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 Unter-suchungen sind in materialseitige und verfahrensseitige Versuche einzuordnen. Ma-terialseitig lag der Fokus auf holzchemischen und holzphysikalischen Veränderun-gen. Im Rahmen der holzphysikalischen Versuche wurden auch mechanische Ver-dichtungen durchgeführt und das Fixierungsverhalten betrachtet. Bei den verfah-rensseitigen 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 Ammoniakbe-handlung 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 Cel-lulose III.
Der Ammoniak führt analog zur Umwandlung der kristallinen Cellulose zu einer Selbstverdichtung des Holzes, was eine Rohdichteerhöhung von bis zu 30 % bewir-ken kann. Infolgedessen wird die Rohdichteerhöhung, die durch die mechanische Verdichtung hervorgerufen wird, verstärkt. Die Quellmaße steigen durch die Ammo-niakbehandlung 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 wei-testgehend analog. Die Imprägnierung, Verdichtung und Fixierung sind trotz großer chemischer und anatomischer Unterschiede bei beiden Holzarten möglich. / The subject of the present study was the effect of gaseous ammonia treatment on European beech wood (Fagus sylvatica L.) and Norway spruce wood (Picea abies Karst.). The wood was modified under isothermal conditions at different pressure levels from normal pressure to almost saturated vapour pressure of the ammonia gas. The investigations can be divided into material related and process related ex-periments. On the material side, the focus was on wood-chemical and wood-physical changes. As part of the wood-physical experiments, also mechanical densifications were carried out and the fixation behaviour was examined. In the process-related investigations, the swelling, temperature and mass of the wood were observed dur-ing ammonia treatment.
It was found that ammonia leads to a strong temperature increase of the wood at the beginning of a modification process. The mass and swelling dimensions of the wood, however, increase continuously during the course of the experiment. In the tangen-tial direction of the wood, the wood swells more than is known for swelling caused by water. The cell wall component hemicellulose is strongly degraded as a result of the ammonia treatment. The lignin and cellulose, on the other hand, are chemically very stable to the treatment. A special aspect of cellulose is that the crystalline areas are swollen by the ammonia when a certain pressure is reached. The cellulose thus changes its crystalline structure from cellulose I to cellulose III. The ammonia leads to a self-densification of the wood in analogy to the transformation of the crystalline cellulose, which can cause an increase in density of up to 30 %. As a result, the in-crease in density caused by mechanical compression is intensified. The swelling di-mensions increase strongly due to the ammonia treatment, but the compacted di-mensions are very well fixed compared to water swelling. The permanent defor-mation back to the original dimensions is therefore very low.
The wood species European beech and Norway spruce behave in a similar way to-wards ammonia. Impregnation, compaction and fixation are possible with both types of wood despite major chemical and anatomical differences.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:88416 |
| Date | 04 December 2023 |
| Creators | Hackenberg, Herwig |
| Contributors | Wagenführ, André, Fischer, Steffen, Technische Universität Dresden |
| Publisher | Professur für Holztechnik und Faserwerkstofftechnik |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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