Chemische Modifizierung von Buchenholz

Transkript

1 Perspektiven der stofflichen Nutzung der Buche Tagung des NHN Göttingen 2011 Chemische Modifizierung von Buchenholz Holger Militz Abteilung Holzbiologie und Holzprodukte

2 Gliederung des Vortrages Buchenholz: Technologische Eigenschaften und Limitierungen Was ist Holzmodifizierung? Stand der Dinge in Forschung und Umsetzung

3 Laubholzverwendung (Fotos: Schmidt 2009)

4 (Nach Frühwald 2009)

5 M. Frese, KIT, Vortrag Laubholztagung Würzburg 2010

6 Holz generell problematisch in Aussenanwendung Schwachpunkte: Feuchte! UV-Stabilität Dimensionsänderung Pilzresistenz

7 Buche im Aussenbereich nicht verwendbar! Aufgrund fehlender Dimensionsstabilität und Pilzresistenz!

8 Ziele der Holzmodifizierung 100% Technischer Aufwand (Produktion, Wartung) Produktqualität Eiche DRM Modif. Holz Teak Fichte 0% Buche Kiefersplint Holzeigenschaften Quelle: Schmid

9 Was ist Holzmodifizierung? Einleitung

10 Verfahren der Holzmodifizierung Hitzebehandlung (Thermoholz) Acetylierung (Accoya) DMDHEU (Belmadur) Furfurylierung (Kebony) Silicone/Silane Öle/ Wachse/ Parafine Melaminharz Naturprodukte (Chitosan, Extraktstoffe )

11 Industrielle Verfahren der Holzmodifizierung Belmadur Technologie (DMDHEU) Kebony Technologie (Furfurylierung) Accoya Titanwood (Acetylierung)

12 Reaktive Harze O NR 2 HOCH 2 HO N N OH CH 2 OH N N R 2 N N NR 2 R = H, CH 2 OH, CH 2 OCH 3 DMDHEU Melamin Furfurylalkohol (PFA) Schnittholz Imprägnierung Trocknung / Reaktion Modifiziertes Holz Bilder: BASF AG

13 Basismaterial für Modifizierung Fasern/ Späne/ Furniere Kiefern Pappel Buche? Andere Laubhölzer Erle Birke Esche

14 Was macht Behandlungsgradient im Holz? Kebony - pictures

15 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)

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

17 Fenster aus Mb Kantel Kiefer Teillamellen Firma Münchinger Belmadur- Vernetzeranlage (?) Belmadur - Produkte

18 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.

19 Kebony Produktion Vakuumtrockner für Trocknung und Curing

20 Kebony Produkte

21 Kebony Produkte

22 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 Bilder: SHR (Niederlande)

23 Anlage, Arnhem, NL

24 Accoya Produkte

25 Silane, Silicone, Wachse, Parafine

26 Wasseraufnahme nach Behandlung mit Silanen 40 ASE ASE 8730 Water uptake (%) 20 c30 c15 C7.5 ASE 8730 ASE 8130 ASE 8130 ASE Control (Tingaut et al., 2005) Time (h)

27 BMBF Projekt Innovative modifizierte Buchenholzprodukte Peter Rademacher, Susanne Bollmus, Sabrina Puttmann, Andrés Dieste, Andreas Krause, Holger Militz

28 Holz Imprägnierung Härten / Reaktion mod. Holz H 2 O H 2 O H 2 O HOCH 2 N O N H O OH CH 2 OH Quelle: BASF micro Mikrofibrille micro Mikrofibrille micro Mikrofibrille micro M ikrofibrille H 2 O DMDHEU DMDHEU pc pc DMDHEU cl micro Mikrofibrille micro M ikrofibrille DMDHEU DMDHEU H 2 O H 2 O cl Imprägnierung Reaktion DMDHEU (dimethyloldihydroxyethyleneurea)

29 18% 16% 14% 12% 10% 8% 6% 4% 2% 0% volumetrische Quellung von 0% Holzfeuchtigkeit zur Fasersättingung Buche Lärche Meranti Buche / 30% Kiefer Kiefer / 30% Teak Buche / 60% Holzarten

30 Härte

31 Biegefestigkeit

32 Druckfestigkeit Zugfestigkeit Quelle: Bollmus et al., 2009

33 Bruch-Schlag-Arbeit (Bollmus 2010) Kontrolle DMDHEU 1,3 M

34 ESEM Microskopie, Buche (Fagus sylvatica) (Bollmus 2010) Unbehandelt DMDHEU 1.3 M

35 Bestimmung der Dauerhaftigkeit Gemäß CEN TS Wochen Inkubationszeit Weißfäule und Braunfäule Unbehandelte Buche DMDHEU 1,3M, 2,3M Unbehandelte Buche Dauerhaftigkeitsklassen (DHK) 1-5 DHK 1: sehr dauerhaft DHK 5: nicht dauerhaft Buche = DHK 5 DMDHEU 1,3M

36 Resistenz gegenüber Trametes versicolor (Weißfäule)

37 Resistenz gegenüber Poria placenta (Braunfäule)

38 Praktische Versuche

39 Leitprodukte und Holzindustriepartner Realisierte Leitprodukte: Terrassendeckings, Picknickbank- Garnituren (FAHLENKAMP) Außentüren (VARIOTEC) Formholzaußen- /Feuchtraumstühle, -Bänke (BECKER) VARIOTEC

40 Terrassendecking Produktherstellung

41 Terrassendecking Produktprüfung Leitprodukte: Terrassendecking/ Modultestfeld nur A A+B A+B mittlere Rissanzahl pro Modul (Okt. 2008) Prozess 1 Prozess 2 Prozess 3 Prozess 5 nur A Quelle: Zaba, 2009

42 Picknickbänke Produktbeispiele Außen- Picknickbänke 1. Pilot- Generation: Fertigstellung Sommer 2006 (li.) 1. Pilot- Generation Kontrollbild Sommer 2008 (re.unten)

43 Außentüren Produktbeispiele VARIOTEC

44

45 Bauteilprüfung Uni Göttingen Variotec: Belmadur/ Melaminholz Modifizierte Buche; Kiefer und Aluminium Biegefestigkeit 99,25 N/mm² E-Modul: N/mm²

46 belmadur - Produkte Sperrholzformteile aus Belmadur Furnier Sperrholzformteile aus Belmadur Furnier Gefertigt durch die Firma Becker, Brakel Anwendung Außenbereich Behandlung von Buchenoder Ahorn-Furnieren Hohe Dauerhaftigkeit und Dimensionsstabilität Formstabilität keine Verformungen Keine Delaminierung

47 Modifizierung (Furniere)

48 BECKER belmadur : modifizierte Buche Fa. SIFAS, Frankreich Modell Kolorado

49 Außensitzmöbel (Furnierformholz) Formholz-Außensitzbank (Bahnhof NL) Quelle: BECKER KG

50 MF/ PF Harze und Farbstoffe ZIM Projekt Uni Göttingen in enger Zusammenarbeit mit Fa. Fehrensen/ Hedemünden Ziel: Buche witterungsbeständig dekorativen Oberflächen langlebige, wartungsarme, maßhaltige und optisch ansprechende Holzprodukte

51 Farb- und Dimensionsstabilität von Buche 20% MF-Harz & Gelb 30% MF-Harz & Gelb ZIM Kooperations-Projekt 25% PF-Harz & Braun mit Melamin/Phenol und Farbe behandeltes Buchenholz

52 Farb- und Dimensionsstabilität von Esche 20% MF-Harz & Gelb 30% MF-Harz & Gelb ZIM Kooperations-Projekt 25% PF-Harz & Braun Die Abbildung zeigt eine unter dem Auflichtmikroskop untersuchte und mit Farbe imprägnierte Esche.

53 Farb- und Dimensionsstabilität von Buche ZIM Kooperations-Projekt Modifiziertes Laubholz in der Freibewitterung nach EN 927-3

54 Farb- und Dimensionsstabilität von Buche ZIM Kooperations-Projekt Buchen-Referenz-Probe nach 12 Wochen Schnellbewitterung (EN 927-6)

55 Farb- und Dimensionsstabilität von Buche ZIM Kooperations-Projekt Probe nach 12 Wochen Schnellbewitterung (EN 927-6)

56 Farb- und Dimensionsstabilität von Buche ZIM Kooperations-Projekt mit Melamin behandeltes Buchen- Terrassendecking

57 Pro s and con s Buchenmodifizierung Pro: Con s: Dauerhaftigkeit Dimensionsstabilität Härte Ästhetik Sprödigkeit Rissempfindlichkeit Gewicht? Preis

58 Gesamtfazit Modifizierung von Buchenholz schafft neue Produkte!

59 Gesamtfazit Modifizierung von Buchenholz schafft neue Produkte Aber: einfacher geht s mit anderen Holzarten

60 Verwendung von Buchenholz: Licht am Horizont? Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Photo: kebony.com