Tagungsbeitrag

Viöl, Wolfgang:

Modifikation von Holzoberflächen mit "Plasma"

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Die Beschichtung von Holz und Holzwerkstoffen mit Farben und Lacken wird einerseits aus ästhetischen Gründen genutzt, andererseits haben diese Beschichtungen die Aufgabe, das Eindringen von Wasser oder Feuchtigkeit allgemein zu verhindern, um vorzeitigem biologischen oder witterungsbedingtem Abbau des Holzes vorzubeugen. Diese Beschichtungen zeigen oft Mängel in der Adhäsion, deshalb ist eine Vorbehandlung (Schleifen, Auftrag von Primern) der Holz- oder Holzwerkstoffoberflächen notwendig. In der kunststoffverarbeitenden Industrie ist die Anwendung von Gasentladungen (Plasmen) zur Verbesserung der Haft-Eigenschaften von Polymeroberflächen schon seit Jahrzehnten eine gebräuchliche Methode. Neuere Forschungsarbeiten zeigen, dass die Applikation von Plasmen auf Holz- und Holzwerkstoffoberflächen eine innovative Vorbehandlungsmethode zur Haftungsverbesserung von Klebstoffen und Lacken bzw. zur verbesserten Aufnahme von Adhäsiven darstellt. Oberflächenenergetische Untersuchungen demonstrieren die gezielte Modifikation von Holz und Holzwerkstoffen für spezifische Anwendungen. Rasterkraftmikroskopische und photoelektronenspektroskopische Untersuchungen zeigen, dass eine Plasmabehandlung unter Verwendung von Umgebungsluft einerseits eine Erhöhung der Oberflächenrauigkeit bewirkt und andererseits die Oberflächenchemie für nachfolgende Beschichtungsprozesse positiv beeinflusst. Zug- und Schertests an plasmabehandelten und nachfolgend beschichteten oder verklebten Holzwerkstoffen weisen eine deutlich erhöhte Haftfestigkeit nach. Des Weiteren können mithilfe der Plasmatechnik protektive Schichten direkt auf Holz(werkstoff)oberflächen erzeugt werden.
An der HAWK wurden in den letzten Jahren eine Reihe von innovativen Geräten entwickelt, die auf dem Prinzip einer Gasentladung beruhen und mit welchen verschiedenste Materialausprägungen von Holz- sei es als Span, Massivholzkörper oder Furnier - behandelt werden können. Dabei umfassen die Geräte sowohl großtechnische Anlagen, als auch mobile Handgeräte sowie Geräte mit spezifischen Anwendungen, die sogar die Behandlung von verdeckten Kavitäten wie Hinterschneidungen zulassen.

Modification of Wood Surfaces with „Plasma“

The coating of wood and wood-based materials with paints and varnishes is used for aesthetic reasons; on the other hand, these coatings inhibit the penetration of water or moisture in general in order to prevent biological or weather-related degradation of the wood. These coatings often show deficiencies in adhesion; therefore pretreatment (sanding, application of primers) of wood or wood-based materials is necessary. The application of gas discharges (plasmas) to improve the adhesion properties of polymer surfaces has been a common method for decades in the plastics processing industry. Recent research points out that the application of plasmas to surfaces of wood and wood-based materials is an innovative pretreatment method for the adhesion enhancement of adhesives and paints or for the improved absorption of adhesives. Surface energetic investigations demonstrate the targeted modification of wood and wood-based materials for specific applications. Scanning force microscopy and photoelectron spectroscopic investigations shows that air-plasma treatment causes an increase in surface roughness and positively influences in the surface chemistry for subsequent coating processes. Tensile tests and shear tests on plasma-treated and subsequently coated or bonded wood-based materials show a significantly increased adhesive strength. In addition, protective layers can be produced directly on wood (-based material) surfaces by means of plasma technology.
In recent years, several innovative devices based on the principle of a gas discharge have been developed at the HAWK. These devices can be used to treat a wide variety of material types of wood, whether as chip, solid wood or veneer. The devices include both large-scale systems and mobile hand-held devices, as well as devices with specific applications which allow the treatment of occluded cavities, e.g. undercuts.

Prof. Dr. habil. Wolfgang Viöl, Jahrgang 1959, studierte Physik, promovierte 1988 und habilitierte 1994 an der Universität Düsseldorf. Er ist Professor und Vize-Präsident der Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst (HAWK) Hildesheim/Holzminden/Göttingen. Parallel dazu lehrt er an der Technischen Universität Clausthal und leitet das Anwendungszentrum des Fraunhofer-Instituts für Schicht- und Oberflächentechnik in Göttingen. Die Forschungsgruppe um Prof. Dr. Viöl begann bereits im Jahr 1999 mit ersten Untersuchungen zur Plasmabehandlung von Holz unter Verwendung eines Atmosphärendruck-Plasmas. Im Laufe von fast 20 Jahren Forschungstätigkeit entstanden weit über 100 wissenschaftliche Artikel, Vorträge und Patente zum Thema, in denen nicht nur rein wissenschaftliche Aspekte, sondern auch konkrete industrielle Anwendungen der Plasmabehandlung von Holz und Holzwerkstoffen diskutiert werden.

Prof. Dr. habil. Wolfgang Viöl, born in 1959, studied physics, promoted in 1988 and habilitated in 1994 at the University of Düsseldorf. He is professor and vice president at the University of Applied Science and Art (HAWK) Hildesheim/Holzminden/Göttingen. Furthermore, he teaches at the Technical University of Clausthal and heads the application center of the Fraunhofer Institute for Surface Engineering) in Göttingen. The research group led by Prof. Dr. Viöl began in 1999 with the first investigations on the plasma treatment of wood using atmospheric pressure plasma. In the course of almost 20 years of research, more than 100 scientific articles, lectures and patents were published, in which not only purely scientific aspects but also concrete industrial applications of the plasma treatment of wood and wood-based materials were presented.

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10.5165/hawk-hhg/427