Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Holz ist ein kapillarporöser Stoff, der in Abhängigkeit von relativer Luftfeuchte und Temperatur mehr oder weniger Feuchte aufnimmt oder abgibt und ständig zu einer Ausgleichsfeuchte hin strebt. Innerhalb des Holzes findet dieser Wassertransport von Gebieten hoher Feuchte zu Gebieten niedriger Feuchte statt. Dieser Transport von Feuchtigkeit hängt stark von der Rohdichte und der Materialfeuchte des Holzes ab.
Holzbauteile im Aussenbereich sind mehr oder weniger der freien Bewitterung ausgesetzt. Um die Langlebigkeit zu gewährleisten und den ästhetischen Ansprüchen zu genügen, können sie vor schädigenden Einflüssen geschützt werden. Ein Holzschutz kann konstruktiv, chemisch oder physikalisch erfolgen. Da der physikalische Holzschutz im Vergleich zum konstruktiven, einen geringeren technischen Aufwand erfordert und im Vergleich zum chemischen umweltfreundlicher und nachhaltiger ist, ist er weit verbreitetet. Beschichtungssysteme sind i. d. R. diffusionsdichter als Holz und beeinflussen das Verhalten der Wasseraufnahme deutlich. Ausserdem müssen Beschichtungen das Quellen und Schwinden des Holzes aufnehmen. Was zu Beschädigungen in Form von Mikrorissen bis hin zu grossflächigen Abplatzungen führen kann. Über Fehlstellen in der Beschichtung kann Feuchtigkeit schnell und tief ins Holz eindringen, danach jedoch nur langsam wieder nach aussen diffundieren. Was zu sehr hohen Feuchtekonzentrationen im Holz führen kann. Diese erhöhte Feuchtigkeit fördert im Holz die biogene Holzzerstörung dadurch, dass sie eine Grundlage für holzzersetzende Lebewesen bildet. Die auftretenden Schäden durch Holzabbau reichen von Verfärbungen bis hin zu Materialversagen.
Um das Verständnis über das Verhalten von Feuchtigkeit in beschichtetem Holz zu vertiefen, wurde der Feuchtigkeitstransport in Abhängigkeit von Quantität und Qualität der eingesetzten Beschichtungssystems untersucht. Zudem wurde der Einfluss von Beschädigungen in der Beschichtung betrachtet. Ausserdem wurden Wasseraufnahme- und Diffusionskennwerte ermittelt und anschliessend Neutronenradiografie- und Neutronentomografiemessungen durchgeführt, um lokale Feuchteansammlungen im Holz hoch aufgelöst darzustellen. Zusätzlich sind Versuche zur Nasshaftfestigkeit der Beschichtungen durchgeführt worden. Die Analyse der Beschichtung selbst zeigt, dass die Holzoberfläche stark zerklüftet ist, was dazu führt, dass sie stellenweise mit mehr oder weniger Lack bedeckt ist. Dadurch variiert die Trockenschichtdicke stark. Geringe Auftragsmengen führen dazu, dass hervorstehende Zellwandteile nicht vom Lack bedeckt sind, Lufteinschlüsse nehmen mit der Lackauftragsmenge zu. Diese Defekte, in der Beschichtung, reduzieren den Diffusionswiderstand. Steigt die Materialfeuchte in einer Fehlstelle an, sinkt der Diffusionswiderstand wiederum und Wasser dringt schnell und tief ein. Trocknet das Holz an der Fehlstelle, steigt der Diffusionswiderstand wieder rasch an und das Wasser kann nicht mehr schnell durch die Beschädigung nach aussen diffundieren. Der Diffusionsstrom reisst ab und die Feuchte verbleibt im Holz.
Die Feuchteprofile der Neutronentransmissionsmessungen zeigen, dass sich der Diffusionsstrom nach aussen nicht unter der Beschichtung staut. Die Tomografie gibt das Eindringen von Wasser an einem definierten Bohrloch wieder, wobei zu Beginn schnell eine grössere Menge Wasser eindringen
kann.
Mit zunehmender Holzfeuchte sinkt die Haftfestigkeit der Beschichtung auf dem Substrat. Wasser unter der Beschichtung führt zu einer um 48% reduzierten Haftung.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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Wood, a capillary and porous material, absorbs or desorbs water depending on the surrounding humidity and temperature. During this reaction, the moisture flows from areas of high moisture content to areas with lower content within the wood structure. This process is called diffusion and depends on the density and moisture content of the sample.
Outdoor timber structures are exposed to weathering. To ensure longevity and to satisfy the aesthetic demands in wood products outdoor, they must be protected from the influence of water. A protection can be applied constructive, chemically or physically. Physical protection of wood requires a lower technical effort than constructive protection. Compared to chemical protection the physical one is environmentally friendlier and sustainable. Physical wood protection, such as coating systems, is common and widely used. Coatings have a higher diffusion resistance than wood and thus change the behavior of water absorption and moisture flow. The coating is exposed to weathering and also must endure the swelling and shrinking of the wood. This may lead to damages in the coating layer, which range from micro cracks to large-scale spalling. Moisture can quickly penetrate deep into the wood through damaged surfaces, but only moves slowly out of the wood in case of drying. This may lead to a moisture content of over 20%. This increased moisture content provides a basis for wood decomposing organisms and therefore promotes the biogenic destruction of it. The decomposition of wood results in damages ranging from discoloration to material failure.
To increase knowledge about the behavior of moisture in coated wood, the water transport was investigated in relation to quantity and quality of coating systems. In addition, the influence of damage of coatings is also considered.
Therefore water absorption and diffusion characteristics were determined. Neutron radiography and neutron tomography measurements were carried out to study local moisture accumulations with a high resolution. Moreover, the adhesive strength of coatings was determined for different moisture conditions. The analysis of the coating thickness shows that the wood surface is very corrugated; the surface is therefore covered with lacquer at differing degrees. Thus, the coating thickness varies greatly.
Air voids in the coating layer increase with the applied quantity of lacquer and reduce the diffusion resistance. The dependency of water sorption and diffusion characteristics on wood moisture content explains the increasing accretion of moisture in wood under a defect in the coating. If coated
wood has a defect it absorbs water in this area. There the wood humidity increases and the water vapor resistance decreases. Therefore water penetrates quickly and deeply into the wood. If it is dried afterwards, the wood will first desorb the water in the region of the defect, leading to a increase of the water vapor resistance in this area. Subsequently the diffusion stops and the moisture remains inside the wood. The moisture profiles of the neutron transmission measurements show that if the direction of the diffusion is to the outside, no moisture is accumulating underneath a coating.
The neutron tomographies show that water penetrates wood through a drilled hole. The process starts rapidly and slows with increasing water content in the sample. Additionally, the penetration of water through a defect in the coating strongly depends on the injured wood structures. Water is mainly transported in the direction of the injured capillaries. The adhesive strength of the coating on the substrate is reduced with increasing moisture content. Water
underneath the coating reduces the adhesion by 48%. To verify that the humidity in wood is increased through defects, the drying process of such defects
should be examined more closely A neutron tomography that records the water absorption and drying, could garner a deeper understanding of the underlying processes.
A periodic humidification and dehumidification on a defect in a coating could potentially show how the moistening works.
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