und Jahrzehnte. Vor diesem Hintergrund setzt der Klimaschutzplan 2050 mit seinen klimaschutzpolitischen Grundsätzen und Zielen der Bundesregierung wichtige Orientierungspunkte. Ein wesentlicher Beitrag zum Umweltschutz und den veränderten klimatischen Gegebenheiten muss bei der Errichtung neuer bzw. Sanierung vorhandener Gebäude geleistet werden. Die deutsche Bundesregierung ist deshalb bestrebt, bis zum Jahr 2050 einen nahezu klimaneutralen Gebäudebestand zu erreichen. Aufgrund des Klimawandels ist davon auszugehen, dass mehr Energie für Kühlmaßnahmen benötigt wird. Durch die erwartete Erhöhung der mittleren Jahrestemperatur um 2,1 °C geht der Bericht des Umweltbundesamtes (UBA) von einer Steigerung des Nutzkältebedarfs bei Gebäuden um 50 % bis 64 % (unsaniert), 34 % bis 54 % (vollsaniert) sowie 22 % bis 38 % (vollsaniert plus) aus. Diese Steigerungsraten zeigen den Bedarf nach neuen innovativen Lösungen zur Verminderung der Gebäudeaufheizung. Ein Ansatz, ungewollte Wärme von Gebäuden fernzuhalten ist, die Wärmestrahlung unmittelbar beim Auftreffen auf das Objekt zu reflektieren. Der Trend in der Beschichtungsindustrie geht immer stärker in Richtung funktioneller Beschichtungen. Ziel des Forschungsvorhabens war deshalb die Entwicklung IR-reflektierender Holzbeschichtungen für den Einsatz im Außenbereich. Neben dem primären Ziel der Senkung der Oberflächentemperatur bei Sonneneinstrahlung durch Reflexion des IR-Strahlungsanteils wurde als sekundäre Zielsetzung eine Verbesserung des Langzeitverhaltens von Beschichtung und Holz infolge der reduzierten thermischen Belastung angestrebt. Als ausgewählter Anwendungsbereich waren zunächst Holzaußenfassaden von Gebäuden zu sehen, bei denen durch die Verwendung IR-reflektierender Beschichtungen die Innenraumaufheizung erheblich reduziert werden sollte.

Vorteile und Lösungen

Zur Zielerreichung wurden zwei Lösungsansätze verfolgt. Lösungsweg 1 verfolgt die Entwicklung eines Einschichtsystems mit verschiedenen IR-Pigmenten und im Weg 2 wird ein Mehrschichtsystem aufgebaut, unter Verwendung IR-reflektierender und reiner Farbpigmente (Standardpigment). Dabei können in der Funktionsschicht auch verschiedene IR-reflektierende Pigmente zum Einsatz kommen. Beide Lösungsansätze wurden bearbeitet. Hinsichtlich des Wärmereflexionsverhaltens und der Witterungsbeständigkeit haben sich höhere Pigmentkonzentrationen (5-10 Ma%) als günstig erwiesen. Die glimmerbasierten IR-Pigmente zeigten eine unzureichende Wirksamkeit für den angestrebten Einsatz. Erwartungsgemäß zeigten sich bei den mittel- und dunkelgetönten Pigmenten die größten Reflexionseffekte. Besonders als Mehrschichtaufbau, bestehend aus kostengünstiger Grundierung (Standardpigmente) und einer IR-reflektierenden Deckbeschichtung mit entsprechender Schichtdicke, ließ sich das gesetzte Ziel, Reduktion der Oberflächenaufheizung beschichteter Hölzer um mind. 10 K im Vergleich zum Referenzlack ohne IR-reflektierende Pigmente, erreichen. Die durch die Bewitterung festgestellten Effekte (Glanzabnahme, Farbänderung) traten auch bei den Beschichtungen mit Standardpigmenten auf. Rissbildung, Blasenbildung und Abblättern der Beschichtung lagen unabhängig von Lack und Pigment nicht vor. Die entwickelten Beschichtungen zeigten auch nach der Bewitterung Haftfestigkeiten gemäß ISO 2409 mit Kennwerten von 0 (= sehr gut) bis 1 (= gut), so dass sich im Vergleich zum Ausgangszustand keine messbare Verschlechterung einstellte. Die Haftfestigkeiten der Beschichtungen mittels Stempelabrissprüfung zeigten ähnliche Tendenzen wie der Gitterschnitt.

Zielgruppe und Zielmarkt

Die Eigenschaften der Funktionsbeschichtung führen zur Reflexion der IR-Wärmestrahlung und dadurch zur Reduzierung der Innenraumtemperatur bei Gebäuden aus überwiegend Holz. Darüber hinaus wird eine Verbesserung der Langzeiteigenschaften von Beschichtung und Holz infolge der reduzierten thermischen Belastung der beiden Komponenten erreicht. Davon profitieren die Akteure in den Zielmärkten entlang der gesamten Wertschöpfungskette, dass heißt beginnend von der holzverarbeitenden Industrie, über alle an der Herstellung der Beschichtung beteiligten Unternehmen bis schließlich zum ausführenden Baugewerbe. Dies gilt insbesondere für A) Pigmenthersteller: Einsatz reflektierender Pigmente in anderen Branchen; Absatzsteigerung vorhandener IR-reflektierender Pigmente; Neu- bzw. Weiterentwicklung von Pigmenten, da durch Holzbeschichtungen ein neuer Markt zugänglich wird; Langfristige positive Entwicklung auf dem Pigmentmarkt. B) Beschichtungsstoffhersteller: Erweiterung der Produktpalette um Lacke mit IR-reflektierenden Pigmenten; Marktsicherung und Ausbau. C) Holzverarbeitende Industrie: Steigerung der Attraktivität des Baumaterials Holz; Stärkung des Absatzmarktes für Bauholz. D) Baubranche: Sicherung und Erschließung von Marktanteilen im Segment von Holzbauten. Zu den direkten Anwendern der neuen Beschichtungen zählen Maler- und Lackierbetriebe, Zimmereibetriebe und DIY-Anwender. Durch einen Anstieg der Anzahl von Holzgebäuden – entweder als Folge der innovativen Holzbeschichtung oder dem generellen Trend zu Holzbauten profitieren hier auch die anderen Gewerke der Bau- und Handwerksbranche. Der Transfer der Ergebnisse des Projektes erfolgt durch: a) Information und Austausch mit Pigment- und Beschichtungsstoffherstellern; b) Präsentation auf Fachtagungen; c) Messen und Informationstage; d) Demonstration von Proben; e) Veröffentlichungen in Fachzeitschriften; f) Optimierung und Weiterentwicklung in Folgeprojekten. Für den Transfer der Projektergebnisse zu Anwendern und Multiplikatoren dienen folgende Maßnahmen: 1) Information: Diskussion und Beratung mit potenziellen Transferpartnern; 2) Fachtagungen: Deutsche Holzschutztagung der DFO, Holzoberflächentag (Österreich), Holzwerkstoffsymposium des IHD und des WKI, Gremienarbeit; 3) Fachzeitschriften: Holztechnologie, Besser lackieren, Farbe und Lack, Journal of Coatings Technology and Research, IHD-Jahresbericht; 4) Demonstration: Herstellung von beschichteter Holzproben und anschließende Belastung bzw. Bewitterung; 5) Messen und Infotage: European Coatings Show in Nürnberg, HAUS in Dresden, Dresdner Lange Nacht der Wissenschaften, Tag der Oberfläche (IHD); 6) Austausch mit Anwendern: Fortführen der Partnerschaften und Kooperationen mit Industriepartnern; 7) Transfer in die Industrie: Cluster Nanotechnologie; 8) Internet: IHD (Forschungsstelle) und Transferpartnern; 9) Patente: Prüfung auf Schutzfähigkeit in Abstimmung mit Transferpartnern; evtl. Patentanmeldung.