Der Mikrowellen-Trockenschrank SAM 255 von CEM erzielt, im Gegensatz zu den Standard- oder Vakuum-Trockenschränken die dafür Stunden brauchen, eine minutenschnelle Trocknung von Proben. So ist er auch unter anderem in der Holz-Forschung von Vorteil.
Holz, als ein nachwachsender Rohstoff mit großer volkswirtschaftlicher und wissenschaftlicher Bedeutung, wird sowohl als Konstruktionsmaterial, Additiv bzw. Füllstoff in der Kunststoffindustrie und auch als Brennstoff eingesetzt. 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. Der leichte Schimmelbefall, als auch die oft geringe Dimensionsstabilität bei unterschiedlicher Luftfeuchte stört allerdings bei einer nachhaltigen Anwendung von Holzgegenständen wie Fensterrahmen, Türen und Gartenmöbeln. 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.%. Die Veresterung der freien OH Gruppe z.B. mit Essigsäureanhydrid stellt eine sehr elegante Methode der Holzmodifizierung 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.
Der Mikrowellen Trockenschrank SAM 255 | Foto: CEM
Die Entfernung des Wasseranteils ist also essentiell, um die genannten Verbesserungen und Erweiterungen bei der Holzanwendung durch chemische Modifizierung zu realisieren. 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. Im Gegensatz zur klassischen Trocknung wird 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.
Die Veresterungen von MW-getrocknetem Holz mit Essigsäure bzw. Fettsäure zur Stabilisierung gegen Bewitterung und zur Verbesserung der Dimensionsstabilität von Holzgegenständen ist neben der chemischen Anbindung von Wirkstoffen für die Landwirtschaft zur kontrollierten Freisetzung als eines der Forschungsziele zu sehen.
Um diesen Zielen rasch näher zu kommen, werden diese Laborversuche durch MW-Geräte erfahrungsgemäß erheblich beschleunigt.
Auch lässt sich die genannte und erprobte MW-Anwendung bei der Holz-Forschung unmittelbar auf andere Pflanzenstoffe ausdehnen. So fallen im Mittelmeerraum Olivenkerne in großen Mengen an, welche gemahlen und ebenfalls vorteilhaft chemisch verestert werden können 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.
