Eindringverhalten von Sebosil® H in Prüfkörper von Gemeiner Fichte, Gemeiner Kiefer und Rotbuche

INHALTSVERZEICHNIS

ABBILDUNGSVERZEICHNIS

TABELLENVERZEICHNIS

1. EINLEITUNG

2. STAND VON WISSENSCHAFT UND TECHNIK

3. MATERIAL UND METHODEN

4. SILIZIUMDIOXID-NANOSOLE (SEBOSIL ® H)
4.1 SOL-GEL-PROZESS
4.2 EINORDNUNG IM HOLZSCHUTZ
4.3 EINDRINGVERHALTEN UND EINDRINGTIEFE
4.3.1 Tränkbarkeit
4.3.2 Flüssigkeitsaufnahme und -transport im Holz
4.3.3 Beeinflussung des Eindringverhaltens und der Eindringtiefe

5. NADEL- UND LAUBHÖLZER
5.1 NADELHÖLZER
5.1.1 Gemeine Fichte (Picea abies (L.) H. Karst.)
5.1.2 Gemeine Kiefer (Pinus sylvestris L.)
5.2 LAUBHÖLZER
5.2.1 Rotbuche (Fagus sylvatica L.)

6. SUDAN®IV (SCHARLACHROT)

7. ERGEBNISSE

8. DISKUSSION

9. KURZFASSUNG

10. AUSBLICK

11. LITERATUR

ANHANGVERZEICHNIS

ABBILDUNGSVERZEICHNIS

ABBILDUNG 1: VERSUCHSAUFBAU

ABBILDUNG 2: BEISPIEL EINES UNBEARBEITETEN UND EINES BEARBEITETEN PRÜFKÖRPERS

ABBILDUNG 3: BEISPIEL DER MESSUNG

ABBILDUNG 4: EINGEBRACHTE FESTSTOFFMENGE IN P ICEA ABIES (L.) H. KARST

ABBILDUNG 5: EINGEBRACHTE FESTSTOFFMENGE IN P INUS SYLVESTRIS L

ABBILDUNG 6: EINGEBRACHTE FESTSTOFFMENGE IN F AGUS SYLVATICA L

ABBILDUNG 7: MITTLERE EINDRINGTIEFE BEI P ICEA ABIES (L.) H. KARST

ABBILDUNG 8: VERTEILUNG DER EINDRINGTIEFEN BEI P ICEA ABIES (L.) H. KARST

ABBILDUNG 9: MITTLERE EINDRINGTIEFE IN P INUS SYLVESTRIS L

ABBILDUNG 10: VERTEILUNG DER EINDRINGTIEFEN BEI P INUS SYLVESTRIS L

ABBILDUNG 11: MITTLERE EINDRINGTIEFE BEI F AGUS SYLVATICA L

ABBILDUNG 12: VERTEILUNG DER EINDRINGTIEFEN BEI F AGUS SYLVATICA L

ABBILDUNG 13: F AGUS SYLVATICA L. MIT GEFÜLLTEN GEFÄßEN

TABELLENVERZEICHNIS

TABELLE 1: MITTLERE FESTSTOFFZUNAHME BEI VERSCHIEDENEN SOL-ARTEN UND APPLIKATIONSVERFAHREN (VERÄNDERT NACH SCHEITHAUER ET AL., 1998)

TABELLE 2: SIGNIFIKANTE UNTERSCHIEDE IM VERGLEICH VON VERSCHIEDENEN APPLIKATIONSFORMEN UND DER EINDRINGEBENE

1. EINLEITUNG

Solange der Mensch den Werkstoff Holz nutzt, muss er sich auch Gedanken um dessen Schutz machen, da das Material ständig biotischen und abiotischen Einflüssen ausgesetzt ist, welche zu einer stetigen Verschlechterung der Holzqualität beitragen. Um diesen Prozess möglichst zu verlangsamen, bzw. anzuhalten werden seit jeher ständig neue Innovationen geschaffen, welche einen fortschreitenden verbesserten Holzschutz mit sich bringen.

Mit dieser Wichtigkeit des Holzschutzes ist und wird es auch immer bedeutsamer, dass im chemischen Holzschutz, wenig bis gar nicht bedenkliche Stoffe für die Umwelt, eingesetzt werden.

Mit dem von der Sebnitzer Chemiefabrik „Kallies Feinchemie AG“ produzierten Sebosil® H, steht ein bedeutsames Produkt zur Konsolidierung von Holz und damit auch dem Holzschutz zur Verfügung. Das Siliziumdioxid-Nanosol, auf dessen Grundlage das Produkt basiert, soll dabei zu einer Verbesserung der physikalisch-mechanischen Eigenschaften des Holzes beitragen. Der Sol-Gel-Prozess, auf dessen Grundlage das Wirkungsprinzip basiert, lief schon vor Jahrmillionen in ähnlicher Weise auf der Erde ab. So ist versteinertes Holz, durch Verkieselung entstandenes, nahezu für die Ewigkeit konserviertes Holz. Dabei dringt Kieselsäure in die Hohlräume des Holzes ein, dessen Struktur dabei erhalten bleibt und verfestigt sich zu Siliziumdioxid. Der Prozess ist nach DERNBACH (1994: 49 ff.) noch nicht vollständig in seinem Ablauf geklärt, es existieren dazu verschiedene Theorien.

Auf Grundlage dieser positiven Beeinflussung und der Umweltfreundlichkeit wird es vorrangig zur Restauration von geschädigten hölzernen Kulturgütern und deren präventivem Schutz eingesetzt.

Die Wirksamkeit des Mittels hängt dabei nicht zuletzt von der Eindringtiefe in das Holz und vom Eindringverhalten über die verschiedenen Holzzellen in den Holzkörper ab. Daher soll mit der vorliegenden Arbeit überprüft werden, in welchem Ausmaß dies in den derzeit wirtschaftlich bedeutsamsten Hölzern von Picea abies (L.) H. Karst. (Gemeine Fichte), Pinus sylvestris L. (Gemeine Kiefer) und Fagus sylvatica L. (Rotbuche) von statten geht.

Somit lautet die Thematik: Untersuchungen zum Eindringverhalten von Sebosil® H in Prüfkörper von Gemeiner Fichte, Gemeiner Kiefer und Rotbuche mit unterschiedlichen Aufbringverfahren. Dieses beinhaltet die Zielsetzung der Darstellung der Unterschiede und Gemeinsamkeiten zum Eindringverhalten und zur Eindringtiefe hinsichtlich des unterschiedlichen anatomischen Aufbaus der Holzarten.

2. Stand von Wissenschaft und Technik

Im Rahmen eines Projekts, welches von der Deutschen Bundesstiftung Umwelt zwischen „Kallies Feinchemie GmbH“ und dem „Institut für Holztechnologie Dresden GmbH“ gefördert wurde, ging es um den Beweis der Eignung von Sol-Gel-Beschichtungen für den Holzschutz, als für die Umwelt unbedenklich geltende Alternative für herkömmliche Mittel und letztendlich auch um die Eindringtiefe und das Eindringverhalten dieser (SCHEITTHAUER et al. 1998: 5).

Dazu wurden Prüfkörper von Pinus sylvestris L. und Populus spec. verwendet, welche mit Rezepturen unterschiedlichen Feststoffgehaltes an Siliziumdioxid-Solen und unterschiedlichen Applikationsformen behandelt wurden. Die Applikationsformen waren im Einzelnen: Streichen (1 bis 3-mal), Tauchen (10 Minuten, 2 Stunden und 24 Stunden) und eine Vakuum-/Drucktränkung (SCHEITTHAUER et al. 1998: 6).

Aus den Untersuchungen ergab sich, dass mit einem Sol G (14% Siliziumdioxid-Nanosol und Modifizierungssubstanzen) eine vollständige Tränkung von Populus spec. und Pinus sylvestris L. möglich ist. Bei einer 24-stündigen Tränkung lag die maximale Eindringtiefe bei Pinus sylvestris L. bei 2,4 mm und bei Populus spec. bei 3,5 mm, wobei sich diese Werte wahrscheinlich auf die axiale Eindringrichtung beziehen (s. Kap. 3.3). Weiterhin wurden die mittleren Feststoffzunahmen bei verschiedenen Solen und Applikationsverfahren erfasst, diese sind in Tab. 1 dargestellt. Wobei das heute im Handel erhältliche Sebosil® H einem feststoffreichen Sol entspricht.

Die bessere Durchtränkung bei Populus spec. basiert auf einem höheren, für Flüssigkeiten wegsameren Porenanteil, im Vergleich zu Pinus sylvestris L. Es besteht jedoch kein eindeutiger Zusammenhang zwischen Rohdichte und Tränkbarkeit von Holzarten, somit kann die geringere Rohdichte von Populus spec. hier auch nicht als Erklärung dienen. Im Radialschnitt der Populus spec. erkannte man in der 600-fachen REM-Aufnahme deutlich mit Sol gefüllte Gefäße mit Kontakt zur Gefäßwand. In der 6000-fachen Vergrößerung wurde auch deutlich, dass selbst die Faserwände mit dem Sol benetzt waren (SCHEITTHAUER et al. 1998: 6). Wobei REM-Aufnahmen in dieser Arbeit nicht Untersuchungsgegenstand waren. Bei einem einmaligen Anstrich von Populus spec. fand sich das Sol nur oberflächlich wieder. Insgesamt waren die Feststoffeinträge bei Populus spec. immer höher als bei Pinus sylvestris L., unabhängig von der Viskosität (Maß für die Fließfähigkeit eines Fluids; je höher diese ist, desto dicker ist das Fluid) und dem Applikationsverfahren (SCHEITTHAUER et al. 1998: 6).

Tabelle 1: mittlere Feststoffzunahme bei verschiedenen Sol-Arten und Applikationsverfahren (verändert nach SCHEITTHAUER et al., 1998: 15)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Verlängerung der Tauchzeit korrelierte stark mit der erreichbaren Eindringtiefe und damit auch der eingebrachten Feststoffanteile (SCHEITTHAUER et al., 1998: 7). Bei feststoffreichen Solen, zu denen auch Sebosil® H gehört, lag die mittlere Eindringtiefe, nach 24-stündiger Tauchung, bei den Proben, bei nur 1 bis 2 mm. Diese lässt sich jedoch durch Verwendung niedrigviskoser Sole steigern (GESELLSCHAFT DEUTSCHER CHEMIKER / FACHGRUPPE BAUCHEMIE, 1999: 249).

Bei den genannten Ergebnissen ist zu beachten ist, dass sich diese alle auf die Darrtrockenheit der Holzproben beziehen.

Somit wurde durch die vorliegenden Untersuchungen von SCHEITHAUER et al. (1998: 10) deutlich, dass es sich bei Siliziumdioxid-Solen um gute Mittel zur Holzveredelung handelt, welche ausreichend gut, abhängig von verschiedenen Faktoren, in das Holz eindringen (s. Kap. 3.3.3).

Bezüglich Fagus sylvatica L. sorgt eine 8-stündige Tränkung nach ROSENTHAL (2009: 3) et al. für longitudinale Eindringtiefen von etwa 2 mm, wobei die Tüpfel des Holzes ein weiteres Vordringen erschwerten. In geringeren Umfang konnte auch ein Eindringen, wahrscheinlich über die Tüpfel, in tangentialer und radialer Richtung nachgewiesen werden. Wobei die Holzstrahlen in radialer Richtung kein eingedrungenes Präparat aufwiesen. Im selben Schriftstück wurde auch darauf hingewiesen, dass sich beim Spalten des Holzes verfestigtes Silizium aus dem Lumen lösen kann.

Die bisherigen Untersuchen zeigen, dass sich Siliziumdioxid-Nanosole grundsätzlich zur Holzveredelung einsetzen lassen. Somit kann in der vorliegenden Arbeit, nachdem es bei SCHEITHAUER et al. (1998: 5 ff.) vorrangig um die Eignung und bestmögliche Eindringung ging, besonders Wert auf die Beurteilung des Werkstoffes Holzes nach der Behandlung mit Siliziumdioxid-Nanosolen gelegt werden. Dies soll in dieser Arbeit mit einem konkreten Siliziumdioxid-Nanosol, mit einem nicht veränderten Feststoffgehalt, in Form von Sebosil® H genauer untersucht werden.

Die Analysen sollen sich nicht nur auf die maximale oder mittlere Eindringtiefe beziehen, wie dies in anderen Publikationen gemacht wurde (z. B. MAHLTIG et al., 2008: 3180 ff.), sondern unter Beachtung der 3 Schnittrichtungen von Holz und deren typischen Faserverläufe ein komplexeres Bild liefern, mit den jeweiligen Werten in Form von Minima und Maxima und den sich daraus ergebenden Mittelwert.

Dabei wurde ein besonderer Schwerpunkt auf lange Tauchzeiten gelegt werden, da bisher nur Erfahrungen mit recht kurzen Zeiten existieren, z. B. GESELLSCHAFT DEUTSCHER CHEMIKER / FACHGRUPPE BAUCHEMIE (1999: 248): 10 min, 2 h und 24 h. Diese Aufnahmen sollen außerdem, bezüglich des Eindringverhaltens, durch die makroskopische Beurteilung struktureller Gegebenheiten (Früh- und Spätholzbereiche, Holzstrahlen, u. a.) und mikroskopische Untersuchungen einzelner Zellen untermauert und gefestigt werden.

Letztendlich sollen in dieser Arbeit neben Pinus sylvestris L., die wirtschaftlich sehr bedeutsamen Baumarten - Picea abies (L.) H. Karst. und Fagus sylvatica L. Bedeutung finden.

3. Material und Methoden

Die Untersuchungen zur Eindringtiefe und zum Eindringverhalten begrenzten sich auf die momentan in Mitteleuropa wirtschaftlich bedeutsamsten Holzarten: Picea abies (L.) H. Karst. (Gemeine Fichte), Pinus sylvestris L. (Gemeine Kiefer) und Fagus sylvatica L. (Rotbuche). Somit wurden Laub- und Nadelhölzer berücksichtigt, welche bedingt durch ihre holzanatomischen Unterschiede im Zellaufbau, das Sebosil® H verschiedenartig aufnehmen und somit im Vergleich interessant darzustellen sind.

Als Applikationsformen für das Sebosil® H wurden 2 praxisrelevante Methoden ausgewählt, welche das Tauchen und das Streichen waren. Damit wurden auch 2 der laut Produktblatt (KALLIES FEINCHEMIE AG, 2009: 6) vom Hersteller empfohlenen Applikationsformen, neben dem Sprühen und der Kesseldruckimprägnierung, abgedeckt. Wobei nach KALLIES (2009) das Streichen die praxisrelevanteste Methode ist.

Der Fokus lag dabei besonders auf der Beeinflussung der Eindringtiefe und des Eindringverhaltens, durch unterschiedlich lange Tauchzeiten und ob diese die Eindringtiefe signifikant beeinflussen. So wurden schließlich Tauchzeiten von 8, 20 und 80 Stunden ausgewählt, das Streichen wurde auf eine einmalige Ausführung beschränkt. Weiterhin mussten die möglichen Schnittrichtungen und die damit verbundenen Faserverläufe im Holz berücksichtigt werden - quer (RT-Ebene), radial (LR-Ebene) und tangential (LT-Ebene), da die Eindringtiefe und das Eindringverhalten des Sebosil® H wesentlich durch diese beeinflusst wird. So sollten die Prüfkörper einen homogenen Verlauf der Fasern aufweisen, um optimale Bedingungen vorliegen zu haben, welche eine Interpretation der Ergebnisse entsprechend dem Faserverlauf ermöglichten. Die Schnittrichtung bestimmt den Faserverlauf und die Eindringrichtung des Sebosil® H in das Holz, diese ergibt sich wie folgt: Querschnitt - longitudinale, Radialschnitt - tangentiale und Tangentialschnitt - radiale Eindringrichtung. Die Übergangsformen der halbradialen und halbtangentialen Schnittrichtung sollten hier nicht Betrachtungsgegenstand sein.

Da für die vorliegende Problematik keine gültigen Standardverfahren für die Versuchsdurchführungen zur Verfügung standen, z. B. DIN-Normen, wurde ein eigenständiger Versuchsablauf erarbeitet.

Das Holz wurde aus umliegenden Tischlereien in Dresden beschafft, wobei darauf geachtet wurde, dass es sich um Splintholz handelt, bzw. dass das Schnittholz ausreichend dimensioniert war, um Prüfkörper aus den äußersten Jahrringen erhalten zu können. Ein weiterer Aspekt war, dass es sich um hinreichend lange gelagertes Holz handeln musste, so dass eine Holzfeuchte um die 12 % (Normalfeuchte) angenommen werden konnte. Eine exakte Bestimmung der Holzfeuchte wurde außen vor gelassen, um den Rahmen dieser Arbeit nicht zu sprengen.

Für die Prüfkörper wurde ein würfelförmiger Korpus mit 20x20x20 mm gewählt, da in einem Vorversuch abzuschätzen war, dass das Sebosil® H diese maximal mögliche Tiefe nicht erreichen wird.

Der Einschnitt des Holzes erfolgte mit einer Kreissäge in einer Tischlerei, die sägerauen Flächen wurden anschließend mit einer Schleifmaschine glatt geschliffen. An jedem würfelförmigen Prüfkörper standen somit jeweils 2 von den oben genannten 3 Schnittrichtungen zur Verfügung. Von diesem Zeitpunkt an befanden sich die Prüfkörper in einem definierten Klima im Labor (20 °C und 65 % relative Luftfeuchte). Die Kanten der Prüfkörper wurden im Nachhinein mit einem feinen Schleifpapier von überstehenden Spänen befreit. Dabei wurde gleichzeitig eine Auswahl an geeigneten Prüfkörpern getroffen. So wurde auf eine Annäherung an die ideale Form (würfelförmig, 20x20x20 mm), der Verlauf der Fasern, die Unversehrtheit und auf Harzfreiheit geachtet. Insgesamt wurden 60 Prüfkörper je Holzart benötigt, also insgesamt 180, um einen ausreichend hohen Probenumfang auswerten zu können. Im Detail wurden je 5 Prüfkörper pro zu untersuchende Schnittfläche und pro Applikationsform, bzw. -zeit benutzt. Die unbehandelten Prüfkörper wurden mit Hilfe einer elektronischen geeichten Schiebelehre auf Hundertstel genau vermessen und beschriftet. Dabei ergab sich eine maximale negative Abweichung von der Idealform mit 0,42 mm und eine positive Abweichung von 0,41 mm. Somit lies sich festhalten, dass die Abweichungen gering waren und im Rahmen des technisch Möglichen, homogene Prüfkörper vorlagen. Das Gewicht der Prüfkörper wurde ebenso auf Hundertstel genau gemessen. Die Erfassung dieser Eingangsdaten ermöglichte eine einfachere und genauere Auswertung der weiteren Ergebnisse.

In der Vorbereitung wurden weiterhin die 5 Schnittflächen durch Loctite® 9481 A/B Hysol, einem zweikomponentigen Epoxidharzklebstoff, versiegelt, welche nicht Betrachtungsgegenstand waren. So waren im Endeffekt 5 Flächen versiegelt und es konnte eine spätere Beeinflussung dieser Flächen durch seitlich ungewollt eindringendes Sebosil® H ausgeschlossen werden.

Da Sebosil® H an sich eine farblose Flüssigkeit ist, musste eine Lösung gefunden werden, um dieses auch später im getrockneten Zustand und auf dem Holz sichtbar machen zu können. Am sinnvollsten schien hier der Zusatz eines Farbstoffes zum Sol. Laut Aussage von KALLIES (2009b) eignen sich dazu hervorragend Sudanfarbstoffe, da diese öllöslich sind und sich somit im Dispersionsmittel (Ethanol) des Sebosil® H gut lösen. Nach eingehender Recherche wurde ein Sudan-(IV)-Farbstoff gewählt, da dieser im Chemikalienhandel recht erschwinglich zu beschaffen war und ein kräftiges Scharlachrot liefert (s. Kap. 6).

Um die Beeinflussung der Versuche durch den Sudan-(IV) so gering wie möglich zu halten, wurde ein gutes Mischungsverhältnis mit Sebosil® H ermittelt, mit möglichst wenigen Anteilen des Azofarbstoffes und einer gut erkennbaren Färbung. Diese stellte sich subjektiv bei einem Verhältnis von 0,5 g/100 ml ein.

In der weiteren Versuchsdurchführung wurden die Prüfkörper zum Tauchen in eine Schale gelegt, so dass die unversiegelte Oberfläche zur Seite zeigte, auf die Prüfkörper wurde eine weitere Schale gesetzt, um ein aufschwemmen nach Zugabe des gefärbten Sebosil® H zu verhindern. Letztere wurde nun mit Hilfe eines Trichters eingeflösst und der Versuchsaufbau (s. Abb. 1) entsprechend der oben genannten Tauchzeiten sich selbst überlassen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Versuchsaufbau

Das Streichen erfolgte mit einem kleinen Breitpinsel, dessen Borsten vollständig mit der gefärbten Sebosil® H-Lösung benetzt waren. Der Streichvorgang erfolgte hierbei einmal in einem gleichmäßigen Zug über die komplette Oberfläche.

An den versiegelten Oberflächen der Prüfkörper wurde nach der Behandlung mit einem saugfähigen Zellstoff überschüssiges Sebosil® H entfernt. Eine weitere Möglichkeit - die Entfernung mit konzentrierter Natronlauge, welche imstande ist amorphes Siliziumdioxid zu lösen, wäre zu unsauber und aufwendig gewesen (FISCHER, 2009). Die Entfernung hatte die Bewandtnis, dass die Prüfkörper nach einer Trocknung von wenigstens 3 Wochen noch einmal gewogen werden konnten und sich so die aufgenommene Masse an Sebosil® H angeben lies. Diese wiederum konnten so, aufgrund der vermessenen Prüfkörper, auf die jeweiligen Größen der Oberflächen bezogen werden und die Aufnahme pro cm² berechnet werden.

Nach den bisherigen Durchführungen konnten die Prüfkörper nun in Drittel unterteilt werden und mit einer feinen Bügelsäge aufgetrennt werden. Das hatte den Hintergrund, dass sich so pro Prüfkörper noch einmal 2 Flächen ergaben, welche letztendlich vermessen und interpretiert werden konnten. Prinzipiell hätte man diese auch bei einem Schnitt, jedoch wären diese nur einen Sägeschnitt weit auseinander und sich somit womöglich sehr ähnlich in ihrer Beschaffenheit.

Bezüglich dieses Hintergrundes wurden die Prüfkörper mit Querschnittrichtung mit einem Radial-, die mit Radial- und Tangentialschnittrichtung mit einem Querschnitt aufgetrennt. Durch den Radialschnitt durch die RT-Ebene konnte hier später das Eindringverhalten von Sebosil® H im sich kreuzenden Zellsystem von angeschnittenen Tracheiden oder Gefäßen und den Holzstrahlen untersucht werden. Ebenso konnten Unterschiede innerhalb der Jahrringe, besonders in den Früh- und Spätholzbereichen genauer untersucht werden. Mittels des Querschnitts durch die LR- und LT-Ebene konnten alle longitudinal verlaufenden Zellen, welche wiederum Tracheiden oder Gefäße und die Holzstrahlen beinhalteten dargestellt werden. Ebenso das Verhalten in den Früh- und Spätholzbereichen der Jahrringe konnte untersucht werden. Ebenfalls konnte die Endringtiefe in allen Schnittrichtungen gemessen werden, wobei diese sich je nach angewandter Schnittrichtung leicht unterscheiden würden, da die eindringende Flüssigkeit sich nicht gleichmäßig in eine Richtung ausbreitet, sondern dreidimensional. In dieser Arbeit sollten nur an den oben genannten festgelegten Ebenen Werte gemessen werden, da diese für das zu untersuchende Eindringverhalten am sinnvollsten schien. Auch hier hätten sich bei anderen Schnittrichtungen wieder alternative Interpretationsmöglichkeiten ergeben. Das ausgeschnittene Mittelstück wurde jeweils verworfen, da es nicht mehr benötigt wurde.

Die unregelmäßige Oberfläche eignete sich für eine genaue Untersuchung nur bedingt, daher musste diese geebnet und geglättet werden. Dazu wurde zuerst mit einer Schleifmaschine und grober Körnung (P60) vorgeschliffen, um starke Unebenheiten zu entfernen. Danach wurden die Oberflächen mit einer feinen Körnung (180J) glatt geschliffen. Nach dieser Bearbeitung konnten die Prüfkörper genauer inspiziert werden. Dazu wurden die einzelnen Klötzchen mit einem Scanner (BROTHER MFC-215C) mit einer Auflösung von 1200 dpi gescannt. Prinzipiell ist es so, dass je höher die Auflösung ist, desto qualitativ hochwertiger das Bild ist. Die Einheit dpi bedeutet „dots per inch“ (1 inch = 2,54 cm), d. h. bei einer Auflösung von 1200 befinden sich 472,44 Bildpunkte auf einem cm Bild (1200 dpi / 2,54 cm).

Um die Prüfkörper in einer geordneten Form präsentieren zu können, wurden auf der Scanneroberfläche Pappstreifen im Abstand von 2,5 cm angebracht. So konnten immer alle 30 zu einer Versuchsreihe gehörenden Klötzchen gleichzeitig gescannt werden.

Die Oberflächen der Prüfkörper standen somit als digitales Bildmaterial, im *.jpg-Format zu Verfügung (s. Abb. 2). Diese konnten nun mit der Bildbearbeitungssoftware Gimp 2.6 weiter bearbeitet werden. Um die genaue Eindringung des gefärbten Sebosil® H besser sichtbar zu machen, wurde die Gamma-Korrektur, die Farbsättigung und der Kontrast angepasst, bis die rote Färbung gut erkennbar war. Das Ergebnis war ein dunkles Bild, in dem die durchtränkte Fläche rot bis dunkelrot erkennbar war, diese hob sich vom undurchtränkten gelblich bis hellroten Bereich ab (s. Abb. 2).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Beispiel eines unbearbeiteten und eines bearbeiteten Prüfkörpers

Mit Hilfe des Maßband-Werkzeuges konnten nun Strecken gemessen werden und bis auf Zehntelmillimeter genau ausgegeben werden (s. Abb. 3). Dazu wurde in den gefärbten Bereichen die minimale und maximale Eindringtiefe erfasst. Wobei diese Werte gleichzeitig den 100 % durchtränkten Bereich (bis Minimum) und den 0 % durchtränkten Bereich (ab Maximum) angaben. Aus den Minimum und Maximumwerten wurden jeweils zwei Mittelwerte pro Prüfkörper gebildet. Diese Werte wurden einer statistischen Auswertung mit SPSS 17.0 unterzogen und entsprechend in den Ergebnissen und der anschließenden Diskussion verarbeitet.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Beispiel der Messung

Zur Untersuchung des Eindringverhaltens einzelner Holzzellen wurden einmal die makroskopisch sichtbaren Gegebenheiten untersucht und nachdem mit einem Mikrotom Dünnschnitte (Di>Fasern des Holzkörpers möglichst gut zu erweichen und somit eine leichtere Bearbeitung zu garantieren.

Nachdem erstellen der Dünnschnitte wurden diese in eine Glycerinverbindung auf einem Objektträger eingebettet, um einen planen und ohne Luftblasen beinhaltenden Untersuchungsgegenstand zu erhalten. Unter dem Mikroskop wurden bei einer Vergrößerung von 200, solche Bereiche untersucht, welche mit Farbstoff getränkt waren. Dazu wurden mit einer angeschlossenen Digitalkamera Fotos gemacht, diese mit einer Messskala versehen und schließlich der Auswertung unterzogen.

4. Siliziumdioxid-Nanosole (Sebosil ® H)

Der Begriff Siliziumdioxid (SiO2) ist eine Sammelbezeichnung für die Oxide des Siliziums. Die Grundstruktur der einzelnen Kristalle ist jeweils ein Tetraeder, bei dem das Silizium von vier Sauerstoffen umgeben ist. Die Siliziumdioxid-Nanosole bezeichnen nanokristalline, stabile Oxidpartikel, welche meist kleiner als 10 nm sind (BÖTTCHER, 2001: 16).

Um die durchgeführten Versuche entsprechend interpretieren zu können, ist es unumgänglich, über das Sebosil® H und dessen Wirkungsprinzip bei der Verfestigung Bescheid zu wissen.

Laut technischen Merkblatt (KALLIES FEINCHEMIE AG, 2009: 6) des Herstellers handelt es sich bei Sebosil® H um ein „ethanolisches Siliziumdioxid-Sol, das als Konsolidierungsmittel für Holz eingesetzt wird.“

Solche Produkte sind auch vielfach von anderen Herstellern und unter anderen Namen auf dem Markt, das Wirkungsprinzip ist immer gleich, es handelt sich immer um den Sol-Gel- Prozess.

4.1 Sol-Gel-Prozess

Die Wirkungsweise des Mittels beruht auf der Tatsache des Sol-Gel-Prozesses. Es liegt anfangs ein flüssiges Sol vor, welches sich im Zuge der Anwendung in ein festes Gel umwandelt. Das flüssige Sol bildet hierbei das unverarbeitete Sebosil® H, welches eine homogene Suspension aus Siliziumdioxid-Nanopartikeln in dem Dispersionsmittel Ethanol darstellt. Durch die Beschichtung des Holzes mit dem Mittel bildet sich eingangs ein Lyogel Film (Poren des Gels mit Flüssigkeit gefüllt), welcher sich durch Trocknung in einen festen porösen Xerogel-Film (Poren des Gels sind dann mit Gas gefüllt) umwandelt. Weiterhin sind bei den genannten Vorgängen Kondensationsreaktionen von Bedeutung, welche zur Verknüpfung der Siliziumdioxid-Nanosole führen (BÖTTCHER, 2005: 4 ff.).

Insgesamt führt die Behandlung von Holz mit Sebosil® H zu einer Verbesserung der physikalisch-mechanischen Eigenschaften. Diese sind im Detail nach BÖTTCHER (2005: 12):

- Verbesserung der Abrieb- und Kratzbeanspruchung
- Zunahme der Brinell-Härten
- Verbesserung des Quell-Schwind-Verhaltens
- Erhöhung der Biegefestigkeiten

4.2 Einordnung im Holzschutz

Für den Begriff Holzschutzmittel bestehen keine einheitlichen Definitionen. Daher wird der Begriff sehr häufig und ohne klare Abgrenzung für Mittel jeglicher Art benutzt. Es lassen sich jedoch prinzipiell 3 Klassen von Präparaten abgrenzen: natürliche, biologische und chemische Holzschutzmittel. So sind biologische Holzschutzmittel solche, welche aus natürlichen Prozessen entstanden sind und die Gesundheit der Menschen nicht beeinträchtigen. Die natürlichen Holzschutzmittel stellen die holzeignen Stoffe dar, welche normalerweise die natürliche Widerstandsfähigkeit des Baumes erhöhen. Als chemische Holzschutzmittel sind solche einzuordnen, welche Biozide enthalten (LOHMANN & BLOSEN, 2003: 585 ff.). Aus diesen Ausführungen wird ersichtlich, dass Sebosil® H sich als biologisches Holzschutzmittel einordnen lässt.

Es wird eine mechanische Barriere durch das Siliziumdioxid-Nanosol gebildet, diese ist nach BÖTTCHER (2005) bereits ein signifikanter Schutz gegen Pilze und Insekten, durch Zusätze kann diese aber noch weiter gesteigert werden. So werden auch Präparate vom gleichen Hersteller mit einem Zusatz von Borsäure (Sebosil® HB) angeboten, hier kann von einem chemischen Holzschutzmittel gesprochen werden, da in die umweltfreundliche Trägersubstanz, das Siliziumdioxid, ein toxischer Stoff eingelagert ist.

So liegt die Wirksamkeit von Sebosil® H klar unter der von Holzschutzmitteln mit biozider Wirkung, deshalb ist dieses auch nur für die Verwendung an nicht gefährdeten Orten geeignet.

In diesem Zusammenhang sind für den Einsatz von Holz nach 335-1 (2006: 6 f.) 5 Gebrauchsklassen festgelegt. In diesen sind repräsentative Gebrauchsbedingungen aufgeführt, welche Holz und Holzwerkstoffe ausgesetzt sein können.

Auf Grundlage der natürlichen Dauerhaftigkeit und des eventuell verwendeten Holzschutzmittels kann der Werkstoff so in eine dieser Gebrauchsklassen eingeordnet und für einen entsprechenden Verwendungszweck ausgewählt werden werden, ohne mit einem Befall von Schadorganismen rechnen zu müssen.

Die Hersteller von Holzschutz- und Holzverfestigungsmitteln geben für ihre Präparate eine Gebrauchsklasse an, um Hinweise für hinreichenden Schutz zu vermitteln. Sebosil® H wird vom Produzenten für die Gebrauchsklassen 1 (Innenbereich, abgedeckt) und 2 (Innenbereich oder abgedeckt) empfohlen.

Dazu lässt sich anmerken, dass aufgrund des Fehlens eines insektiziden oder fungiziden Additivs bei Sebosil® H kein ausreichender Schutz für stärker witterungsbeeinflusste Gebrauchsklassen besteht.

Insofern haben sich die Begriffe Holzverfestigungs- oder Holzkonsolidierungsmittel für Präparate auf Siliziumdioxid-Nanosol-Basis etabliert. Auch diese beiden Wortlaute sind nicht klar definiert und abgegrenzt.

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