Die Flüssigkeitsdurchlässigkeit von Holz und ihre praktische Anwendung [Reprint 2021 ed.] 9783112544280, 9783112544273

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W. A. B A S H E N O W

Die Flüssigkeitsdurchlässigkeit

von Holz und ihre praktische

Anwendung

W. A. B A S H E N O W

DIE FLÜSSIGKEITSDURCHLÄSSIGKEIT VON HOLZ UND IHRE PRAKTISCHE ANWENDUNG

19 5 6 A K A D E M I E - V E R L A G

•

B E R L I N

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HCHJIKOCTAMH H e e n p a K T f r c e c f c o e

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Verantwortlicher Redakteur Doktor der technischen Wissenschaften J u . M. Ivanov Verlag der Akademie der Wissenschaften der UdSSR Moskau 1952 Übersetzt aus dem Russischen von V. Harzbecker, Dresden Wissenschaftliche Redaktion: Prof. Dr.-lng. H. Flemming, Institut für Holztechnologie und Faserbaustoffe, Dresden

Die Herausgabe dieses Werkes wurde gefördert vom Kulturfonds der Deutschen Demokratischen Republik

Erschienen im Akademie-Verlag, Berlin W 8, Mohrenstraße 39 Lizenz-Nr. 202-100/297/56 Copyright 1956 by Akademie-Verlag GmbH Alle Rechte vorbehalten Satz, Druck und Bindung: IV/2/14 - VEB Werkdruck Gräfenhainichen - 558 Bestell- und Verlagsnummer 5208 Printed in Germany

Inhaltsverzeichnis Einleitung

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I. Aufnahme von Flüssigkeiten und deren Dämpfen durch Holz

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I I . Eindringen von Flüssigkeiten in Holz unter der Einwirkung äußerer K r ä f t e 12 I I I . Methoden zur Untersuchung der Feuchteleitfähigkeit und der Wasserleitfähigkeit des Holzes 16 IV. Versuchsanordnung f ü r die Messung der Wasserdurchlässigkeit von Holz V- Versuche zur Erforschung 1. Die Wasserleitfähigkeit 2. Die Wasserleitfähigkeit 3. Die Wasserleitfähigkeit 4. Die Wasserleitfähigkeit

der Wasserleitfähigkeit von Holz von Eichenholz quer zur Faser von Buchenholz von Ahornholz von Birken- und Kiefernsplintholz

VI. Einige allgemeine Thesen zur Wasserdurchlässigkeit des Holzes

. . .

22 29 29 39 42 44 46

VII. Über die beiden Formen der Durchlässigkeit des Holzes f ü r verschiedene Flüssigkeiten 49 V I I I . Einige praktische Schlußfolgerungen 58 1. K e r n und Splint 58 2. Die Beurteilung der Eignung von Holz zur Herstellung von Verpackungsmaterial 59 3. Die Feststellung einer optimalen Feuchtigkeit für Faßholz 59 4. Über die Berechnung der Wanddicke von hölzernen Gefäßen . . . . . . 6 1 5. Die Tränkung von Holz durch Diffusion 63 6. Die Trocknung von Holz in Lösungen 64 7. Der Pilzbefall bei Faßholz • . 65 I X . Die Möglichkeiten zur Steuerung der Durchlässigkeit von Kiefernsplint- und -kernholz 66 Literaturverzeichnis

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Einleitung Die Fähigkeit des Holzes, Flüssigkeiten sowie deren Dämpfe aufzunehmen und zu leiten, ist praktisch sehr wichtig. Jedoch, ist diese Fähigkeit einmal wünschenswert, zum Beispiel bei der Tränkung von Holz mit Holzschutzmitteln, bei der chemischen Holzverarbeitung usw. Das andere Mal ist sie nicht erwünscht, beispielsweise in der Fertigung von Verpackungsmaterial, Holzrohren und Schiffen, d. h. in all denjenigen Fällen, in denen das Holz als Material zur Herstellung von Trennwänden zwischen einer Flüssigkeit und einem umgebenden Medium (Luft, Erdboden usw.) angewandt wird. Das Feuchteleitvermögen von Holz hat eine große Bedeutung beim Trocknen, weil es Trockenzeit und Trockenregime bestimmt. Die Form- und Maßänderung von Holzteilen und -erzeugnissen infolge des Holztrocknens und -befeuchtens steht im Zusammenhang mit der Fähigkeit des Holzes, Feuchte aufzunehmen, zu leiten und an die Umgebung abzugeben. Die Wechselwirkung zwischen Holz und Flüssigkeiten sowie deren Dämpfen interessieren (wie könnten sie es nicht!) die Zweige der Volkswirtschaft, die Holz bearbeiten und verbrauchen. Die Gesetze der Wasserwanderung im Holz sind auch für das Studium der Physiologie der Holzarten von großem Interesse, weil sie einen Einblick in den Prozeß des Wasseraustausches in den wachsenden Bäumen geben können. Trotz der theoretischen und praktischen Bedeutung der Fähigkeit des Holzes, Flüssigkeiten und deren Dämpfe zu leiten, ist diese Frage noch sehr wenig untersucht worden. Für eine Klärung dieser Frage ist auch der Umstand hinderlich, daß sich die nicht zahlreichen experimentellen Angaben, die in der Literatur an verschiedenen Stellen mitgeteilt sind, durch die betreffenden Forscher in Verbindung mit den mannigfaltigsten angewandten und theoretischen Fragestellungen (Trocknung, Tränkung, Färbung, Verleimumg usw.) gefunden wurden. Auf Grund seiner langjährigen Untersuchungen über die Durchlässigkeit des Holzes für verschiedene Flüssigkeiten hat der Verfasser in dieser Monographie versucht, im Zusammenhang mit der von ihm gewonnenen Vorstellung über zwei Formen- der Durchlässigkeit des Hölzes neben der Wiedergabe eigener Untersuchungen auch das Allgemeine, das in Arbeiten anderer Forscher mitgeteilt ist, zusammenzustellen.

I. Die Aufnahme von Flüssigkeiten und deren Dämpfen durch Holz Bei der einleitend gestellten Präge kommt die Beziehung zwischen Holz und Wasser am klarsten zum Ausdruck. Eine trockene Holzprobe, in Wasser eingetaucht, nimmt dieses mit allmählich abnehmender Intensität auf. Die Feuchtigkeit des Holzes nimmt hierbei zu, indem sie sich einem Grenzwert, der sogenannten Wasserkapazität Mmax, nähert. Die Wasserkapazität wird gewöhnlich nach der Formel (1) »max = U F +

1 54 — r

• 100

(1)

errechnet. In dieser Formel kennzeichnet u p die Feuchtigkeit des Fasersättigungspunktes, die für die verschiedenen Holzarten zwischen 23 und 33% schwankt und im Durchschnitt mit 3 0 % angenommen werden kann. Der Wert 1,54 (Reinwichte der Holzsubstanz) bleibt für alle Holzarten konstant. Als veränderliche Größe erscheint nur r0 — die Rohwichte des Holzes in absolut trockenem Zustand. Die nach Formel (1) errechnete Wasserkapazität erweist sich stets als größer als die praktisch bestimmte. Dieser Unterschied zeigt, daß die Wasseraufnahme nicht nur von der Rohwichte abhängt, sondern auch von anderen Faktoren. Eine trockene Holzprobe kann nicht nur beim Eintauchen in Wasser feucht werden, sondern auch beim Lagern in feuchter Luft. Den letzten Fall der Befeuchtung" bezeichnet man als Feuchteaufnahme zum Unterschied vom ersten — der Wasseraufnahme. Der Grenzwert der Feuchteaufnahme entspricht bei konstanter Temperatur und voller Sättigung der Luft durch Wasserdampf dem Fasersättigungspunkt Up, bei unvollständiger Sättigung der Luft aber einer vom Partialdruck des Wasserdampfes abhängigen Gleichgewichtsfeuchte uai• Durch die A r b e i t e n v o n D . N . LEKTORSKI (1950) u n d W . E . MOSKALEWA

(1951)

wurde

eindeutig festgestellt, daß die Feuchteaufnahme in Gewichtsprozent für die verschiedenen Holzarten und für Holz einer Art, jedoch mit unterschiedlicher Rohwichte, praktisch nicht von der Rohwichte abhängig ist, im Gegensatz zur Wasseraufnahme, für die der Einfluß der Rohwichte entscheidend ist und sehr klar zum Ausdruck kommt. Form und Maß der Probe jiben einen überaus großen Einfluß auf die Intensität der Wasser- und Feuchteaufnahme aus. Die Form der Proben bestimmt das Verhältnis, mit dem die verschiedenen Flächen des Holzes (Hirn-, Radial- und Tan-

Aufnahme von Flüssigkeiten und deren Dämpfen durch Holz

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gentialschnitt), die sich durch den anatomischen Aufbau unterscheiden, an der Wasser- und Feuchteaufnahme beteiligt sind. Die Bedeutung dieser Faktoren ist in der Arbeit von A. I. FOLOMIN (1950) am vollkommensten und überzeugend dargestellt. Die Größe der Probe bestimmt die Länge des Weges, auf dem sich Wasser und Feuchte von der Oberfläche zu den inneren Holzschichten ausbreiten. Die Feuchteaufnahme des Holzes wird während des gesamten Prozesses von der Quellung begleitet. Quellen und Schwinden sind bekanntlich mit den Veränderungen der Feuchtigkeit in den Zellwänden verbunden. Der Vorgang der Feuchteaufnahme ist eine Äußerung der Kolloideigenschaften des Holzes und besteht in der Sättigung der Holzsubstanz der Zellwände; daher rührt die Abhängigkeit der Feuchteaufnahme von der Rohwichte — als Kennzeichen für das Verhältnis von Wand- zu Porenraum. Die Wasseraufnahme des Holzes verläuft im flüssigen Medium wesentlich schneller und ist im Anfang des Prozesses von dem Quellen begleitet. Die Quellung wird auch noch bei einer Feuchtigkeit fortgesetzt, die etwas oberhalb des Fasersättigungspunktes liegt. Diese Erscheinung ist durch die langsame Diffusion der Feuchte im Material und die ungleichmäßige Verteilung der hygroskopischen Feuchte in der Probe zu erklären. Das Ausmaß hängt infolgedessen von Form und Größe der Probe ab. Es erscheint unbegründet, diesen mitunter bemerkten Umstand zum Anlaß zu nehmen, den Fasersättigungspunkt abzulehnen oder seine Lage an einer anderen Stelle anzunehmen. Der Vorgang der Wasseraufnahme, wie er in der Holztechnologie verstanden wird, schließt den Quellungsprozeß und den Prozeß der Füllung aller Hohlräume ein, die nicht von der Holzsubstanz eingenommen sind. Diese Hohlräume, darunter auch die Zellhohlräume, bezeichnet man häufig als Kapillarsystem. Wenn man berücksichtigt, daß die Quellung der Probe am schnellsten im Anfang des Wasseraufnahmeprozesses vor sich geht, kann man folgern, daß die Füllung der Zellwände mit Feuchte energischer erfolgt als die Füllung ihrer Hohlräume und der größeren Kapillaren. Holz quillt im Wasser wesentlich schneller als in feuchter Luft. Dies ist offenbar damit zu erklären, daß die Aufnahme des gebundenen Wassers von dem ungehinderten kapillaren Wasseranstieg nach dem System aller effektiven Kapillaren begünstigt wird. Der kapillare Anstieg läßt sich leicht beim Eintauchen dünner Holzproben in angefärbtes Wasser verfolgen. Die Zeit, in der die Probe Wasser und Feuchtigkeit bis zur vollen Sättigung des Holzes aufnimmt, wird im wesentlichen durch die Intensität der Wasser- oder Feuchtebewegung im Holz längs der verschiedenen Strukturrichtungen bestimmt, d. h. durch die Fähigkeit des Holzes, aufgenommenes Wasser oder dessen Dampf weiterzuleiten. Diese Schlußfolgerung entspricht völlig den experimentellen Angaben und theoretischen Vorstellungen über die Quellung der Gele im allgemeinen und des Holzes im besonderen. Da Holz nach der Feststellung von A. W. LYKOW (1950) zu den kolloidkapillar-porösen Körpern gehört, erscheint die Wasserbewegung in ihm kompliziert und besteht — wie A. W. LYKOW bemerkt — in der Zusammenwirkung

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Aufnahme von Flüssigkeiten und deren Dämpfen durch Holz

einer Reihe von Prozessen der Feuchtewanderung, die sowohl durch diffus-osmotische als auch kapillare Kräfte bedingt sind. Die theoretische Untersuchung dieser Frage durch A. W. L y k o w hat gezeigt, daß alle Arten der Feuchtewanderung in diesem Falle proportional dem Feuchtigkeitsgefälle sind und deshalb als allgemeinere Erscheinung — das Feuchteleitvermögen — dargestellt werden können, die sich mathematisch durch die bekannte Ficksche Gleichung ausdrücken läßt. I n der Holztechnologie bezeichnet man als Feuchteleitvermögen die Fähigkeit des Holzes, die Feuchtigkeit weiterzuleiten, die aus der Luft aufgenommen wurde. Dies besagt, daß das Feuchteleitvermögen nach der Auslegung der Holztechnologie an sich eine Feuchtebewegung im Holz unterhalb des Fasersättigüngsbereiches darstellt. Eine Feuchtebewegung im Holz oberhalb des Fasersättigungsbereiches wird aber durch diese Art der Definition nicht erfaßt. A. W. L y k o w versteht das Feuchteleitvermögen in weiterem Sinne und schließt in dieses die Diffusion von Flüssigkeit und Dampf, die verschiedenen Formen der Feuchtebindung sowie die kapillare FlüssigkeitsWanderung ein. I n den experimentellen. Arbeiten zum Studium der Feuchtebewegung im Holz mit dem Ziel, den Vorgang der Trocknung zu erforschen, fand die Frage über das Feuchteleitvermögen oberhalb des Fasersättigungsbereiches keine Beachtung. Dies kann man damit erklären, daß die Bedingungen der Feuchtebewegung im Holz oberhalb' des Fasersättigungsbereiches nach allgemeiner Auffassung nicht die Geschwindigkeit seiner Trocknung begrenzen. Man nimmt-an, daß die Entfernung der Feuchte aus dem Holz bei Feuchtigkeitsgehalten oberhalb des Fasersättigungsbereiches durch die Bedingungen für ihre Verdampfung an der Oberfläche des Materials begrenzt wird. Durch diese Thesen kann jedoch die Tatsache der Feuchtewanderung im Holze oberhalb des Fasersättigungsbereiches nicht nur nicht ausgeschaltet werden, sondern sie zeigen — umgekehrt —, daß diese Wanderung unter bestimmten Bedingungen schnell vor sich geht und hinter der Geschwindigkeit der Wasser Verdampfung an der Oberfläche nicht zurückbleibt. Die Möglichkeiten des Feuchteleitvermögens oberhalb des Fasersättigungsbereiches beweist der Vorgang der Wasseraufnahme, der bis zur maximalen Wasserkapazität fortgesetzt wird. Somit haben wir die Vorgänge der Wasseraufnahme und der Feuchteaufnahme, die in sich neben den Oberflächenerscheinungen auch das Feuchteleitvermögen einschließen, zu den Fällen der Benetzung des Holzes infolge innerer K r ä f t e gerechnet. Das Quellen von Holz ist nicht nur im Wasser möglich, sondern auch in anderen Flüssigkeiten. In der Praxis haben die Fragen der Quellung des Holzes in anderen Flüssigkeiten bisweilen eine erstrangige Bedeutung. Die Fähigkeit des Holzes, Flüssigkeiten aufzunehmen, kann man bequem nach der Größe der hierbei entstehenden Deformationen (Quellung) beurteilen. Die Fähigkeit des Holzes zu quellen,-kann in einer Reihe'polarer Flüssigkeiten beobachtet werden. Untersuchungen von S. W. G e n e l und M. W. N o w o s h i l o w a (zitiert von S. I. W a n i n , 1949) sowie anderen Verfassern zeigen, daß die Quellung in Flüssigkeiten mit einer

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größeren Dielektrizitätskonstante im Vergleich mit der Quellung in Flüssigkeiten mit einer kleineren Dielektrizitätskonstante größer ist. Viele polare oder wenig polare organische Flüssigkeiten bewirken keine - Quellung oder diese ist sehr geringfügig. Zu diesen Flüssigkeiten gehören Terpentin, Benzin, Petroleum, Ligroin u. a. E s besteht jedoch zwischen der Quellung des Holzes und der Größe der Dielektrizitätskonstante der Flüssigkeiten keine proportionale Abhängigkeit. Dies zeigt, daß außer der Polarität der Flüssigkeit die Quellung des Holzes auch von anderen Faktoren abhängt. H. D. E r i c k s o n und L. W. R e e s (1940), die das Quellen des Holzes in verschiedenen Alkoholen untersuchten, haben gefunden, daß die Quellung in Alkoholen mit einem kleineren Molekulargewicht größer ist und umgekehrt. W. L. W a s L e y (1945) mißt bei der Benetzung des Holzes der Bindung des Wasserstoffs eine große Bedeutung bei und T i e m a n n (1944) weist außerdem noch auf die Ionisierung der Moleküle des gelösten Stoffes hin (im Falle der Quellung des Holzes in Elektrolyten). Die Fähigkeit des Holzes, Flüssigkeiten aufzunehmen, wird nicht nur durch die Möglichkeiten seiner Quellung bestimmt, sondern auch durch das Eindringen von Flüssigkeiten in das Holz als einen kapillar-porösen Körper.

II. Das Eindringen von Flüssigkeiten in Holz unter der Einwirkung äußerer Kräfte I m Holz als einem kolloid-kapillar-porösen Körper t r i t t Wasser in drei verschiedenen Arten der Bindung auf: als chemisch gebundenes Wasser in der chemischen Zusammensetzung des Holzes; als gebundenes oder Kolloidwasser, gebunden in der Struktur der Holzsubstanz der Zellwände und, schließlich, als freies oder kapillares Wasser, das sich in den Zellhohlräumen befindet, in dem verhältnismäßig großen Kapillarsystem. Das Kapillarwasser erscheint als am wenigsten fest gebunden u n d k a n n sogar unter einer äußeren mechanischen Einwirkung in Bewegung gebracht werden. Eine solche Wanderung erfolgt am leichtesten längs des Baumstammes, wofür das Holz natürlich gebaut ist, weil diese Wanderung in wachsenden Bäumen die Grundlage des Wasseraustausches bildet. Die Bewegung der Nährsalzlösungen entlang des Stammes des wachsenden Baumes erfolgt be' kanntlich unter dem Einfluß von zwei E n d a n t r i e b e n : dem unteren — dem Wurzeldruck und dem oberen — der „ S a u g k r a f t " der transpirierenden Krone. Der obere Antrieb ist der hauptsächliche, weil er eine gewisse Zeit auch dann weiter wirkt, wenn in einem B a u m das Wasserleitungssystem unterbrochen ist, ja sogar in einem völlig abgesägten Baum, der jedoch noch mit L a u b versehen ist, beispielsweise, wenn er in ein Gefäß mit angefärbtem Wasser gestellt wurde. Hierbei verfärbt sich, wie Untersuchungen von BASHENOW u n d WICHROW (1949) gezeigt haben, der Splintteil in Kernholzarten im Verlaufe von 24 Stunden in der gesamten Höhe des Stammes und seiner Äste, der K e r n aber bleibt ungefärbt. Auf der Ausnützung der Transpirationserscheinung in den abgeschnittenen Zweigen f u ß t die allgemein anerkannte Methode zur Bestimmung der Transpirationsgröße von L. A. IWANOW. Die Ausnützung der Saugkraft der transpirierenden Krone bietet, wie dies viele Arbeiten zeigen (D. N. LEKTORSKI, 1950), die Möglichkeit, in das Holz wasserlösliche Schutzmittel, Farbstoffe u n d Feuerschutzmittel einzuführen. Die relativ leichte Flüssigkeitsbewegung längs der Faser nützt m a n bei der T r ä n k u n g von Rundholz nach dem sogenannten Boucherie-Verfahren aus. Ein wesentlich tieferes Eindringen der Tränkmittel in das Holz durch die Hirnfläche wird auch bei allen anderen Holztränkverfahren beobachtet. Das Eindringen von Flüssigkeiten in das Holz unter der Einwirkung von Drücken u n d anderen Außenkräften k a n n nur entlang der Zellhohlräume, Gefäße, Interzellulare, Harzgänge u n d der Mark-

Eindringen von Flüssigkeiten in Holz

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strahlen vor sich gehen. Einige Flüssigkeiten, z. B . Mineralöle, k ö n n e n u n t e r d e m Einfluß von A u ß e n d r u c k n i c h t in die Zellwandungen gelangen, was d u r c h d a s Pehlen der Quellung bei Holz bewiesen wird, d a s in Öl g e t r ä n k t w u r d e (L. M. PERELYGIN, 1933). Beim Wasser u n d a n d e r e n das Quellen des Holzes hervorr u f e n d e n Flüssigkeiten erweist sich ihr Eindringen in die Zellwandungen n u r d a n k der Sorption möglich u n d nicht auf G r u n d des Außendruckes. W e i t e r ist zu bemerken, d a ß das g e b u n d e n e Wasser im Holz nicht d u r c h die S a u g k r a f t der transpirierenden K r o n e in Bewegung gebracht werden k a n n , obgleich diese K r a f t weit über zehn u n d sogar h u n d e r t A t m o s p h ä r e n erreicht (N. A. MAKSIMOW, 1948). Ohne tiefer auf die Technologie der T r ä n k u n g einzugehen, f ü h r e n wir an, d a ß bei allseitigem D r u c k der Flüssigkeit auf die zu t r ä n k e n d e P r o b e folgende F a k t o r e n eine wesentliche Gegenwirkung a u s ü b e n : die im Holz befindliche L u f t , wenn d a s Holz trocken ist, das Wasser, w e n n das Holz eine hohe Feuchtigkeit besitzt u n d schließlich, d a s eine u n d d a s andere, wenn das Holz seinem F e u c h t i g k e i t s z u s t a n d n a c h eine Zwischenlage einnimmt. Die bestehenden Methoden der H o l z t r ä n k u n g b e r u h e n auf der A n w e n d u n g verschiedener V e r f a h r e n zur Ü b e r w i n d u n g dieser Hindernisse, u n d z w a r : A n w e n d u n g des V a k u u m s , Schaffung v o n T e m p e r a t u r gefällen bei der B e f ö r d e r u n g des Materials aus-einem H e i ß b a d in ein K a l t b a d , K o m b i n a t i o n von T r o c k n u n g u n d T r ä n k u n g (A. I . FOLOMIN, 1950; D. N . LEKTORSKI,

1950).

Quer zur Faser l ä ß t sich Holz wesentlich schwieriger t r ä n k e n als längs zur Faser. Die T r ä n k u n g des Splintes m a c h t jedoch d a n n keine besonderen Schwierigkeiten, wenn sie quer zur Faser erfolgt. Die T r ä n k u n g des K e r n s bleibt aber in vielen praktisch wichtigen Fällen n a c h wie vor ein Problem. E s b e s t e h t die Meinung, d a ß d a s Holz einiger A r t e n ü b e r h a u p t nicht in der Lage ist, Wasser quer zur F a s e r zu leiten. Zu den Holzarten, bei denen in radialer R i c h t u n g keine L e i t u n g erfolgt, zählt der Physiologe M. P . KRASSULIN (1941): Esche, Eiche, Gelbe Akazie, T a n n e , Lärche, Zeder, Fichte. Die Meinung der Physiologen s t i m m t n a c h der Ansicht v o n D. N . LEKTORSKI (1940) mit den Angaben a u s der P r a x i s der H o l z t r ä n k u n g überein. Bei der Beurteilung dieser F r a g e darf a u c h die Feuchtigkeitsverteilung in den S t ä m m e n wachsender B ä u m e nicht unberücksichtigt bleiben. I . AI I W A N O W ( 1 9 4 6 ) n i m m t a n , d a ß d i e F e u c h t i g k e i t s v e r t e i l u n g i m

Baum-

s t a m m die in ihm entstehenden Wasseraustauschvorgänge widerspiegelt. Bei d e n Nadelhölzern mit K e r n - oder Reifholzbildung b e o b a c h t e t m a n s t a r k e U n t e r schiede in d e m K e r n - u n d Splint-Feuchtigkeitsgehalt (Reifholz). Kiefernkernholz u n d Fichtenreifholz weisen im Verlaufe des ganzen J a h r e s eine ü b e r a u s niedrige Feuchtigkeit auf. I h r W e r t hegt nahe d e m Fasersättigungsbereich u n d zeigt m i t den verschiedenen Jahreszeiten keine V e r ä n d e r u n g e n . Bei der Kiefer ist der Übergang von dem hohen Feuchtigkeitsgehalt z u m niedrigen Feuchtigkeitsgehalt des K e r n s n a c h Angaben von TRENDELENBURG (1939) s p r u n g h a f t , wird a b e r nicht d u r c h die Grenzen eines Jahresringes begrenzt. D a s Fehlen von freiem Wasser im K e r n der Kiefer u n d a n d e r e r Nadelhölzer weist n a c h der Meinung v o n I . A. IWANOW auf die Ausschaltung des K e r n s aus d e n Vorgängen der Wasserb e w e g u n g h i n . I . I . DSHAPARIDSE u n d N . N . BREGADSE (1940, 1942) e r k l ä r e n

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Eindringen- von Flüssigkeiten in Holz

dies mit dem Gefüge des wasserleitenden Gewebes. Die Verschiebung des Torus aus seiner zentralen Lage, die er in den aktiven Tüpfeln einnimmt, führt zur Schließung der Hoftüpfel in den Tracheiden des Kerns. Diese experimentell bestätigte Meinung sehließt nicht die Rolle des Torus" als wasserregulierendes Ventil und seine elastische Beweglichkeit in den aktiven Tüpfeln aus. Die Verteilung der Feuchtigkeit im Kern und Splint der Nadelhölzer wurde auf die Kernholzarten im allgemeinen übertragen, darunter auch auf die Laubhölzer, bei denen, wie auch bei Nadelhölzern angenommen wurde, daß das Kernwasser an den Vorgängen des Wasseraustausches nicht beteiligt ist. Untersuchungen der Feuchtigkeitsverteilung im Querschnitt eines Eichenstammes und anderer Läubhölzer haben diese Vorstellung jedoch widerlegt (W. A. BASHENOW und W. E. WICHROW, 1948,1949). Es zeigte sich, daß der Feuchtigkeitsgehalt des Kerns von Eichen-, Ulmen- und anderen Laubhölzern keine scharfe Abgrenzung gegen den Feuchtigkeitsgehalt des Splints aufweist und zu diesem in verschiedenen Verhältnissen stehen kann, d.h. er kann gleich sein, etwas geringer und sogar wesentlich höher. M. D . DANILOW (1949) erhielt für die Eiche in einem anderen geographischen Bezirk analoge Ergebnisse. Außerdem wurden im Stammquerschnitt der Eiche je nach Jahreszeit Veränderungen in der Feuchtigkeitsverteilung festgestellt. Diese zwei Tatsachen erlauben es, die Annahme zu äußern, daß das Kernwasser an den Vorgängen des Wasseraustausches teilnimmt und daß der Kern die Funktion eines Feuchtebehälters ausübt. Diese Annahme erforderte die Klärung der Frage, ob die Möglichkeit einer radialen Wanderung von Feuchtigkeit im Stamm von Kernlaubholzarten besteht. Die Möglichkeit der radialen Wasserwanderung hängt unmittelbar vom Vorhandensein entsprechender Antriebe im Holz ab. Wenn man an die Frage über die Antriebe für den radialen Fluß gemäß der Analogie mit dem Längsfluß, der durch die Endantriebe bewirkt wird, herangeht, so ist das Vorhandensein solcher Endantriebe, die in den lebenden Zellen durch den osmotischen Druck hervorgerufen werden, auf dem Stammradius nicht festzustellen, weil im Kern die lebenden Elemente fehlen. Der radiale Wasseraustausch kann nur durch physikalische Ursachen veranlaßt werden. Das freie Wasser scheint im Holz am wenigsten gebunden zu sein und kann daher durch äußeren Druck in Bewegung gesetzt werden. Das freie Wasser ist jedoch auch bis zu einem gewissen Grad gebunden und kann nicht „herausgegossen" werden, nicht einmal aus hohen Bäumen nach dem Abhauen ihrer Krone. Ein geringfügiges Ausfließen von Wasser konnten wir nur bei Ulmenstämmen feststellen, die in Niederungen wuchsen. Beim Einbringen von Flüssigkeiten in ausgetrocknetes Holz unter Druck ist natürlich zu erwarten, daß die Flüssigkeiten an die Stellen dringen, an denen sich in saftfrischem Holz das freie Wasser befindet. Dies besagt jedoch noch nicht, daß sie alle für das freie Wasser zugängige Kapillaren oder unbedingt nur die größten einnehmen. Wie mikroskopische Untersuchungen zeigen, ist diese Frage komplizierter und mit den Eigenarten des anatomischen Aufbaues des Holzes verbunden. Es ist im gegebenen Falle nicht ausreichend, an die Frage so heranzugehen, daß das Holz nur als ein Kapillarsystem angesehen wird.

Eindringen von Flüssigkeiten in Holz

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Das Wasserleitvermögen des Holzes, das durch seine Fähigkeit, unter Druck Wasser weiterzuleiten, bestimmt wird, entspricht den erwähnten Fällen des Eindringens von Flüssigkeiten in das Holz unter der Wirkung äußerer Kräfte. Die Wasserbewegung im Stamm des wächsehden Baumes längs zur Faser ist als ein Fall des Wasserleitvermögens anzusehen.

III. Methoden zur Untersuchung der Feuchteleitfähigkeit und der Wasserleitfähigkeit des Holzes Die Wasser- und Feuchteaufnahme von Proben, die in Wasser oder in feuchter Luft gelagert wurden, kann man als einfachste Methoden zur Erforschung der Feuchteleitfähigkeit des Holzes betrachten, zu deren Darstellung Diagramme der Wasser- und Feuchteaufnahme von Proben mit Normmaßen dienen können. Diese Methode ist, abgesehen von ihrer Einfachheit, unvollkommen, weil sie den Anteil der verschiedenen Strukturrichtungen im Holz bei der Aufnahme und Leitung der Flüssigkeit unberücksichtigt läßt und es nicht gestattet, die Größe des Anteils jeder einzelnen getrennt zu bewerten. Deshalb muß die Untersuchung der Durchlässigkeit des Holzes, das ein Material mit stark ausgeprägter Anisotropie ist, unter Berücksichtigung der Flüssigkeits- oder Feuchteleitung für jede der Hauptstrukturrichtungen (längs, radial, tangential) getrennt durchgeführt werden. Bei der Untersuchung der Intensität der Flüssigkeits- oder Feuchteleitung in einer Richtung muß die Ausbreitung in den beiden anderen Richtungen durch Aufbringen von isolierenden Überzügen auf die entsprechenden Seiten der Probe ausgeschlossen werden. Diese Methode wird ziemlich häufig angewandt, nicht so sehr bei der Untersuchung der Aufnahme und Leitung von Wasser durch Holz, sondern besonders bei anderen Flüssigkeiten. Für Wasser ist sie, wie A. I . FOLOMIN (1950) bemerkt, insbesondere bei höherer Temperatur nicht geeignet, weil es keine völlig zuverlässigen Schutzüberzüge gibt. Die Aufnahme von Flüssigkeit und Feuchte durch das Holz erfolgt durch alle oder durch die anatomisch gleichartigen Oberflächen mit allmählich fallender Intensität, d. h. sie ist zunächst nicht ausgeglichen. Ein Gleichgewichtszustand für die Feuchteaufnahme und Feuchteleitung des Holzes kann nur in einem speziellen Gerät verwirklicht werden, in dem die Probe durch eine freie Oberfläche ununterbrochen Feuchte aus Luft mit bestimmter relativer Feuchte aufnimmt und durch die entgegengesetzte Oberfläche Feuchtigkeit an die trocknere Luft abgibt. Geräte, die nach dem dargiestellten Prinzip arbeiten, sind von vielen Forschern benutzt worden. Von den Geräten dieses Typs ist das Gerät von N . W . ABZICHOWSKACHJA (1936) das günstigste. Mit diesem Gerät kann die Feuchteleitfähigkeit des Holzes bei

Methoden zur Untersuchung des Holzes

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einer Feuchtigkeit unterhalb des Fasersättigungsbereiches gründlich untersucht werden, und die wichtigsten Gesetzmäßigkeiten der Feuehtewanderung unter diesen Bedingungen können festgestellt werden. Die Methodik zur Messung der Feuchteleitfähigkeit nach der Methode der stationären Feuchtebewegung soll beschrieben werden (Abb. 1). Eine zylindrische Probe, deren Seitenflächen isoüert sind, wird auf dem freien Ende eines Gefäßes befestigt, in dem sich reines Wasser befindet. Das hermetisch geschlossene Gefäß wird in einen Exsikkator mit Schwefelsäure von bestimmter Konzentration, die die relative Feuchte der Luft reguliert, gestellt. Die gesamte Anlage wird, um eine konstante Temperatur aufrechtzuerhalten, in einen Thermostaten gestellt. Infolge der Differenz der relativen Luftfeuchte über der Wasseroberfläche im Gefäß und über der Oberfläche der Schwefelsäurelösung im Exsikkator stjellt sich eine Feuchteströmung in der Probe ein. Das Ausmaß dieser Strömung wird durch periodisches Wiegen des Gefäßes mit der Probe kontrolliert. Wenn die Intensität der Gewichtsabnahme konstant wird, ist der Prozeß als ausgeglichen anzusehen. Sobald dieser Zustand erreicht ist, gilt der Versuch als beendet. Dann wird sofort die Verteilung der Feuchtigkeit über die Abb.l Gerät zur Bestimmung der Dicke der Probe untersucht. Versuchsergebnisse Feuchtedurchlässigkeit von Holz zeigen, daß die Feuchteleitung mit hinreichender n a c h d e r Methode der stationären Genauigkeit dem ersten Diffusionsgesetz folgt, das Feuchtewanderung i

,

t t

i '

i

i

i

.

i

durch die h icksche Gleichung ausgedrückt wird:

1 P r o b e ; 2 Gefäß mit reinem W a s s e r ; 3 Schwefelsäure

Q = die Feuchtemenge, die durch den Querschnitt der Probe in der Zeiteinheit bewegt wird; ^

= das Feuchtigkeitsgefälle;

u = die Feuchtigkeit; x = die Dicke der Probe; k — der Koeffizient der Feuchteleitfähigkeit des Holzes. Als Feuchteleitung bezeichnet A. W. LYKOW (1950) auch den Fall, wenn auf die zu befeuchtende Oberfläche der Probe unmittelbar Wasser einwirkt, beispielsweise mit Hilfe eines befeuchteten Dochtes. Vom Gesichtspunkt der Trocknung ist eine solche Erweiterung des Begriffes der Feuchteleitung wünschenswert und richtig. Hierbei ist jedoch zu berücksichtigen, daß wir bei der Befeuchtung der Probe durch Wasserdämpfe ein Zusammenwirken der Feuchteaufnahme mit der Trocknung haben und bei der Kontaktbefeuchtung durch Wasser ein Zusammenwirken der Wasseraufnahme 2

Bashenow,

Die Flüssigkeitsdurchlässigkeit

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Methoden zur Untersuchung des Holzes

mit der Trocknung. Die Feuchteaufnahme u n d die Wasseraufnahme des Holzes sind nicht nur hinsichtlich der Menge des aufzunehmenden Wassers verschiedene Vorgänge, sondern auch in bezug auf die physikalischen Zusammenhänge. Dieser Unterschied kommt besonders im Verhältnis zur Rohwichte zum Ausdruck: die Feuchteaufnahme hängt nicht von der Rohwichte ab, die Wasseraufnahme s t e h t dagegen in Beziehung zur Rohwichte. Bei der Untersuchung der Feuchteleitfähigkeit des Holzes unterhalb des Fasersättigungsbereiches haben viele Forscher Koeffizienten der Diffusion oder Feuchteleitung bestimmt. Diese Koeffizienten wurden aus der Gleichung (2) berechnet, wobei die gemessenen Werte für Q und CL3j ^ unterstellt wurden. Der Wert

d x

wurde

durch graphisches Differenzieren der K u r v e der Feuchtigkeitsverteilung in der Probe ermittelt. Die Versuchsergebnisse der verschiedenen Forscher zeigen eine große Streuung. Nach Angaben der einen Forscher hängen die Koeffizienten der Feuchteleitung nicht von der Feuchtigkeit des Holzes ab (die Feuchtigkeitsverteilung entsprach in der Probe einer geraden Linie); nach den Schlußfolgerungen anderer Forscher vergrößerten sich die Koeffizienten der Feuchteleitung mit zunehmender Feuchtigkeit bis zum Faserstättigungspunkt (die Feuchtigkeitsverteilung in der Probe war nicht linear, zeigte aber keine Umkehrung); und bei einer Reihe von Forschern verringerten sich schließlich die Koeffizienten der Feuchteleitung von gewissen Höchstwerten im Bereich niedrigerer u n d höherer Feuchtigkeiten des Holzes (die Feuchtigkeitsverteilung in der Probe zeigte nach anfänglichem Abfall ein erneutes Ansteigen der Werte). Besonders häufig wurde die Frage erörtert, ob die Möglichkeit besteht, daß die Kurve der Feuchtigkeitsverteilung ein Minimum aufweist u n d welche Ursachen dies hat. Die Streuung bei den Versuchsergebnissen der einzelnen Forscher wurde mit den Unterschieden in der Methode u n d der ungleichen Genauigkeit der Versuche erklärt. Hierzu ist zu sagen, d a ß die Vergleichbarkeit der Ergebnisse dadurch erschwert wird, daß bei den verschiedenen Versuchen nicht die gleichen Holzarten benutzt wurden, was, wie im weiteren gezeigt wird, von entscheidender Bedeutung ist. Die Leitung der Feuchte im Holz bei einer Feuchtigkeit oberhalb des F a s e r Sättigungsbereiches wurde nach der Methode der stationären Feuchtebewegung leider nicht untersucht. Dieser Fall der Feuchteleitung im Holz liegt vor, wenn die Feuchtebewegung durch eine Differenz im Feuchtegehalt, d. h. das Feuchtigkeitsgefälle angeregt wird. Die Frage der Feuchteleitung unter dem Einfluß der Temperatur wird von uns nicht behandelt. I n Analogie zu der Versuchsmethodik d e r Feuchteleitfähigkeit unterhalb des Fasersättigungsbereiches nach der Methode der stationären Feuchtebewegung kann m a n sich natürlich auch eine Methodik zur Untersuchung der Durchlässigkeit des Holzes beim Zusammenwirken von Wasseraufnahme bei geringem hydrostatischen Druck (von einer Seite der Probe) u n d Trocknung (von der entgegengesetzten Seite der Probe) vorstellen. Diese Methodik ist jedoch bisher nicht angewandt worden. Bei allen bisher benützten Methoden zur Untersuchung der Wasserleitfähigkeit des Holzes betrachtete m a n

Methoden zur Untersuchung des Holzes

19

diesen Prozeß so, als ob er sich ausschließlich unter dem Einfluß eines äußeren Drukkes vollziehen würde. Diese Methoden unterschieden sich durch die Art der Probenbefestigung und die Größe des aufgewandten Drucks, der in den Versuchen verschiedener Forscher zwischen 0,1 und 20 kg/cm 2 schwankte. Bei dem Gerät der Firma Amsler wird die Probe in Form eines Kegelstumpfes benutzt, der bei der Prüfung durch den Flüssigkeitsdruck in einer Metallhülse gehalten wird. Dieses Verfahren ist jedoch nicht befriedigend, da ps unmöglich ist, die Probe genau einzufassen. Die Befestigung der Probe zwischen Flanschen mit Dichtungen, wie dies bei der Prüfung mit großen Drücken angewandt wurde und bei den Versuchen verschiedener Forscher (M. W. PODLADTSCHKOW, 1 9 3 3 ; ERICKSON, 1 9 4 0 U . A . )

völlig befriedigte, wird häufiger benutzt.

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Abb. 2. Befestigung der Probe in einem Gummischlauch bei dem Gerät nach N\ N. Tschulizki

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Abb. 3. Spezialklemme nach P. W. Kononenko zum Gerät von N. N. Tschulizki

1 P r o b e ; 2 Gummischlauch; 3 Gummistopfen; 4 obere Glasröhre mit Teilung; 5 Gummistopfen (unterer)

Bei geringen Drücken, 0,1 kg/cm 2 , kann man befriedigende Ergebnisse durch Befestigung der Probe in einem Gummischlauch (Abb. 2) erzielen, wie es im Gerät von N. N. TSCHULIZKI (1932) erfolgt. P . W . KONONENKO (nach W . M.

STRESHNEW, 1941) erhöhte die Zuverlässigkeit dieser Befestigung, indem er zur Befestigung der Probe im Gummischlauch eine besondere Klemme (Abb. 3) benutzte. Zur Messung der Wassermenge, die von der Probe aufgesaugt wird und der Menge, die unter der Wirkung des hydrostatischen Druckes durch die Probe gedrückt wird, werden zwei mit Skalen versehene Glasröhren verwendet. Mit Hilfe der oberen Röhre, die mit Wasser gefüllt wird, das zur Verhinderung der Ver2»

20

Methoden zur Untersuchung des Holzes

dunstung sowie zur Aufrechterhaltung eines konstanten Druckes mit Maschinenöl überschichtet wird, mißt man die Wassermenge, die von der Probe durch die befeuchtete Oberfläche (Wasseraufnahme) aufgenommen wird. Mit Hilfe der unteren Röhre wird die Wassermenge gemessen, die durch die Probe durchgegangen ist. In diesem Falle konnte nur das flüssig tropfbare Wasser gemessen werden. In den Fällen, wo ein Austreten von tropfbarem Wasser nicht beobachtet wurde, konnte sich in den Röhren i^ur eine geringe Wassermenge kondensieren, die von. der unteren Oberfläche der Probe verdunstet war. Nach dem Erscheinen des Kondensats war die weitere Verdunstung des Wassers von der Probenoberfläche tatsächlich beendet. Das Vorhandensein einer Kapillare zum Druckausgleich zwischen der unteren Röhre und der Atmosphäre konnte diese Lage nicht wesentlich verändern. Mit Hilfe der beschriebenen Geräte erhielt man Angaben über die Wasserundurchlässigkeit des Kerns verschiedener Holzarten. Zu einer analogen Schlußfolgerung kam auch M. W. Podladtschikow ( 1 9 3 3 ) , der die Wasserdurchlässigkeit des Holzes bei großen Drücken studierte. Er stellt fest, daß Proben aus Kiefernkernholz und Fichtenreifholz bei beliebiger Dicke und beliebiger Jahrringanordnung sogar bei einem Druck von 15 kg/cm2 wasserundurchlässig sind, während Splintholzproben dieser Holzarten bei einem Druck von 1 bis 1,5 kg/cm2 bereits einige Minuten nach Versuchsbeginn durchflössen sind. Es wurden nur so wenig Untersuchungen durchgeführt, daß man keine verallgemeinernde Schlußfolgerungen über die Durchlässigkeit des Holzes für Flüssigkeiten daraus zog. Die Praxis aber forderte unentwegt Angaben über die Durchlässigkeit des Holzes für Flüssigkeiten. Besonders konkret waren die Forderungen der Industrie, die Holz als Material zur Herstellung von Verpackungsmaterial für flüssige Produkte verwendet. Bei dieser Verpackung ist die Wand des Fasses als Trennwand zwischen der Flüssigkeit und der Luft, der obere Boden des Fasses, das auf dem unteren Boden steht, ist aber Trennwand zwischen Luft mit verschiedenen Feuchtigkeitsgehalten. Die weiter unten beschriebenen Untersuchungen bezwecken die Klärung der allgemeinen Gesetzmäßigkeiten für die Flüssigkeitsbewegung im Holz. Der Verfasser hatte aber bei den Untersuchungen jeweils ein engeres Ziel vor Augen, das mit der Antwort auf die konkrete Frage dieser oder jener Fertigungsorganisation im Zusammenhang stand. Die Mehrzahl der Versuche zur Untersuchung der Durchlässigkeit des Holzes für Flüssigkeiten wurde unter Verwendung der Holzarten und Flüssigkeiten angestellt, die die betreffenden Verbraucher interessierte. Eine Ausnahme bildeten die Versuche über die Wasserdurchlässigkeit, die keine unmittelbar praktische Bedeutung hatten, jedoch zur Aufklärung der allgemeinen Gesetzmäßigkeiten unbedingt erforderlich waren. Dieser Umstand gab der Arbeit eine gewisse Spezifität, die sich auch darin ausdrückt, daß der Erforschung der Durchlässigkeit des Holzes quer zur Faser eine besondere Aufmerksamkeit gewidmet wurde. Auch die Terminologie wurde zum Teil abgewandelt. Die Fähigkeit des Holzes, Wasser unter Druck zu leiten, wird gemäß der angenommenen Terminologie als Wasserleitfähigkeit bezeichnet. Eine Ausdehnung dieses Fachausdruckes auf andere Flüssigkeiten, deren Benennung aus zwei und mehr Worten besteht (z. B. Traubenwein, ge-

Methoden zur Untersuchung des Holzes

21

sättigte Lösung von Kochsalz), ist natürlich auch fehl am Platze. Deshalb benutzten wir, als wir die Fähigkeit des Holzes, verschiedene Flüssigkeiten zu leiten, untersuchten, den Fachausdruck „Durchlässigkeit". Beim Wasser wollten wir auch den Umstand hervorheben, daß bei unseren Versuchen die Probe, da sie sozusagen eine Trennwand zwischen der Flüssigkeit und umgebenden Luft ist, sowohl Wasser unter Druck als auch durch Diffusion leiten konnte. Daraus ergibt sich, daß die Wasserdurchlässigkeit des Holzes ein allgemeinerer Begriff als die Feuchteleitfähigkeit und die Wasserleitfähigkeit ist.

IV. Versuchsanordnung für die Messung der Wasserdurchlässigkeit von Holz I n Abb. 4 ist eine Holzprobe dargestellt, auf die von oben eine Wassersäule, Höhe h, einwirkt und von unten die umgebende Luft mit der Temperatur T und der relativen Luftfeuchte 6

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Über die beiden Formen der Durohlässigkeit des Holzes C o > « ß 'S £ AI

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53

54

Über die beiden Formen der Durchlässigkeit des Holzes

auf ihrer gesamten Fläche. Die Intensität der Durchlässigkeit verringerte sich nicht proportional der Dickenzunahme. Der Vorgang war durch eine bedeutende Intensität gekennzeichnet. Im Kiefernsplint war die radiale Durchlässigkeit größer als die tangentiale, bei Aspe und Linde kam der Unterschied zwischen der radialen und tangentialen Durchlässigkeit nur unbestimmt zum Ausdruck. Die aufgezählten Fälle der Durchlässigkeit des Holzes für Flüssigkeiten zusammen mit den gelösten Stoffen sowie die Leitung von praktisch nicht verdunstendem Öl durch Buchenholz zeigt, daß in all diesen Fällen ein Eindringen der Flüssigkeit durch die Kapillaren stattfindet. Die Kapillaren müssen so groß sein, daß die Flüssigkeiten unter der Wirkung eines geringen Druckes, der zur Überwindung der Oberflächenspannung notwendig ist, durch sie eindringen können. Die Intensität der kapillaren Durchlässigkeit wird, wie Versuche zeigen (Abb. 11), mit kleiner werdendem Druck geringer. Das Durchdringen von Flüssigkeit durch das Holz quer zur Faser ist also nur möglich, wenn ein zusammenhängendes Kapillarsystem vorhanden ist. Um dessen Widerstand zu überwinden, reicht ein geringer hydrostatischer Druck aus. Zur dritten Gruppe der Durchlässigkeit (s. Tab. 4), die bei einem Teil der Aspen(41, 43) und Linden- (35 und 36) Proben beobachtet wurde, gehören die Fälle, bei denen eine wesentliche Befeuchtung des Holzes eintritt, ohne daß Flüssigkeit in Form von Tropfen durchdringt. Die Intensität der Durchlässigkeit solcher Proben wird durch die Geschwindigkeit der Feuchteverdunstung durch ihre Oberfläche bestimmt. In diesem Fall tragen die vorhandenen Kapillaren offenbar zur schnellen Befeuchtung des Holzes bei, die in ihnen enthaltene Flüssigkeit kann jedoch durch den geringen hydrostatischen Druck, der zur Überwindung der Oberflächenspannung nicht ausreicht, nicht in Bewegung gebracht werden. Die in den Kapillaren enthaltene Flüssigkeit kann nur verdunsten. In dieses Holz dringen Kochsalz und andere gelöste Stoffe ein und kristallisieren mitunter auf der unteren Oberfläche der Probe aus. Kochsalz zum Beispiel tritt in Form einer trocknen „Kruste" hervor. Es ist bezeichnend, daß mitunter Holz, das Tropfwasser nicht durchleitet, eine gesättigte wäßrige Kochsalzlösung bei gleichen hydrostatischem Druck durchzuleiten beginnt. Manchmal genügt es, zur Beobachtung des Tropfwasser- oder Lösungdurchganges den Druck auf die Probe zu vergrößern. Das gleiche Ergebnis kann auch durch eine Verringerung der Probendicke erzielt werden. Davon kann man sich leicht überzeugen, wenn man in Tabelle 4 die Durchlässigkeit des Lindenholzes bei den Versuchen 35, 36 und 37, 38 vergleicht. Der von uns hervorgehobene dritte Fall unterscheidet sich also prinpiziell nicht von dem vorher besprochenen zweiten Fall. Der Unterschied zwischen ihnen besteht nur darin, daß in einem Fall die Kapillarbewegung unter dem Einfluß des Druckes auf die befeuchtete Oberfläche der Probe vor sich geht und im anderen Fall unter dem Einfluß der Verdunstung von der entgegengesetzten Oberfläche. Wenn der Druck erhöht wird, kann in beiden Fällen die Durchleitung von Tropfflüssigkeit beginnen. Deshalb haben wir diese beiden Fälle der Durchlässigkeit, zum Unterschied von dem ersten, der Diffusion, als Kapillarbewegung bezeichnet,

Über die beiden Formen der Durchlässigkeit des Holzes

55

weil bei ihnen die Flüssigkeitswanderung grundsätzlich in den Kapillaren unter Einfluß von Druck erfolgt oder, wenn dieser nicht ausreicht, nur unter Einfluß der Verdunstung von Flüssigkeit aus den Kapillaren. Es ist bekannt, daß es zur Zeit keine mathematische Theorie der Flüssigkeitswanderung für seine Tränkung mit Holzschutzmitteln gibt. In der Literatur werden verschiedene Ursachen genannt, die die Schwierigkeit der Schaffung einer solchen Theorie bedingen, u. zw.: der Einfluß der Holzfeuchte, die die Größe der leitenden Elemente verändert, das Vorhandensein von Luft im Holz, die bei einem allseitigen hydraulischen Druck durch ihre Verdichtung einen inneren Gegendruck bildet, der Widerstand der Oberflächenspannung in den Tüpfeln zwischen den Zellen, insbesondere in dem Holz, das in seinen Hohlräumen sowohl Wasser als auch Luft enthält usw. Wirkt ein einseitiger Druck auf die Probe, so treten die gleichen Schwierigkeiten auf, trotzdem in diesem Fall der Gegendruck der Luft sozusagen nicht stört. Welches sind denn die Kennzeichen und Gesetzmäßigkeiten der Kapillarbewegung im Holz ? Aus Tabelle 4, Spalte 8 ist ersichtlich, daß für wäßrige Flüssigkeiten kapillardurchlässiges Holz ebenso wie bei reinem Wasser schnell Feuchtigkeit aufnimmt, die wesentlich den Fasersättigungspunkt übersteigt. Dies ist das wichtigste Kennzeichen. In quantitativer Beziehung übersteigt die kapillare Durchlässigkeit immer die Diffusion. Dieser Unterschied ist allerdings in den Fällen schwer festzustellen, bei denen die Intensität der kapillaren Durchlässigkeit durch die Geschwindigkeit der Flüssigkeitsverdunstung ausden Kapillaren begrenzt wird. Dann ist der Unterschied zu der Intensität der Durchlässigkeit bei Diffusion nicht mehr groß. In kapillar-durchlässiges Holz dringen gewöhnlich verhältnismäßig leicht lösliche Stoffe echter Lösung und mitunter auch als kolloidale Lösungen (Farbstoffe) ein. Tatsächlich verlieren die Farbstoffe und Salze häufig in einer gewissen Tiefe die Verbindung mit dem Lösungsmittel und werden an den Zellwänden abgelagert. Dieser Vorgang jedoch tritt hier nicht so klar in Erscheinung wie bei den Hölzern, bei denen die Feuchteleitung durch Diffusion und diese Ablagerung in den äußersten Schichten erfolgt; in kapillar-durchlässigem Holz triitt sie erst in wesentlich größerer Tiefe ein. Dies gilt nicht nur für die Salze, sondern auch für kolloidale Lösungen (Farbstoffe). Für kapillar-durchlässige Proben ist die große Veränderung der Intensität der Flüssigkeitsleitung bei scheinbar völlig gleichem Holz charakteristisch. Nicht weniger charakteristisch ist die nicht proportionale Zunahme der Intensität der Durchlässigkeit bei geringer werdender Probendicke. Zum Schluß weisen wir auf die Eigenart der Kurven der Feuchtigkeitsverteilung in der Dicke der kapillardurchlässigen Proben hin (Abb. 19, Kurve a), die stark unterschiedlich von der Verteilung in den diffus-durchlässigen Proben ist (Abb. 19, Kurve b). Wo liegt die Ursache der Veränderlichkeit der Intensität der kapillaren Durchlässigkeit, warum erweist es sich als schwierig, hierzu die Poiseuillesche Gleichung anzuwenden? Nach unserem Dafürhalten kann man die Poiseuillesche Gleichung auch für unseren Fall mit der gleichen Begründung anwenden, mit der sie für die Flüssigkeitsbewegung im Holz bei der Tränkung mit Holzschutzmitteln angewandt wird, aber ihre Anwendung erweist sich aus den folgenden Gründen als wenig Erfolg versprechend.

56

Über die beiden Formen der Durchlässigkeit des Holzes

Das Kapillarsystem des Holzes als solches ist für die Theorie der Durchleitung von Flüssigkeiten quer zur Faser im wesentlichen als ein abstrakter Begriff anzusehen. Der konkrete Inhalt sind die Gewebe und deren Elemente die Zellen, die aus Wandung, Hohlraum und Tüpfeln bestehen. Deshalb muß, wenn die Poiseuillesche Gleichung auf Holz angewandt wird, n 7t • r*P 8rjl

(4)

berücksichtigt werden, daß die Strömungsgeschwindigkeit V einer Flüssigkeit 'mit der Viskosität n nicht nur als eine Funktion des Druckes P, des mittleren Radius r und der mittleren Länge l anzusehen ist, sondern auch von der Anzahl der wirkenden Kapillaren n abhängt. Die Anzahl der wirkenden Kapillaren ist aber überaus unbestimmt und hängt zum Teil vom Druck ab und auch von der Größe des mittleren Radius. Im Holz Abstand von der befeuchteten Oberfläche sind die Radien der Kapillaren verschieAbb. 19. Feuchtigkeitsverteilung in den den groß; einige sind so klein, daß der Splint- (a) und Kern- (b) Proben bei der wirkende Druck P zur Überwindung der Prüfung auf Fischsalzlaken-Durchlässigkeit. Oberflächenspannung nicht ausreicht. Dicke der Probe 20 mm. Druck 100 cm Es ergibt sich daraus, daß die VerändeWassersäule rung der Größe des Drucks von der Veränderung der Anzahl der wirkenden Kapillaren begleitet ist. Die Kapillaren sind auf dem Verlauf der Probendicke unterbrochen. Die Verbindung erfolgt durch die Vermittlung anderer Kapillaren, die in verschiedenen Winkeln zueinander angeordnet sind. Unter diesen Bedingungen bringt die Vergrößerung der Probendicke keine einfache Zunahme der Länge (l) der mittleren Kapillaren zum Ausdruck, da in diesem Fall eine erhebliche Anzahl der Kapillaren ausgeschaltet werden und das Durchdringen von Flüssigkeiten sogar aufhören kann. Die Kapillaren können durch Verthyllen, durch Füllung mit Kernstoffen und Harzen sowie durch anatomische Veränderungen wie z. B. das Schließen der Tüpfel in den Tracheiden der Nadelhölzer ausgeschaltet werden. Somit erscheint das Kapillarsystem des Holzes, das an der Leitung der Flüssigkeiten unter Druck beteiligt ist, als äußerst veränderlich und schwer definierbar. Nachdem oben die Erscheinungen, die bei der Flüssigkeitsbewegung durch Diffusion^ auftreten, beschrieben wurden, darf, wenn von bestimmten Proben, die die Flüssigkeit durch Diffusion leiten, gesprochen wird, das in ihnen vorhandene Kapillarsystem und dessen Anteil an der Leitung der Flüssigkeiten unberücksichtigt bleiben. Bei der Untersuchung der Feuchteverteilung in diesen Proben (Abb. 8) findet man in ihnen eine Zone von einigen Millimetern Dicke mit einer Feuchtigkeit

Über die beiden Formen der Durchlässigkeit des Holzes

57

oberhalb des Fasersättigungspunktes, in die, wie die Untersuchungen zeigen, einige gelöste Stoffe (z. B. Kochsalz) eindringen können. In Eichenproben schwankte die Dicke dieser Zone mit einer Feuchtigkeit über 30% nach der Prüfung auf Wasserdurchlässigkeit zwischen 5 und 7 mm. In dieser Zone wurde eine lineare Verteilung der Feuchtigkeit beobachtet. In dem Wunsche, die oberflächliche Holzfeuchte an der zu befeuchtenden Seite der Probe zu bestimmen, bestimmten wir die Feuchtigkeit einiger Sektionen von verschiedener Dicke und trugen das Ergebnis auf eine graphische Darstellung ein. Entlang der Abszisse dieser graphischen Darstellung wurden die Hälften der Dicken der entsprechenden Sektionen aufgetragen und längs der Ordinate deren Feuchtigkeit. Die so erhaltenen Punkte wurden durch eine Linie verbunden, die bis zum Schnittpunkt mit der Ordinate verlängert wurde, dessen Wert die oberflächliche Feuchtigkeit, die für Eiche 100% war, ergab. Da die Feuchteverteilung in der nassen Zone sich nach Größe und Art nicht von der Verteilung bei kapillar-durchlässigem Holz unterschied, kamen wir zu der Annahme, daß hier die Wanderung des Wassers durch Kapillarbewegung erfolgt. Diese Annahme wurde durch die Ergebnisse der folgenden Untersuchungen bestätigt (W. A. BASHENOW, 1949). Aus Proben verschiedener Dicke wurden Zonen mit einer Feuchtigkeit oberhalb bzw. unterhalb des Fasersättigungspunktes herausgegriffen und gemessen. Dann wurde die Intensität der Leitung in Gleichgewichtszustand bei diesen Proben sowohl zu der gesamten Dicke als auch zu der Dicke der Zonen, die eine Feuchtigkeit unterhalb des Fasersättigungspunktes hatten, gesetzt. In beiden Fällen wurde eine klare Abhängigkeit der Intensität der Durchlässigkeit von der Dicke festgestellt, im zweiten kam dies jedoch wesentlich stärker zum Ausdruck. Diffusionsvorgänge spielen sich im Holz jeder beliebigen Holzart ab; diese Durchlässigkeit steht in Verbindung mit dem Feinbau der Zellwand. Die Beseitigung der Diffusionsvorgänge im Holz würde die Beseitigung seiner Hygroskopizität bedeuten. Die Diffusion ist mit dem Eindringen von gebundener oder kolloidaler Feuchte in das Holz verbunden. Das Eindringen von freiem Wasser in das Holz nach Erreichen des Fasersättigungspunktes erfolgt durch Kapillarkräfte. Die Intensität dieser Aufnahme wird von der Ausbildung des Kapillarsystems im Holz und dessen Maßen bedingt. Von der Anzahl und der Größe der Kapillaren hängt die Eigenschaft des Holzes ab, Flüssigkeiten unter Druck zu leiten. Die kapillare Durchlässigkeit des Holzes bestimmt die Möglichkeiten für eine Tränkung mit Holzschutzmitteln. Ein kapillardurchlässiges Holz kann für die Herstellung von Verpackungsmaterial, Wasserleitungsrohren und ähnlichen Gegenständen nicht verwendet werden, denn es würden Flüssigkeitsverluste eintreten. Die Durchlässigkeit des Holzes hängt von der Art der Flüssigkeit, der Holzart, der Durchlässigkeitsrichtung, dem anatomischen Aufbau des Holzes sowie den physikalisch-chemischen Eigenschaften des Holzes und der Flüssigkeit ab. Alle diese Momente sind hinreichend genau nur bei experimentellen Untersuchungen berücksichtigt. Einige allgemeine Schlußfolgerungen können allerdings als Empfehlungen für die Praxis auf. Grund der bereits vorhandenen Versuchsergebnisse gezogen werden.

VIII. Einige praktische Schlußfolgerungen 1. Kern und

Splint

Beim Kern- und Reifholz aller von uns untersuchten Holzarten erfolgte die Feuchteleitung quer zur Faser durch Diffusion (kapillar-undurchlässig) zum Unterschied vom kapillar-durchlässigen Splint. Ein besonders starker Unterschied wurde bei der Kiefer beobachtet, die einen genügend breiten Splint hat. Bei der Eiche gibt es das Problem Kern und Splint nicht, und zwar nicht deshalb, weil bei ihr der Splint undurchlässig ist, sondern auch deshalb, weil er sehr schmal ist und ohne wesentlichen Schaden von der Verwendung für die entsprechenden Gegenstände (z. B . für Wein- und Bierfaßdauben) ausgeschlossen werden kann. Nach dem Grad der Durchlässigkeit unterscheidet sich Fichtenreifholz nicht von Kiefern- und Eichenkernholz, Fichtensplintholz zeigt aber einen wesentlich größeren Widerstand gegen das Eindringen von Flüssigkeiten als Kiefernsplint. Der innere Stammteil einiger Splintholzarten unterscheidet sich stark von der leicht durchlässigen Randzone. Als Beispiel kann die Aspe angeführt werden, bei der Holz aus dem inneren Stammteil für Birkenteer undurchlässig ist, die Außenzone aber diesen leicht aufnimmt und leitet. Der Unterschied zwischen dem Holz aus dem inneren und äußeren Teil des Stammes bei der Aspe stimmt mit den Versuchsergebnissen von W . A. BASHENOW und W . E . WLCHROW

(1949)

überein, die darauf hinweisen, daß der innere Stammteil bei der Aspe an der Leitung des Wassers in die transpirierende Krone nicht teilnimmt. Das Holz von Buche, Ahorn und Birke ist durch eine schnelle Wasseraufnähme, die seine Feuchtigkeit erhöht, gekennzeichnet. Buchenproben leiten Pflanzenöl, Ahornproben werden verhältnismäßig tief verfärbt und Birkenproben leiten eine gesättigte Kochsalzlösung. Somit kann eine Darstellung über die Durchlässigkeit des Holzes für Flüssigkeiten eine sachliche Einteilung der Holzarten in Kern-, Reifholz- und Splintarten ergeben. E s ist jedoch zu bemerken, daß, wie Untersuchungen zeigen, bei dieser Einteilung Korrekturen eingebracht werden müssen, z. B . muß die Aspe in die Reifhölzer einbezögen werden. Kern- und Reifholz sind zweckmäßig zur Herstellung von Verpackungsmaterial für flüssige Produkte zu verwenden, dagegen ist Splintholz für die Sortimente, die eine tiefgehende Schutzbehandlung erfordern, sogar in dem Falle geeignet, in dem es im unbehandelten Zustand eine ge-

Die Feststellung einer optimalen Feuchtigkeit für Faßholz

59

ringe Pilzbeständigkeit aufweist (Buche, Birke). Bei einer Reihe von Kernholzarten ist der Splint so breit, daß er bei der Herstellung von Gegenständen, wie Dauben, praktisch nicht ausgeschlossen werden kann. F s entsteht das Problem, die Durchlässigkeit des Splints zu verringern; an der Lösung dieses Problems ist die Industrie für Verpackungsmaterial bei einer Reihe von Holzarten interessiert. Das Fehlen der kapillaren Durchlässigkeit im Kiefernkern- und Fichtenreifholz macht für diese Hölzer eine wirksame Holzschutzbehandlung unmöglich. Daraus ergibt sich ein weiteres Problem: Die Erhöhung der Durchlässigkeit von Kernholz. Die Schwierigkeiten bei der Lösung dieser Probleme drängen natürlich dazu, die Aufmerksamkeit auf Untersuchungen über das Wesen der Kernbildung zu lenken.

2. Die Beurteilung der Eignung von Holz zur Herstellung von Verpackungsmaterial Die zuverlässigste Bewertung der Eignung dieser oder jener Holzart ist ihre Prüfung auf Durchlässigkeit für die Flüssigkeit, für die das Verpackungsmaterial vorgesehen ist. Diese Untersuchung kann mit Hilfe des beschriebenen Gerätes durchgeführt werden. Die Prüfung im Gerät kann durch eine unmittelbare Prüfung der Fässer oder verkleinerter Modelle mit einer Untersuchung der Flüssigkeitsverteilung in der Dicke ihrer Wände in dem Falle ersetzt werden, wenn die Hauptkomponente der Flüssigkeit (Lösung) Wasser oder eine andere verdunstende Flüssigkeit ist. Die Anwesenheit von nicht verdunstenden Flüssigkeiten im Holz kann durch Ausdrücken aus den Proben, die in Zwingen zusammengepreßt werden oder aus der Holzfärbung und durch die Erscheinung der Lumineszenz an den Grenzen des getränkten Teils (Mineralöle) festgestellt werden. Zu Verpackungsmaterial für wertvolle Flüssigkeiten, die ein Quellen (Wein) hervorrufen, ist das Holz geeignet, bei dem der Feuchtedurchgang durch Diffusion erfolgt. Zu Fässern für Marinaden und Salzlaken ist das Holz geeignet, bei dem trotz einer Leitung von Flüssigkeit in den Kapillaren keine flüssig tropfbare Flüssigkeit austritt.

3. Die Feststellung einer optimalen Feuchtigkeit für Faßholz Die Faßwandungen sind aus dicht aneinandergefügten Teilen (Dauben) zusammengesetzt. Bei einer Befeuchtung des ursprünglich trockenen Holzes wird die Abdichtung in den Fugenverbindungen größer. Beim Trocknen von ursprünglich saftfrischem Holz wird die Abdichtung der Verbindungen zwischen den Dauben gestört. Das Einfallen der Fässer durch Trocknung, die aus nicht trockenen Dauben zusammengesetzt und mit Flüssigkeit gefüllt sind, ist in folgenden Fällen möglich. 1. Wenn die in die Fässer eingebrachte Flüssigkeit kein Quellen des Holzes bewirkt (Mineral- und Pflanzenöl, Fischtran usw.).

60

Einige praktische Schlußfolgerungen

2. Wenn die in die Fässer eingebrachte Flüssigkeit fast keine Quellung hervorruft (Sirup, kondensierte Milch usw.). 3. Wenn die in die Fässer eingebrachte Flüssigkeit zwar ein Quellen des Holzes hervorruft, das Holz Flüssigkeit aber nur durch Diffusion leitet und in einen wesentlichen Teil der Wanddicke des Fasses eine Feuchtigkeit unter den Fasersättigungspunkt sinkt. In diesem Falle ist das Reißen der Dauben infolge der Trocknung von der Bildung keilartiger Risse in den Fugen zwischen den Dauben begleitet (W. A. BASHENOW, 1940). Der dritte Fall wird besonders oft in der Praxis nicht genügend beachtet und ist dann die Ursache für den Verlust von Flüssigkeiten, die aus den Fässern durch die Risse in den Fugen zwischen den Dauben ausfließen. In den drei angeführten Fällen reißen die Fässer infolge der Trocknung des Holzes, daß die Feuchtigkeit in die umgebende Luft verdunstet. In den ersten beiden Fällen wird die entfernte Feuchte nicht ersetzt, im letzten aber wird sie zwar teilweise auf Kosten der in den Fässern befindlichen Flüssigkeit ergänzt, aber nicht so, daß das gefährliche Einfallen, das die Konstruktion des Fasses abschwächt, ausgeschaltet wird. Bis zu welchem. Feuchtigkeitsgehalt soll man aber das Holz trocknen, damit das Verpackungsmaterial nicht reißt, wenn die eine oder andere Flüssigkeit eingefüllt wird, unter Berücksichtigung der Tatsache, daß eine Trocknung das Verpackungsmaterial verteuert und beimBiegen des Rumpfes Schwierigkeiten schafft? Für Fässer mit flüssigem Inhalt ist die optimale Holzfeuchte so zu wählen, daß die Dichtutig der Fugen im Verpackungsmaterial nach der Füllung nicht gestört wird. Für den ersten und zweiten Fall muß die optimale Feuchtigkeit der Gleichgewichtsfeuchte entsprechen. Für den dritten Fall kann die optimale Feuchtigkeit etwas höher als die Gleichgewichtsfeuchte sein, weil sich die Feuchtigkeit in der Dicke der Faßwand durch die Flüssigkeit ungleichmäßig verteilt. Die optimale Holzfeuchte kann nach dem durchschnittlichen Feuchtigkeitsgehalt des Holzes in der äußeren Hälfte der Dicke der Dauben (Abb. 20) nach längerer Lagerung der Flüssigkeit in dem F a ß bestimmt werden. Entsprechende Holzproben empfehlen wir nach Abb. 20. Schema der Probennahme zur Bestimmung der dem Schema (Abb. 20) zu entnehmen. In diesem optimalen Feuchtigkeit Schema ist die Probe zur Bestimmung der Feuchtigkeit mit dem Buchstaben a gekennzeichnet. Wie bereits erwähnt, kann die kapillare Durchlässigkeit verschieden in Erscheinung treten. Die kapillare Durchlässigkeit, bei der ein Durchdringen von Flüssigkeit durch die Wand erfolgt, kann bei Fässern nicht zugelassen werden. Die kapillare Durchlässigkeit, die unter dem Einfluß der Verdunstung aus den Kapillaren vor sich geht und demzufolge durch die Verdunstungsgeschwindigkeit

Über die Berechnung der Wanddicke von hölzernen Gefäßen

61

der Feuchte begrenzt ist, tritt bei den Pässern auf, bei denen die Feuchtigkeit in der gesamten Dicke der Wände oberhalb des Fasersättigungspunktes ist. Solche Fässer schwinden nicht und sie können auch aus lufttrockenen Dauben hergestellt werden. Solche Fässer können zweckmäßig als quellende Fässer bezeichnet werden, zum Unterschied von Fässern, die aus Holz hergestellt sind, das Flüssigkeiten nur durch Diffusion leitet und die als schwindende Fässer bezeichnet werden können. Es muß unbedingt erwähnt werden, daß quellende Fässer beim Füllen mit einer Flüssigkeit, die keine Befeuchtung hervorruft (öl, kondensierte Milch usw.), schwinden. Um das Schwinden der Fässer zu verhindern und Verlusten an flüssigem Produkt vorzubeugen, ist das Holz bis zur Gleichgewichtsfeuchtigkeit zu trocknen.

4. Über die Berechnung der Wanddicke von hölzernen Gefäßen Die Diffusion der Feuchte im Holz stimmt gut überein mit der Diffusions• gleichung

F ü r praktische Berechnungen ist jedoch eine vereinfachte Gleichung in der folgenden Form bequemer:

Q ux

d dk dD

Q = k ui-u* = ]c % ~ d — dfc * dj) Geschwindigkeit der Diffusion in g durch 1 m 2 Oberfläche in Tagen (g/m 2 Tg); und u 2 Feuchtigkeit des Holzes in Prozenten auf den Oberflächen, die den Bereich der Feuchtewanderung durch Diffusion begrenzt (für Wasser : % = 30, u2 = ugl); Dicke der Probe in cm; Dicke des Bereiches der kapillaren Feuchtebewegung (mit einer Feuchtig-' keit oberhalb des Fasersättigungspunktes); Dicke des Bereiches der Feuchtewanderung durch Diffusion (mit einer Feuchtigkeit unterhalb des Fasersättigungspunktes).

Für zwei Zwischenwände, die sich nur durch ihre Dicke unterscheiden, sind bei sonst gleichen Bedingungen die Koeffizienten kx von der durchschnittlichen Feuchtigkeit der Zwischenwände im Bereich der Feuchtewanderung durch Diffusion abhängig. Aus Abb. 21 ergibt sich, daß bei Proben, die sich nur durch die Dicke des Bereiches der Feuchtewanderung durch Diffusion unterscheiden, die durchschnittlichen Feuchtigkeiten in diesem Bereich gleich sind: ABCD UD

=

A'BCD' CfD' =

con

•

Somit können bei diesen Proben auch die Koeffizienten k± als gleich angenommen werden.

62

Einige praktische Schlußfolgerungen

Diese Schlußfolgerung stimmt gut mit unseren Versuchsergebnissen überein. Für zwei Zwischenwände, die sich nur durch die Dicke der Diffusionszone unterscheiden, kann man zwei Gleichungen aufstellen: Qi =

ki-r

aD 1

Qi = Kdurch Teilung der ersten Gleichung in die zweite folgt die Proportion : Qi^dß,

Qi

dDl

Bezeichnet man mit Q0 die Geschwindigkeit der Diffusion durch die Wand mit einer 1 cm dicken Diffusionszone, ergibt sich: Qi=A_ Qo

,

und

Wo

Q1 ist der zulässige Verlust durch Diffusion in g durch 1 m 2 Oberfläche einer Wand, an einem Tag. Die Wanddicke ergibt sich zu : d=

+

Für einige Flüssigkeiten und Holzarten Abstand von der befeuchteten Oberfläche wurden von uns die Werte für Q0 bestimmt, Abb. 21. Verteilung der Feuchtigkeit in die in Tabèlle 5 angeführt sind. Der Wert dk hängt von der Größe des hydrostativerschieden dicken Proben schen Drucks ab, für geringe Drücke von etwa 1,0 bis 1,5 m kann er mit 0,6 cm angenommen werden. Die Gesamtverluste an Flüssigkeit werden durch die Gleichung (3) bestimmt. Die Abhängigkeit der Verluste Qu von der Wanddicke ist, damit sie berücksichtigt werden kann, zu klären. Die Zunahme der Wanddicke ist von einer direkt proportionalen Vergrößerung ihres Volumens verbunden und entsprechend auch des Gewichts. Die durchschnittliche Holzfeuchte in der Diffusionszone hängt nicht von der Wanddicke ab. Die Gesamtfeuchtigkeit der Wand ist von ihrer Gesamtdicke wenig abhängig (Tab. 1). Die durch die Wand aufgenommene Feuchtemenge ist unter diesen Bedingungen annähernd direkt proportional von ihrer Dicke abhängig. Die Vergrößerung der Wanddicke ist damit mit einer Zunahme der Verluste für die Befeuchtung des Holzes Qu und der Verringerung der Verluste durch Verdunstung Qn verbunden. Da die Verluste Qn jedoch laufend eintreten, die Verluste Qu aber nur bis zum Eintreten des Gleichgewichtszustandes, trägt die Vergrößerung der Dicke zur Herabsetzung der Gesamtverluste bei.

63

Die Tränkung von Holz durch Diffusion TABELLE 5

Durchschnittliche

Strömungsgeschwindigkeit 2

1

Wasser

3

Eiche (Kern)

n

Wein Alkohol 40%

>»

f»

»»

>»

ft

»»

»»

>»

»»

>»

»»

»*

Linde

Sirup

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>»

Salzlake

,,

Kiefer (Kern)

>i

tt

ff

Fichte (Reifholz) >»

fl

Fichte (Splint) J»

4

5

(Q0) 6

Luftzusta nd an der Strömungstrocknerer Oberfläche Neigung der geschwindigkeit bei derE robe Jahrringe auf einer 1 cm dicken Temperel. Luftder Probe Diffusionszone (Qe) ratur feuchte

Holzart

Flüssigkeit

bei einer 1 cm dicken Diffusionszone

ff

90 90 0 90 0 90 0 90 0 90 0 90 0 90 0

g/m 2 Tg

°C

/o

150 95 107 47 61 28 36 15 19 42 37 51 55 54 114

20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20

33 77 77 33 33 33 33 77 77 33 33 33 33 33 33

Dies soll an dem folgenden Beispiel gezeigt werden. Das Gewicht einer 1 m 2 großen, trockenen Eichenwand mit 0,65 g/cm 3 Rohwichte beträgt bei 1 cm Dicke 6,5 kg und bei 2 cm Dicke 13 kg. Bei einer Gewichtszunahme von 18,0% (entspricht dem Begriff „Feuchtigkeit") wird der Verbrauch an Wein durch die Aufnahme der Wand im ersten Fall 1,17 kg und im zweiten Fall 2,34 kg betragen. Unter diesen Bedingungen wird der größere Verbrauch für die Feuchtigkeitsaufnahme des Holzes durch die Verringerung der Verluste an Wein durch Verdunstung im Verlaufe von 12 bis 13 Tagen ausgeglichen = 12,3 TagenJ . J e länger die verdunstende Flüssigkeit also im Faß gelagert wird, um so günstiger ist die Vergrößerung der Wanddicke des Fasses zu beurteilen.

5. Die

Tränkung

von Holz durch

Diffusion

Dadurch, daß keine wesentliche kapillare Leitung der Flüssigkeiten durch den Kern und das Reifholz einer Reihe von Holzarten quer zur Faser erfolgt, entstehen große Schwierigkeiten bei der Schutzbehandlung dieser Hölzer nach Methoden, die die kapillare Durchlässigkeit ausnützen. In der Technik der Holzschutzbehandlung sind Methoden der Holztränkung durch Diffusion bekannt und werden praktisch angewandt.

64

Die Trocknung v o n Holz in Lösungen

Sehr f r u c h t b a r a r b e i t e t in dieser R i c h t u n g W . W . POPOW, dessen U n t e r s u c h u n gen, ebenso wie die seiner Mitarbeiter, im W e t t b e w e r b der Akademie der Wissens c h a f t e n der U d S S R im J a h r e 1950 (A. T. WAKIN, 1950) hervorgehoben worden sind. Die T r ä n k u n g d u r c h Diffusion ist auf das Eindringen wasserlöslicher Holzschutzmittel in feuchtes Holz b e g r ü n d e t . Die größte W i r k s a m k e i t wird d a n n erreicht, w e n n das Holzschutzmittel aus einer konzentrierten Lösung in sehr feucht e s Holz eindringt. U n t e r s u c h u n g e n von NARAYANAMTTRTT u. a. (1951) zeigen, d a ß die Diffusion der I o n e n in das Holz mit der Fickschen Gleichung übereinstimmt, w e n n die I o n e n keine V e r b i n d u n g mit den K o m p o n e n t e n des Holzes eingehen; im a n d e r e n Fall werden Abweichungen v o m Fickschen Gesetz b e o b a c h t e t . N a c h U n t e r s u c h u n g e n der a n g e f ü h r t e n Verfasser ist die Diffusion längs zur Faser a m größten, in tangentialer R i c h t u n g a m kleinsten. Die I n t e n s i t ä t der Diffusion der I o n e n vergrößert sich mit d e m Steigen der T e m p e r a t u r . Die Diffusion in das Splintholz erfolgt wesentlich intensiver als in Kernholz. Beim S t u d i u m der Diffusion verschiedener Salze d u r c h b e f e u c h t e t e P r o b e n (einiger indischer Holzarten) mit einer Dicke von 1 bis 12,8 m m h a b e n NARAYANAMTJETI u n d andere (1951) mit einem speziellen Gerät die entsprechenden Koeffizienten der Diffusion g e f u n d e n u n d im einzelnen folgende Thesen festgestellt: 1. Die Koeffizienten der Diffusion von Quecksilberchlorid d u r c h B o m b a x m a l a b a r i c u m bei 30° C in Längs-, Radial- u n d Tangentialrichtung v e r h a l t e n sich wie 5,8 : 1,3 : 1,0. 2. Die Koeffizienten der Diffusion von K u p f e r v i t r i o l d u r c h Canarium strictum bei 30° C in Längs- u n d Tangentialrichtung v e r h a l t e n sich wie 13,2 : 1. 3. Die Koeffizienten der Diffusion von Borsäure f ü r das Kernholz u n d Splintholz von Boswellia serrata verhalten sich in T a n g e n t i a l r i c h t u n g bei 2.7 bis 29° C wie 1 : 56. Die T i e f t r ä n k u n g d u r c h Diffusion sollte wegen des langen Prozesses zweckmäßig bei der Gewinnung der entsprechenden Sortimente im W a l d e realisiert werden.

6. Die Trocknung von Holz in Lösungen Beim E i n t a u c h e n von saftfrischem Holz in konzentrierte Lösungen, beispielsweise in eine Kochsalzlösung, wird der Ü b e r g a n g eines Teils der F e u c h t e (Trocknung) aus dem Material in die Lösung b e o b a c h t e t (W. I . MALEJEW, W . A. BASHENOW, 1937). Diese Erscheinung wird besonders beim Kernholz der Eiche u n d anderer Holzarten b e o b a c h t e t . Die I n t e n s i t ä t der T r o c k n u n g in der Lösung h ä n g t von deren K o n z e n t r a t i o n u n d T e m p e r a t u r ab, i n d e m sie mit steigender Temper a t u r größer wird. Gleichzeitig erfolgt eine Diffusion d e r Salze in das Holz. I n saftfrischem Verpackungsmaterial, in das Sirup, Konfitüre, kondensierte Milch gefüllt ist, wird ein Ü b e r g a n g der F e u c h t e aus d e m Holz in die v e r p a c k t e n P r o -

Der Pilzbefall bei Faßholz

65

dukte beobachtet, was einerseits zum Schwinden des Verpackungsmaterials und zu Verlusten wertvoller Produkte und andererseits zum Verderben der restlichen Produkte führt (W. A. BASHENOW, 1940).

7. Der Pilzbefall

bei

Faßholz

Die Neigung des Holzes zum Pilzbefall hängt neben anderen Ursachen von seiner Feuchtigkeit ab, die zur Entwicklung der Pilze ein bestimmtes Optimum hat. Dieses Optimum kann unter bestimmten Bedingungen infolge der Befeuchtung des mit flüssigen Produkten gefüllten Passes erreicht werden. Eine dieser Bedingungen ist ein Außenanstrich der Fässer, der die Verdunstung der Feuchte von der Oberfläche stark herabsetzt und dadurch zur Erhöhung der Holzfeuchte beiträgt, weil wir bei den Fässern ein Zusammenwirken der Tränkung von innen und der Trocknung von außen beobachten. Aus dem Dargelegten ergibt sich, daß ein Anstrich von Fässern, die für Wasser und schwache wäßrige Lösungen vorgesehen sind, nicht zweckmäßig ist. Für Fässer, die mit Flüssigkeiten gefüllt werden, empfiehlt sich ein Anstrich, wenn diese Flüssigkeiten das Holz nicht befeuchten (Mineralöle usw.). Wir erörterten kurz einige Fragen, die zeigen, wie wichtig es ist, die Erscheinungen der Durchlässigkeit des Holzes bei seiner Verwendung zu berücksichtigen und lenkten die Aufmerksamkeit auf die Schlußfolgerungen, die sich auf Grund der Untersuchung von Holz im natürlichen Zustand ergaben. Im folgenden Kapitel befassen wir uns mit dem Problem, die Eigenschaften des Kernes und des Splintes von unbehandeltem Heiz zu verändern, das zur Zeit für die Praxis der Schutzbehandlung des Holzes in bezug auf den Kern und auf Grund der Forderungen der Industrie beim Verpackungsmaterial in bezug auf den Splint im Vordergrund steht. Unsere Untersuchungen begrenzen wir vorläufig auf die Kiefer, die Holzart, die am weitesten verbreitet ist und am meisten verwendet wird.

5

Bashenow,

Die Flüssigkeitsdurchlässigkeit

IX. Die Möglichkeiten zur Steuerung der Durchlässigkeit von Kiefernsplint- und -kernholz Der Unterschied in der Art der Durchlässigkeit ist bei Splint und K e r n der Kiefer am stärksten festzustellen. In Abb. 22 ist die untere Oberfläche einer Probe gezeigt, deren Splinthälfte eine Salzlösung (Chlornatrium) durchgeleitet hat, die Kernhälfte erwies sich aber als undurchlässig.

Abb. 22. Untere Oberfläche einer nach der Prüfung getrockneten Probe. Links Splint mit einer Salzkruste, rechts Kern, rein

Abb. 23. Eindringen des Salzes in die • obersten Schichten des Kernholzes

In das Kernholz drang das Salz nur bis zu einer geringen Tiefe ein, weiter wurde nur eine Wanderung des reinen Lösungsmittels, welches die Bindung mit dem gelösten Stoff verloren hat, beobachtet (Abb. 23). Noch anschaulicher ist der Schnitt einer Probe (Abb. 24) nach ihrer P r ü f u n g auf Wasserdurchlässigkeit in tangentialer Richtung. Die Hälfte der Probe, die durch Safranin gefärbt wurde, das dem Wasser zugesetzt war, zeigt den Splint, die nicht gefärbte den Kern. Wie weiter oben erwähnt wurde, muß das Kernholz zur Erleichterung der Tränkung kapillar-durchlässig gemacht werden. Dem Splint sind dagegen, u m

Die Möglichkeiten zur Steuerung der Durchlässigkeit

67

ihn ungehindert bei der Herstellung als Verpackungsmaterial verwenden zu können, die Eigenschaften von Kernholz zu vermitteln, das die Flüssigkeit in kapillarer Form nicht leitet. Eine solch zweiseitige Fragestellung ist nicht als Laune anzusehen, denn bei der Herstellung von Dauben bsw. Sortimenten, die der Tränkung unterliegen, erweist es,sich praktisch als unmöglich, Splint bzw. K e r n auszuschalten. Dies Problem h a t ein viel bescheideneres Ziel als den Kampf mit der Hygroskopizität. Nach unserer Darstellung besteht der Kampf mit der Hygroskopizität in der Beseitigung der Fähigkeit des Holzes zur Feuchtedurchleitung durch Diffusion, die, wie wir hervorgehoben haben, in jedem beliebigen Holz vorhanden ist. Wir stellen die Frage einer Steuerung der kapillaren Durchlässigkeit, die bisher noch nicht durchgeführt wird bzw. nur in einer Richtung, als Prozeß der Kernbildung im wachsenden Baum.

Abb. 24.

Querschnitt durch eine Probe, nach der Prüfung auf Durchlässigkeit für angefärbtes Wasser. Splint gefärbt

Der K e r n bildet sich im Baum nicht auf einmal, sondern in bestimmten Wachstumsstadien, die man jedoch nach unserer Meinung nicht als Alterung im üblichen Sinne des Wortes ansehen kann. Über die physiologische Rolle des Kerns u n d das Wesen der Kernbildung ist noch sehr wenig bekannt. F ü r diese Frage gibt es nicht nur keine theoretischen Urteile, sondern es ist nicht einmal eine genügende Anzahl tatsächlicher Werte gesammelt worden. So wurde zum Beispiel kürzlich nur vergleichsweise der grundsätzliche Unterschied bei der Feuchteverteilung im K e r n und Splint von wachsenden Bäumen bei Kernnadel- und Laubholzarten festgestellt. Wenn auf Grund der Feuchteverteilung im Splint und K e r n bei wachsenden Bäumen und der Veränderungen mit den Jahreszeiten für die Kernnadelhölzer darauf geschlossen werden kann, daß das Wasser im K e r n an dem Prozeß des Wasseraustausches nicht beteiligt ist, so bestätigt sich f ü r die Kernlaubhölzer diese Feststellung nicht. I n Laubholzarten findet offenbar eine gewisse Teilnahme des Kernwassers am Prozeß des Wasseraustausches statt, dessen Mechanismus vorläufig unklar bleibt. I n jedem Falle ist die Wasserwanderung im Kernholz sowohl längs als auch quer zur Faser weit schwieriger als die Wanderung im Splintholz. Die Erklärung für diesen Unterschied ist im Wesen der Kernbildung zu suchen. Bei einer Reihe von Holzarten besteht dieser Unterschied in der Thyllenbildung, dafür aber besteht bei ihr, wie bei anderen Nadelhölzern, die andere anatomische

68

Die Möglichkeiten zur Steuerung der Durchlässigkeit

Besonderheit, daß die Tüpfel bei den Tracheiden des Splints offen und bei den Tracheiden des Kerns geschlossen sind. Dies ist im Holz lebender Bäume einer Reihe von Nadelhölzern d u r c h DSHAPARIDSE u n d BREGADSE (1940, 1942)

sehr eingehend untersucht worden. Als offene Tüpfel werden Tüpfel mit zentraler Lage des Torus bezeichnet, als geschlossene solche, bei denen der Torus an die Tracheidenwandung angepreßt ist. Trotz des Hinweises dieser Verfasser, daß im trockenen Schnittholz, zum Unterschied vom Holz des lebenden Baumes, ein Unterschied in der Anzahl der offenen und geschlossenen Tüpfel im Splint und Kern nicht bemerkt wird, haben die Spezialisten der Holztechnologie ihre Schlußfolgerung auch auf abgestorbenes, ausgetrocknetes Holz übertragen. Unsere gemeinsame Arbeit mit W. E. MOSKALEWA hat gezeigt, daß sowohl im Kern als auch im Splint von abgestorbenem H o l z d i e T ü p f e l i n d e m S i n n e , w i e D S H A P A R I D S B u n d BREGADSE ( 1 9 4 0 , 1 9 4 2 )

diese Erscheinung beschrieben, geschlossen sind. Wir stehen also vor der Tatsache, daß Splintholz quer zur Faser bei geschlossenen Tüpfeln durchlässig ist. Dieser Umstand drängte dazu, die Aufmerksamkeit auch auf andere mögliche Ursachen für die Unterschiede zwischen Kiefernkern- und -splintholz zu lenken. Es ist verständlich, daß es in erster Linie wichtig war, die Rolle der harzigen Stoffe zu klären. Zu diesem Zweck wurden Proben untersucht, die fast ein Jahr in Petroleum gelagert hatten, das bekanntlich ein gutes Harzlösungsmittel darstellt. Wie zu erwarten war, gelang der Versuch nicht, da das Petroleum, das praktisch keine polare Flüssigkeit ist, das Holz wasserabweisend machte; ein ähnliches Ergebnis wurde auch nach der Behandlung des Holzes mit Terpentin erzielt. Damit hatte sich gezeigt, daß es notwendig ist, zur Vergrößerung der Wasserdurchlässigkeit des Holzes polare Lösungsmittel zu verwenden, die sich mit Wasser in beliebigen Verhältnissen vermischen. Deshalb benutzten wir in Versuchen, die gemeinsam mit W. E. MOSKALEWA durchgeführt wurden, zur Extraktion der harzigen Stoffe Isopropylalkohol. Die zylindrischen Holzproben, die für die Prüfung auf Wasserdurchlässigkeit vorgesehen waren, waren 15 bis 16 mm dick, hatten einen Durchmesser von 48 mm ( I 0,5 mm). Die Extraktion wurde mit einem Gerät nach IWANOW bei der Siedetemperatur des Lösungsmittels (80°) durchgeführt. Vor und nach der Extraktion wurden die Proben nicht extra getrocknet (bei hoher Temperatur) und ihre Feuchtigkeit entsprach etwa dem lufttrockenen Zustand. Die Dauer der Extraktion im Isopropylalkohol betrug bei einem Teil der Proben 22 Stunden, bei einem anderen bis zu SS1^ Stunden und beim dritten 35 Stunden. Die Extraktion wurde solange fortgesetzt, bis die Lösung nicht mehr gefärbt wurde. Es wurden etwa 7 bis 7,5% als Extraktivstoffe entfernt. Sämtliche Proben (22 Stück) waren bei ihrer Prüfung im Gerät (Abb. 5) in radialer Richtung sowohl für eine gesättigte Kochsalzlösung als auch für gefärbtes Wasser in derselben Form (kapillar) wie auch Splintproben durchlässig.

Die Möglichkeiten zur Steuerung der Durchlässigkeit

69

TABELLE 6

Vergleich der Durchlässigkeit

1

Lfd. Nr.

2

Bezeichnung

von Kiefernsplint-

und, -kernhoh für gesättigte

lösung in

Radialrichtung

3

4

Anzahl der Proben

5

6

Durchlässigkeit einer 15 mm dicken Probe mit 12,56 cm 2 Fläche in radialer Richtung min.

max.

Mittel

Kochsalz-

7 durchschnittliche Endfeuchte

cm 3 /Tg 1 2 3 4

Splint normaler Kern behandelter Kern behandelter Kern

8 5 6 4

0,80 0,050 0,64 0,48

5,30 0,122 2,36 2,53

1,60 0,100 1,80 1,3

46,20 15,10 38,80 40,6

Es muß unbedingt hervorgehoben werden, daß die Durchlässigkeit ohne Beteiligung der Hirnflächen (in den Proben die Seitenfläche), die wasserdicht überstrichen waren, geprüft worden war. In Tabelle 6 sind die Vergleichsangaben über die Durchlässigkeit von. Splintholz (kapillar), normalem Diffusionsvorgang und behandeltem (kapillar) Kern für gesättigte (wäßrige) Kochsalzlösung angeführt. Die Tabelle enthält auch die Werte für die durchschnittliche Endfeuchtigkeit der Proben, die in den Splintproben am größten und in den normalen Kernproben am kleinsten war, während sich bei den behandelten Kernproben ein Zwischenwert ergab. Die Feuchtigkeit, die bei behandelten Kernholzproben erzielt wurde, läßt sich offenbar durch die ungleichmäßige Verteilung des Kapillarsystems im Holz erklären, daß sieh als Ergebnis der Behandlung ergab. In Abb. 25 sind Hirnschnitte (a) und Radialschnitte (b) von entharzten Kiefernholzproben abgebildet, die auf die radiale Durchlässigkeit für mit Safranin (I) und Methylenblau (II) gefärbtes Wasser geprüft wurden. Die ungleichmäßige Färbung des Holzes erregt die Aufmerksamkeit. Diese Ungleichmäßigkeit hängt offenbar mit dem oben erwähnten zonenweisen Durchgang der Lösung infolge der nicht vollständigen Herauslösung der harzigen Stoffe aus dem Holz durch die Lösungsmittel zusammen. Gefärbt waren Spätholz und Markstrahlen. Der Durchgang von flüssig tropfbarem Wasser und von Lösungen durch das Holz des entharzten Kerns quer zur Faser läßt keine Zweifel darüber, daß die Behandlung des Kiefernkerns mit Isopropylalkohol diesen bei einem Druck von etwa 1 bis 1,5 m Wassersäule kapillar-durchlässig macht. Dies besagt, daß das Problem einer starken Erhöhung der Durchlässigkeit des Kiefernkerns prinzipiell lösbar ist und auf keinen Fall als hoffnungslos anzusehen ist, wie man sich dies möglicherweise bis jetzt vorstellte. Zur Erklärung dieser Ergebnisse war es wichtig, mikroskopische Untersuchun. gen vorzunehmen. Diese Arbeit wurde gemeinsam mit W. E. MOSKALEWA durch.

70

Die Möglichkeiten zur Steuerung der Durchlässigkeit

geführt und brachte die folgenden Ergebnisse. Harz ist im Splint nur in den Harzgängen, im Kern dagegen auch in den Tracheidenhohlräumen festzustellen (Abb. 26). Da die harzigen Stoffe durch die inneren Öffnungen der Tüpfel in die Hohlräume der Tracheiden eindringen, können sie offenbar die Durchlässigkeit des Holzes für Flüssigkeiten beeinflussen. Dieses stimmt gut mit den Thesen von L. A. I W A N O W (1934) überein, daß das Harz aus dem lebenden Teil des Systems der Harzgänge in den absterbenden Teil mit herabgesetzter Feuchtigkeit gedrückt wird und dort durch die Hoftüpfel

Abb. 2 5 a . Hirnschnitt durch Proben von entharztem Kiefernholz nach deren Prüfung auf Durchlässigkeit für Safranin- (oben) bzw. Methylenblau- (unten) gefärbtes Wasser

Die Möglichkeiten zur Steuerung der Durchlässigkeit

71

in die Tracheidenhohlräume eindringt und später auch in die Zellwände, wenn deren Wassergehalt abnimmt. Demnach sind im K e r n mehr Harze als im Splint. Außer diesem quantitativen Unterschied m u ß man auch mit einem qualitativen Unterschied der harzigen Stoffe zwischen K e r n und Splint rechnen, wie in den Arbeiten von F. T. SOLODKI ( 1 9 3 8 ) , I . W . EILIPPOWITSCH, W . A . WYSSOZKAJA U. a . f e s t g e s t e l l t w u r d e .

Außerdem bestätigten die Mikrountersuchungen die höchst aktive Beteiligung der Markstrahlen, der Spätholztracheiden und der horizontalen Harzgänge a n der

Abb. 25b. Radialschnitt durch entharzte Kiefernholzproben nach deren Prüfung auf Durchlässigkeit für Safranin- (oben) bzw. Methylenblau- (unten) gefärbtes Wasser

72

Die Möglichkeiten zur Steuerung der Durchlässigkeit

Leitung von gefärbtem Wasser. I n der Nähe der befeuchteten Oberfläche wurden fast alle Früh- und Spättracheiden gefärbt, d a n n erfolgte der Übergang zu nicht gefärbten Tracheidenabschnitten u n d schließlich waren nur noch die Markstrahlen, die höchst aktiven Leiter (Abb. 27) gefärbt. Die Bedeutung der Behandlung des Holzes mit Isopropylalkohol betrachten wir nicht nur als Extraktion der Harzstoffe, sondern weitergehend, und zwar als E n t f e r n u n g der alkohöllöslichen Stoffe. Es m u ß erwähnt werden, daß eine Behandlung der Zellwände mit Phloroglucin und schwefliger Säure keine Anzeichen einer Zerstörung (Auflösung) der Wandungen zeigte. Ohne den Einfluß aller vorher genannten Paktoren auf die Durchlässigkeit des Holzes, die b e s o n d e r s v o n L , I . DSHAPARIDSE u n d N . N . BBEGADSE

(1942) sowie ERDTMANN (1939) beschrieben wurde, zu verneinen, müssen wir feststellen, d a ß die Extraktion von harzigen Stoffen aus Kiefernkernholz grundlegend seine Fähigkeiten zur Leitung von Flüssigkeiten nicht nur längs, sondern auch quer zur Faser verändert. Die E x t r a k A b b . 26. Spätholztracheiden von Kernholz, d u r c h tion der Harze aus großen Proben essigsaures K u p f e r grün gefärbt — auf dem F o t o und Sortimenten durch Lösungsdunkel (Zeichen f ü r die Anwesenheit von Harz) mittel stellt eine überaus komplizierte Operation dar. Zur Erhöhung der Durchlässigkeit des Holzes für Holzschutzmittel ist jedoch die Entfernung der harzigen Stoffe nicht unbedingt erforderlich; für diesen Fall genügt es, wenn die Harze im Holz bei der Tränkung unter Druck in einen weniger zähen Zustand durch Erwärmung versetzt werden. I m Zusammenhang mit dem Einfluß der harzigen Stoffe auf die Durchlässigkeit des Holzes ist ein Vergleich zwischen geflößtem und auf dem Landweg angelieferten Kiefernholz von Interesse. Von uns wurde eine Vergleichsuntersuchung in bezug auf die Fähigkeit des einen und anderen Holzes, eine gesättigte Kochsalzlösung zu leiten, durchgeführt. Die Verwendung dieser Lösung ist praktisch von Interesse, da sie die Grundlage f ü r den sogenannten „ T U S L U K " (Salzlake) bildet, in welchem einige Fischprodukte gesalzen und aufbewahrt werden. Andererseits ist sie f ü r Elektrolyte ü b e r h a u p t genügend charakteristisch; einige Elektrolyte aber werden bekanntlich bei der Holzschutzbehandlung angewandt. Die für die Versuche notwendigen P r o b e n aus geflößtem bzw. auf dem Landwege angelieferten Holz wurden mit größtmöglicher

Die Möglichkeiten zur Steuerung der Durchlässigkeit

73

Sorgfalt und unter Einhaltung aller Anforderungen gemäß ZNILtara des Ministeriums für die Fischindustrie der UdSSR vorbereitet. Die Ergebnisse der Prüfung mit einer Anfangsfeuchtigkeit von etwa 10% sind in Tabelle 7 wiedergegeben. Die Splintproben leiteten in allen Fällen die Lösung durch das Holz. Am stärksten war das geflößte Splintholz durchlässig und fast die gleichen Werte ergab das auf dem Landwege angefahrene Splintholz, das von Bläuepilzen befallen war. Das gesunde Holz von der Lieferung auf dem Landwege hatte die geringste quantitative Durchlässigkeit, aber es leitete ebenfalls die Lösung durch. Daraus ergibt sich, daß die Verwendung von Splintholz für die Fertigung von Fässern für flüssige Produkte ohne Anwendung einer speziellen Behandlung der Dauben oder Aufbringen einer Schutzschicht als unzulässig anzusehen ist. Das Kiefernkernholz war in allen Fällen für die Lösung undurchlässig und leitete nur eine geringe Feuchtemenge durch Diffusion, wobei eine niedrige Holzfeuchte bewahrt blieb. Das Salz drang 1,5 bis 2 m m tief in d a s Holz ein (Abb. 28). Zwischen d e m K e r n

Abb. 27. Färbung der Markstrahlen, die am weitesten v o n der befeuchtenden Oberfläche entfernt sind

von geflößtem und auf dem Landwege angelieferten Holz war kein Unterschied in der Durchlässigkeit zu verzeichnen. Auch nach 8 stündiger Lagerung der Proben in kochendem Wasser wurde praktisch kein Unterschied beobachtet, als sie in lufttrockenem Zustand auf Durchlässigkeit geprüft wurden (Tab. 7). Die größere Durchlässigkeit in befallenem Splintholz steht offenbar in Verbindung mit Zerstörungen in den Tüpfeln, die durch Pilze erfolgten, in geflößtem Splintholz dagegen im Zusammenhang mit dem teilweisen Auswaschen eines Teiles der Harze. Die Praxis zeigt, daß die Anwendung einer inneren Schutzschicht die Verluste an Salzlake aus Kiefernfässern deshalb nicht glänzlich beseitigt, weil sich die Schicht leicht ablöst und an den Fugen zerstört wird. Außerdem werden weiche Überzüge, die auf eine unebene Oberfläche aufgetragen werden, offenbar auf Grund des hydrostatischen Druckes durchgedrückt. Die praktischen Erfahrungen zeigen also, daß es nicht'gelingt, die notwendige Undurchlässigkeit von Fässern durch eine Schutzschicht aus hydrophoben plastischen Materialien allein zu erreichen.

74

Die Möglichkeiten zur Steuerung der Durchlässigkeit

Im Zusammenhang damit gingen wir zur direkten Behandlung des Holzes über, um seine Durchlässigkeit für flüssig tropfbares Wasser und wäßrige Salzlösungen zu senken. Unter Ausnützung der hohen Durchlässigkeit des Splints gingen wir zu einer Tränkung mit hydrophoben Stoffen über. Als einer dieser Stoffe wurde Petrolatum, ein billiges Produkt, das auch zur Verwendung als Hilfsstoff bei der Behandlung von Nahrungsmitteln in der Nahrungsmittelindustrie zugelassen ist, benützt. Die Tränkung des Splintholzes mit Petrolatum hatte den Zweck, in ihm nur das System der großen Kapillaren zu füllen, die an der cm3

Zeil Abb. 28. Aufnahme und Durchlässigkeit einer Kochsalzlösung durch Splintholzproben, die mit Bläuepilzen befallen sind. Dicke der Proben 15 mm. Richtung der Durchlässigkeit tangential. Proben I, II, I I I — aus unbehandeltem Holz; 1, 2, 3, 4 — aus mit Petrolatum behandeltem Holz. Die punktierte Kurve kennzeichnet die Kontrollprobe aus Kernholz

Leitung des flüssigen Lösungsmittels zusammen mit dem gelösten Stoff beteiligt sind; sie hatte aber nicht das Ziel, die Hygroskopizität des Holzes zu beeinflussen. Im Gegenteil, wir waren an der Erhaltung der Hygroskopizität und einer gewissen Befeuchtung des Holzes sogar interessiert, weil zur Erzielung eines dichten Verpackungsmaterials der Quellefifekt von Bedeutung ist. Bei den Versuchen wurde Splintholz benutzt, das von Bläuepilzen befallen war und dessen Durchlässigkeit in tangentialer Richtung, ohne Vorbehandlung, aus den Angaben der Tabelle 7 und den Kurven I, I I , I I I in Abb. 28 hervorgeht. Nach der Tränkung mit Petrolatum bei einer Temperatur von etwa 150° C leitete das Holz die Lösung nicht mehr durch und näherte sich der Größe und der Art der Durchlässigkeit dem Kernholz, wie die Darstellung in Bild 28 zeigt. Zu der Analyse der Kurven für die getränkten Proben muß erwähnt werden, daß sie auf dem linearen Abschnitt zu der Kurve der Kernprobe parallel verlaufen, d. h. sie haben die gleiche Intensität der Wasserdurchlässigkeit. Die Untersuchung von getränkten Proben nach der Prüfung zeigt, daß das Salz in das Innere des getränkten Holzes nicht tief eindringt und mit Silbernitrat nur in einer Tiefe von 1 bis 1,5 mm unter der befeuchteten Oberfläche festgestellt werden kann.

Die Möglichkeiten zur Steuerung der Durchlässigkeit •

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