Untersuchungen zur Ammoniakmodifikation und einer mechanischen Verdichtung von Rotbuchen- und Fichtenholz

Gegenstand der vorliegenden Arbeit war das Einwirken von gasförmigem Ammoniak auf Rotbuchenholz (Fagus sylvatica L.) und Fichtenholz (Picea abies Karst.). Das Holz wurde unter isothermen Bedingungen bei verschiedenen Druckstufen von Normal-druck bis zu annähernd Sattdampfdruck des Ammoniakgases modifiziert. Die Untersuchungen sind in materialseitige und verfahrensseitige Versuche einzuordnen. Materialseitig lag der Fokus auf holzchemischen und holzphysikalischen Veränderungen. Im Rahmen der holzphysikalischen Versuche wurden auch mechanische Verdichtungen durchgeführt und das Fixierungsverhalten betrachtet. Bei den verfahrensseitigen Untersuchungen wurden die Quellung, die Temperatur und die Masse des Holzes während der Ammoniakbegasung beobachtet. Es wurde herausgefunden, dass Ammoniak zu einem starken Temperaturanstieg des Holzes am Beginn eines Begasungsvorgangs führt. Die Masse und die Quellmaße des Holzes steigen hingegen kontinuierlich im Versuchsverlauf an. In der tangentialen Holzrichtung quillt das Holz stärker als es für die Quellung durch Wasser bekannt ist. Von den Zellwandbestandteilen wird die Hemicellulose infolge der Ammoniakbehandlung stark degradiert. Das Lignin und die Cellulose sind hingegen chemisch sehr stabil gegenüber der Behandlung. Eine Besonderheit bei der Cellulose ist, dass die kristallinen Bereiche durch den Ammoniak ab einem bestimmten Druck gequollen werden. Die Cellulose ändert dadurch ihre kristalline Struktur von Cellulose I zu Cellulose III. Der Ammoniak führt analog zur Umwandlung der kristallinen Cellulose zu einer Selbstverdichtung des Holzes, was eine Rohdichteerhöhung von bis zu 30 % bewirken kann. Infolgedessen wird die Rohdichteerhöhung, die durch die mechanische Verdichtung hervorgerufen wird, verstärkt. Die Quellmaße steigen durch die Ammoniakbehandlung stark an, jedoch werden die verdichteten Abmessungen gegenüber einer Wasserquellung sehr gut fixiert. Die dauerhafte Rückverformung hin zu der ursprünglichen Abmessung ist somit sehr gering. Die Holzarten Rotbuche und Fichte verhalten sich gegenüber dem Ammoniak weitest-gehend analog. Die Imprägnierung, Verdichtung und Fixierung sind trotz großer chemischer und anatomischer Unterschiede bei beiden Holzarten möglich.