Rasterelektronenmikroskopische Untersuchungen der Feinstruktur von Reaktionsholz

• Forschungsstelle: COST
• Projektnummer: C99.0119

Schlüsselwörter (Deutsch)

Reaktionsholz; Druckholz; Zugholz; Feinstruktur; Cellulosefibrillen; Feldemissions-Rasterelektronenmikroskop; Kryo-Technik

Forschungsprogramme (Englisch)

COST-Action E20 - Wood Fiber Cell Wall Structure

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Siehe Abstract

Weitere Hinweise und Angaben (Englisch)

Full name of research-institution/enterprise: Eidg. Materialprüfungs- und Forschungsanstalt EMPA Abteilung Holz

Partner und Internationale Organisationen (Deutsch)

A, B, DK, FIN, F, D, GR,H, IRL, I, LV, NL, N, P, S, CH, GB

Abstract (Deutsch)

Wie in eigenen früheren Untersuchungen bei Normalholz wurde die Anordnung der Cellulosefibrillen auf Querbruchflächen (Zugzone) von Druck- und Zugholz verschiedener Nadel- und Laubholzarten untersucht. Dafür wurde vor allem ein hochauflösendes Feldemissions-Raster-elektronenmikroskop (FE-REM) eingesetzt. In begrenzterem Umfang wurden auch Untersuchungen mit Lichtmikroskop und Kryo-Rasterelektronenmikroskop durchgeführt. Das untersuchte Druckholz zeigt die am Normalholz beobachtete radiale Fibrillenorientierung der dicken S2-Schicht der Zellwand (quer zu den anderen Schichten) ebenfalls in starker Ausprägung. Während die S2- und G-Schichten von Buchenfasern von mildem Zugholz in einigen Fällen in jeweils entgegengesetzte Richtungen geneigte radiale Strukturen zeigen, ist in der G-Schicht von ausgeprägten Zugholzzellwänden keine Vorzugsorientierung der Cellulosefibrillen erkennbar. Diese Befunde werden folgendermassen gedeutet: Die Zellwände von normalem, vor allem aber von Druckholz werden zusätzlich zu den in anderen Studien gefundenen lamellaren (konzentrischen) Strukturen durch die gefundene verdichtete Anordnung der Fibrillen der S2-Schicht gegen Längsdruckbeanspruchung ausgesteift. Die sandwich-ähnlichen Zellwände erreichen eine höhere 'Beulsicherheit', was vor allem bei hoher Holzfeuchte und damit reduzierten Holzfestigkeiten notwendig ist. Bei auf Längszug beanspruchen Zugholzfasern von Laubbäumen ist diese Druckaussteifung der Zellwände dagegen nicht erforderlich; die radialen Fibrillenagglomerationen (quer zu den anderen Zellwandschichten) fehlen daher hier. Die Holzstruktur scheint ideal an die Belastungsansprüche angepasst zu sein. In nächsten Schritten soll das Nanogefüge der Holzzellwand mit Hilfe verschiedener analytischer (chemischer), mikroskopischer und spektroskopischer Methoden weiter aufgeklärt werden. Ziel wäre das Erstellen eines überzeugenden Zellwandmodelles, welches verschiedene Untersuchungen kombiniert, in denen sowohl konzentrische als auch radiale Anordnungen der Cellulosefibrillen-/Ligninmatrix gezeigt werden. Einzelne Bestandteile der Holzzellwand könnten für technische Zwecke genutzt werden. So prüft die Abteilung Holz der EMPA in Folgeprojekten die Möglichkeit, die extrem zugfesten Cellulosefibrillen aus der Zellwand zu isolieren. Angestrebt werden dabei Nanofibrillen mit einem Durchmesser um die 20 nm und einem Längen-/Durchmesserverhältnis von 1 :1000. In einer späteren Phase könnten diese als Verstärkungselemente in Biopolymeren eingesetzt und so ein Biokomposit entwickelt werden.

Datenbankreferenzen (Englisch)

Swiss Database: COST-DB of the State Secretariat for Education and Research Hallwylstrasse 4 CH-3003 Berne, Switzerland Tel. [phone] Swiss Project-Number: C99.0119