Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe
- Wood-Plastic-Composites (WPC)
Wood-Plastic-Composites (WPC) sind thermoplastisch verarbeitbare
Verbundwerkstoffe, die aus unterschiedlichen Anteilen von Holz,
Kunststoffen und Additiven bestehen, und durch thermoplastische
Formgebungsverfahren, wie z.B. Extrusion, Spritzguss oder
Presstechniken, verarbeitet werden. (nova-Institut 2005)
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Extrudierte Hohlkammerprofile aus
Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoff - Wood-Plastic-Composites (WPC)
hier als Dielen für den Außenbereich.
Foto: Dr. Kürsten
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Es handelt sich um eine neue Werkstoffgruppe, die sich derzeit
weltweit mit hohen Zuwachsraten dynamisch entwickelt. WPC sind
Verbundwerkstoffe aus dem nachwachsenden Rohstoff Holz, meist
synthetischen Kunststoffen und Additiven. Ein typisches WPC-Produkt
ist z.B. ein extrudiertes Profil für einen Veranda-Bodenbelag,
aus 70% Holzmehl (meist Nadelholz aus Sägewerksabfällen,
z.B. Sägemehl), 25% Polyethylen oder Polypropylen und 5%
Additiven, wie Haftvermittler, UV-Schutzzusätzen und
Farbpigmenten. Ein allgemein akzeptierter deutscher Begriff hat
sich bislang nicht etablieren können. Die wörtliche
Übersetzung von WPC lautet: Holz-Kunststoff-Verbundwerkstoffe.
Weltweit führend bei Produktion und Einsatz von WPC ist
Nordamerika, wo im Jahr 2005 ca. 700.000 t am Markt abgesetzt
werden. Im deutschsprachigen Raum, der mit Deutschland,
Österreich und der Schweiz der größte WPC-Markt in
Europa ist, gibt es über 25 WPC-Hersteller mit rasch
wachsendem Produktionsvolumen (ca. 20.000 t im Jahr 2006 -
Nova-Institut 2007). Argumente für den Einsatz dieser neuen
Werkstoffe sind:
- Holzmehl ist deutlich billiger als die eingesetzten
Kunststoffe, sodass diese damit kostensparend "verdünnt"
werden können.
- Dadurch verbessern sich die thermischen
Eigenschaften der Kunststoffe.
- Im Vergleich zu reinem Holz sind WPC´s
sicherlich witterungsbeständiger und splitterfrei, beides sehr
vorteilhaft beim Einsatz als Terrassendecks usw.. Damit können
kesseldruckimprägnierte Nadelhölzer oder aus Raubbau
stammende, nicht zertifizierte Tropenhölzer substituiert
werden.
Zur Herstellung von WPC eignen sich aufgrund der eingesetzten
Holzrohstoffe insbesondere synthetische und Bio-Polymere mit einer
Schmelz- bzw. Verarbeitungstemperatur von unter 200°C, da
Temperaturen oberhalb von 200°C zu Schädigungen der
Bestandteile des Holzes (Lignine, Hemicellulosen) führen
können. Zu diesen Polymeren gehören Polyethylen (PE) (in
den USA mindesten 70% Marktanteil), Polypropylen (PP) und
Polyvinylchloride (PVC) sowie – bislang mit geringer
Bedeutung - Stärke- und Lignin-basierte Bio-Kunststoffe.
(Fraunhofer WKI 2004)
(Quelle und weitere ausführliche Informationen zum Thema:
(nova-Institut
2005) und WRAP (2003): Wood Plastic Composites Study -
Technologies and UK Market Opportunities.
Download)
Zu Schäden an WPC´s gibt es noch keine
endgültige Klarheit. Sicher ist:
- Die Holzpartikel in den Produkten quellen, da sie
zur Verarbeitung sehr trocken (<12%) sein müssen. Diese
Quellung erfolgt allerdings recht langsam.
- Die Wasseraufnahme hängt sehr vom Anteil (und
auch von der Art) des Holzes und der Haftung zwischen den
Holzteilchen und der Kunststoffummantelung ab.
- Da unter Umständen Feuchtigkeiten von mehr als
20% über längere Zeit möglich sind, ist auch der
Befall durch holzzerstörende Pilze möglich (auch gerade
an der Oberfläche), weshalb die Beimischung von Fungiziden
empfohlen wird.
- Auch zur Erhöhung der UV-Beständigkeit
und zur Vermeidung von Rissen sind Anstriche oder Beimischungen
entsprechender Additive notwendig,
- Über den Befall von WPC´c durch Insekten
ist noch nichts bekannt geworden.
Über einen spektakulären Pilzbefall (unter tropischen
Bedingungen) wurde 1998 berichtet: Aus einem WPC (mit 50 %
Holzanteil) gebauter Steg in den Everglades (Florida) wuchsen nach
nur vier Jahren bereits Fruchtkörper des
Braunfäuleerregers Gleophyllum striatum (L.: Fr) Murrill und
des Weißfäulepilzes Pycnoporus sanguineus (Swartz: Fr)
Murrill. Außerdem wurde Befall durch Bläuepilze
beobachtet.( Morris und Cooper (1998): Recycled plastic/wood
composite lumber attacked by fungi. Forest Products Journal 48 (1),
86-88)
| Auch bei WPC kann es also unter bestimmten Bedingungen zu
Befall durch holzzerstörende und holzverfärbende Pilze
kommen. Der Befall ist primär bedingt durch den
Holzfaseranteil und eine nötige Holzfechte des WPC-Materials
von über 20 Masse-% über eine ausreichend lange Zeit. Ein
höherer Holzanteil veringert also die Dauerhaftigkeit
gegenüber holzzerstörenden Pilzen. WPC-Material mit einen
Holzanteil über 60 bis 70% kann im Außenbereich nicht
dauerhaft sein.
Nicht dauerhaft, hießt eigentlich nur dem Kreislauf des
Lebens unterworfen zu sein. Bekanntlich kann man mit Gift aus
diesen Lebenskreislauf ausscheiden. Das gilt auch für WPC.
Durch Beimengung von Additiven, wie z.B. Zinkborat*, dessen
Auswaschung bis 20 Jahre dauert, können biotische
Schäden verlangsamt werden. Verfärbungen durch Pilze und
andere Mikroorganismen sowie durch Korrosion wird mit sogenannten
Multi-Functional-Additiven begegnet.
Vorsichtshalber wird auch das bereits industriell stark
malträtierte Holz noch ein wenig vergiftet. Die Frage bleibt,
ob diese "Vergiftung" überhaupt nötig ist, handelt es
sich doch um einen zwar nicht dauerhaften aber doch sehr
langlebigen Werkstoff, der, draußen im Garten verbaut,
vermutlich eher einem neuen Modetrend als den Pilzen zum Opfer
fallen wird. Das ausgewaschene Zinkborat im Gartenboden wird aber
bleiben.
*Einstufung von Zinkborat: R 50/53: Sehr giftig für
Wasserorganismen, kann in Gewässern längerfristig
schädliche Wirkungen haben. N: Umweltgefährlich.
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Weitere aktuelle Publikationen:
- Schirp, Anke ; Wolcott, Michael P.: Fungal
degradation of wood-plastic composites and evaluation using dynamic
mechanical analysis . In: Journal of Applied Polymer Science 99
(2006), Nr. 6, S. 3138-3146. Stichwörter: activation energy;
composites; degradation; extrusion; polyethylene (PE)
- Schirp, Anke ; Wolcott, Michael P.: Influence of
fungal decay and moisture absorption on mechanical properties of
extruded wood-plastic composites . In: Wood and Fiber Science 37
(2005), Nr. 4, S. 643-652
- Schirp, Anke: WPC: Ein Substrat für Holz
abbauende Pilze? In: Holz-Zentralblatt 131 (2005), Nr. 42, S. 538.
Stichwörter: WPC; Wood-Plastic-Composites; Extrusion;
holzabbauende Pilze; biologische Dauerhaftigkeit
- Steckel V., Clemons C.M. u. Thoemen H.
2007:
Effects of Material Parameters on the Diffusion and Sorption
Properties
of Wood-Flour/Polypropylene Composites. Journal of Applied
Polymer
Science 103 (2), 752-763 (Abstract), (Download)
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