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Zur Reduktion der Umweltbelastung durch Farb- und Graphitstifte suchen Caran d’Ache und die BFH nach einer Alternative aus lokalem Holz, die nach einem Modifikationsverfahren die Anforderungen hochwertiger Farbstifte erfüllt.

Steckbrief

Beteiligte Departemente Architektur, Holz und Bau
Institut(e) Institut für Baustoffe und biobasierte Materialien IBBM
Forschungseinheit(en) Fachgruppe Holzmodifikation und Verklebung FGHV
Förderorganisation Innosuisse
Laufzeit 01.02.2019 - 07.11.2023
Projektleitung Dr. Christelle Ganne-Chédeville
Projektmitarbeitende Prof. Dr. Thomas Volkmer
Dr. Christelle Ganne-Chédeville
Patricia Granado Sanzovo
Partner Caran d'Ache SA
Schlüsselwörter Holzmodifikation

Ausgangslage

Das wachsende Bewusstsein für den Klimawandel hat die Menschen, Unternehmen und Regierungen dazu veranlasst, konkrete Massnahmen zur Verringerung der weltweiten Treibhausgasemissionen umzusetzen. Das gilt auch für Caran d’Ache, den einzigen Hersteller von Farb- und Graphitstiften in der Schweiz, der seiner Kundschaft Produkte mit geringen Umweltauswirkungen anbieten und dabei die etablierten Werte Innovation und hochwertige Qualität beibehalten möchte. Obwohl das Unternehmen in dieser Hinsicht bereits diverse Massnahmen umgesetzt hat, erzeugt der Transport des Holzes für die Farb- und Graphitstifte immer noch eine erhebliche Umweltbelastung. Die Stifte werden aus kalifornischem Zedernholz hergestellt, das seit über 100 Jahren als erstklassiges Holz für die Herstellung hochwertiger Farb- und Graphitstifte bekannt ist. Das Holz wird in Kalifornien gewonnen und zur Verarbeitung zu Brettchen ins Ausland transportiert, bevor es in die Schweiz kommt. Dieses Innosuisse-Projekt wurde 2019 lanciert, um die aufgetretenen Herausforderungen mit einem systematischen und wissenschaftlichen Ansatz zu bewältigen. Das Ziel der Arbeiten ist, eine oder mehrere lokale Holzart(en) zu finden, die in Kombination mit einem Modifikationsverfahren ähnliche Anspitzeigenschaften bietet/bieten, wie ein aktueller Standardstift von Caran d’Ache. Im Rahmen dieses Projekts wurden sechs europäische Holzarten evaluiert: Weisstanne, Rottanne, Zirbelkiefer, Weymouthskiefer, Waldkiefer und Linde.

Vorgehen

Das Projekt besteht aus vier Arbeitspaketen (AP), durch die das Endziel erreicht werden soll, das kalifornische Zedernholz in der Herstellung hochwertiger Farb- und Graphitstifte durch ein lokales Holz zu ersetzen. AP1: Analyse der anatomischen Eigenschaften der untersuchten Holzarten, die einen Einfluss auf das Anspitzen und die Herstellung der Farb- und Graphitstifte haben, sowie Vergleich mit den Eigenschaften des kalifornischen Zedernholzes. AP2: Konzeption und Entwicklung eines Prüfstands und einer Methodenvalidierung zur Charakterisierung der Schnittkräfte beim Anspitzen der Farb- und Graphitstifte, die den Vergleich von Stiften aus verschiedenen Holzarten sowie der Auswirkungen der Holzmodifikation auf das Anspitzen ermöglichen. AP3: Entwicklung von Modifikationsverfahren für die Holzarten, die ein hohes Potenzial aufweisen, nach der Modifikation die gewünschten Eigenschaften zu erlangen. Optimierung des Verfahrens für eine oder mehrere Holzart(en). AP4: Bewertung der Leistung der modifizierten Holzarten beim Anspitzen und der Herstellung von Farb- und Graphitstiften unter Berücksichtigung von Aspekten wie dem Zeitpunkt des Anspitzens, dem Aussehen des behandelten Holzes, der Einheitlichkeit der Behandlung, der Klebeleistung, der Endverarbeitung und der Feuchtigkeitsbeständigkeit.

Ergebnisse

Nach der anatomischen Analyse der verschiedenen Holzarten wurden die wichtigsten Eigenschaften festgehalten. Das kalifornische Zedernholz verfügt über eine besondere Kombination dieser Merkmale, die in keiner anderen Holzart in ähnlicher Form anzutreffen ist. Die Entwicklung eines Prüfstands für das Anspitzen der Farb- und Graphitstifte und die Methodenvalidierung wurden abgeschlossen und haben es ermöglicht, Stifte aus allen untersuchten Holzarten zu vergleichen sowie den Einfluss der Behandlung des Holzes auf das Anspitzen zu evaluieren. Zahlreiche Tests zur Holzbehandlung, wie u. a. die Imprägnierung mit einer Wachslösung, haben gezeigt, dass bei einigen lokalen Holzarten gute Anspitzeigenschaften durch Modifikation des Materials erzielt werden können.

Ausblick

Die Anpassung des Verfahrens, die Sortierung nach Qualität und die Evaluation der Leistung der Holzarten unter anderen Aspekten der Herstellung von Farb- und Graphitstiften sind die nächsten Etappen auf der Suche nach einer praktikablen Alternative als Ersatz für das kalifornische Zedernholz in der Stifte-Industrie. Die grössten Herausforderungen bleiben die Einheitlichkeit der Behandlung, die Beschaffung eines hochwertigen Rohstoffs, der Wiederaufbau einer Produktionskette und die Bearbeitung der Brettchen für die Farb- und Graphitstifte in der Schweiz, wobei Letztere ein spezifisches Know-how und grosse Präzision erfordert. Aus diesem Grund sind Partnerschaften mit lokalen Unternehmen aus den Bereichen der Holzverarbeitung und -behandlung von entscheidender Bedeutung.