’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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa.de:bsz:14-qucosa-173554 |
| Date | 17 September 2015 |
| Creators | Starke, Robert |
| Contributors | Technische Universität Dresden, Fakultät Umweltwissenschaften, Dr.-Ing. Michael Rosenthal, Prof. Dr. Dr. rer. silv. habil. Claus-Thomas Bues, Dr. rer. nat. Martina Bremer |
| Publisher | Saechsische Landesbibliothek- Staats- und Universitaetsbibliothek Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | doc-type:masterThesis |
| Format | application/pdf |
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