Holz ist ein nachwachsender Rohstoff, der von jeher aus volkswirtschaftlicher und wissenschaftlicher Sicht eine große Bedeutung besitzt. Holz ist Konstruktionsmaterial, Additiv bzw. Füllstoff in der Kunststoffindustrie und auch Brennstoff. Holzmehl kann grundsätzlich in der Landwirtschaft eingesetzt werden wenn dort Wirkstoffe eingebunden sind, die langsam freigesetzt werden sollen.
Danach wird das Holzmehl durch Pilze und Mikroorganismen leicht abgebaut. Für eine nachhaltige Anwendung von Holzgegenständen wie Fensterrahmen, Türen, Gartenmöbel stört der leichte Schimmelbefall bei Feuchtigkeit und die oft geringe Dimensionsstabilität bei unterschiedlicher Luftfeuchte. Klassisch wird Holz daher mit Ölen hydrophobiert sowie auch mit Holzschutzfarbe gegen die Schimmelbildung lasiert.
Es sind die vielen freien OH Gruppen der im Holz vorhandenen Zellulose verantwortlich für die oft störende Wasseraufnahme bis zu ca. 20 Gew.%. Eine sehr elegante Methode der Holzmodifizierung stellt die Veresterung der freien OH Gruppen mit z.B. Essigsäureanhydrid dar.
Diese öffnet den Weg zur nachhaltigen Stabilisierung von Holz gegen Bewitterung (z.B.: Acetylholz) sowie zur Anbindung von Pflanzenschutzmitteln mit dem Ziel, eine intelligent kontrollierte Freisetzung der Wirkstoffe zu ermöglichen. Es ist bei Fungiziden z.B. notwendig, bei hohen Feuchtegraden in höherer Menge zur Verfügung zu stellen als bei Trockenheit. Genau diese Anforderung erfüllt das quellbare wirkstoffhaltige Holzmehl.
CEM Mikrowellen-Trockenschrank SAM 255 | Foto: CEM
Um die genannten Verbesserungen und Erweiterungen bei der Holzanwendung durch chemische Modifizierung zu realisieren, ist die Entfernung des Wasseranteils essentiell. Wasser konkurriert bei der Reaktion der Zellulose-OH Gruppen und stört daher die Umsetzung.
Hier hat es sich gezeigt, dass die MW-Trocknung im SAM-255 von z.B. Holzmehl – physikalisch bedingt – hervorragend geeignet ist. Es wird im Gegensatz zur klassischen Trocknung nicht nur ein erheblicher Zeitvorteil erzielt sondern auch das Holz selbst gegen Verkohlung geschont.
Während die klassische Heiz-Methode unspezifisch agiert, wird mittels MW Bestrahlung im Mikrowellen-Trockenschrank SAM-255 im ersten Schritt das über viele H-Brücken an die Zellulose gebundene Wasser in Librationen versetzt und gezielt verdampft. Das zurückbleibende trockene Holz ist weniger sensitiv gegenüber der MW Bestrahlung, da das Wasser fehlt. Klassisch dagegen geht das Heizen weiter und führt zu chemischen Abbaureaktionen.
Mittels MW unterstützter Synthese im Discover kann im weiteren Schritt im Labormaßstab die gewünschte Veresterung mit z.B. Säureanhydrid erfolgen.
Forschungsziele sind daher allgemein Veresterungen von MW-getrocknetem Holz mit
- Essigsäure bzw. Fettsäure zur Stabilisierung gegen Bewitterung und zur Verbesserung der Dimensionsstabilität von Holzgegenständen
- Chemische Anbindung von Wirkstoffen für die Landwirtschaft zur kontrollierten Freisetzung
Um diesen Zielen rasch näher zu kommen, werden diese Laborversuche durch MW-Geräte erfahrungsgemäß erheblich beschleunigt. Die genannte und erprobte MW-Anwendung bei Holz-Forschung lässt sich unmittelbar auf andere Pflanzenstoffe ausdehnen. Beispielsweise fallen im Mittelmeerraum Olivenkerne in großen Mengen an. Diese können gemahlen und ebenfalls vorteilhaft chemisch verestert werden und z.B. in der Kosmetikindustrie Anwendung finden als Ersatz für „Mikroplastik“, das nicht in den Kläranagen zurückgehalten wird und die Weltmeere verunreinigt.
Im tierischen Bereich wären die Chitin-Panzer von Schalentieren aus dem Meer zu nennen, die ebenfalls in großen Tonnagen anfallen. Hier gelten grundsätzlich ähnliche Anforderungen bei der Trocknung und der chemischen Modifizierung wie bei Holz.
