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Holzschutz durch Holzmodifizierung
Hitzebehandlung Die Veränderung der Holzeigenschaften ist eine Alternative zum Einsatz von Holzschutzmitteln und von Tropenhölzern. Verschiedene Verfahren dazu sind teilweise schon länger bekannt und werden derzeit für eine großtechnische Nutzung weiterentwickelt. Bild 1 zeigt die wichtigsten Prinzipien, nach denen dabei gearbeitet wird (aus: Rapp et. al. 2000).
HitzebehandlungBeim Erhitzen von Holz auf Temperaturen zwischen 170 und 240 °C werden u.a. die hydrophilen OH-Gruppen in den Zellwänden abgetrennt (siehe Bild 1). Dadurch wird die Wasseraufnahmefähigkeit des Holzes und damit seine Quellung und Schwindung verringert. Pilze können es schwerer befallen und die Dauerhaftigkeit wird deutlich verbessert. Ein Nachteil ist eine gewisse Versprödung. Die Zug-, Druck- und Biegefestigkeiten werden etwas verschlechtert. Störend kann u.U. die bräunliche Verfärbung und der (unangenehme) Geruch des Holzes sein.
In den Niederlanden wurde im Jahr 2000 die erste Anlage fertiggestellt, die anfänglich 50.000 cbm PLATO-Holz jährlich produzieren soll. In Dresden wurde eine Tochtergesellschaft gegründet, die im Jahr 2001 die Produktion aufnehmen wird. Auf deren Homepage http://www.plato-holz.de/ gibt es ausführlichere Informationen zum Verfahren und zur Verwendung des platonisierten Holzes. Die Firma "Suomen Ekopuu Oy Osmo Savolainen Mänttä" aus Finnland stellte ihr THERMOTIMBER bereits 1999 auf der LIGNA vor. Ab August 2001 will der finnisch-schwedische Konzern Stora Enso thermisch modifiziertes Holz auf den Markt bringen. Im Handel erhältlich ist derzeit hitzebehandeltes Holz aus Finnland bei Firma Jan Fr. Schulzebeer & Co. Auch in Frankreich wird bereits hitzebehandeltes ("retifiziertes") Holz angeboten und u.a. zur Herstellung von Fenstern genutzt.
Ein sehr gut erforschtes Modifizierungsverfahren ist die Acetylisierung mit Essigsäureanhydrid. Dieses überführt die Hydroxyl-Gruppen in der Zellwand in Acetylgruppen. Die dabei anfallende Essigsäure kann wieder in die Ausgangssubstanz zurückverwandelt werden, sodass es keinerlei Entsorgungsprobleme gibt. Folgende Verbesserungen der Holzeigenschaften wurden als Folge festgestellt: Die Dauerhaftigkeit gegenüber Pilzen (Braun-, Weiß- und Moderfäule) wird deutlich erhöht. Einige Informationen und Literaturhinweise dazu findet man bei der niederländischen Stiftung SHR. MelaminharztränkungWasserlösliche Melamnin-Formaldehydharze härten in den Zellwänden bei Temperaturen zwischen 100 und 140 °C zu wasserunlöslichen Polymeren aus. Dies hemmt den Befall durch holzzerstörende Pilze, verzögert aber den Angriff von Bläue- und Schimmelpilzen nur, sodass im Außenbereich ein Anstrich erforderlich bleibt, wenn eine dekorative Wirkung des Holzes gewünscht wird. Zu prüfen bleibt noch, ob mit Melaminharz behandelte Fußbödenhölzer auch als schwer entflammbar (B1) eingestuft werden können.
Hydrophobierung mit pflanzlichen ÖlenIn Deutschland werden Prozesse angewandt, bei denen warmes Pflanzenöl mit ca. 8 bar Überdruck über mehrere Stunden in das Holz gepresst oder auch feuchtes Holz in einem warmen Ölbad getränkt und zugleich getrocknet wird. Die Vernetzung in den Zellwänden bewirkt eine Hydrophobierung, d.h. eine wasserabstoßende Wirkung des Holzes. Während eines Schlussvakuums wird ein Teil des Öles wieder entzogen. Das dabei im Holz verbleibende Öl soll eine langfristig wetterfeste Oberfläche garantieren. Dieses Verfahren nutzt die Firma Menz Holz, vor allem für die Produktion von Gartenzäunen, die von anderen Firmen angeboten werden, z.B. siehe http://www.holz-im-garten-gmbh.de/holzzaun_3.htm. und http://www.holzjung.de/aussen.shtml.
Verkieselungen / SilylierungenIn den Zusammensetzungen Kieselsäure+Natriumoxid/Kaliumoxid als Wasserglas oder Kaliwasserglas sind oberflächige Verkieselungen von Holzbauteilen im Brandschutz bekannt. Auf älteren Dachstühlen lässt sich dieser milchigweiße Überzug noch oft feststellen. Er sollte nach 1942 ein (letztendlich aber untaugliches) Mittel gegen die Brandminen und Brandbomben der beginnenden Luftangriffe auf die deutschen Städte sein. Damals behandelte Hölzer sind bis heute auch recht unversehrt von Insektenbefall geblieben. Daher wurde auch im Holzschutz dieses Verfahren durchprobiert. Jedoch dauert der Verkieselungsprozess über Jahre, was bei einer solange bestehenden Wasserlöslichkeit die Anwendung an Hölzern im Freien oder mit Erdkontakt ausschloss. Allein der Verbau unter Dach bliebe möglich. Bei der Anwendung zu modifiziertem Holz durch Druckimprägnierung oder Oberflächenbehandlung führen die eingebrachten Modifizierungsstoffe wie Wasserglas, Kieselsole oder Alkyl-/Alkoxy-Silkane allerdings zu einer Gewichtszunahme von 20 - 50%.
Vor- und Nachteile bei verschiedenen Methoden der HolzmodifizierungDie folgende Tabelle gibt eine Übersicht zu Vor- und Nachteilen der Modifizierungsverfahren:
Anmerkung: Bei den Angaben in der Tabelle ist immer zu berücksichtigen, dass diese Modifizierungsmethoden teilweise zwar schon am Markt eingeführt wurden, aber immer noch ein reges Forschungstreiben stattfindet. Die Bewertungen sind daher unter diesem Gesichtpunkt nicht endgültig und können sich durch neue Herstellungsprozesse oder neue Erkenntnisse u.U. auch ändern. Dabei stark regulierend sind auch die Herstellungskosten und die Frage der Umweltbelastungen aus der Produktion, und die zu erwartenden Arbeitsschutzanforderungen bei der Weiterverarbeitung. Deren Folgen und die daraus resultierenden Bewertungen erfolgen ja bekanntlich erst nach aufgetretenden Problemen in der Praxis. Diese modifizierten Hölzer werden im weiteren als eigenständige Holzartengruppen zu betrachten sein. Modifizierte Holzarten sind in Deutschalnd bis dato ausnahmslos kein geregeltes Bauprodukt und ihre Verwendung als tragende oder aussteifende Holzbauteile ist bestimmungsgemäß unzulässig. Die entsprechenden Verwendbarkeitsnachweise und eine Normung sind noch nicht in Sicht. (1/2008)
Interessantes am RandeDas österreichische Forschungszentrum WOOD K plus verfolgt einen neuartigen Ansatz: das Holz wird gleich zwei unterschiedlichen Modifikationsverfahren unterzogen. Einerseits soll die Modifikation des gesamten Volumens eines Holzstücks zur Verbesserung der von der chemischen Struktur der Holzpolymere abhängigen Eigenschaften, wie z.B. Dimensionsstabilität oder natürliche Dauerhaftigkeit, führen. Im zweiten Modifizierungsschritt wird gezielt die Oberfläche des Holzstücks vergütet, wodurch die mechanische Widerstandsfähigkeit (Abrieb-, Kratzfestigkeit, etc.) und die UV-Beständigkeit erhöht werden soll.
LiteraturhinweiseWeiterführende Informationen zur aktuellen Forschung im Bereich der Holzmodifizierung finden Sie auf den Internetseiten des Instituts für Holzbiologie und Holztechnologie der Universität Göttingen! Weitere Literatur:
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