Biologische und technologische Eigenschaften von Buchenholz nach einer Modifizierung mit 1,3-dimethylol-4,5-dihydroxyethyleneurea (DMDHEU)

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Die vorliegende Arbeit beschreibt die Untersuchung der Eigenschaften von chemisch
modifizierter Buche. Die Modifizierung mit drei Lösungskonzentrationen
1,3-dimethylol-4,5-dihydroxyethyleneurea (DMDHEU) erfolgte in einem industriellen
Prozess. Die Modifizierung beruhte auf einer 2-stufigen Behandlung, bei
der die wasserbasierte DMDHEU Lösung im ersten Schritt mit einer Vakuum-
Druck-Imprägnierung in das Holz eingebracht wurde und im zweiten Schritt unter
Heißdampfbedingungen ausreagierte.
Die Ergebnisse zeigten, dass eine Modifizierung von Buche mit DMDHEU grundsätzlich
möglich ist. Lösungsaufnahme, WPG (Gewichtszunahme durch die Behandlung)
sowie der veränderte Stickstoffgehalt zeigten, dass DMDHEU in das
Holz und die Zellwand eindringt und fixiert wird. Eine durch Nanoindentierung
ermittelte Härteerhöhung bestätigte diese Ergebnisse.
Die Ausgleichsfeuchten zwischen 20 und 90% relativer Luftfeuchte wurden
durch die Behandlung beeinflusst. Sie lagen im Mittel deutlich unterhalb der
Kontrollen. Ein praxisrelevanter Unterschied zwischen den Behandlungen wurde
jedoch nicht gemessen. Durch die Behandlung kam es zu einer Quellungsvergütung
(ASE) von ca. 30-40%. Die Wasserdampfaufnahme (Wasseraufnahme pro
Zeiteinheit) verringerte sich durch die Behandlung um ca. 50-65%.
Die Resistenz gegenüber Moderfäule und Basidiomyceten wurde durch die Behandlung
erhöht. Dabei galt, dass eine Lösungskonzentration von DMDHEU
2,3M notwendig war, um bei allen Untersuchungen einen sicheren Schutz vor
holzabbauenden Pilzen zu erreichen. Die Resistenz gegenüber Bläuepilzen wurde
dagegen durch eine DMDHEU Behandlung nicht beeinflusst.
Die Härte nach BRINELL wurde durch die Behandlung in Abhängigkeit der Lösungskonzentration
erhöht, die Härte nach JANKA blieb unverändert. Die Druckfestigkeit
wurde ebenfalls erhöht, Scher- und Zugfestigkeit dagegen verringert.
Die Biegefestigkeit wurde nicht signifikant beeinflusst. Erheblich abgenommen
hat die Arbeit, die von dem modifizierten Holz bei verschiedenen Krafteinflüssen
absorbiert wurde. Dies galt für Zug-, Biege- und Bruchschlagarbeit. Der E-Modul
verhielt sich nach einer DMDHEU Behandlung in den anatomischen Richtungen
unterschiedlich. In axialer Richtung wurde der E-Modul erhöht, in radialer Richtung
reduziert und in tangentialer Richtung blieb er unverändert.
Die Formaldehydabgabe des behandelten Holzes erreichte in allen Untersuchungen
die in der Chemikalienverbotsverordung geforderte Ausgleichskonzentration
von weniger als 0,1ppm.
Auffällig war, dass die Buche nach der Behandlung unabhängig von der Lösungskonzentration
zu einer verstärkten Rissbildung parallel zum radialen Parenchymgewebe
neigte. Die Risse wurden nicht direkt im Anschluss an den Modifizierungsprozess,
sondern erst nach längerer Lagerungszeit sichtbar. Es wurde deshalb
untersucht, ob das veränderte Rissverhalten auf 1) reduzierte Festigkeiten bei
gleichbleibenden Spannungen oder 2) auf erhöhte Spannungen bei gleichbleibenden
Festigkeiten zurückzuführen ist bzw. eine Kombination der beiden Faktoren
zu diesem Verhalten führte. Vermutungen, dass erhöhte Spannungen durch
eine veränderte Quellungsanisotropie hervorgerufen wurden, bestätigten sich
nicht. Eine Betrachtung der oberflächlich auftretenden Spannungen mittels Electronic
Speckle Pattern Interferometrie (ESPI) während eines Zugversuches ergab
ebenfalls keine Hinweise auf veränderte Spannungsverteilungen oder evt. auftretende
Spannungsspitzen. Dieses Ergebnis war überraschend, da auf Grund des
unterschiedlichen E-Moduls in den anatomischen Hauptrichtungen von einer
erhöhten Spannung ausgegangen wurde. Eine Untersuchung des Rissverhaltens
mittels Mikro-Keilspaltversuch und mikroskopische Aufnahmen des Zellgefüges
lassen vermuten, dass es durch die Behandlung zu einer Reduzierung der Festigkeit
der Zellwandschicht S2 kam. Die Festigkeit der gesamten Zellwand scheint
dagegen nicht verändert zu sein.
Auf Grundlage der in dieser Arbeit durchgeführten Versuche ist davon auszugehen,
dass die Veränderung des Rissverhaltens durch die unterschiedliche Steifigkeit
des Materials in Abhängigkeit der anatomischen Richtung sowie den Verlust
der plastischen Verformbarkeit beeinflusst wird. Zur vollständigen Erfassung der
Rissneigung der DMDHEU behandelten Buche sind weiterführende Untersuchungen
notwendig.