Thermische Modifizierung von Spanmaterial und Holzwerkstoffplatten zur Verbesserung ausgewählter Eigenschaften

Abstract

Im Gegensatz zur Quellung und damit Dimensionsänderung von Vollholz, setzt sich die Dimensionsänderung von Holzwerkstoffen aus zwei Komponenten zusammen, einem reversiblen und einem irreversiblen Anteil. Der reversible Anteil beruht auf dem hygroskopischen Verhalten der eingesetzten Holzart; der irreversible Anteil ist auf den Herstellungsprozess zurückzuführen und übersteigt in seinem Ausmaß den reversibeln Anteil. Während des Heißpressens werden die Holzpartikel ver¬dichtet, wodurch Spannungen in den Werkstoff induziert werden. Wird der Plattenwerkstoff später hoher Feuchtigkeit ausgesetzt, kann es zu einem Abbau dieser Spannungen kommen (Deformationsrückgang). Daraus resultiert eine Dimensionsänderung senkrecht zur Plattenebene (Dickenquellung). Die Dickenquellung bedeutet nicht nur Einbußen in ästhetischer Hinsicht, sondern führt auch zu einem Verlust mechanischer Eigenschaften, wenn die freigesetzten Spannungen die Fes¬tigkeit der Klebstoffbrücken zwischen den Partikeln übersteigen. Durch eine thermische Modifizierung kommt es zu einer säurekatalysierten Teilhydrolyse der Zellwandkomponenten, von denen besonders die thermisch instabilen Polyosen betroffen sind. Durch ihren hohen Anteil Hydroxylgruppen sind die Polyosen Hauptträger der Sorption und tragen durch ihre Lage im Zellwandverband zum viskoelastischen Verhalten des Holzes bei. Eine thermische Modifizierung hat demnach direkten Einfluss auf beide Komponenten der Dickenquellung und stellt eine geeignete Methode zur Verbesserung der Dimensionsstabilität dar. In dieser Arbeit werden Verfahren entwickelt und vorgestellt, die eine Implementierung einer thermischen Modifizierung in industrielle Produktionsprozesse ermöglichen. Die im Labormaßstab hergestellten Plattenwerkstoffe werden auf ihre physikalischen und mechanischen Eigenschaften geprüft sowie die biologische Dauerhaftigkeit untersucht. Durch Charakterisierung der Oberflächenzusammensetzung des Spanmaterials werden zudem Aussagen über das Verklebungsverhalten in Bezug auf verschiedene Klebstoffsysteme getroffen

In contrast to solid wood, dimensional changes of wood based panels result from two components, a reversible and an irreversible one. The reversible component is due to the hygroscopic behaviour of the wood itself. The irreversible component can be traced back to the production process and exceeds the reversible component by magnitude. During hot pressing the wood particles are compressed and thus stresses are induced into the mat. If the panel is exposed to high relative humidity these stresses are released and lead to an increases of thickness perpendicular to the panel’s plain. The thickness swell doesn’t only mean a loss of its aesthetic appearance but also results in a decrease of mechanical properties if stress release exceeds bond strength of the glue line between the wood particles. Thermal modification results in an acid-catalysed partial hydrolysis of the cell wall components, especially the thermal instable polyoses are affected. Due to their high portion of hydroxyl groups the polyoses contribute most to the sorption of water and they account for the visocoelasticity of wood. Thus, thermal modification has impact on both components of thickness swell and provides a suitable method to improve dimensional stability. In this work process techniques are developed and presented which allow an implementation in industrial production processes. Wood based panels are produced at laboratory scale and their physical and mechanical properties as wells as their biological durability are determined. Furthermore surface analysis of the wood particles was done in order to reveal information about the glueability in terms of different adhesive systems.