Nachhaltige Optimierung der Materialeigenschaften von Holz gegenüber biologischer Schädigung durch kovalente Modifizierung mit Carbonsäureamiden

Abstract

Aufgrund der einfachen Gewinnbarkeit sowie der guten mechanischen, akustischen und thermischen Eigenschaften ist das CO2-neutrale Naturmaterial Holz von vielseitigem Interesse. Die Lebenszeit von Holzwerkstoffen ist jedoch durch den Eintrag von Feuchtigkeit sowie durch den Befall mit Insekten und Pilzen begrenzt. Im Rahmen dieser Arbeit wurden daher verschiedene Ansatze zur Holzmodifizierung mit dem Ziel verfolgt, die Materialeigenschaften des Werkstoffes zu optimieren und dessen Lebensdauer zu verlangern. \n \nDas vorwiegend eingesetzte Verfahren zur Funktionalisierung von Holz war die Veresterung der Hydroxygruppen-tragenden Biopolymere mit Benzotriazolyl-aktivierten Carbonsauren. Diese effektive Methode ermoglicht je nach Wahl des Modifizierungsreagenzes eine Acetylierung oder Benzoylierung der Lignocellulosefasern. Der Schwerpunkt lag insbesondere in der Entwicklung eines dauerhaften Schutzes des Werkstoffes vor Schadigungen durch Insekten und Pilze. Diese Zielstellung wurde durch die kovalente Anbindung entsprechend wirksamer Insektizide und Fungizide an Kiefernholz erreicht. Als Insektizide wurden Verbindungen auf Basis des Neonicotinoids Imidacloprid eingesetzt, wahrend als Fungizid Triazolylverbindungen wie z. B. das Tebuconazol verwendet wurden. Beide Ausgangsverbindungen wurden organisch-chemisch derivatisiert und um eine Carbonsauregruppe erweitert. Die aktivierten Carbonsaureamide wurden erfolgreich fur die Holzmodifizierung eingesetzt und mit Stoffmengen von bis zu 0.52 mmol/g an Kiefernholz gebunden. \nDie kovalente Modifizierung des Holzes wurde IR-spektroskopisch nachgewiesen. Ausgewahlte Proben wurden zudem bei der Bundesanstalt fur Materialforschung und prufung (BAM) hinsichtlich ihrer biologischen Aktivitat untersucht. Dabei wurde gemas DIN EN 113 eine fungizide Wirkung der triazolyl-modifizierten Proben gegen den Braunfaulepilz Rhodonia placenta festgestellt. Die mit Imidacloprid funktionalisierten Holzblocke wurden gemas DIN EN 46-1 auf ihre Wirkung gegen Larven des Hausbockkafers (Hylotrupes bajulus) getestet. Die Untersuchungen ergaben eine 100%ige Mortalitat der Larven und damit eine DIN-Norm gemase Wirksamkeit der Modifizierung. Somit wurde in dieser Arbeit ein wirkungsvoller sowie dauerhafter Schutz von Holz gegenuber biologischen Schadigungen entwickelt.