Holzmodifizierungen von Fassaden

Transkript

1 S-Win Statusseminar 13.Juni 2016 Holzmodifizierungen von Fassaden Holger Militz Abteilung Holzbiologie und Holzprodukte

2 Forstfakultäten/ Holzforschung in D Hamburg Göttingen WKI Tharandt/ IHD Dresden Freiburg Freising/ München

3 40 Mitarbeiter Arbeitsbereiche Beschichtungen / Lacke Bewitterung / UV-Schutz Biologischer Holzabbau Holzmodifizierung Holzqualität Holzschutz Vollholzverklebung Wood-Plastic-Composites Nanokomposite Holzwerkstoffe Abteilung Holzbiologie und Holzprodukte

4 Vortrag Holztechnologische Anforderungen an Fassaden Wie funktioniert Holzmodifizierung? Verfahren der Holzmodifizierung Materialeigenschaften Herausforderungen

5 Holz Ökologisch Erneuerbar ++ Holzverwendung ++ Ästhetisch Traditionell Technologisch vielfältig Nachhaltig oder modern

6 Holz Schwachpunkte: Feuchte UV-Stabilität Pilzresistenz

7 Abbau-Mechanimus bei der Bewitterung Licht Wasser Photo-Abbau Lignin Auswaschung abgebautes Material Photo-Abbau Hemicellulose Rissbildung Erosion

8 UV-Angriff von Kiefernholz (Fotos P. Evans)

9 Vergrauung des Holzes Vergrauung durch Aureobasidium pullulans

10 Holztechnologische Anforderungen an Fassadenholz Dauerhaftigkeit/ Pilzresistenz (Insekten) Wasseraufnahmeeigenschaften Arbeiten (Quellen und Schwinden) UV-Stabilität Fotos: Accoya

11 Produktqualität Technische Anforderung an Holzprodukte 100% Technischer Aufwand (Produktion, Wartung) Teak DRM Wunsch- Holz Eiche???? 0% Kiefersplint Fichte Holzeigenschaften Quelle: Schmid, 2006 verändert

12 Produktqualität Technische Anforderung an Holzprodukte 100% Technischer Aufwand (Produktion, Wartung) DRM Modif. Holz Teak Eiche 0% Buche/ Kiefer/ Pappel Kiefersplint Fichte Holzeigenschaften Quelle: Schmid, 2006 verändert

13 Was ist Holzmodifizierung?

14 Holzmodifizierung Dauerhafte, biozidfreie Veränderung des Holzes durch: Hitze (thermische Modifizierung) Einbringung von Chemikalien und Reaktion mit Holz (chemische Modifizierung)

15 Einleitung Wo greift Holzmodifizierung an?

16 Einleitung Zusammenhang zwischen WPG und Eigenschaften 100mm 100g + R O O H H C C C N N H H CH HC HO OH 20g O R = 105mm 120g Holz nimmt Chemikalien auf und wird schwerer= 20% WPG (Weight Percent Gain) Da Chemikalien grösser als Wasser = 5% dauerhafte Quellung (bulking)

17 Verfahren der Holzmodifizierung Hitzebehandlung ( Thermoholz ) Acetylierung (Accoya) Furfurylierung (Kebony) Öle/Wachse/Paraffin Melamin/ Silikone DMDHEU (Belmadur) Naturprodukte (Chitosan, Extraktstoffe, ) Auf dem Markt verfügbar Prozesse verfügbar Umsetzung fraglich

18 Prozessentwicklung der letzten Jahre Massivholz!! Furniere Holzwerkstoffe Späne Fasern WPC Holzbiologie und Holzprodukte

19 Anwendungsbeispiele

20 Thermoholz (TMT, Thermowood) - Keine Chemikalien - Temperature 180 C to 220 C - diverse Holzarten - unterschiedliche Prozesse 250 ThermoWood process T(C) Phase 1 Phase 2 Phase t(h) Photos: Plato process

21 Thermowood 2. Generation T max : 230 C P min : -1 bar P max : 9 bar Volume: 65 l Electric heating elements Vessel Safety valve Steam generator Vacuum pump T max : 180 C P min : -1 bar P max : 9 bar Volume: 25 l Electric heating elements Cooling coil Gas washer Exhaust valves

22 Equilibrium moisture content [%] Weight loss by R. placenta [%] Eigenschaftsveränderungen bei Thermoholz Gleichgewichtsfeuchte bei 20 C/65% RH Pilzresistenz 9% 8% 7% Atmospheric pressure elevated steam pressure Atmospheric pressure Steam pressure unmodified 6% 5% 20 4% 15 3% 10 2% 5 1% 0 0% Mass loss during process [%] Mass loss during process [%]

23 Ästhetik Foto Parkett: Hamberger, Ro

24 Anwendung GK 3 (Photos by Thermowood Association, Finland)

25 25 Modifizierung mit reaktive Harzen HOCH 2 HO N O N DMDHEU OH Belmadur CH 2 OH NR 2 N N R 2 N N NR 2 R = H, CH 2 OH, CH 2 OCH 3 Melamin Furfurylalkohol (PFA) Kebony Schnittholz Imprägnierung Trocknung / Reaktion Modifiziertes Holz Bilder: BASF AG Holzbiologie und Holzprodukte

26 Belmadur Technologie HOCH 2 N O N CH 2 OH Textilanwendungen (Bügelfrei, Easy Care Cotton) HO OH DMDHEU (1,3-dimethylol-4,5-dihydroxyethylene urea)

27 Belmadur Prozess Pilotanlage BASF Schritt 1: Behandlung mit Belmadur Lösung unter Druck Schritt 2: Trocknen und Vernetzen bei über 100 C

28 Kebony Technologie O C H Hydrierung O CH 2 OH O Furfural Furfurylalkohol Gewinnung Hydrierung von Furfural Furfural durch Destillation von Zuckerrohr, Haferspelzen, Maiskolben, Reis- und Erdnußschalen, Schilf u.a.

29 Kebony Prozess

30 Kebony Produktion Autoklav: 13 m lang, 3.25 m Durchmesser ( bar).

31 Kebony Produktion 4 spezielle Vakuumtrockner für Trocknung und Curing

32 Kebony Produkte Holzarten Produktgruppen K 100 Buche Kiefer-Splint (SYP/Radiata) Ahorn Fassaden Terrassenbeläge Fußböden Täfelung Wasserbau Bootsstege K 30 Europäische Kiefer Fassaden Terrassenbeläge Bedachung Täfelung

33 Kebony Produkte

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36 Accoya Titanwood Holz OH H 3 C H 3 C O O O Holz + + O CH 3 O H 3 C O OH Prozess: Accoya = Pinus radiata Einbringen von Essigsäure- Anhydrid Reaktion bei hohen Temperaturen Entfernen der Essigsäure Bilder: SHR (Niederlande)

37 37 Accoya & Tricoya production Accoya production plant, the Netherlands Medite MDF mill, Ireland: Tricoya produced alongside the larger volume of regular MDF

38 Anlage, Arnhem, NL

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40 Accoya Produkte

41 Accoya Produkte Stege im Meerwasser NL Kanal-Einfassung NL Fussgängerbrücke NL

42 42 Accoya context of use Louis Vuitton facades, South America 500+ windows, German Embassy, Washington DC Core applications: Windows, decking, cladding and civil Core markets: Europe, US, Pacific

43 43 Tricoya, context of use & testing Climbing walls, The Netherlands Window shutters, Germany Core applications: Facades, joinery, door skins, wet rooms & Sales of Tricoya by Medite through similar channels as Accsys with Accoya, but focused on UK, Ire, NL, DE & Nordics Accsys supporting Medite in more distant markets: Japan, Australia and North America While we carry some market good will from Accoya, a similar data set is required for Tricoya.

44 Accoya (Fotos von Accoya)

45 Accoya Produkte Brücke bei Sneek (NL) Schwerlastbrücke (60t-Klasse), 40 m Länge

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47 Wachsbehandlung: Dauerholz/ Natwood

48 Furniermodifizierung Impregnation Drying New Pressing technology: 60m-Contiroll-Press (Pollmeier)

49 Bau-Buche Fa. Pollmeier Buche-LVL = Laminated Veneer Lumber

50 Delaminierung und Verformung von Sperrholz unbeschichteter Platten nach 18 Monaten Aussenbewitterung Von oben nach unten: Kontrolle, veräthertes Melamin, N-methylol Melamin, AKD

51 Holzmodifizierung: Erfolgsstory? Produktion in Europa in 2015 (geschätzt): m3 TMT: m3 Accoya: ca m3 Kebony: m3 Nobelwood:?? Dauerholz/ Natwood:?? Q-treat:??

52 Basismaterial für Holzmodifizierung Imprägnierbarkeit!!! Kiefer Buche Erle Esche Nicht: Fichte etc.

53 Basismaterial für Holzvernetzung 53 Imprägnierbare Holzarten Gut imprägnierbar: z.b. Buche Schlecht imprägnierbar: z.b. Birke Holzbiologie und Holzprodukte

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55 Was macht Behandlungsgradient im Holz? Fotos: Kebony

56 Materialeigenschaften Pilzresistenz (Wasserbau) (Termiten) Festigkeiten Feuchterelatierte Eigenschaften Bewitterung Praxisrelevante Eigenschaften

57 Pilzresistenz im Labor und Feld

58 Pilzresistenz im Feld

59 59 Pilzresistenz Dauerhaftigkeit Labortest in Anlehnung an CEN/TS wöchige Inkubationszeit Braunfäule: Coniophora puteana, Poria placenta Weißfäule: Trametes versicolor Unbehandelte Buche DMDHEU 2,3M Holzbiologie und Holzprodukte

60 mass loss Pilzresistenz in Abhängigkeit von Beladungsmenge 40% 35% 30% 25% 20% Interlace Treatment "A" Interlace Treatment "B" Interlace Treatment "C" 15% 10% 5% 0% 0% 5% 10% 15% 20% weight gain after reaction Coriolus versicolor, Beech

61 Biegefestigkeit (Bollmus 2010) control Methylol treatment

62 Druckfestigkeit Quelle: Bollmus et al., 2009 Holzbiologie und Holzprodukte

63 Hardness (N/mm 2 ) Hardness [N/mm 2 ] Brinell Härte (Parkett) Pine untreated 10% 30% 50% 80% concentration of DMDHEU 0 Pinus sylvestris Tectona grandis Fagus sylvatica

64 Bruchschlagarbeit 64 Kontrolle DMDHEU 1,3 M Holzbiologie und Holzprodukte

65 65 Zellwandstrukturen von vernetzer Buche Unbehandelte Buche DMDHEU 1.3 M Holzbiologie und Holzprodukte

66 Equilibrium Moisture Content (%) 66 Feuchte: Sorption in Wasserdampf (Tjeerdsma, Boonstra 1990 s) Scotch pine Heat-treated adsorption Heat-treated desorption Non-treated adsorption Non-treated desorption Non-treated Relative Humidity (%) Heat-treated Holzbiologie und Holzprodukte

67 Ausgleichsfeuchte [%] 67 Sorption SYP Esche Buche Radiata Sipo Relative Luftfeuchte [%] Holzbiologie und Holzprodukte

68 ASE 68 Anti Swell Efficiency Quell/ Schwindverbesserung 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% DMDHEU; 5% MgCl2 Zusammenhang WPG- ASE (%) mdmdheu(b); 5% MgCl2 mdmdheu(a); 5% MgCl2 DHDMI; 5% catalyst formulation 0% 0% 10% 20% 30% 40% 50% WPG Holzbiologie und Holzprodukte

69 69 Quellung/ Schwindung Swelling/ Shrinkage [%] Teak Oak Meranti Beech Pine Belmadur Wood Holzbiologie und Holzprodukte

70 Modifiziertes Holz in praxisnahen Tests Blocktest Railtest Deckingelemente

71 Prüffeld Göttingen Wood Biology and Wood Products Georg-August-University of Göttingen

72 Water uptake (%) Wasseraufnahme (Weigenand 2004) 40 ASE ASE 8730 ASE ASE 8130 ASE ASE 8130 Control (Tingaut et al., 2005) Degussa Time (h)

73 Wasseraufnahmekoeffizient [kg/m2/ h] Kapillare Wasseraufnahme Furfuylated Untreated SYP Radiata Esche Buche

74 Holzfeuchte [%] Außenbewitterung: Holzfeuchteverlauf Pinus radiata Behandelt, mit Beschichtung 1 Behandelt, mit Beschichtung 2 Behandelt, ohne Beschichtung Unbehandelt, mit Beschichtung 1 Unbehandelt, mit Beschichtung 2 Unbehandelt, ohne Beschichtung Zeit [Monate] Holzbiologie und Holzprodukte

75 Holzfeuchteverlauf im Feldtest

76 Kiefer unbehandelt (19 Monate Bewitterung) start after 20 months

77 Kiefer Phenol (19 Monate) start after 19 months

78 Kiefer Phenol mit Pigment (19 Monate) start after 17 months

79 Kiefer Wachs mit Pigment (19 Monate) start after 20 months

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81 DMDHEU-modifiziertes Sperrholz nach 10 Jahren Aussenbewitterung DMDHEU Beschichet/ unbeschichtet unbehandelt Unbeschichtet/ beschichtet Holzbiologie und Holzprodukte

82 radiale PUR-Penetration in Kiefer und Buche (Fluoreszenz Mikroskopie)

83 Klebstoffpenetration (PU, Kiefer hitzebehandelt) im CT (Nanotom)

84 Klebstoffpenetration maximale Tiefe

85 Weitere Faktoren für Verarbeiter Umweltfaktoren Emissionen Luft, Wasser Giftigkeit Mensch/ Tier Eco tox Furniture, Thermowood Bearbeitbarkeit Gerätschaften MAK Variation des Materials Roofing, Kebony Recycling/ Abfall Wiederverwendung als Faser, WPC? Verbrennung Andere Entsorgung Decking, Belmadur Floor, Kebony Bridge, Accoya Decking, Accoya

86 Schraubenauszugswiderstand

87 HO.06-4 VFF Merkblatt Verband der Fenster- und Fassadenhersteller E.V HO.06: Hölzer für den Fensterbau Teil 4: Modifizierte Hölzer

88 HO.06-4: Geforderte Untersuchungen Allgemeine Eigenschaften Holzart und Holzqualität Herstellungsverfahren Beschreibung des Verfahrens Veränderungen gegenüber unbehandeltem Holz Beschreibung Qualitätssicherung Intern Beschreibung Qualitätssicherung Fremdüberwachung (z.b ISO 9000) Beschreibung eines Prüfverfahrens zu Überprüfung der zugesicherten Eigenschaften

89 Materialeigenschaften Dauerhaftigkeit Bläue Rohdichte bei 20 C/65%RH Gleichgewichtsfeuchte bei 20 C/65%RH Holzfeuchte Schätzverfahren Quellung und Schwindung Kapillare Wasseraufnahme Brandverhalten Wärmeleitfähigkeit

90 Mechanische Eigenschaften Biegefestigkeit Biege-E-Modul Druck parallel und quer zur Faser Bruchschlagarbeit Schraubenausziehwiderstand Oberflächenhärte Chemische Eigenschaften Einstufung nach REACH

91 Eignung für den Fensterbau - Fensterkomponenten Eignung für verklebte Konstruktionen Verträglichkeit mit Oberflächenbeschichtungen Verträglichkeit mit Befestigungsmitteln Dichtstoffen Dichtprofilen Verwendbarkeit im Kontakt mit dem Isolierglasrandverbund

92 Hinweise zur Be- und Verarbeitung Sägen, Fräsen, Schneiden etc. Staubentwicklung (BG Messung) Emissionen bei der Verarbeitung (BG Messung) Entsorgung (Altholzverordnung REACH

93 Eignung als Endprodukt Verklebung und Festigkeit im Eckbereich Freibewitterung von Fenstern Produkteigenschaften Fenster Windlast, Schlagregendichtheit, Luftdurchlässigkeit, Stoßfestigkeit, Mechanische Festigkeit etc. Endprodukt Emissionsprüfung (VOC)

94 Accoya HO.06

95 Belmadur HO.06

96 .Kebony.Thermoholz

97 Zusammenfassung In letzten 20 Jahren sind einige Verfahren der Holzmodifizierung entwickelt worden und auf dem Markt erhältlich Modifiziertes Holz hat eigenes Eigenschaftsprofil (anders als unbehandelt) Wasseraufnahme, Pilzresistenz, Quelleigenschaften, Festigkeiten Vieles neu und anders aber immer noch Holz!

98 Zusammenfassung Gut Ding will Weile haben!

99 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!