Beiträge zur Dimensionsstabilisierung des Holzes mit Polyäthylenglykol—Erste Mitteilung: Grundlegende Untersuchungen zur Dimensionsstabilisierung des Holzes mit Polyäthylenglykol

Zusammenfassung

Die Verbesserung der Dimensionsstabilität des Holzes zählt zu den vorrangigen Aufgaben der physikalisch-chemischen Holzforschung. Als Beitrag zur Dimensionsstabilisierung des Holzes mit Polyäthylenglykol (PÄG) wurde zunächst eine Reihe grundlegender Untersuchungen durchgeführt, über deren Ergebnisse nach einem ausführlichen Literaturauszug über den bisherigen Wissensstand berichtet wird.

Die aufgenommenen Sorptionsisothermen von mit verschiedenen wäßrigen PÄG-Lösungen getränkten Holzproben geben Aufschluß darüber, in welchem Maße die Hygroskopizität des PÄG-behandelten Holzes mit sinkendem Molekulargewicht des aufgenommenen PÄG und steigendem PÄG-Gehalt zunimmt. Untersuchungen über die PÄG-Aufnahme und die Dimensionsstabilisierung des Holzes in Abhängigkeit von der PÄG-Konzentration der Tränklösung ergaben, daß die PÄG-Aufnahme mit steigender Konzentration der Tränklösung stetig zunimmt, während der Höchstbetrag der Dimensionsstabilisierung (bis 96%) schon bei einem PÄG-Gehalt von rund 2/3 der maximalen PÄG-Aufnahme erreicht wird. Die Dimensionsstabilisierung war bei dem untersuchten Kiefern- und Buchenholz in radialer Richtung größer als in tangentialer. Bei hoher PÄG-Aufnahme erhöhte sich die Dichte der beiden Hölzer beträchtlich. Durch die Erhöhung der Tränktemperatur kann die PÄG-Aufnahme und Dimensionsstabilisierung beschleunigt werden. Die PÄG-Aufnahme war bei der Tränkung des Holzes im wassergesättigten Zustand (bei Normaldruck) wesentlich größer als im trockenen Zustand, doch wurde bei der PÄG-Tränkung des trockenen Holzes vielfach eine wesentlich höhere Dimensionsstabilisierung je Prozent PÄG-Gehalt erzielt. Die Trocknungsführung nach der Tränkung hatte nur unbedeutenden Einfluß auf die Dimensionsstabilisierung der untersuchten kleinen Proben. Die Untersuchung des Quellungsverlaufes von trockenen Kiefern-Splint- und Buchenholzproben bei der Tränkung in reinem PÄG 400 ergab, daß die Polyäthylenglykole mit Molekulargewichten ≧400 das Holz ohne Mitwirkung von Wasser nicht zum Quellen bringen. Die Untersuchung des Quellungsverhaltens und der Dimensionsstabilisierung von PÄG-getränkten Hölzern innerhalb des hygroskopischen Feuchtigkeitsbereiches führte zu dem für die Praxis bedeutsamen Ergebnis, daß die „effektive Dimensionsstabilisierung” für Dimensionsänderungen vom Trockenzustand bis zum Quellungsgleichgewicht mit einem im praktischen Gebrauch nicht zu überschreitenden Grenzbetrag der relativen Luftfeuchtigkeit kleiner ist als der üblicherweise auf der Grundlage der maximalen Quellung bzw. Schwindung des PÄG-behandelten und unbehandelten Holzes bestimmte „Nennbetrag” der Dimensionsstabilisierung.

Summary

The improvement of the dimensional stability of wood is one of the most important problems in the field of physico-chemical wood research. As a contribution to the dimensional stabilization of wood with polyethylene glycol (PEG) a series of basic investigations has been carried out. The results of these experiments are reported, after having discussed the up-to-date knowledge in this field by a detailed review on literature.

The sorption isotherms, recorded of wood specimens treated with various aqueous PEG solutions give information in how far the hygroscopicity of PEG-treated wood increases with the decreasing molecular weight of the taken up PEG and with the rising PEG content. Investigations on the PEG take-up and the dimensional stabilization of the wood in dependence on the concentration of the treating solution showed, that the PEG take-up increases steadily with increasing concentration of the treating solution, whereas the maximum of the dimensional stabilization (up to 96%) is already reached at a PEG content of 2/3 of the maximum PEG take-up. The dimensional stabilization of the investigated pine- and beechwood specimens was greater in the radial than in the tangential direction. At a higher PEG take-up the density of both wood species increased considerably. The take-up of the PEG and the dimensional stabilization can be accelerated by a rise of the soaking temperature. In the water saturated condition of the wood (at atmospheric pressure) the PEG take-up was remarkably greater than in the dry condition, but with the soaking of the dry wood, frequently a considerably greater dimensional stabilization per % of PEG content was reached. The drying conditions after the PEG treatment had only slight influence on the dimensional stabilization of the small specimens tested. The investigation of the swelling course of dry pine sapwood- and beechwood-specimens during the soaking in undiluted PEG 400 showed that polyethylene glycols with molecular weights ≧400 do not swell the wood without the presence of water. The research on the swelling behaviour and the dimensional stabilization of PEG-treated woods within the hygroscopic range gave the following result which is of practical importance: The “effective dimensional stabilization” for dimensional changes from the dry condition up to the swelling equilibrium with a limiting value of relative humidity not to be exceeded in practice is smaller than the “nominal value” of dimensional stabilization, which conventionally is determined on the basis of maximum swelling or shrinking of the treated and untreated wood.