The influence of melamine treatment in combination with thermal modification on the properties and performance of native hardwoods

Das Ziel dieser Arbeit war es, die Eigenschaften einheimischer Laubholzer zu verbessern und potenzielle neue Verwendungen in Ausenanwendungen zu finden, die zuvor fur die meisten dieser Arten ungeeignet waren. Bestimmte Eigenschaften wie die Asthetik, die Harte, die Schlagbiegefestigkeit, die Witterungsbestandigkeit und die Rissanfalligkeit sind Probleme der im Handel erhaltlichen modifizierten Holzprodukte. Ziel war es, mogliche Losungen fur eine effizientere Nutzung der gut verfugbaren Ressource Buchenholz (Fagus sylvatica L.) und anderer Laubholzer (Esche (Fraxinus excelsior L.), Linde (Tilia spp.) und Pappel (Populus spp.)) zu erarbeiten und die Kenntnisse uber die Impragnierung von Laubholzern mit Melaminharz zu erweitern. In dieser Studie wurde zunachst der Aushartungsprozess der Melaminharzbehandlung eingehend analysiert, da die Eigenschaften modifizierter Materialien von den Parametern des Behandlungsprozesses abhangen. Danach wurden die thermische Modifizierung mit Melaminharzbehandlung kombiniert und die resultierenden elastomechanischen und Bewitterungseigenschaften getestet. Der Einfluss der Hartungsparameter der Melaminharzbehandlung wurde analysiert, um die bestimmenden Faktoren fur anwendbare Hartungsprozesse zu identifizieren. Ebenfalls von Interesse war, ob die verwendeten Kontrollmethoden korrekte Antworten darauf liefern, wie die Aushartung die Materialeigenschaften beeinflusst. Eine Analyse mit dynamischer Differenzkalorimetrie konnte verwendet werden, um die Mindestanforderungen an Temperatur und Dauer fur eine vollstandige Aushartung des Melaminharzes in Holz zu bestimmen. Der Stickstoffgehalt und die Stickstofffixierung des behandelten Holzes sollten Aufschluss uber die Qualitat der Aufnahme des Harzes in die Holzmatrix geben. Der Formaldehydgehalt und die Formaldehydemissionen sollten Auskunft uber das gebildete Harznetzwerk geben und ob die Aushartung abgeschlossen ist. Rasterelektronenmikroskopie in Kombination mit energiedispersiver Rontgenspektroskopie konnte verwendet werden, um das Harz in der Holzmatrix und den Zellwanden zu lokalisieren. Der Einfluss der Aushartungsvariationen auf die mechanischen Eigenschaften wie Harte, Biegefestigkeit und Schlagbiegefestigkeit wurde ebenfalls untersucht. Weiterhin war es von Interesse, ob die Melaminharzbehandlung mit thermischer Modifizierung kombiniert werden kann. Die mechanischen Eigenschaften und die Witterungsbestandigkeit wurden untersucht. Die dynamische Differenzkalorimetrie zeigte, dass sie die Aushartungseigenschaften von Melaminharz in Buchenholz gut bestimmt werden kann. Die Aushartungsreaktion im Hochdrucktiegel setzte bei 110 °C ein und erreichte bei 135 °C ihr Maximum. Die Stickstofffixierung bestatigte, dass hohere Temperaturen und eine langere Aushartung (> 110 ° C, 24 h) zu vollstandig ausgehartetem Harz fuhrten. Hohe Feuchtigkeit wahrend der Aushartung beeinflusste die Fixierung negativ. Die Methode zur Bestimmung der Fixierung wirkte sich ebenfalls aus: Das Auswaschen in kaltem Wasser uber einen langeren Zeitraum ergab genauere Ergebnisse als die Extraktion in heisem Wasser. Rasterelektronenmikroskopie in Kombination mit energiedispersiver Rontgenspektroskopie zeigte eine gleichmasige Stickstoffverteilung uber die Zellwandquerschnitte der mit Melamin behandelten Buche. In unter trockenen Bedingungen ausgeharteten Proben gab es mehr Mikrorisse als in unter Dampfatmosphare ausgeharteten Proben. Die Aushartung unter Dampfatmosphare fuhrte zu einem leicht erhohten Harzanteil im Zelllumen im Vergleich zur Trockenhartung. Die Hartung bei hoher Luftfeuchtigkeit fuhrte des Weiteren zu einer geringeren Versprodung und zu geringeren Formaldehydemissionen als die trockene Aushartung. Die Biegefestigkeit und die Harte wurden jedoch nicht durch die Aushartungsbedingungen beeinflusst. Die Behandlung von thermisch modifiziertem Holz mit Melaminharz hatte eine geringere permanente Quellung nach Impragnierung und Aushartung zur Folge. Dies hing von der Warmebehandlungsintensitat ab und konnte die Harte, aber nicht die Schlagbiegefestigkeit, erhohen. Die Bewitterungsbestandigkeit wurde positiv beeinflusst. Je nach Holzart wurden weniger oder kleinere Oberflachenrisse beobachtet. Die Versprodung des thermisch modifizierten Holzes wurde nicht beeinflusst. Einige nutzliche Kontrollmethoden fur die Aushartung von Melaminharz in Hartholzern wurden etabliert. Die Testergebnisse dieser Studie sollten eine Grundlage fur die Herstellung eines langlebigen Produkts aus nicht dauerhaften einheimischen Laubholzern sein.