Holz und Holzschutz

Подпись: 11 11.1 Aufbau und Zusammensetzung des Holzes

Holz gehort zu den altesten Bau – und Werkstoffen der Menschheitsgeschichte. Es kann zum einen direkt als Baurund – oder Bauschnittholz fur Geruste, Rammpfahle (Grundbau), Tra – ger, Stutzen sowie fur Verschalungen und Zimmerarbeiten verwendet oder aber zu Holz – werkstoffen verarbeitet werden. Zu Holzwerkstoffen verarbeitetes Holz (Sperrholzplatten, Span – und Faserplatten) findet vor allem fur Wand – und Deckenverkleidungen Verwen – dung.

Der organische Baustoff Holz ist ein hartes festes Zellgewebe, das vom sogenannten Kam – bium (Bildungsgewebe) unter der Rinde erzeugt wird. Das Kambium bildet durch Zelltei – lung nach innen Holzzellen und nach auBen Bastzellen, die unter der Rinde liegen. Es be – findet sich damit an der Grenze zwischen Rinde und jungstem Holz. Durch das AufreiBen der Rinde als Folge des Dickenwachstums des Holzes sterben die oberen, aufgesprungenen Schichten ab und es entsteht die Вогке. Gleichartige Zellen bilden stets ein Gewebe, also einen Zellverband. Die vom Kambium erzeugten Zellen bzw. Gewebearten ubemehmen unterschiedliche Aufgaben, die wichtigsten sind der Wasser – und der Nahrstofftransport (Leitgewebe), die Speicherung der Nahrstoffe (Speichergewebe) und die mechanische Fes – tigkeit des Holzgefuges (Festigkeitsgewebe). Aufbau, GroBe und Verteilung der Gewebe­arten sind von Holzart zu Holzart verschieden, sie beeinflussen sehr wesentlich die Eigen – schaften des Holzes.

Die unterschiedlichen Eigenschaften von Holzem sind daruber hinaus auf eine unterschied­liche chemische Zusammensetzung zuriickzufuhren. Obwohl die Elementaranalysen ver – schiedener Holzer eine auffallende Ubereinstimmung zeigen (C: ~ 50%, O: ~ 43%, H: ~ 6%, N und andere Elemente: – 1%), unterscheiden sich die chemischen Bestandteile je nach Art, Alter, Standort und Wachstum des Holzes zum Teil recht deutlich. Die Hauptbe – standteile des Holzes sind:

Cellulose (,,Armierung“) 40 … 60% Lignin (,,Beton“) 15 … 40%

Hemicellulose 15 … 20%.

(Holzpolyosen)

Cellulose und Hemicellulose werden haufig unter dem Begriff Holzcellulose zusammenge – fasst. Die Cellulose bildet als Gerustsubstanz den Hauptbestandteil der pflanzlichen Zell – wande. Sie nimmt die Zugspannung auf, damit ist sie fimktionell mit dem Bewehrungsstahl im Stahlbeton vergleichbar. Cellulose ist ein wasserunlosliches Polysaccharid der allgemei – nen Formel (СбНі205)п. Die Makromolekule bestehen aus 500…5000 Glucosebausteinen (СбНі2Об, Abb. 11.1a und b), die kettenfbrmig unverzweigt uber Sauerstoffbriicken mitein – ander verkniipft sind (Abb. 11.1c).

Da sich innerhalb des Makromolekuls zwischen den OH-Gruppen (C-Atom 3) und den Ringsauerstoffatomen benachbarter Glucoseeinheiten Wasserstoffbriickenbindungen (in- tramolekulare H-Bruckeri) ausbilden, ist die freie Drehbarkeit um die verbriickenden C-O – C-Bindungen stark eingeschrankt. Die Folge ist eine lineare Versteifung des Kettenmole – kuls. Durch zusatzliche Ausbildung von Wasserstoffbriicken zwischen den kettenformigen

R. Benedix, Bauchemie, DOI 10.1007/978-3-8348-9944-6_11,

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Holz und Holzschutz

Makromolekulen (intermolekulare H-Brucken) lagem sich etwa 60…70 Cellulosemolekule zu den fur die pflanzlichen Organismen typischen Mikrofibrillen zusammen.

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Die Hemicellulosen (Holzpolyosen) haben im Gegensatz zur Cellulose einen uneinheitli – chen Aufbau. Sie bestehen aus Polysacchariden unterschiedlicher Hexosen (Sechsringzu – cker) und Pentosen (Fiinfringzucker). Ihr Polymerisationsgrad betragt 150…200, er liegt damit unter dem der Cellulose. Die Hemicellulosen dienen den Pflanzen teils als Gerust – stoff, teils als Vorratsstoff. Sie sind von Schadlingen leicht angreifbar.

Подпись: OH

Подпись: a)

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Подпись: CH = CH - CH2OH Подпись: CH = CH - CH2OH
Подпись: Abbildung 11.2 Komponenten des Lignins

Lignin ist eine chemisch auBerst kompliziert aufgebaute Verbindung, deren Struktur bis heute noch nicht endgiiltig aufgeklart ist. Aus Untersuchungen an Coniferenligninen weiB man, dass es sich bei dieser Substanz um ein polymeres Oxidationsprodukt des Coniferyl – alkohols handelt (Abb. 11.2a). Am Aufbau des Lignins von Laubbaumen ist dariiber hinaus Sinapinalkohol (Abb. 11.2b) beteiligt. Lignin bildet neben Hemicellulose den Hauptbe – standteil der Kittsubstanz. Durch seine Einlagerung in das Cellulosegerust erfolgt eine Ver- steifung der Zellwande. Man spricht auch von einer Verholzung. Als Kittsubstanz besitzt das Lignin die gleiche Funktion wie der Zementstein im Beton (Aufnahme der Druckspan – nung!).

Nadelholz enthalt einen hoheren Anted an Lignin als Laubholz (z. B. Kiefer und Fichte ca. 29%, Linde und Zitterpappel ca. 18%). Das technische Problem bei der Herstellung von Cellulose bzw. Papier aus Holz besteht im Aufschluss des wasserunloslichen Lignins. Der Aufschluss kann sauer (Sulfitverfahren, Aufschlussmittel: schweflige Saure, S02 und Calci- umhydrogensulfit) und basisch (Sulfatverfahren, Aufschlussmittel: NaOH, Na2S u. Na2S04) erfolgen.

Neben den drei gerade besprochenen Hauptbestandteilen enthalt Holz immer Wasser und eine Reihe weiterer, meist in geringen Mengen vorkommende Nebenbestandteile (2…8%) wie Zucker, Starke, EiweiB, Harze, Wachse, Gerb – und Mineralstoffe. Sie konnen je nach Art und Menge ihrer Einlagerung die Eigenschaften und damit die Verwendbarkeit des Holzes merklich beeinflussen. Die Harze und Wachse besitzen eine erhebliche technische Bedeutung, z. B. fur Fimisse, Bohnerwachs, Leime, Siegellack und pharmazeutische Prapa – rate. Kiefem, Fichten und Larchen sind besonders harzreich. Gerbstoffe, wie z. B. die Gal – lussaure (3,4,5-Trihydroxybenzoesaure) und deren hohermolekulare Kondensationspro – dukte, schutzen das Holz vor Pilzbefall. Deshalb ist gerbstoffreiches Holz (z. B. Eichenholz) bestandiger. Laubholzer sind generell gerbstoffreicher als Nadelholzer. SchlieBlich sind im Holz unterschiedliche Mengen an Mineraistoffen enthalten. Sie werden in geloster Form von der Pflanze tiber die Wurzelhaare mit dem Bodenwasser aufgenommen und bleiben beim Verbrennen des Holzes als Oxide, Carbonate, Phosphate oder Nitrate zuruck.