Holz und Holzwerkstoffe mit verbesserten Eigenschaftsprofilen für den Holzbau

Um die Qualität von Holzprodukten zu verbessern, untersuchten die Forschenden in diesem Projekt, wie sich Materialoptimierungen aus der Natur in die Technik übertragen lassen (Bionik). Dabei bedienten sie sich nanotechnologischer Verfahren, der Polymerchemie sowie skalenübergreifender Modellierung. Im Zentrum der Arbeiten standen in-situ Polymerisation zur chemischen Modifikation des Holzes sowie das Upscaling der Prozesse. Experimentelle Arbeiten ergänzten sich mit der Modellierung der Eigenschaften von modifizierten Materialien, um in Zukunft spezifische Eigenschaftsprofile einstellen zu können.

Holz bietet als Baustoff den Vorteil, dass es relativ wenig wiegt, gute mechanische Eigenschaften hat und leicht zu verarbeiten ist. Doch es quillt und schwindet, ist oftmals nur mässig dauerhaft und in jedem Fall brennbar.

Das Projekt zielte darauf, die Zuverlässigkeit von Holz als Baustoff zu erhöhen. Dabei versuchten die Forschenden, die Holzzellwände so zu verändern, dass diese weniger Wasser aufnehmen können. Das so behandelte Holz würde weniger quellen und schwinden und wäre auch dauerhafter.
Die Forschenden modellierten die Veränderungen von Zellwand und Faseroberflächen auf der Nano- und Mikroskala, um so die entscheidenden Parameter für die Eigenschaftsprofile zu bestimmen und einzelne Prozessschritte optimieren zu können.

Aus den etablierten in-situ Polymerisationen in der Holzstruktur ergeben sich neue Möglichkeiten zur Entwicklung von holzbasierten Funktionsmaterialien. Für die Praxis von Interesse sind etwa gezielte Modifikationen von Furnieren zur Verbesserung ihres Eigenschaftsprofils, was deren Einsatz im dekorativen Bereich bei der Innenausstattung von Automobilen, Yachten, Flugzeugen etc. begünstigen wird. Die in diesem Projekt gewonnenen Erkenntnisse sollen dazu dienen, Holz zuverlässiger zu machen und deren Einsatzmöglichkeiten im Bauwesen zu erweitern. Auf diese Weise könnte Holz als nachwachsende Ressource insgesamt eine höhere wirtschaftliche Bedeutung erhalten.

Holz kann durch in-situ Polymerisationen dimensionsstabiler werden. Die Modulariät des Ansatzes erlaubt es aber auch, dass Holz durch Temperaturänderungen schaltbar zu machen und seine Hygroskopizität (Bindung von Feuchtigkeit) gezielt zu ändern. Ein Upscaling der Modifikationen zur Behandlung von Furnieren wurde mit einem Versuchsreaktor realisiert. Untersuchungen zu den Eigenschaften der Furniere wurden durchgeführt. Ein hierarchisches Mehrskalenmodell mit generischen Modifikationsansätzen für Fichtenholz wurde implementiert und getestet. Die deutlichsten Änderungen der mechanischen Eigenschaften zeigen sich in einer ersten Parameterstudie für die Schubkomponenten.

Improved wood materials for structures