Untersuchung der Eignung der thermischen Behandlung als Methode zur Farbegalisierung von Holz mit fakultativem Farbkern

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: WHFF 2003.02

Schlüsselwörter (Deutsch)

Holz, thermische Behandlung, Holzmodifikation, Termoholz

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Das zentrale Thema dieser Arbeit besteht darin zu prüfen, ob bei rotkerniger Buche und braunkerniger Esche zwischen Kern und Splint mittels einer thermischen Behandlung eine Farbegalisierung erzielt werden kann. Ferner wird anhand von Untersuchungen zur Veränderung der physikalischen  Eigenschaften (Schwind- und Quellverhalten, Biegefestigkeit, Härte) die Eignung von thermisch behandeltem Buchen- und Eschenholz für die Parkettherstellung untersucht.
Der deutliche Farbunterschied von Buchensplint und Buchenrotkern sowie von Eschensplint und Eschenbraunkern wird durch die thermische Behandlung in Luftgasatmosphäre sichtlich reduziert. Eine Farbegalisierung findet schon bei Temperaturen von 160° C statt. Die besten Resultate wurden bei Buche
und Esche nach 12 bis 24 Stunden Behandlungszeit bei 180° C erzielt. Die Farbegalisierung wird mit einer markanten Dunkelfärbung des Holzes erreicht. So lassen sich bei Temperaturen von 180° C und 200° C ansprechende dunkle Farbtöne erreichen. Bei rotkerniger Buche ist die Farbveränderung von lokal
bedingten, streifenartigen Verfärbungen begleitet. UV-Strahlung führt bei Thermoholz zu einer Vergrauung. Unbehandeltes Holz hingegen vergilbt.
Thermoholzproben mit einer Acrylatversiegelung, so wie sie in der Parkettindustrie werkseits eingesetzt wird, weisen jedoch eine höhere Farbstabilität als unbehandelte, mit demselben Lack versiegelte Proben auf. Eine Wasserlackversiegelung, so wie sie bei bereits verlegtem Parkett zum Einsatz kommt, bringt gegenüber unversiegeltem Thermoholz keine Verbesserung der UV-Beständigkeit mit sich.
Die Gleichgewichtsfeuchte von thermisch vergütetem Buchenholz (24 h bei 180° C) sinkt in einem Klima von 20° C und 35 % relativer Luftfeuchte auf 46 % und in einem Klima von 20° C und 93 % relativer Luftfeuchte auf 76 % des unbehandelten Holzes. Die Gleichgewichtsfeuchte von Esche sinkt nach der
gleichen thermischen Behandlung bei 20° C und 35 % relativer Luftfeuchte auf 52 % und bei 20° C und 93 % relativer Luftfeuchte auf 66 % des unbehandelten Holzes.                     
Die Biegefestigkeit parallel zur Faser sinkt nach 24 Stunden Behandlungszeit bei 180° C bei Buche und bei Esche um je 22 % gegenüber unbehandeltem Holz. Wird die Behandlungszeit bei 180° C halbiert, beträgt der Biegefestigkeitsverlust bei Buche nur noch 4 % gegenüber unbehandeltem Holz. Der
Biegeelastizitätsmodul steigt bei beiden Holzarten um wenige Prozente an. Während sich nach der thermischen Behandlung (24 h bei 180° C) die Härte bei Buche in radialer und tangentialer Richtung gegenüber unbehandeltem Holz kaum verändert, nimmt sie bei Esche um 8 % zu. In longitudinaler
Richtung nimmt die Härte bei Esche um 26 %, bei Buche sogar um 51 % zu.
Die thermische Behandlung führt weitgehend zur gewünschten Farbegalisierung zwischen Farbkern und Splint. Ferner hat die thermische Behandlung im Hinblick auf die Verwendung im Parkettbereich positive Auswirkungen auf das Schwind- und Quellverhalten, auf die Härte sowie auf die Farbe des Holzes. Die negativen Auswirkungen des Biegefestigkeitsverlustes müssen bei der Verwendung von Thermoholz berücksichtigt werden.

Kurzbeschreibung (Französisch)

Le thème central de ce travail est de savoir s’il est possible d’unifier la couleur du coeur rouge du hêtre et du coeur brun du frêne et celle de leur aubier au moyen du traitement à haute température. Il est de plus à étudier, en se basant sur l’étude de la variation des propriétés physiques (comportement au retrait et au gonflement, résistance à la flexion, dureté), l’aptitude des bois de hêtre et de frêne rétifiés à la fabrication des parquets.
La différence prononcée de la couleur du coeur rouge du hêtre et du coeur brun du frêne et de leurs aubiers est atténuée par le traitement thermique à l’air de manière visible. On constate déjà une unification de la couleur à une température de 160° C. C’est un traitement de 12 à 24 heures à une température de 180° C, qui donne les meilleurs résultats pour le hêtre et le frêne. En fonçant fortement la couleur du bois s’unifie. A des températures de 180° C et de 200° C on obtient de jolies teintes sombres. En changeant de couleur le hêtre à coeur rouge est localement marqué de striures.
Les rayons UV provoquent le grisonnement du bois rétifié alors que le bois non traité jaunit. Les échantillons de bois rétifié vernis à l’acrylate, comme c’est l’usage dans les fabriques de parquets présentent une couleur plus stable que les échantillons non traités vernis avec la même laque. Les vernis acqueux, comme ils sont utilisés pour les parquets déjà posés n’apportent par contre aucune amélioration quant à la résistance aux rayons UV.
L’équilibre hygroscopique du bois de hêtre rétifié (24 h à 180° C), s’abaisse dans un climat de 20° C et de 35 % d’humidité relative à 46 % de la valeur de celui du bois non traité et à 76 % pour une humidité relative de 93 %. L’équilibre hygroscopique du bois de frêne soumis au même traitement thermique
s’abaisse à 52 % de la valeur de celui du bois non traité dans un climat de 20° C avec 35 % d’humidité relative et à 66 % pour une humidité relative de 93%. La résistance à la flexion parallèlement aux fibres diminue après 24 h de traitement à 180° C de 22 % chez les deux essences par rapport au bois non traité. Si l’on réduit de moitié le temps de traitement à 180° C la perte de résistance à la flexion chez le hêtre n’est plus que de 4 % par rapport au bois non traité. Le module d’élasticité à la flexion augmente de quelques pour cents chez les deux essences. Alors qu’après la rétification (24 h 180° C) la dureté du bois de hêtre en directions radiale et tangentielle ne diffère pas de celle du bois non traité, la dureté du bois de frêne augmente de 8 %. En direction longitudinale, la dureté du bois de frêne augmente de 26 %, celle du hêtre voire même de 51 %.
La rétification amène dans une grande mesure l’unification de couleur désirée entre le coeur coloré et l’aubier. De plus la rétification en regard de l’emploi dans le domaine des parquets a une influence positive sur le comportement au retrait et au gonflement, sur la dureté ainsi que sur la couleur du bois.
Les effets négatifs de la perte de résistance à la flexion doivent être pris en considération lors de l’utilisation du bois rétifié.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Zugehörige Dokumente

• Schlussbericht - ETH, Zürich - Untersuchung der Eignung der thermischen Behandlung als Methode zur Farbegalisierung von Holz mit fakultativem Farbkern - März 2025 [PDF] 6'285 kB