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

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.