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Lagerung von Pappelrundholz aus Kurzumtriebsplantagen – Evaluierung verschiedener Lagerungsverfahren unter besonderer Berücksichtigung der Holzfeuchte als möglicher Parameter einer automatisierten QualitätsüberwachungStarke, Nicole 25 January 2023 (has links)
Vor dem Hintergrund einer angestrebten stofflichen Nutzung von Pappelholz aus Kurzumtriebsplantagen (KUP) zur Herstellung von Holzwerkstoffen und des eingeschränkten Erntezeitpunktes der Pappeln in den Wintermonaten ergab sich die Frage, wie das Holz über einen Lagerungszeitraum von bis zu neun Monaten bei gleichzeitiger Erhaltung der Holzqualität gelagert werden kann.
Zu diesem Zweck wurden verschiedene Lagerungsverfahren getestet: Trockenlagerung mit und ohne Rinde, Beregnung mit und ohne Rinde, Folienlagerung mit und ohne Rinde sowie einem aus Beregnung und Trockenlagerung kombinierten Verfahren. Insgesamt wurden 105 Raummeter Pappelrundholz aus KUP in zwei verschiedenen Lagerungsperioden 2018 und 2019 eingelagert.
Die Holzqualität des gelagerten Pappelholzes wurde anhand von Untersuchungen zur Veränderung der Darrdichte, der chemischen Zusammensetzung (Cellulose-, Hemicellulosen-, Lignin-, Extraktstoffanteil) und ergänzend durch mikroskopische Untersuchungen bewertet. Ein weiterer Fokus lag auf der Holzfeuchte zur Abschätzung der Gefahr eines Pilzbefalls.
Die Ergebnisse zeigten, dass es bei der Trockenlagerung mit Rinde in der Lagerungsperiode 2019 durch einen festgestellten Befall durch holzzerstörende Pilze, einer Reduktion der Darrdichte von 11 % sowie starken Änderungen der chemischen Zusammensetzung (vor allem Reduktion der Holzpolyosen) zu den stärksten Veränderungen kam. Bei der Trockenlagerung ohne Rinde waren die beobachteten Veränderungen deutlich geringer (maximale Abnahme der Darrdichte 3 %). Bei den beiden Lagerungsverfahren Beregnung und Folienlagerung konnte eine Lagerung des Holzes in einem für holzzerstörende Pilze unkritischen Holzfeuchtebereich nachgewiesen werden. Ein Befall durch holzzerstörende Pilze wurde durch die mikroskopischen Untersuchungen nicht festgestellt. Bei der Beregnung fiel die Veränderung der Darrdichte bei einigen Varianten stärker aus als erwartet. Für eine abschließende Bewertung sind weitere Untersuchungen notwendig. Der Klon Max 1 zeigte oft stärkere Veränderungen als der Klon AF2. Auch hier sind weitere Untersuchungen notwendig.
Aus den Ergebnissen wurde geschlussfolgert, dass die Holzqualität mittels Folienlagerung am besten erhalten werden konnte. Auch die Trockenlagerung ohne Rinde wird aufgrund der geringen festgestellten Veränderungen und im Hinblick auf die geringen Kosten als geeignet erachtet. Es muss jedoch beachtet werden, dass dieses Lagerungsverfahren stark witterungsabhängig ist.:Kurzfassung
Abstract
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Hintergrund
1.2 Ziele und Thesen
1.3 Aufgabenstellung
2 Stand von Wissenschaft und Technik
2.1 Die Pappel und ihr Holz
2.1.1 Die Baumart Pappel
2.1.2 Die Holzart Pappel
2.1.3 Verwendung von Pappelholz
2.2 Kurzumtriebsplantagen (KUP)
2.2.1 Allgemein
2.2.2 Pappel auf Kurzumtriebsplantagen
2.2.3 Verwendung von Pappelholz aus KUP
2.3 Rundholzlagerung
2.3.1 Anwendungsgebiete und Ziele der Rundholzlagerung
2.3.2 Einflussfaktoren auf den Lagerungserfolg
2.3.3 Verfahren der Rundholzlagerung
2.3.3.1 Übersicht über die Lagerungsverfahren
2.3.3.2 Trockenlagerung
2.3.3.3 Nasslagerung
2.3.3.4 Folienlagerung
2.3.4 Risiken für die Rundholzlagerung
2.3.4.1 Einleitung
2.3.4.2 Biotische Risiken
2.3.4.3 Abiotische Risiken
2.3.5 Lagerung von Pappelrundholz aus Kurzumtriebsplantagen
2.4 Holzfeuchtebestimmung und Holzfeuchtemonitoring durch elektrische Widerstands-messung
2.4.1 Überblick Verfahren zur Bestimmung der Holzfeuchte
2.4.2 Elektrische Widerstandsmessung
2.4.2.1 Prinzip
2.4.2.2 Kalibrierfunktionen
2.4.3 Monitoring durch elektrische Widerstandsmessung
3 Material und Methoden
3.1 Material
3.1.1 Eingesetztes Versuchsmaterial für die Lagerungsperiode 2018
3.1.2 Eingesetztes Versuchsmaterial für die Lagerungsperiode 2019
3.2 Methoden
3.2.1 Überblick Methoden
3.2.2 Versuchsaufbau
3.2.2.1 Lagerungsperiode 2018
3.2.2.2 Lagerungsperiode 2019
3.2.3 Untersuchungen
3.2.3.1 Überblick Untersuchungen und Beprobungsstrategie
3.2.3.2 Holzfeuchte
3.2.3.3 Darrdichte
3.2.3.4 Chemische Analysen
3.2.3.5 Pilz- und Bakterienbefall
3.2.3.6 Triebbildung
3.2.3.7 Gasanalyse
3.2.3.8 Elektrische Widerstandsmessung zur Ermittlung der Holzfeuchte
3.2.4 Dokumentation von Witterungsdaten
3.2.5 Statistische Auswertung
4 Ergebnisse
4.1 Systematik der Ergebnisdarstellung
4.2 Witterungsdaten
4.2.1 Lagerungsperiode 2018
4.2.2 Lagerungsperiode 2019
4.3 Gasatmosphäre
4.4 Holzfeuchte
4.4.1 Lagerungsperiode 2018
4.4.2 Lagerungsperiode 2019
4.5 Darrdichte
4.5.1 Lagerungsperiode 2018
4.5.2 Lagerungsperiode 2019
4.6 Chemische Zusammensetzung
4.6.1 Lagerungsperiode 2018
4.6.2 Lagerungsperiode 2019
4.7 Pilz- und Bakterienbefall
4.7.1 Lagerungsperiode 2018
4.7.2 Lagerungsperiode 2019
4.8 Triebbildung
4.8.1 Lagerungsperiode 2018
4.8.2 Lagerungsperiode 2019
4.9 Sonstige Beobachtungen
4.9.1 Rissbildungen bei der Trockenlagerung
4.9.2 Mäuse und einwachsende Pflanzenteile
4.10 Monitoring der Holzfeuchteentwicklung im Laufe der Lagerungsperiode 2019
4.10.1 Erstellung der Kalibrierfunktion für Pappelholz
4.10.1.1 Modell 1
4.10.1.2 Modell 2
4.10.2 Anwendung der ermittelten Kalibrierfunktion auf die mittels Datenlogger aufgezeichneten Messwerte im Zuge der Lagerungsperiode 2019
5 Diskussion
5.1 Evaluierung der Lagerungsverfahren unter Berücksichtigung der Holzfeuchte
5.1.1 Erwartete Holzqualität der einzelnen Lagerungsvarianten aufgrund der festgestellten Holzfeuchte
5.1.2 Trockenlagerung
5.1.2.1 Holzfeuchte und Witterungsbedingungen
5.1.2.2 Veränderung der Darrdichte und der chemischen Zusammensetzung, Pilzbefall
5.1.2.3 Zusammenfassende Einschätzung zur Trockenlagerung
5.1.3 Beregnung
5.1.3.1 Holzfeuchte
5.1.3.2 Veränderung der Darrdichte und der chemischen Zusammensetzung, Pilz- und Bakterienbefall
5.1.3.3 Zusammenfassende Einschätzung zur Beregnung
5.1.4 Kombiniertes Verfahren aus Beregnung und Trockenlagerung
5.1.4.1 Holzfeuchte und Witterungsbedingungen
5.1.4.2 Veränderung der Darrdichte und der chemischen Zusammensetzung, Pilz- und Bakterienbefall
5.1.4.3 Zusammenfassende Einschätzung zum kombinierten Verfahren
5.1.5 Folienlagerung
5.1.5.1 Gasanalyse in den Folienpaketen
5.1.5.2 Holzfeuchte
5.1.5.3 Veränderung der Darrdichte und der chemischen Zusammensetzung, Pilz- und Bakterienbefall
5.1.5.4 Zusammenfassende Einschätzung zur Folienlagerung
5.1.6 Vergleich der Klone Max 1 und AF2
5.1.7 Zusammenfassung und Bewertung der Lagerungsvarianten
5.2 Monitoring der Holzfeuchteentwicklung im Laufe der Lagerungsperiode durch elektrische Widerstandsmessung
5.2.1.1 Kalibierfunktion für Pappelholz aus KUP
5.2.1.2 Einsatzmöglichkeit der elektrischen Widerstandsmessung zur Qualitätsüberwachung von Pappelrundholzpoltern
6 Schlussfolgerung
7 Zusammenfassung
8 Ausblick
Literaturverzeichnis / Considering the desired material use of poplar wood from short-rotation coppices (SRC) for the production of wooden materials and the limited harvest season, the question arose how the wood should be stored over a period of up to nine months while preserving the wood quality (at the same time).
For this purpose, different storage methods were tested: storage in compact piles with and without bark, storage with water sprinkling with and without bark and storage under oxygen exclusion with and without bark, as well as storage in compact pile with temporary water sprinkling as a combined storage method. A total amount of 105 cubic meters test piles with poplar logs from SRC were set up in two different storage periods, 2018 and 2019. The clones Max 1 and AF2 were evaluated using 18 different storage variants.
The quality of the stored poplar wood was evaluated based on changes in the wood density ρ0, chemical composition (cellulose, hemicelluloses, lignin and extract content) complemented by microscopic examinations. A further focus was the wood moisture content evaluation to estimate the potential risk of fungal decay.
The results demonstrated that storage in compact piles in the storage period of 2019 resulted in the biggest changes caused by an infestation of wood-destroying fungi, 11.1% reduction of the wood density ρ0, and significant changes of chemical composition, in particular reduction of wood polyoses. Storage in compact piles without bark showed substantially lower changes (maximum decrease of wood density ρ0 of 3.3%). For storage with water sprinkling and storage under oxygen exclusion it could be shown that both result in storage conditions with an uncritical wood moisture range in relation to wood-destroying fungi (fungi decay). Fungi decay could not be observed by microscopic examination. Additional studies are required for a final assessment. Clone Max 1 showed frequently stronger changes than clone AF2. Further investigation is needed here as well.
Based on the results it can be concluded that the wood quality could be preserved best by using the storage under oxygen exclusion. Storage in compact piles without bark can be considered as suitable as well due to the minor changes and considering the low costs. However, it has to be taken into account hat this storage method is very climate-dependent.:Kurzfassung
Abstract
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Hintergrund
1.2 Ziele und Thesen
1.3 Aufgabenstellung
2 Stand von Wissenschaft und Technik
2.1 Die Pappel und ihr Holz
2.1.1 Die Baumart Pappel
2.1.2 Die Holzart Pappel
2.1.3 Verwendung von Pappelholz
2.2 Kurzumtriebsplantagen (KUP)
2.2.1 Allgemein
2.2.2 Pappel auf Kurzumtriebsplantagen
2.2.3 Verwendung von Pappelholz aus KUP
2.3 Rundholzlagerung
2.3.1 Anwendungsgebiete und Ziele der Rundholzlagerung
2.3.2 Einflussfaktoren auf den Lagerungserfolg
2.3.3 Verfahren der Rundholzlagerung
2.3.3.1 Übersicht über die Lagerungsverfahren
2.3.3.2 Trockenlagerung
2.3.3.3 Nasslagerung
2.3.3.4 Folienlagerung
2.3.4 Risiken für die Rundholzlagerung
2.3.4.1 Einleitung
2.3.4.2 Biotische Risiken
2.3.4.3 Abiotische Risiken
2.3.5 Lagerung von Pappelrundholz aus Kurzumtriebsplantagen
2.4 Holzfeuchtebestimmung und Holzfeuchtemonitoring durch elektrische Widerstands-messung
2.4.1 Überblick Verfahren zur Bestimmung der Holzfeuchte
2.4.2 Elektrische Widerstandsmessung
2.4.2.1 Prinzip
2.4.2.2 Kalibrierfunktionen
2.4.3 Monitoring durch elektrische Widerstandsmessung
3 Material und Methoden
3.1 Material
3.1.1 Eingesetztes Versuchsmaterial für die Lagerungsperiode 2018
3.1.2 Eingesetztes Versuchsmaterial für die Lagerungsperiode 2019
3.2 Methoden
3.2.1 Überblick Methoden
3.2.2 Versuchsaufbau
3.2.2.1 Lagerungsperiode 2018
3.2.2.2 Lagerungsperiode 2019
3.2.3 Untersuchungen
3.2.3.1 Überblick Untersuchungen und Beprobungsstrategie
3.2.3.2 Holzfeuchte
3.2.3.3 Darrdichte
3.2.3.4 Chemische Analysen
3.2.3.5 Pilz- und Bakterienbefall
3.2.3.6 Triebbildung
3.2.3.7 Gasanalyse
3.2.3.8 Elektrische Widerstandsmessung zur Ermittlung der Holzfeuchte
3.2.4 Dokumentation von Witterungsdaten
3.2.5 Statistische Auswertung
4 Ergebnisse
4.1 Systematik der Ergebnisdarstellung
4.2 Witterungsdaten
4.2.1 Lagerungsperiode 2018
4.2.2 Lagerungsperiode 2019
4.3 Gasatmosphäre
4.4 Holzfeuchte
4.4.1 Lagerungsperiode 2018
4.4.2 Lagerungsperiode 2019
4.5 Darrdichte
4.5.1 Lagerungsperiode 2018
4.5.2 Lagerungsperiode 2019
4.6 Chemische Zusammensetzung
4.6.1 Lagerungsperiode 2018
4.6.2 Lagerungsperiode 2019
4.7 Pilz- und Bakterienbefall
4.7.1 Lagerungsperiode 2018
4.7.2 Lagerungsperiode 2019
4.8 Triebbildung
4.8.1 Lagerungsperiode 2018
4.8.2 Lagerungsperiode 2019
4.9 Sonstige Beobachtungen
4.9.1 Rissbildungen bei der Trockenlagerung
4.9.2 Mäuse und einwachsende Pflanzenteile
4.10 Monitoring der Holzfeuchteentwicklung im Laufe der Lagerungsperiode 2019
4.10.1 Erstellung der Kalibrierfunktion für Pappelholz
4.10.1.1 Modell 1
4.10.1.2 Modell 2
4.10.2 Anwendung der ermittelten Kalibrierfunktion auf die mittels Datenlogger aufgezeichneten Messwerte im Zuge der Lagerungsperiode 2019
5 Diskussion
5.1 Evaluierung der Lagerungsverfahren unter Berücksichtigung der Holzfeuchte
5.1.1 Erwartete Holzqualität der einzelnen Lagerungsvarianten aufgrund der festgestellten Holzfeuchte
5.1.2 Trockenlagerung
5.1.2.1 Holzfeuchte und Witterungsbedingungen
5.1.2.2 Veränderung der Darrdichte und der chemischen Zusammensetzung, Pilzbefall
5.1.2.3 Zusammenfassende Einschätzung zur Trockenlagerung
5.1.3 Beregnung
5.1.3.1 Holzfeuchte
5.1.3.2 Veränderung der Darrdichte und der chemischen Zusammensetzung, Pilz- und Bakterienbefall
5.1.3.3 Zusammenfassende Einschätzung zur Beregnung
5.1.4 Kombiniertes Verfahren aus Beregnung und Trockenlagerung
5.1.4.1 Holzfeuchte und Witterungsbedingungen
5.1.4.2 Veränderung der Darrdichte und der chemischen Zusammensetzung, Pilz- und Bakterienbefall
5.1.4.3 Zusammenfassende Einschätzung zum kombinierten Verfahren
5.1.5 Folienlagerung
5.1.5.1 Gasanalyse in den Folienpaketen
5.1.5.2 Holzfeuchte
5.1.5.3 Veränderung der Darrdichte und der chemischen Zusammensetzung, Pilz- und Bakterienbefall
5.1.5.4 Zusammenfassende Einschätzung zur Folienlagerung
5.1.6 Vergleich der Klone Max 1 und AF2
5.1.7 Zusammenfassung und Bewertung der Lagerungsvarianten
5.2 Monitoring der Holzfeuchteentwicklung im Laufe der Lagerungsperiode durch elektrische Widerstandsmessung
5.2.1.1 Kalibierfunktion für Pappelholz aus KUP
5.2.1.2 Einsatzmöglichkeit der elektrischen Widerstandsmessung zur Qualitätsüberwachung von Pappelrundholzpoltern
6 Schlussfolgerung
7 Zusammenfassung
8 Ausblick
Literaturverzeichnis
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Research on thermal modification of African alpine bamboo (Yushania alpina [K. Schumann] Lin) in terms of woven strand board (WSB) product development in EthiopiaStarke, Robert 17 September 2015 (has links) (PDF)
’African Bamboo PLC’ has the vision to become the first and the leading bamboo-based floorboard producer in Africa with export markets in Europe and America. African alpine bamboo (Yushania alpina), common in the highlands of Ethiopia, was used to develop woven strand board (WSB) products. Research on thermal modification was part of the product development.
Samples were mainly collected in Tetechia (6°33‘ 34‘‘ N 38°32‘25‘‘ W, 2,650-2,700 m a.s.l.), located in the Sidama region. Three culms each of two, three, four and five years of age were harvested. Samples were taken from the middle of each internode to determine the moisture content and density. Samples used to assess the effects of thermal modification were cut next to them. Further test specimens from different areas and other species such as the lowland bamboo (Oxytenanthera abyssinica) were also investigated.
The thermal treatment was applied in a kiln with steam as an inert blanket to reduce oxidative processes. Eight modifications were performed at temperatures of 160 °C, 180 °C, 200 °C and 220 °C, at durations of three or five hours each. Mass loss, sorption behaviour, impact resistance, resistance to indentation and contents of chemical components were analysed for the modified and unmodified samples.
Yushania alpina is a thin-walled bamboo with a maximum diameter of 6 cm, moisture content of up to 150 % and densities of between 0.5 g/cm² and 0.8 g/cm². Moisture content, diameter and wall thickness decreased from the bottom to the top of the culms, whereas density increased. Two year old bamboo had the lowest and three year the highest density.
The mass loss followed an exponential trend, with about 2 % loss at 160 °C and 16 % at 220 °C. This mainly reflected the degradation of hemicellulose, which was fully removed at 220 °C. Extractive contents, at less than 5 %, fluctuated. Lignin amounted to 30 % and increased appreciably. Cellulose reached contents of about 45 % and decreased slightly at high temperatures. The chemical change, which was based more on the temperature than on the duration of treatment, influenced the sorption behaviour and mechanical properties most of all. The equilibrium moisture content was reduced by between 10 % to 40 %, depending on the climate and modification temperature chosen. This reduction stabilised between temperatures of 200 °C and 220 °C. The impact resistance of untreated bamboo was 3.8 J/cm², compared to only 1.4 J/cm² for modified samples. Resistance also differed between samples from the outer and inner part of the culm in the transverse section. The resistance to indentation declined also. Unmodified samples had 47 N/mm², compared to only 20 N/mm² for strongly modified samples.
The results of the analysis and the experience gained indicate that temperatures between 180 °C and 200 °C, held for three hours, lead to the best results for woven strand board production using Ethiopian highland bamboo. / ’African Bamboo PLC’ setzt sich zum Ziel, als erstes Unternehmen Holzwerkstoffe aus Bambus nach Europa und Amerika zu exportieren. Afrikanischer Hochgebirgsbambus (Yushania alpina), welcher vor allem im Hochland von Äthiopien vorkommt, wurde dazu verwendet ”woven strand boards” (WSB) zu entwickeln. Untersuchungen zur thermischen Modifizierung waren dabei Bestandteil der Produktentwicklung.
Die dafür notwendigen Bambusproben wurden hauptsächlich in Tetechia (6°33‘34‘‘ N 38°32‘25‘‘ W, 2650-2700 m ü. NN), einem Dorf in Sidama, entnommen. Es wurden dazu je drei Bambushalme der Altersklassen zwei, drei, vier und fünf Jahre geerntet. Proben für die Bestimmung von Holzfeuchte und Dichte wurden in der Mitte jedes Internodiums entnommen. Diese spielten als Referenzprobe eine große Rolle. Neben den Referenzprobekörpern wurden die jeweiligen Stücke für die thermische Behandlung heraus gesägt, wobei dies nach einer bestimmten Systematik erfolgte. Neben den Proben aus Tetechia wurden für die Untersuchungen zudem Proben aus anderen Gebieten und von einer anderen Art, dem Tieflandbambus (Oxytenanthera abyssinica), hinzugefügt.
Die thermische Modifizierung erfolgte unter Wasserdampf, welcher oxidative Prozesse verhinderte. Insgesamt erfolgten acht Modifizierungen bei Temperaturen von 160 °C, 180 °C, 200 °C und 220 °C und einer jeweiligen Haltezeit von drei oder fünf Stunden. In Anbetracht der unbehandelten und behandelten Proben wurden der Masseverlust, die Bruchschlagarbeit, der Eindruckswiderstand und die chemische Zusammensetzung analysiert.
Yushania alpina ist ein dünnwandiger Bambus mit Durchmessern bis zu 6 cm, Holzfeuchten bis 150 % und Dichten zwischen 0,5 g/cm² und 0,8 g/cm². Holzfeuchte, Durchmesser und Wandstärke verringerten sich mit der Halmhöhe, wobei die Dichte hingegen anstieg. Zweijähriger Bambus hatte die geringsten und dreijähriger Bambus die höchsten Dichten.
Der Masseverlust folgte einem expontiellem Verlauf mit Werten von 2 % bei 160 °C und 16 % bei 220 °C. Er widerspiegelte den Abbau der Hemicellulose, welche bei 220 °C schon nicht mehr vorhanden war. Exktraktgehalte fluktuierten mit Werten unter 5 %. Der Ligningehalt lag bei ungefähr 30 % und stieg merklich an. Der Cellulosegehalt erreichte Werte von etwa 45 %, wobei die Cellulose bei höheren Temperaturen leicht abgebaut wurde. Die chemischen Veränderungen, welche maßgeblich von der angewandten Temperatur statt der Behandlungsdauer beeinflusst wurden, wirkten sich auf das Sorptionsverhalten und mechanische Eigenschaften aus. Je nach ausgesetztem Klima und erfolgter Modifikation wurde die Ausgleichsfeuchte der Proben um 10 % bis 40 % reduziert. Die Abnahme der Ausgleichsfeuchte stabilisierte sich im Temperaturbereich von 200 °C bis 220 °C. Die Bruchschlagarbeit des unbehandelten Bambus betrug 3,8 J/cm², die des behandelten nur 1,4 J/cm². Die Bruchschlagarbeit variierte unabhängig von der Modifikation zwischen dem inneren und äußeren Abschnittes innerhalb des Halmquerschnitts. Der Eindruckswiderstand nahm mit der thermischen Behandlung ebenfalls ab. Unbehandelte Proben hatten 47 N/mm², während die modifizierten Proben nur noch 20 N/mm² aufwiesen.
Anhand der Ergebnisse und erworbenen Erfahrungen lies sich schlussfolgern, dass Temperaturen zwischen 180 °C und 200 °C bei einer Haltezeit von drei Stunden für die thermische Modifizierung von Äthiopischem Hochlandbambus in Bezug auf die Entwicklung von ”woven strand boards” empfehlenswert waren.
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Research on thermal modification of African alpine bamboo (Yushania alpina [K. Schumann] Lin) in terms of woven strand board (WSB) product development in EthiopiaStarke, Robert 11 September 2014 (has links)
’African Bamboo PLC’ has the vision to become the first and the leading bamboo-based floorboard producer in Africa with export markets in Europe and America. African alpine bamboo (Yushania alpina), common in the highlands of Ethiopia, was used to develop woven strand board (WSB) products. Research on thermal modification was part of the product development.
Samples were mainly collected in Tetechia (6°33‘ 34‘‘ N 38°32‘25‘‘ W, 2,650-2,700 m a.s.l.), located in the Sidama region. Three culms each of two, three, four and five years of age were harvested. Samples were taken from the middle of each internode to determine the moisture content and density. Samples used to assess the effects of thermal modification were cut next to them. Further test specimens from different areas and other species such as the lowland bamboo (Oxytenanthera abyssinica) were also investigated.
The thermal treatment was applied in a kiln with steam as an inert blanket to reduce oxidative processes. Eight modifications were performed at temperatures of 160 °C, 180 °C, 200 °C and 220 °C, at durations of three or five hours each. Mass loss, sorption behaviour, impact resistance, resistance to indentation and contents of chemical components were analysed for the modified and unmodified samples.
Yushania alpina is a thin-walled bamboo with a maximum diameter of 6 cm, moisture content of up to 150 % and densities of between 0.5 g/cm² and 0.8 g/cm². Moisture content, diameter and wall thickness decreased from the bottom to the top of the culms, whereas density increased. Two year old bamboo had the lowest and three year the highest density.
The mass loss followed an exponential trend, with about 2 % loss at 160 °C and 16 % at 220 °C. This mainly reflected the degradation of hemicellulose, which was fully removed at 220 °C. Extractive contents, at less than 5 %, fluctuated. Lignin amounted to 30 % and increased appreciably. Cellulose reached contents of about 45 % and decreased slightly at high temperatures. The chemical change, which was based more on the temperature than on the duration of treatment, influenced the sorption behaviour and mechanical properties most of all. The equilibrium moisture content was reduced by between 10 % to 40 %, depending on the climate and modification temperature chosen. This reduction stabilised between temperatures of 200 °C and 220 °C. The impact resistance of untreated bamboo was 3.8 J/cm², compared to only 1.4 J/cm² for modified samples. Resistance also differed between samples from the outer and inner part of the culm in the transverse section. The resistance to indentation declined also. Unmodified samples had 47 N/mm², compared to only 20 N/mm² for strongly modified samples.
The results of the analysis and the experience gained indicate that temperatures between 180 °C and 200 °C, held for three hours, lead to the best results for woven strand board production using Ethiopian highland bamboo. / ’African Bamboo PLC’ setzt sich zum Ziel, als erstes Unternehmen Holzwerkstoffe aus Bambus nach Europa und Amerika zu exportieren. Afrikanischer Hochgebirgsbambus (Yushania alpina), welcher vor allem im Hochland von Äthiopien vorkommt, wurde dazu verwendet ”woven strand boards” (WSB) zu entwickeln. Untersuchungen zur thermischen Modifizierung waren dabei Bestandteil der Produktentwicklung.
Die dafür notwendigen Bambusproben wurden hauptsächlich in Tetechia (6°33‘34‘‘ N 38°32‘25‘‘ W, 2650-2700 m ü. NN), einem Dorf in Sidama, entnommen. Es wurden dazu je drei Bambushalme der Altersklassen zwei, drei, vier und fünf Jahre geerntet. Proben für die Bestimmung von Holzfeuchte und Dichte wurden in der Mitte jedes Internodiums entnommen. Diese spielten als Referenzprobe eine große Rolle. Neben den Referenzprobekörpern wurden die jeweiligen Stücke für die thermische Behandlung heraus gesägt, wobei dies nach einer bestimmten Systematik erfolgte. Neben den Proben aus Tetechia wurden für die Untersuchungen zudem Proben aus anderen Gebieten und von einer anderen Art, dem Tieflandbambus (Oxytenanthera abyssinica), hinzugefügt.
Die thermische Modifizierung erfolgte unter Wasserdampf, welcher oxidative Prozesse verhinderte. Insgesamt erfolgten acht Modifizierungen bei Temperaturen von 160 °C, 180 °C, 200 °C und 220 °C und einer jeweiligen Haltezeit von drei oder fünf Stunden. In Anbetracht der unbehandelten und behandelten Proben wurden der Masseverlust, die Bruchschlagarbeit, der Eindruckswiderstand und die chemische Zusammensetzung analysiert.
Yushania alpina ist ein dünnwandiger Bambus mit Durchmessern bis zu 6 cm, Holzfeuchten bis 150 % und Dichten zwischen 0,5 g/cm² und 0,8 g/cm². Holzfeuchte, Durchmesser und Wandstärke verringerten sich mit der Halmhöhe, wobei die Dichte hingegen anstieg. Zweijähriger Bambus hatte die geringsten und dreijähriger Bambus die höchsten Dichten.
Der Masseverlust folgte einem expontiellem Verlauf mit Werten von 2 % bei 160 °C und 16 % bei 220 °C. Er widerspiegelte den Abbau der Hemicellulose, welche bei 220 °C schon nicht mehr vorhanden war. Exktraktgehalte fluktuierten mit Werten unter 5 %. Der Ligningehalt lag bei ungefähr 30 % und stieg merklich an. Der Cellulosegehalt erreichte Werte von etwa 45 %, wobei die Cellulose bei höheren Temperaturen leicht abgebaut wurde. Die chemischen Veränderungen, welche maßgeblich von der angewandten Temperatur statt der Behandlungsdauer beeinflusst wurden, wirkten sich auf das Sorptionsverhalten und mechanische Eigenschaften aus. Je nach ausgesetztem Klima und erfolgter Modifikation wurde die Ausgleichsfeuchte der Proben um 10 % bis 40 % reduziert. Die Abnahme der Ausgleichsfeuchte stabilisierte sich im Temperaturbereich von 200 °C bis 220 °C. Die Bruchschlagarbeit des unbehandelten Bambus betrug 3,8 J/cm², die des behandelten nur 1,4 J/cm². Die Bruchschlagarbeit variierte unabhängig von der Modifikation zwischen dem inneren und äußeren Abschnittes innerhalb des Halmquerschnitts. Der Eindruckswiderstand nahm mit der thermischen Behandlung ebenfalls ab. Unbehandelte Proben hatten 47 N/mm², während die modifizierten Proben nur noch 20 N/mm² aufwiesen.
Anhand der Ergebnisse und erworbenen Erfahrungen lies sich schlussfolgern, dass Temperaturen zwischen 180 °C und 200 °C bei einer Haltezeit von drei Stunden für die thermische Modifizierung von Äthiopischem Hochlandbambus in Bezug auf die Entwicklung von ”woven strand boards” empfehlenswert waren.
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