Ziel der Entwicklung
Aufgrund einer zunehmend kritischeren Bewertung konventioneller, auch im Holz- und Holzwerkstoffbereich eingesetzter, Biozide im Hinblick auf deren ökologische und toxikologische Eigenschaften, deren dadurch verstärkte Reglementierung (USA: USEPA, PBT, EU: REACH), sowie vor dem Hintergrund einer nachhaltigen und ressourcenschonenden Materialentwicklung und -nutzung wird aktuell verstärkt nach Möglichkeiten gesucht, umweltfreundliche antimikrobielle Wirkstoffe auf Basis nachwachsender Roh- und Reststoffe zu entwickeln und als Substitut zu verwenden. Im Rahmen des Forschungsvorhabens sollten pflanzliche Reststoffe (Blätter, Trester, Astschnitt, Rinde) durch Extraktion einer stofflichen Verwertung als antimikrobielle Mittel und einer Wertschöpfung zugeführt werden. Dabei wurden die folgenden Ziele verfolgt:
a) Entwicklung/Optimerung von Verfahren zur umweltfreundlichen und schonenden Isolierung/Gewinnung polyphenolischer Holz- und Rindeninhaltsstoffe;
b) Ermittlung der Struktur-Eigenschaftsbeziehungen der erhaltenen Extrakte, Fraktionen beziehungsweise Einzelverbindungen;
c) Untersuchung der bioziden Eigenschaften der Extrakte sowie extrakthaltiger Bindemittelformulierungen gegen verschiedene Bakterien, Hefe- und Schimmelpilze sowie Basiodiomyceten in biologischen Tests.
Vorteile und Lösungen
Im Rahmen des Vorhabens wurden grundlegende Untersuchungen zu Isolierung, Struktur und antimikrobiellen Eigenschaften polyphenolischer Holzinhaltstoffe durchgeführt. Folgende Ergebnisse konnten erzielt werden:
a) Adaptation/Optimierung von Extraktionsverfahren zur schonenden und effizienten Isolierung polyphenolischer Holz-, Blatt- und Rindenextraktstoffe;
b) Erkenntnisse zu Struktur-Eigenschaftsbeziehungen der Extrakte, zu deren Wirkung und Wirkmechanismen hinsichtlich antimikrobieller Wirkung;
c) Die Extraktstoffe wirken aufgrund ihrer Funktionalitäten und Wirkstoffe zu großen Teilen stark biozid gegen die verwendeten Mikroorganismen.
Die Extraktstoffe stellen somit umweltfreundliche und leistungsfähige, weitestgehend biobasierte Systeme/Precursoren zur Topfkonservierung dar oder können insbesondere als wirkungsvolle antimikrobielle Wirkstoffe auf Oberflächen eingesetzt werden.
Hinsichtlich der strukturchemischen Charakterisierung der Extrakte und deren Anwendungspotenzial besteht weiterhin hoher Forschungsbedarf.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die Projektergebnisse ermöglichen es der mittelständischen Industrie, ihr Portfolio durch die Gewinnung und Modifikation von Extraktstoffen, die Formulierung von modifizierten, antimikrobiellen Beschichtungssystemen/Imprägnierungen und deren Applikation zu erweitern. Weiterhin sind Produktentwicklungen im Imprägnier-/Tränkmittelbereich, zum Beispiel für Papiere, und im Klebstoffbereich denkbar. Eine Reihe der in nachfolgenden Entwicklungsarbeiten angestrebten Applikationen sind typische Betätigungsfelder der mittelständischen Produzenten und Anwender. Adressiert werden Formulierer und Verarbeiter von Beschichtungssystemen sowie deren Anwendungen auf unterschiedlichen sensiblen Trägermaterialien, zum Beispiel auf Lignocellulose-/ Cellulose-Basis.
Entwicklungsarbeiten zur Formulierung Extraktstoff-modifizierter Holzbehandlungsmittel, zum Beispiel Grundierungen und Imprägnierungen, sind auf Basis der gewonnenen Projektergebnisse vielversprechend. In Verbindung mit den beschriebenen Applikationsmöglichkeiten liefern die Projektergebnisse die Grundlage für eine breit gefächerte Forschungstätigkeit beim Antragsteller zur Erreichung wirtschaftlicher Effekte bei folgenden Zielgruppen:
A) Hersteller von Topfkonservierungsmitteln und Bioziden: Neuartige Produkte mit verbesserten Eigenschaften, insbesondere:
a) verbesserte Wirksamkeit (Mikrobielle Resistenz);
b) vollständig basierend auf nachwachsenden Rohstoffen;
c) umweltfreundlich;
d) toxikologisch unbedenklich;
e) material- und prozesskompatibel;
B) Bindemittel-, Lack- und Klebstoffhersteller: Neue Märkte zur Anwendung von Holzbeschichtungs- und -behandlungsmitteln, Klebstoffen;
C) Holzwerkstoff- und Möbelindustrie: Neue Märkte in den Bereichen Holzbau, Möbelbeschichtung, Fassadenelemente, Holzwerkstoffe;
D) Endnutzer: Produkte mit antimikrobiellen Eigenschaften;
In Verbindung mit den beschriebenen Möglichkeiten liefern die Projektergebnisse die Grundlage für einen breit gefächerten Know-how-Transfer seitens des Antragstellers. Mit den erwarteten Vorhabensergebnissen beabsichtigt das IHD darüber hinaus einen weiteren Ausbau seiner wissenschaftlich-technischen Basis in den Bereichen der Funktionalisierung von Holz, Holzwerkstoffen und Beschichtungssystemen.
Über Inhalt und Ergebnisse des Forschungsvorhabens wird gezielt in Fachzeitschriften für einen breiten Anwenderkreis publiziert. Neben der Verbreitung in Form von Publikationen und Fachvorträgen werden die Resultate auch auf Fachmessen vorgestellt.