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dc.contributor.advisor Militz, Holger Prof. Dr.
dc.contributor.author Bicke, Sascha
dc.date.accessioned 2019-12-03T12:05:12Z
dc.date.available 2019-12-03T12:05:12Z
dc.date.issued 2019-12-03
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/21.11130/00-1735-0000-0005-12BC-3
dc.language.iso deu de
dc.rights.uri http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject.ddc 634 de
dc.title Dimensionsstabile und pilzresistente Furnierwerkstoffe durch Zellwandmodifizierung mit niedermolekularem Phenol-Formaldehyd de
dc.type doctoralThesis de
dc.title.translated Dimensional stable and fungal decay resistant veneer-based composites via cell wall modification with low-molecular-weight phenol formaldehyde de
dc.contributor.referee Militz, Holger Prof. Dr.
dc.date.examination 2019-09-16
dc.description.abstractger Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines dimensionsstabilen, witterungsbeständigen und gegen Pilzabbau resistenten Furnierschichtholzes, beziehungsweise Laminated Veneer Lumber (LVL), auf Basis von Phenol-Formaldehydmodifizierten Buchenschälfurnieren. Es wurde dabei auf die Entwicklungen zu Beginn des 20sten Jahrhunderts zurückgegriffen, die darauf beruhten, dass sehr dünne Furniere unter einem Millimeter Dicke mit reichlich Phenol-Formaldehydharz beaufschlagt und in einer Etagenpresse unter hohem Druck und hoher Temperatur ausgehärtet wurden. Unter Berücksichtigung einiger jüngerer wissenschaftlicher Erkenntnisse zu dem Penetrationsvermögen von niedermolekularen Phenol-Formaldehyden und ihrer notwendigen Beschaffenheit, in Verbindung mit einer weiterentwickelten Schäl- und Pressentechnologie, wurde ein Prozess zur Herstellung der phenolmodifizierten LVLs entworfen. In Verbindung mit verschiedenen etablierten Herstellern für Kleb- und Imprägnierharze wurden kommerzielle Produkte auf Basis von niedermolekularem Phenol-Formaldehyd ausgewählt und damit in diversen Prozessen Buchenholzproben und Buchenfurniere imprägniert und die Zellwandeindringung der Harze sowie deren Fixierung untersucht. Dabei wurden drucklose (Atmosphärendruck) Verfahren sowie Vakuum-Druck-Verfahren im Autoklav angewendet. Es zeigte sich, dass sich in einen optimalen Prozess an eine Vakuum-Druck-Imprägnierung ein Trocknungsprozess anschließt, der die Weiterverarbeitung der Furniere ermöglicht ohne eine Aushärtung des Oligomers zu bewirken. Aus den behandelten Furnieren stellte man dann LVL mit und ohne Sperrlagen unter verschiedenen Drücken her, die zu unterschiedlichen Verdichtungen führten. Es zeigte sich, dass ein einstufiger Herstellungsprozess, welcher die Aushärtung der Reaktionschemikalie und die Verklebung vereint, geeignet war. Die auf diese Weise im Labor erzeugten Werkstoffe wurden einer Vielzahl physikalischer, chemischer und biologischer Prüfungen unterzogen. Unter anderem wurden sie durch die Bestimmung der Bruchschlagarbeit, Biegefestigkeit und des Biegeelastizitätsmoduls hinsichtlich ihrer mechanisch-technologischen Eigenschaften charakterisiert. Dabei zeigte sich, dass die PF-Modifizierung zu einer weitgehenden Erhöhung dieser Eigenschaften führen konnte – mit Ausnahme der Bruchschlagarbeit, welche einer Abnahme unterlag. Die Kriterien einer Verwendung für tragende Zwecke wurden damit jedoch erfüllt. Auswaschversuche zeigten eine sehr gute Fixierung. Die dabei ermittelte Langzeitquellung erwies eine drastisch verbesserte Dimensionstabilität mit ASE-Werten von bis zu 70%. Die Untersuchung der biologischen Dauerhaftigkeit (Resistenz gegenüber holzzerstörenden Pilzen) zeigte, dass mit niedrigen Beladungsgraden (WPG) im Bereich zwischen 15% (Gewichts-%) und 30% eine mit dauerhaftem Tropenholz vergleichbare Dauerhaftigkeit (DK 1 statt DK5) erreicht wurde. Wobei der Standard CEN/TS 15083-1 zur Einteilung genutzt wurde. In den Bewitterungsversuchen im Labor und Freiland bestätigte sich eine hohe Dimensionsstabilität. Durch UV-Mikro-Spektroskopie (UMSP) konnte gezeigt werden, dass die entwickelten Verfahren zu einer deutlich Zunahme phenolischer Strukturen in der Zellwand, bei gleichzeitig freibleibenden Zelllumen, führen. Diese Beobachtungen gingen mit signifikanten Messwerten für die dauerhafte Volumenzunahme (Bulking) infolge einer im wasserfreien Zustand gequollenen Zellwand einher. Es wird geschlussfolgert, dass die Phenolmodifizierung von Buchenfurnieren zum Zwecke der Herstellung dauerhaften LVLs aus 3,7 mm dicken Furnieren ohne Sperrlagen gut geeignet und industriell umsetzbar ist. Somit wird ein Ersatz für Baustoffe auf Basis rein fossiler Rohstoffe selbst in tragenden Außenanwendungen sowie eine sinnvolle stoffliche Nutzung des Buchenholzpotenzials in Deutschland ermöglicht. de
dc.description.abstracteng The sorption and desorption of water within the cell wall of wood lead to swelling and shrinkage. Severe stresses occur under varying climatic conditions and damage of the wood structure can result, which eventually causes face checking and pronounced deterioration. Generally, high moisture contents lead to degradation of the wood by basidiomycetes. To protect wood and wood products against these corrupting influences, the modification of the wooden cell wall to inhibit the water uptake, is the best way to provide dimensional stability and durability. In this work rotary cut beech (Fagus sylvatica L.) veneers, 3.7 mm and 2.1 mm thick, were treated in with low molecular weight phenol formaldehyde in aqueous solution. The process contained a two-step impregnation, within a vacuum was followed by atmospheric or over-pressure and a pre-drying. The final curing took place while gluing the veneers in a heated press to form a laminated veneer lumber (LVL) of eight layers resp. 15 layers. It was the aim of the treatment to decrease the water uptake and the extent of dimensional changes by incorporating the phenol formaldehyde resin inside the cell wall and to achieve a permanent bulking. The used resins were water-soluble alkaline types. Related to the used PF-concentration in solution, medium, middle and high dry weight gains were achieved. The fixation was proven in a leaching test according to EN84 with an initial water impregnation under vacuum and with that a dimensional stability that was reached by the modification was found. The swelling in radial direction was reduced by 57% at moderate WPG and was fully eliminated at highest WPG. The durability of the LVL against white rot fungi has been tested for 16 weeks according to the standard ENV 12038. This test revealed that the mass loss had been decreased to almost 1% by the PF-treatment. Because the moisture content of the samples was above the fibre saturation point, fungal growth had been possible, by the way no constrains of fungal growth could be observed. As it is known that cell wall modification has an influence on the mechanical properties of wood, the modulus of rupture (MOR), modulus of elasticity (MOE) and impact bending strength have been assessed. It came out that the MOR and MOE can be increased by the modification and the pressing regime. Concerning the impact bending strength the energy that was absorbed by sample during the test was considerably lower. The weathering performance was tested both in a self-created lab test for LVL and in a field test. Both tests showed that weathering stability can be achieved, but under consideration of economical aspects, a coating is seen to be beneficial. Furthermore, an in-ground test over two years appears the modified LVL to be resistant against soft rot. It can be concluded that an appropriate process exists to produce LVL from the PF modified beech veneers, which is highly durable against white rot fungus Trametes versicolor, dimensional stable, weatherproof, usable in ground contact and with adequate mechanical properties. de
dc.contributor.coReferee Mai, Carsten Prof. Dr.
dc.subject.ger Buche, Fagus sylvatica, Furnierschichtholz, Dauerhaftigkeit, Modifizierung, Phenol-Formaldehyd, Zellwand de
dc.subject.eng beech, cell wall, durability, fagus sylvatica, fungal decay, lvl, modification, phenol formaldehyde, veneer de
dc.identifier.urn urn:nbn:de:gbv:7-21.11130/00-1735-0000-0005-12BC-3-3
dc.affiliation.institute Fakultät für Forstwissenschaften und Waldökologie de
dc.subject.gokfull Forstwirtschaft (PPN621305413) de
dc.identifier.ppn 1684137454

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