Acetyliertes Holz

Was ist acetyliertes Holz?

Acetyliertes Holz ist Holz, das durch ein chemisches Modifikationsverfahren mit Essigsäureanhydrid behandelt wurde, um seine natürliche Anfälligkeit für holzzerstörende Pilze und Insekten zu reduzieren und dessen Einsatzdauer, insbesondere im Außenbereich, signifikant zu verlängern. Durch diesen Prozess wird die molekulare Zusammensetzung des Holzes dauerhaft verändert, wodurch sich seine physikalischen und mechanischen Eigenschaften – wie Dimensionsstabilität, Dichte, Härte und Witterungsbeständigkeit – verbessern. Da Essigsäureanhydrid und das dabei entstehende Nebenprodukt Essigsäure nicht toxisch sind, bleibt acetyliertes Holz frei von schädlichen Substanzen, und seine Verwertung sowie Entsorgung stellen kein Problem dar.

 

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1. Herstellung

Das Verfahren zur Acetylierung von Holz basiert auf der chemischen Reaktion zwischen den in der Zellulose, Lignin und Hemicellulose vorhandenen Hydroxylgruppen und Essigsäureanhydrid. Ziel ist es, diese hydrohpilen –OH-Gruppen in hydrophobe Acetoxygruppen umzuwandeln, wodurch die Wasseraufnahme des Holzes stark eingeschränkt wird.

Das Ausgangsmaterial ist in der Regel lignocellulosehaltiges Bauholz, da für den Außeneinsatz eine erhöhte Dauerhaftigkeit angestrebt wird. Da der Feuchtigkeitsgehalt des Rohmaterials maßgeblich den Essigsäureanhydridverbrauch bestimmt, wird möglichst trockenes Holz verwendet.

Die Acetylierung erfolgt in speziellen Edelstahl-Reaktoren. Zunächst wird der Reaktor mit dem Holz befüllt und die Essigsäureanhydridlösung eingespritzt – dies kann unter Vakuum, Überdruck oder bei Atmosphärendruck geschehen, um eine möglichst tiefe Durchdringung des Holzes zu erreichen. Falls die Lösung nicht bereits vor der Einspritzung aufgewärmt wurde (üblicherweise zwischen 70 und 150 °C), erfolgt die Erwärmung während der Imprägnierung. Unter einem Druck von etwa 2 bis 5 bar wird das Holz durch die Lösung getränkt. Anschließend werden Holz und Lösung auf etwa 120 °C erhitzt, wodurch die eigentliche Reaktion einsetzt: Die Hydroxylgruppen der Zellwände reagieren mit dem Essigsäureanhydrid, wobei Acetylgruppen gebunden und Essigsäure freigesetzt wird.

Um unerwünschte Geruchsausdünstungen im späteren Gebrauch zu vermeiden, erfolgt eine Nachbehandlung. Dabei wird das Holz mittels Abdestillation mit Wasser oder Wasserdampf gereinigt, sodass nahezu alle nicht reagierten Substanzen entfernt werden. Die dabei anfallende Lösung wird gesammelt, um aus der enthaltenen Essigsäure wieder Essigsäureanhydrid rückzugewinnen und dem Prozess erneut zuzuführen.

 

 

2. Eigenschaften

Durch die Acetylierung wird die molekulare Struktur des Holzes nachhaltig verändert. Wesentliche Effekte sind:

Dunkelfärbung und erhöhter Festigkeitswert

Die chemische Modifikation führt zu einer leichten Dunkelfärbung des Holzes und erhöht die Dichte sowie die Härte. Dabei verbessert sich die Druckfestigkeit und das acetyliertes Holz weist im Vergleich zu unbehandeltem Material eine signifikant höhere Widerstandsfähigkeit auf.

 

Reduzierte Wasseraufnahme

Der wesentliche Vorteil der Acetylierung besteht in der drastisch reduzierten Hygroskopizität. Durch die Umwandlung der wasserbindenden Hydroxylgruppen in hydrophobe Acetoxygruppen sinkt der maximale Gleichgewichtszustand der Holzfeuchte – unbehandeltes Holz erreicht oft 25–30 % Feuchte, während acetyliertes Holz mit einem typischen Weight Percent Gain (WPG) von ca. 20 auf nur etwa 10–12 % reduziert wird. Die Geschwindigkeit der Wasseraufnahme wird dabei ebenfalls verringert.

 

Verbesserte Dimensionsstabilität

Da die typischen Quell- und Schwindeffekte durch Feuchtigkeitsänderungen stark reduziert werden, bleibt acetyliertes Holz über einen weiten Feuchtigkeitsbereich formstabil. Dies minimiert Probleme wie Quellen, Schwinden oder Rissbildung, die insbesondere bei Anwendungen im Außenbereich relevant sind.

 

Materialverträglichkeit

Acetyliertes Holz besteht, wie unbehandeltes Holz, überwiegend aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff, bleibt frei von toxischen Zusätzen und ist daher unproblematisch in der Entsorgung. Allerdings kann die im Holz verbleibende Essigsäure zu Korrosionserscheinungen an Metallen führen, weshalb bei der Befestigung vorzugsweise nichtrostende Materialien verwendet werden.

 

 

3. Anwendungsbereiche

Das Verfahren der Acetylierung wird eingesetzt, um heimische Holzarten, wie Kiefer oder Esche, für den Außeneinsatz zu optimieren, sodass diese in Qualität und Dauerhaftigkeit mit Tropenhölzern konkurrieren können. Acetyliertes Holz findet Anwendung als Terrassendielen, in Fassaden, sowie bei Fenstern und Türen.

Die durch die Behandlung erreichten Eigenschaften – reduzierte Wasseraufnahme, verbesserte Dimensionsstabilität und erhöhte Widerstandsfähigkeit gegen Pilze und Insekten – machen es zu einer guten Alternative zu tropischen Hölzern, die traditionell für den Außeneinsatz genutzt werden.

 

 

4. Alternative Modifikationsprozesse

Neben der Acetylierung existieren weitere Verfahren zur Verbesserung der Dauerhaftigkeit und Stabilität von Holz, wie die thermische Modifikation und die Furfurylierung. Diese Verfahren verfolgen ähnliche Ziele, unterscheiden sich jedoch im chemischen Ablauf und in den resultierenden Materialeigenschaften.

 

 

Zusammenfassung

Acetyliertes Holz wird durch ein chemisches Verfahren mit Essigsäureanhydrid hergestellt, das zur Anlagerung von Acetylgruppen an die Zellwände führt. Dies reduziert die Wasseraufnahme des Holzes erheblich, was zu einer verbesserten Dimensionsstabilität, erhöhten Dichte und Härte sowie zu einer gesteigerten Dauerhaftigkeit führt.

Das Verfahren ermöglicht es, auch heimische Holzarten für den Außeneinsatz zu optimieren und als Alternative zu tropischen Hölzern zu nutzen. Durch die umweltfreundliche Anwendung nicht-toxischer Chemikalien bleibt das acetylierte Holz unbedenklich in der Nutzung und Entsorgung. Zukünftige Entwicklungen zielen darauf ab, den Prozess weiter zu optimieren, Kosten zu senken und den Energieverbrauch zu reduzieren, um die Vorteile dieser nachhaltigen Holzmodifikation noch breiter nutzbar zu machen.