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