Untersuchungen zum umweltverträglichen Schutz von Holz und Holzwerkstoffen vor dem Befall mit Schimmelpilzen

Dirk Lukowsky
Fraunhofer-Institut für Holzforschung, Wilhelm-Klauditz-Institut

Zusammenfassung

Problemstellung

Schimmelpilze können fast alle Werkstoffe besiedeln. Selbst auf Glas kann sich ein Biofilm ausbilden, der von dieser Organismengruppe verwertet werden kann. In den letzten 20 Jahren werden vermehrt Schimmelpilzschäden verzeichnet. Dies beruht teilweise auf der stetigen Verbesserung der Wärmedämmung von Bauten, wobei gleichzeitig durch den Einbau von dichter schließenden Fenstern und Türen der Luftwechsel herabgesetzt wurde. Neben diesen technischen Ursachen ist jedoch auch die Sensibilität der Bevölkerung in den letzten Jahren stark gestiegen, so dass das Auftreten von Schimmelpilzen vermehrt zu Reklamationen führt.

Organische Werkstoffe wie Vollholz und Holzwerkstoffe können durch Schimmelpilze besonders rasch besiedelt werden. Herkömmliche Holzschutzmittel wirken überwiegend nur gegen holzzerstörende Pilze, aber nicht gegen die Gruppe der Schimmelpilze. Holz und Holzwerkstoffen werden häufig auch in Wohnräumen verwendet, daher sind zahlreiche herkömmliche gegen Schimmel wirksame Substanzen aufgrund ihrer Wirkung auf Menschen nicht geeignet. In dem Projekt sollen daher insbesondere Substanzen aus dem Lebensmittelbereich zum Schutz von Holzwerkstoffen untersucht werden. Im Vergleich zu Holzschutzmitteln haben diese Stoffe den Vorteil, dass sie keine oder nur geringe toxische Wirkungen gegenüber dem Menschen und der Umwelt aufweisen. Schimmelpilzhemmende Wirkungen sind auch bei pflanzlichen Inhaltsstoffen wie der Salicylsäure zu finden, die als Hausmittel gegen Schimmelpilzbefall schon länger bekannt ist.

Versuchsdurchführung

Um aus der Vielzahl möglicher Substanzen diejenigen mit einer guten Wirkung gegen Schimmelpilze herauszufinden wurden zunächst Untersuchungen in Petrischalen durchgeführt. In jeder Schale lagerte eine Kontrollprobe aus unbehandelter MDF und eine Probe aus einem behandelten Holzwerkstoff. Die für das Wachstum von Schimmelpilzen notwendige Feuchte wurde durch eine Lage aus nassem Papier hergestellt. Nach 14 oder 28 Tagen wurde das Wachstum von Schimmel auf den Proben bewertet.

Die in den Petrischalenversuchen als geeignet erkannten Substanzen wurden in der großen Doppelklimakammer des WKI für 2 Monate einer erhöhten Feuchte ausgesetzt. Es wurden 108 Platten mit dem Format 375 mm x 400 mm aus verschiedenen Materialien und Behandlungsvarianten geprüft (Abbildung 1).

Mit Zusätzen verschiedener Konzentrationen von Salicylsäure und Kaliumsorbat wurden MDF- bzw. OSB-Platten hergestellt.

Abbildung 1: Ansicht der Prüfwand der Doppelklimakammer vor Versuchsbeginn.

Ergebnisse

In dem Projekt wurde demonstriert, dass mit Stoffen aus dem Lebensmittel- oder Kosmetikbereich eine deutliche Reduzierung des Befalls durch Schimmelpilze auf Holzwerkstoffen möglich ist (Abbildung 2). In Untersuchungen an kleinen Laborproben wurden von der Vielzahl möglicher Substanzen die Wirkstoffe Salicylsäure, Dehydracetsäure und Kaliumsorbat als am geeignetsten erkannt. Für die beiden wasserunlöslichen Konservierungsstoffe Salicylsäure und Dehydracetsäure wurden mit Rizinusöl und Laureth 4 Lösungsmittel ohne flüchtige Substanzen (VOC) gefunden. Es wurde nachgewiesen, dass Salicylsäure beim Verpressen von Furnieren kein Phenol freisetzt. In einem Großversuch wurden 108 Platten mit verschiedenen Wirkstoffen behandelter Holzwerkstoffe für zwei Monate in einer Doppelklimakammer geprüft. Es zeigte sich, dass ein wirksamer Schutz über die gesamten 2 Monate nur mit Salicylsäure möglich war, die den MDF-Platten direkt bei der Herstellung zugegeben worden war. Der Zusatz von Salicylsäure veränderte die physikalischen Eigenschaften von MDF nicht.

Abbildung 2: Nach zweimonatiger Lagerung in der Doppelklimakammer zeigt sich auf unbehandelten Platten ein sehr starkes Schimmelpilzwachstum. Die Platte unten links wurde mit 5 % Salicylsäure (auf atro Faser) behandelt und weist keinerlei Schimmelwachstum auf.

Alle Oberflächenverfahren führten unter den extremen Bedingungen in der Doppelklimakammer nicht zu einer signifikanten Reduktion des Schimmelpilzwachstums. Auch zur Sanierung von schimmelpilzbefallenen Platten waren die Oberflächenverfahren, selbst in deutlich erhöhten Konzentrationen, nicht geeignet. Lediglich ein klassisches Bläueschutzmittel mit den Wirkstoffen IPBC und Propiconazol zeigte hier eine gute Wirksamkeit. Die häufig genannte Sanierungsempfehlung, Schimmel durch 70%igen Ethanol und 3 % Salicylsäure zu bekämpfen, kann daher bezweifelt werden. In zahlreichen Versuchen zeigte sich, dass eine einmalige Applikation von 3%iger Salicylsäure das Wachstum von Schimmel nicht verhindern kann.

Auffällig war bei den Untersuchungen die hohe Schimmelpilzresistenz von Fichtenholz, auf dem in keinem Fall ein Wachstum von Schimmel beobachtet wurde. Buchenholz wurde leicht befallen. Die verschiedenen geprüften Holzwerkstoffe zeigten eine sehr unterschiedliche Empfindlichkeit gegenüber Schimmelpilzen. Mit weitem Abstand am empfindlichsten war MDF. MDF wurde daher gleichlautend wie im Forschungsbericht 39/01 des IHD als unbeständig klassifiziert. Die anderen geprüften Werkstoffe wurden jedoch im vorliegenden Forschungsprojekt günstiger beurteilt.

Da für Salicylsäure und Dehydracetsäure keine Anträge auf Zulassung als Holzschutzmittel im Rahmen der Europäischen Biozidproduktenrichtlinie vorliegen, wurde eine Anwendung dieser beiden Stoffe trotz guter Wirksamkeit gegen Schimmelpilze zunächst als wenig wahrscheinlich erachtet, so dass im Folgenden besonders die Wirksamkeit von Kaliumsorbat weiter untersucht wurde. Für Kaliumsorbat ist eine Zulassung als Holzschutzmittel beantragt. Da Kaliumsorbat als Zusatzstoff für Lebensmittel und Kosmetika zugelassen ist, kann erwartet werden, dass der Antrag von der zuständigen prüfenden Stelle, der Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin (BAUA), positiv beschieden wird.

In der Doppelklimakammer war Kaliumsorbat nur als Oberflächenbehandlung verwendet worden und zeigte in den verwendeten Konzentrationen keine ausreichende Wirksamkeit. Daher wurden im Folgenden höhere Konzentrationen zur Oberflächenbehandlung und vor allem Zusätze bei der Herstellung von MDF und OSB untersucht.

Bei Konzentrationen von 1% bis 3% bezogen auf atro Platte zeigte Kaliumsorbat eine sehr gute Wirksamkeit in MDF und OSB. Die Festigkeits- und Quellungseigenschaften von mit MUPF verklebter OSB war durch Kaliumsorbat annähernd unverändert. Dagegen waren die Eigenschaften von Isocyanat verklebter MDF durch den Zusatz von Kaliumsorbat deutlich verschlechtert. Um den Wirkstoff auch für Isocyanatgebundene Platten einzusetzen, wären daher weitere Entwicklungsarbeiten notwendig.

Die einfache Applikation des wasserlöslichen Wirkstoffes, wird eine unproblematische Integration in bestehende Produktionen ermöglichen. Prognostizierte Zusatzkosten von 35 Euro pro m³ OSB. sind laut Aussagen aus den entsprechenden Industrien am Markt realisierbar.

Für die deutsche Holzwerkstoffindustrie steht damit eine Schutzmöglichkeit gegen Schimmelpilzbefall zur Verfügung, die gesundheitlich unbedenklich ist. Es wird nach unserer Einschätzung unproblematisch sein, den bekannten Konservierungsstoff aus der Lebensmittelindustrie erfolgreich zu vermarkten. Dadurch ergibt sich zunächst kurzfristig ein offensiv vermarktbarer Produktvorteil. Kurz-, mittel- und langfristig werden sich sowohl die sinkenden Reklamationskosten bei den Produzenten als auch den Verarbeitern bezahlt machen. Dabei wird es wichtig sein, den Schutz vor Schimmelpilzen als temporär zu vermarkten. Ein immerwährender Schutz kann von Kaliumsorbat genauso wenig erzielt werden, wie von allen bekannten Wirkstoffen gegen Schimmelpilze.

Die Untersuchungen wurden vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) und den Internationalen Verein für Technische Holzfragen (iVTH) gefördert. Förderkennzeichen 13686 N

Der vollständige Bericht kann bestellt werden bei:
Internationaler Verein für Technische Holzfragen e. V.
Bienroder Weg 54 E
38108 Braunschweig