Warning: fopen(111data/log202003292037.log): failed to open stream: No space left on device in /home/pde321/public_html/header.php on line 107

Warning: flock() expects parameter 1 to be resource, boolean given in /home/pde321/public_html/header.php on line 108

Warning: fclose() expects parameter 1 to be resource, boolean given in /home/pde321/public_html/header.php on line 113
Verfahren und Mittel zur Verbesserung der Tränkmittelaufnahme und -verteilung in Hölzern - Dokument DE102005002366A1
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE102005002366A1 27.07.2006
Titel Verfahren und Mittel zur Verbesserung der Tränkmittelaufnahme und -verteilung in Hölzern
Anmelder EMPA Eidgenössische Materialprüfungs-und Forschungsanstalt, Dübendorf, CH
Erfinder Schwarze, Francis, Dr, St. Gallen, CH
Vertreter Rechtsanw. und Pat.-Anw. Dr.-Ing. Dr.jur. Volkmar Tetzner, Pat.-Anw. Dipl.-Ing. Michael Tetzner, 81479 München
DE-Anmeldedatum 18.01.2005
DE-Aktenzeichen 102005002366
Offenlegungstag 27.07.2006
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.07.2006
IPC-Hauptklasse B27K 5/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B27K 3/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   A01N 63/04(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Mittel zur Verbesserung der Tränkmittelaufnahme und -verteilung in Hölzern, insbesondere Nadelhölzern, wobei das zu behandelnde Holz mit dem Pilz Physisporinus vitreus in Kontakt gebracht wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Mittel zur Verbesserung der Tränkmittelaufnahme und -verteilung in Hölzern sowie ein Verfahren zur Behandlung von Holz.

Die Fichte ist als schnell nachwachsender Baum eine der wichtigsten Baumarten in Mitteleuropa. Die geringe Dauerhaftigkeit des Fichtenholzes hat aber zur Folge, dass die Einsatzbereiche des Holzes stark eingeschränkt sind. Zwar kann das Fichtenholz durch eine chemische Holzschutzmittelbehandlung beständiger gemacht werden, allerdings ist das Fichtenholz nur schwierig ausreichend tief mit Holzschutzmitteln tränkbar.

Verantwortlich für diese schlechte Imprägnierbarkeit sind vor allem die im getrockneten Holz verschlossenen „Hoftüpfel", die im lebenden Baum als Verbindungswege für Flüssigkeiten zwischen aneinandergrenzenden Zellen dienen. Die Tüpfelmembran (Tori) der Hoftüpfel setzt sich aus den beiden Primärwänden der miteinander in Verbindung stehenden Tüpfel und der dazwischen liegenden Mittellamelle zusammen. Die zentralen verdickten Bereiche der Tüpfelmembranen des Splintholzes bestehen hauptsächlich aus Pektin, während Cellulose und Hemicellulose nur in geringen Konzentrationen vorhanden sind. Bei der Verkernung des Holzes werden dann in den Tori auch polyphenolische Substanzen mit Lignincharakter eingelegt. Hierbei wird die Öffnung der Hoftüpfelkammer (Porus) irreversibel verschlossen. Dieser Tüpfelverschluss hat zur Folge, dass die Tränkbarkeit von Fichtenkernholz selbst unter Anwendung großtechnischer Imprägnierverfahren erschwert ist.

Die Tatsache, dass Fichtenkernholz nicht tränkbar ist, hat zur Folge, dass eine Holzimprägnierung im Wesentlichen nur im Bereich des Splintholzes stattfindet, wobei sehr hohe Einbringmengen nur in den äußeren Splintholzzonen, aber nicht in den anderen Splintholzzonen verzeichnet werden. Diese ungleichmäßige Verteilung der Holzschutzmittel über den Querschnitt imprägnierter Bauteile ist sowohl aus ökonomischen als auch aus ökologischen Gründen bedenklich.

Man hat auch schon Versuche unternommen, die Imprägnierbarkeit von Fichtenholz durch eine enzymatische Vorbehandlung zu verbessern. Das zugrundeliegende biotechnische Verfahren basierte auf der abbauenden Wirkung ausgewählter spezifischer Enzyme bzw. Enzymgemische auf bestimmte Komponenten der Hoftüpfel, welchen den Flüssigkeitstransport im getrockneten Fichtenholz limitieren. Hierbei konnte sowohl die Eindringtiefe als auch die Aufnahmemenge des Holzschutzmittels gesteigert werden. Als am wirkungsvollsten zeigten sich Mischpräparate mit verschiedenen Pectinase-, Cellulase- und Hemicellulase Aktivitäten. Der Nachteil der Enzymbehandlungen besteht jedoch in der geringen Stabilität der Enzyme und dem Zeit- sowie Kostenaufwand der Behandlung. Dieses Verfahren hat daher keine wirtschaftliche Anwendung gefunden.

Weit verbreitet ist daher nach wie vor die mechanische Vorbehandlung durch Perforation der Mantelzonen mit Schlitzscheiben oder Bohrern. Ein zufrieden stellender Schutz von Schnitt- und Rundholz erfordert aber einen großen technischen Aufwand und ist nur durch anschließende Imprägnierung im Druck-Vacuum-Verfahren möglich. Durch dieses Verfahren wird aber im Wesentlichen nur das Splintholz besser imprägniert, nicht aber das Kernholz.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein neues Verfahren sowie ein Mittel zur Verbesserung der Tränkmittelaufnahme und -verteilung in Hölzern anzugeben.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1, 7, 8, 9 und 10 gelöst.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Verbesserung der Tränkmittelaufnahme und -verteilung in Hölzern, insbesondere Nadelhölzern, besteht darin, dass das zu behandelnde Holz mit dem Pilz Physisporinus vitreus in Kontakt gebracht wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Behandlung von Holz, insbesondere Nadelholz wird das Holz zunächst über einen bestimmten Zeitraum mit dem Pilz Physisporinus vitreus und dann anschließend mit einem Tränkmittel, insbesondere mit einem Holzschutzmittel oder einem Holzveredelungsmittel, behandelt.

Das erfindungsgemäße Mittel zur Verbesserung der Tränkmittelaufnahme und -verteilung in Hölzern, insbesondere Nadelhölzern enthält den Pilz Physisporinus vitreus.

Im Gegensatz zu Bakterien und Enzymen bietet der Einsatz des Pilzes Physisporinus vitreus im Zusammenhang mit der gezielten Verbesserung der Wegsamkeit wesentliche Vorteile. Die Hyphen des Pilzes Physisporinus vitreus können das Splint- und Kernholz gleichmäßig besiedeln und sind in der Lage, die lignifizierten Tüpfelmembranen im Kernholz abzubauen. Im Gegensatz zu anderen holzzersetzenden Pilzen hat der Pilz Physisporinus vitreus den Vorteil, dass bei geeigneter Wahl der Behandlungszeit die Festigkeit des Holzes nicht wesentlich verschlechtert wird.

Der als Weissfäuleerreger eingestufte Basidiomycet Physisporinus vitreus gehört zu den wenigen holzzersetzenden Pilzen, die die Fähigkeit besitzen, extrem feuchtes Holz abzubauen. Auffälligstes Merkmal des Holzzersetzungsmusters von Physisporinus vitreus an natürlich wie künstlich infiziertem Fichten- und Douglasienholz ist die bereits im Frühstadium der Holzzersetzung einsetzende starke Zerstörung der Hoftüpfel zwischen den Tracheiden.

Die der Erfindung zugrunde liegenden Studien haben gezeigt, dass der Pilz in der Lage ist, sehr feuchtes Holz stärker zu zersetzen als trockenes. Diese Tatsache steht offensichtlich in direktem Zusammenhang mit dem bevorzugten Hoftüpfelabbau im Initialstadium der Holzzersetzung. Es wird angenommen, dass Physisporinus vitreus durch den bevorzugten Hoftüpfelabbau im trockenen Holz indirekt eine Feuchtigkeitsaufnahme begünstigt und somit die Veraussetzung für eine Holzfeuchtigkeit induziert.

Bei dem durchgeführten Versuchen hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Anfangsfeuchte des zu behandelnden Holzes vor der Pilzbehandlung bei maximal 15%, vorzugsweise zwischen 10 und 15%, liegt. Zweckmäßigerweise wird während der Pilzbehandlung die Holzfeuchte des zu behandelnden Holzes überwacht. Prinzipiell sind die Anfangsfeuchte des zu behandelnden Holzes und die Einwirkdauer des Pilzes derart aufeinander abzustimmen, dass er während des Behandlungszeitraumes im wesentlichen nur die Tori und nicht die Zellwände des zu behandelnden Holzes zersetzt. Die Anfangsfeuchte des zu behandelnden Holzes und die Einwirkdauer des Pilzes sollten ferner derart aufeinander abgestimmt werden, dass sich die Schlagbiegefestigkeit des zu behandelnden Holzes um nicht mehr als 20% verschlechtert. Der Behandlungszeitraum sollte zwei bis sechs Wochen, vorzugsweise drei bis fünf Wochen dauern.

Die Wirkung des mit dem Pilz Physisporinus vitreus behandelten Holzes wird anhand der 1 und der nachfolgend beschriebenen Versuchsergebnisse gezeigt.

Für die Versuche wurden zwei Reinkulturen von Physisporinus vitreus (EMPA 642 und EPMA 643) in Kolleschalen aus 2,5% MEA angezüchtet. Unbehandelte, stirnseitig abgedichtete Kernholzproben wurden zur Erfassung der Volltränkbarkeit in endmineralisiertem Wasser bzw. mit Zugabe von blauem Farbpigment Neolan Glaucan E-A vor und nach der Pilzexposition vollgetränkt. Es wurden Holzproben mit möglichst großem Kernholzanteil ausgewählt. Zur Erfassung des Einflusses der Mantelfläche/Querschnittsabmessungen wurden die Untersuchungen anhand von zwei verschiedenen Probenabmessungen durchgeführt:

  • a) 100 mm (Faserrichtung) × 10 mm × 15 mm (radial)
  • b) 100 mm (Faserrichtung) × 25 mm × 51 mm (radial)

Vor der Pilzexposition zur Bestimmung der ersten Volltränkbarkeit (Ausgangs-Volltränkbarkeit ohne Pilzeinwirkung) wurden Holzproben zweimal im Intervall von 24 h mit Nouvovern Emaillack (zwei Komponenten-Urethanlack der Fa. Mäder AG, Killwangen) abgedichtet. Die abgedichteten Holzproben wurden zur Bestimmung des Anfangsdarrgewichtes während 18–24 h im Trockenschrank bei 103°C darrgetrocknet. Anschließend wurden die Holproben bei einem Unterdruck von 7 mbar für 20 min. in entmineralisiertem Wasser evakuiert und nach zweistündiger Lagerung in Wasser, durch Wägen die aufgenommen Flüssigkeitsmenge bestimmt. Die Volltränkbarkeit in kg/m3 wurde anhand der Probendimensionen errechnet bzw. in Relation zur maximalen Volltränkbarkeit in Prozent (Absolut in %) angegeben.

Die Pilzexposition erfolgte in Kolleschalen über Glasbänkchen, sobald das Pilzmyzel den Nährboden komplett überwachsen hatte. Die Inkubation der Holzproben erfolgte bei 22 ± 1°C und 75 ± 5% rel. Luftfeuchtigkeit und für sechs und zwölf Wochen. Nach Entfernen der anhaftenden Pilzmyzelreste wurden die einzelnen Holzproben gewogen, um später den Feuchtigkeitsgehalt der Holzproben bei Pilzversuchsende, anhand des Enddarrgewichtes zu berechnen. Ein möglicher Gewichtsverlust durch Pilzangriff wurde anhand Anfangsdarr- und Enddarrgewicht erfasst, und mittels steriler Kontrollen (Nullwerte) korrigiert.

Nach der Pilzexposition zur Bestimmung der zweiten Volltränkbarkeit (verbesserte Volltränkbarkeit nach Pilzentwicklung) wurden die feuchten Holzproben vorerst während 48 h im Trockenschrank bei 4°C vorgetrocknet und anschließend ihre Hirnenden erneut einmal mit Nouvovern Emaillack abgedichtet. Anschließend erfolgte die zweite Volltränkung. Zu diesem Zweck wurden die Holzproben erneut während 18–24 h bei 103°C darrgetrocknet (Bestimmung des Enddarrgewichtes). Die erneut abgedichteten Hirnenden der pilzexponierten Holzproben wurden zusätzlich mechanisch abgedichtet, um einer Rissbildung entgegenzuwirken. Zu diesem Zweck wurden die Stirnseiten mit Weichsilikon überzogen und mit Metallschienen stirnseitig eingespannt und in entmineralisiertem Wasser bzw. unter Zugabe des Farbpigmentes vollgetränkt.

Nach sechs und zwölf Wochen Inkubationszeit konnte bereits eine deutliche Steigerung der Volltränkbarkeit an den pilzexponierten Kernholzproben beobachtet werden (1). An Fichtenkernholzproben konnte eine Zunahme der Tränkbarkeit von 30–40%, an Tannenkernholz sogar von 50–60% ermittelt werden. Die größer dimensionierten Kernholzproben wiesen zum Teil eine höhere Steigerung der Volltränkbarkeit auf, als die kleineren Kernholzproben.

Bei der großtechnologischen Umsetzung der Oberflächenbehandlung von Schnittholz wird das getrocknete, insbesondere luftgetrocknete Schnittholz in ein Flüssigmedium getaucht, welches das Myzel von Physisporinus vitreus enthält. Nach zweiwöchiger Inkubationszeit bei einer Temperatur von 20–30°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von etwa 65% wird das Holz oberflächig von Myzel gereinigt und mit dem Holzveredelungsmittel behandelt.

Alternativ zur oberflächlichen Reinigung kann das behandelte Holz auch sterilisiert werden, um den Pilz abzutöten. Hierfür wird das Schnittholz beispielsweise bei 0,6 bar und 25° mit Ethylenoxid in Kontakt gebracht. Das so behandelte Holz kann als eigenständiges Produkt vertrieben werden.

Durch die Pilzbehandlung mit Physisporinus vitreus kann die Tränkbarkeit des Holzes deutlich erhöht werden, wobei im Initialstadium der Holzzersetzung die Festigkeit des Holzes nicht maßgeblich beeinträchtigt wird. Der selektive Abbau der Tüpfelmembranen durch den Pilz ist somit hervorragend geeignet, um die Wegsamkeit des Holzes zu erhöhen und das Eindringen von Veredelungs- und Schutzmitteln, insbesondere von fungizid ausgestatteten Grundierungen und Lasuren, für die Oberflächenbehandlung zu verbessern. Die erhöhte Permeabilität des Holzes hat zur Folge, dass die Wirkstoffe tiefer in das Holz eindringen und dadurch die bläuefreie Zone erhöht werden kann. Eine größere bläuefreie Zone hat den Vorteil, dass die Entwicklung von Bläue- und Schimmelpilzen unterhalb der Anstrichsysteme stärker gehemmt und ein Aufreißen und Abplatzen des Deckanstriches verhindert wird.

Durch die verbesserte Tränkmittelaufnahme kann außerdem die Tränkmittelmenge über den zu schützenden Querschnitt homogener verteilt werden, wodurch die Kosten für die Imprägniermittel und zudem die Verfahrenskosten gesenkt werden. Darüber hinaus kann auch die Schutzbehandlung durch die erhöhte Tiefenwirkung verbessert werden. Umwelttechnische Vorteile ergeben sich außerdem dadurch, dass Auswaschungen aus den heute noch überimprägnierten Randzonen reduziert sind und der Stoff- und Energieeinsatz gesenkt wird.

Auch moderne Verfahren der Veredelung und Modifikation, z.B. Verkieselung/Hydrophobierung, Behandlung mit pflanzlichen Ölen, Actylisierung, Melaminharztränkung, usw., können ebenfalls durch die erhöhte Wegsamkeit des Holzes enorm optimiert werden.

Eine verbesserte Wegsamkeit des Kernholzes hat auch einer. ökologischen Vorteil, da die Eindringmengen von Holzschutzmitteln über den gesamten Rundholzquerschnitt gleichmäßiger verteilt und somit in geringeren Konzentrationen bei reduziertem Aufwand eingebracht werden können. Bei erfolgreicher Umsetzung kann somit eine Vielzahl von Behandlungs- und Veredelunsprozessen von Holz, insbesondere Fichtenholz, effizienter und wertschöpfender gestaltet werden und dabei die wirtschaftliche Nutzung der wichtigsten Baumart im Mitteleuropa maßgeblich verbessert werden.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur Verbesserung der Tränkmittelaufnahme und -verteilung in Hölzern, insb. Nadelhölzern, dadurch gekennzeichnet, dass das zu behandelnde Holz mit dem Pilz Physisporinus vitreus in Kontakt gebracht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfangsfeuchte des zu behandelnden Holzes vor der Pilzbehandlung bei maximal 15% liegt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfangsfeuchte des zu behandelnden Holzes und die Einwirkdauer des Pilzes derart aufeinander abgestimmt werden, dass der Pilz während des Behandlungszeitraumes im wesentlichen nur die Tori und nicht die Zellwände des zu behandelnden Holzes zersetzt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pilzbehandlung 2 bis 6 Wochen, vorzugsweise 3 bis 5 Wochen dauert.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während der Pilzbehandlung die Holzfeuchte des zu behandelnden Holzes überwacht wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anfangsfeuchte des zu behandelnden Holzes und die Einwirkdauer des Pilzes derart aufeinander abgestimmt werden, dass sich die Schlagbiegefestigkeit des zu behandelnden Holzes um nicht mehr als 20% verschlechtert.
  7. Verfahren zur Behandlung von Holz, insbesondere Nadelholz, dadurch gekennzeichnet, dass das Holz zunächst über eine bestimmten Zeitraum mit dem Pilz Physisporinus vitreus und dann anschließend mit einem Tränkmittel, insbesondere mit einem Holzschutzmittel oder einem Holzveredelungsmittel, behandelt wird.
  8. Mittel zur Verbesserung der Tränkmittelaufnahme und -verteilung in Hölzern, insb. Nadelhölzern, enthaltend den Pilz Physisporinus vitreus.
  9. Verwendung des Pilzes Physisporinus vitreus zur Verbesserung der Tränkmittelaufnahme und -verteilung in Hölzern, insb. Nadelhölzern.
  10. Holz, welches zur Verbesserung der Tränkmittelaufnahme und -verteilung mit dem Pilz Physisporinus vitreus in Kontakt gebracht worden ist
  11. Holz nach Anspruch 10, wobei der Pilz nach einer vorgegebenen Behandlungszeit abgetötet wurde.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

  Patente PDF

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com