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softTOUCHwood

Hoch flexible, kratzfeste, leicht reinigbare, flammbeständige, gut rezyklierbare Dekor-Holzfolien aus Holz-Reststoffen

Projektbeschreibung

Biegbar und verformbar wie Kunststoff-Folien, nachgiebig wie Schaumstoff („softTOUCH“), kratzfest und leicht reinigbar wie Kunstharz, ökologisch nachhaltig wie der Naturstoff selbst – eine bislang unbekannte Kombination von Eigenschaften von Holzoberflächen. Seitens der Markttrends werden diese aber stark zunehmend für das Öko-Design hin zum „Erlebnis Natur“ für die Gestaltung von derzeit typischen hochtechnologisch-funktionalisiert und abstrahierten Innenräumen (d.h. in der Wohn-, Arbeits-, Mobilitäts-Umgebung) nachgefragt. Ausgehend von naturnahen Dekoroberflächen des Projektpartners ORGANOID und Machbarkeitsstudien haben speziell dünnste flexible Holzfurniere auf bio- & holzfaserbasierten Trägerfolien und mit hochbeständigen „easy-to-clean“ Oberflächen das Potential, diese Eigenschaftskombination mit langer Nutzungsdauer bei gleichbleibend optisch-dekorativer und haptischer Qualität ökonomisch und ökologisch herzustellen.

Ziel des „softTOUCHwood“-Projekts zur Erfüllung der langfristigen Öko-Design-Trends ist die Entwicklung eines derartigen, zusätzlich vollständig rezyklierbaren Werkstoffs. Dafür werden folgende innovative Materialien und Fertigungstechnologien ohne toxische Emissionen (inkl. VOCs) bei Nutzung und am End-of-Life (thermische Verwertung) ausgehend von TRL2-3 auf TRL 4 unter Anwendung von industrie-relevanten Rolle-zu-Rolle-Verfahren entwickelt:

- Compoundierung von Träger-Folien aus bio-basiertem thermoplastischem Polyurethan und Holzfasern als Füll- & Verstärkungsstoff für angepasste Verformbarkeit sowie mit nicht-toxischen, halogenfreien, anwendungsseitig gefordertem Flamm-/Brandschutzmittel („softTOUCHwood“-Trägerfolie)

- De-Liginifizierung von Dünnstfurnieren zur Erzielung hoher Flexibilität mit minimierten optischen und haptischen Dekor-Veränderungen nach Applizierung auf Trägerfolie („softTOUCHwood“-Dekor)

- An die Nutzung angepasste Beschichtungen mit gegenläufigen haptischen, optischen und Verschleiß-Eigenschaften und einfacher Reinigbarkeit: Versatil anwendbare „Toolbox“ unter Anwendbarkeit von bio-basierter (1) Thermoplast-Deckfolien-Laminierung, (2) Sprüh-Lackierung und (3) Wachslasur-Infiltrierung und jeweils abschließendem Auftrag von legierten, im sichtbaren Licht photokatalytisch hochaktiven TiO2- und fluor-freien hoch-hydrophoben, verschleißhemmenden Partikel mittels Atmosphärendruck-Plasmabeschichtung („softTOUCHwood“-Oberfläche)

Für die Aufbringung dieser „softTOUCHwood“-Dekorfolien auf zukünftige funktionalisierte Design-Oberflächen wird neben der direkten Laminierung bzw. Verklebung auf mineralische und Holz-Untergründe auch die Tiefzieh-Umformung mit anschließender Hinterspritz-Technologie mit geschäumten Biocompositen zur Herstellung von spritzgegossenen 3D-Formkörper entwickelt.

Bereits in der Materialentwicklung ist die Nutzung biobasierter Rohstoffe bzw. vielfach sortenrein verfügbarer Abfallstoffe aus der holzverarbeitenden Industrie von großer Bedeutung, mit exemplarischer Nutzung von Abfällen aus den Stoffkreisläufen des Partners F.LIST als Hersteller höchstqualitativer Möbel und Innenausbauten. Zusätzlich ist die Kreislauffähigkeit des Materialverbunds von großer Relevanz, z.B. durch Rückführung von Fertigungsabfällen der „softTOUCHwood“-Trägerfolien sowie Recycling von zukünftigem Rücklauf aus großflächiger Innenarchitektur-Anwendung als Füllstoffe für die Trägerfolien.

Schwerpunkt der Entwicklungen für die zukünftige Applizierung auf kleine hinterspritzte 3D-Formteile bis hin zu großflächigen 3D-laminierten Architektur- und Möbel-Strukturen ist schlussendlich die Erstellung von Leitlinien zur Technologienutzung basierend auf Konzeption und Herstellung von Demonstratoren. Diese dienen zukünftig auch als Ausgangspunkt für das Marketing sowie für an das Projekt anschließende anwendungsspezifische Upscaling (1.5 Jahre nach Projektende auf TRL 6-7) mit Verwertungspartnern. Der Projektpartner F.LIST ist dabei direkter Nutzer im Möbel-und Aerospace-Premiumbereich. Weitere zukünftige Nutzer werden als assoziierte Partner in den Bereichen Automotive, Innenarchitektur & Möbelbau, Consumer-Products in das Projekt eingebunden, um die sich weiterentwickelnden Marktanforderungen in der Material- und Prozessentwicklung implementieren zu können.

Das Konsortium von „softTOUCHwood“ selbst setzt sich aus folgenden Spezialisten in der F&E, innovativer Fertigung und Verwendung von Holz- und Naturstoffen mit hoher Markt- und Anwendungs-Expertise zusammen:

- ORGANOID: industrielle Herstellung von naturnahen, biobasierten Dekormaterialien mit Rolle-zu-Rolle-Technologie

- Wood K plus: Holzforschungszentrum mit Fokus auf Holzmodifizierung (De-Lignifizierung, Compoundierung von Holz-/bio-basierten Grundstoffen, Hinterspritzen) und Charakterisierung

- Joanneum Research (JR): Forschungsinstitut mit Fokus auf nachhaltige Oberflächenfunktionalisierung von temperaturempfindlichen Werkstoffen unter Anwendung versatiler industrieller und auf Großflächen einfach transferierbarer Atmosphärendruck-Plasmatechnologien

- HARATECH (HR): Dienstleister für kundenspezifische Entwicklung, Prototypen- bis mittelgroße Serienfertigung von Bauteilen unter Nutzung innovativer Technologien (3D-Druck, Vakuumguß, Hinterspritzen/Spritzguss) und biobasierter Materialien

- F.LIST: Hersteller von höchstqualitativen Einrichtungen für Flugzeuge, Boote/Yachten und Residenzen

Neben der wirtschaftlichen Umsetzung nach geplanter Patentierung von Prozessen und Materialien mit Potential zu hohen Marktvolumina entsprechend der mit assoz. Partnern erstellten Businesspläne, ist im Projekt vor allem das wissenschaftliche Studium mit anschließender Publikation von Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen von hoher Bedeutung. Deren Kenntnis ermöglicht zusätzlich robuste zukünftige Fertigungsprozesse mit hoher Toleranz zu Schwankungen der Qualität der biobasierten Rohstoffe.

Abstract

Bendable and deformable like plastic films, flexible like foam ("softTOUCH"), scratch-resistant and easy to clean like synthetic resin, ecologically sustainable like the natural material itself - a hitherto unknown combination of properties of wood surfaces. However, such material will fulfill the current trend in eco-design towards the "experience of nature" as an antipole to high-tech functionalised, abstracted interiors (living, working, mobility & travel). Nevertheless, economical realization by thin flexible wood veneers on bio- & wood fibre-based carrier foils and with highly resistant "easy-to-clean" surfaces for long service life and consistent optical-decorative and haptic quality is currently lacking on the market. Increasing demand for such is seen from users in the automotive, aircraft, interior design, furniture construction and consumer products sectors as a logical development starting from commercial near-natural decorative surfaces of the project partner ORGANOID.

The aim of the softTOUCHwood project is thus the development of such a material, which is further fully recyclable, in order to meet long-term eco-design trends. For this purpose, the following materials and manufacturing technologies without toxic emissions (incl. VOCs) during use and also at the end-of-life in thermal recycling will be developed starting from TRL2-3 to TRL 4 using industry-relevant roll-to-roll processes:

- Compounding of carrier films made of thermoplastic bio-based polyurethane and wood fibres as filler & reinforcing material for adapted formability as well as with non-toxic, halogen-free flame & fire retardants to meet standards in a wide range of applications ("softTOUCHwood" carrier film)

- De-lignification of thin veneers to achieve high flexibility with minimised optical and haptic decor changes after their application on carrier foil ("softTOUCHwood" decor)

- Coatings for counteracting haptic, optical and wear properties and easy cleanability adapted to the conditions of use, i.e. toolbox with bio-based (1) thermoplastic foil lamination, (2) water-based spray lacquering and (3) wax glaze infiltration. Final step for each of these case is the application of visible light photocatalytical, alloyed TiO2 coating with fluorine-free highly hydrophobic and anti-abrasive particles by means of atmospheric pressure plasma coating ("softTOUCHwood" surface)

- Deep drawing of these "foils” and subsequent back injection technologies with in-situ foaming biocomposites for the production of 3D moulded parts with softTOUCHwood surface

In addition to the use of bio-based raw materials or waste materials from the wood processing industry, which are often available in pure form (i.e. developed exemplary using the material cycles of the partner F.LIST as a manufacturer of high-quality furniture and interior fittings), the development of the recyclability of the material composite is of great relevance, e.g. through the application of production waste and recycling of future returns after large-scale interior design application as fillers for the carrier films.

The focus of the developments for the future application on small back-injected moulded parts up to large-area laminated architectural and furniture structures is ultimately the creation of guidelines for technology utilisation based on the conception and production of demonstrators. These demonstrators will also serve in the future for marketing as well as for application-specific upscaling (1.5 years after the end of the project to TRL 6-7) with utilisation partners (i.e. associated partners already involved in the project in the areas of automotive, interior design & furniture construction, consumer products).

The consortium of "softTOUCHwood" itself is composed of the following specialists in R&D on wood and natural materials and their modification and optimisation with innovative manufacturing processes to meet market requirements known through high market/application expertise:

- ORGANOID: industrial production of nature-based, bio-based decorative materials with roll-to-roll technology.

- Wood K plus: wood research centre with focus on wood modification (de-lignification, compounding of wood-/bio-based base materials, back-injection) and characterisation

- Joanneum Research (JR): Research institute with focus on sustainable surface functionalisation using versatile atmospheric pressure plasma technologies that can be easily transferred to large surfaces.

- HARATECH: Service provider for customised development, prototype to medium-sized series production of components using highly innovative technologies (3D printing, vacuum casting, back injection/injection moulding) and bio-based materials

- F.LIST: Manufacturer of high quality furnishings for aircraft, boats/yachts and hotels.

In addition to the economic implementation after planned patenting of processes and materials, which are expected to have high market volumes in the business plans also drawn up with associative partners, the scientific study with subsequent publication of process-structure-property relationships is of particular importance in the project, as knowledge of these additionally contributes to robust future manufacturing processes with high tolerance to fluctuations in the quality of the biobased raw materials.

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