För att förhindra att trä åldras i förtid är det viktigt att skydda det effektivt mot ultraviolett (UV) strålning. Samtidigt vill människor behålla utseendet och känslan av naturliga träytor, men de transparenta skyddsbeläggningar som för närvarande är allmänt tillgängliga på marknaden innehåller ofta skadliga kemiska föreningar.
För att undvika att använda dessa ämnen arbetar Fraunhofer Institute for Process Engineering and Packaging IVV och Naturhaus Naturfarben GmbH tillsammans för att utveckla en formel som ger ofarligt, transparent och 100 % organiskt UV-skydd för trä.
Öppen arkitektur med glasfasader och stora fönster som släpper in naturligt ljus i hemmets interiörer är mycket populärt – precis som önskan om grönt att leva i harmoni med naturen. När det gäller att skydda träytor inomhus har dessa två behov dock varit svåra att balansera hittills.
Utan en beläggning kan UV-ljus som sträcker sig från 330 till 380 nanometer i våglängd interagera med träytor och orsaka missfärgning och skada genom en process som kallas fotooxidation. Men de transparenta skyddsbeläggningar som för närvarande finns på marknaden innehåller kemiska tillsatser som bensofenoner, bensotriazoler eller fenyltriazinderivat, som alla är skadliga för människors hälsa.
En särskilt kritisk punkt är att dessa flyktiga ämnen kan komma in i kroppen direkt via andningsorganen, till exempel under torkningsprocessen. Hittills har alla biobaserade alternativ för att skydda trä mot åldrande på grund av solljus färgats, så de är ogenomskinliga.
Detta ledde Fraunhofer IVV och Naturhaus Naturfarben GmbH till idén att utveckla en lösning för problemet. Fraunhofer IVV fick i uppdrag att hitta lämpliga växtbaserade komponenter för en naturlig träfinish som skulle skydda materialet mot UV-strålning samtidigt som den lämnade ådring synlig, och började arbeta med ProTann-projektet 2021.
Forskarna bestämde sig för att utforska ett helt nytt forskningsfält:"För naturlig bindning i beläggningssystem har vi haft stor framgång med att använda proteiner vid Fraunhofer IVV under ganska lång tid nu", förklarar Melanie Platzer, en forskare inom Process Development för Avdelningen för växtråvaror. "En sak som var ny för oss var att kombinera proteiner med sekundära växtbaserade material som fungerar som UV-skydd för en vattenbaserad finish."
Ett av projektets mål var att ta reda på de tvärbindningar som skapades mellan proteinerna och sekundära växtbaserade material i finishen och i slutändan säkerställa att ämnena bildade en permanent bindning.
Processen att utveckla finishen pågick i flera steg. Först testade forskarna sin första formuleringsidé, som byggde på ett tidigare Fraunhofer IVV-projekt som använde flera proteiner, såsom ärt- och sojaprotein.
Platzer kommenterar, "Vi hade några avgörande frågor under den här fasen. Fäster den producerade beläggningen på trä? Absorberar den? Och kan den tas bort så att den UV-blockerande effekten kan mätas i första hand?"
Sedan valde projektgruppen ut två proteiner och tillsatte olika sekundära växtbaserade ämnen som ger bra skydd mot UV-strålning. pH-värdet var en utmaning, eftersom träbeläggningar måste falla inom ett visst intervall så att de inte skadar materialet.
Att lägga till själva växtextrakten var också en avgörande punkt för forskargruppen, eftersom det var svårt att i förväg förutse hur väl de olika extrakten skulle lösas upp, om de skulle interagera med proteinerna och hur färgen på beläggningen som skapades skulle förändras över processens gång.
Under den ungefär tvååriga projektperioden testade forskarna många kombinationer. De var också mycket framgångsrika i att arbeta med blandningar av olika sekundära växtbaserade ämnen.
"Till slut hade vi många bra kandidater för möjliga kombinationer av proteiner och tillsatser för den UV-skyddande beläggningen, så vi kunde nollställa frågan om vilken formulering som är mest meningsfull när vi tänker på produktion - inklusive med en öga för lokal inköp och tillgänglighet av de använda råvarorna", säger Platzer.
"Där det är möjligt tar vi med rester från jordbruket och livsmedelsindustrin i vårt utvecklingsarbete. Det inkluderar sådant som skal som blir över från att göra äppeljuice, eller rester från vinproduktion."
De identifierade alternativen är alla ofarliga, utan hälsoeffekter på människor eller djur från direktkontakt eller inandning av rök.
Den valda modellformeln genomgår nu vidareutveckling hos Naturhaus Naturfarben GmbH. Målet är att anpassa sammansättningen så att den kan produceras i stor skala, vilket i slutändan kan utnyttja en ny marknad inom segmentet naturliga träskyddsmedel. Den vattenbaserade formulan kan sedan appliceras i flera lager, med en annan naturlig finish ovanpå som tätningsmedel, för att ge ett bestående skydd för trägolv och möbler.
För att vidareutveckla de många forskningsrönen från ProTann och utforska deras potential har Fraunhofer IVV redan initierat ett uppföljningsprojekt. De UV-blockerande kombinationerna av proteiner och växtämnen skulle också kunna användas för att belägga förpackningar eller i till exempel hudvård.
Tillhandahålls av Fraunhofer-Gesellschaft
