Durch und durch wasserfest

Wasser lässt Holz vermodern und verwittern. Das sieht nicht nur unansehnlich aus, es zerstört das Holz auch allmählich. Dagegen haben die Empa-Forscher nun eine Strategie entwickelt.

Tropenhölzer wie Teak werden gern im Freien benutzt, weil sie äußerst witterungsbeständig sind. Doch so resistent gegen Wasser sind sie nur deshalb, weil die Holzzellen chemische Substanzen wie Flavonoide und Terpene in die engen Räume zwischen den Zellen deponieren. In den Zellzwischenräumen bleibt dadurch kaum mehr Platz für Regenwasser, und so bleibt Teakholz vor Verwitterung verschont.

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Zwischen den Zellen

„Dies lieferte uns die Idee für unseren ersten Versuch“, sagt der Empa-Forscher Etienne Cabane. Zunächst haben er und sein Team versucht, noch mehr Flavonoide in das Holz zu bringen. Als er allerdings die angereicherte Probe einige Stunden ins Wasser legte, lösten sich die Stoffe wieder heraus. Das geschieht, weil die Substanzen nicht chemisch an das Holz gebunden sind. Deshalb verwittert auch Teakholz, allerdings deutlich langsamer.

Die Forscher suchten nun nach anderen Stoffen, die eine ähnliche Schutzfunktion übernehmen können wie die Flavonoide. Eines der dabei wirksamen Prinzipien wären miteinander verknüpfte langkettige Moleküle. Genau das ist auch das Grundprinzip von Polymeren, beispielsweise in Kunststoffen.

Ein Bad im Lösungsmittel bringt Styren in die Zellzwischenräume des Holzes. © Empa

Das Problem des Trägers

Doch solche Moleküle in die Zellzwischenräume zu bringen, ist nicht einfach. Dazu ist eine Trägerflüssigkeit notwendig. Wasser wäre zwar ideal, weil es vom Holz gut aufgesaugt wird. Doch leider lässt dieses die Holzfasern aufquellen und verursacht Mikrorisse in der Zellwand. „Aber genau das wollen wir ja bekämpfen“, sagt Cabane.

Gute Trägerflüssigkeiten, die das Holz nicht anschwellen lassen, sind dagegen chemische Lösungsmittel wie DMSO oder Pyridin. Sie sind zwar weder gesund noch umweltfreundlich, aber mit ihnen konnten die Forscher zeigen, die Idee prinzipiell funktioniert. Dafür brachten sie Styrene, Bausteine des bekannten Kunststoffs Polystyrol, in die Zellzwischenräume und verbanden sie chemisch mit dem Holz und miteinander.

Aus natürlichem Holz wird so ein Holz-Kunststoff-Verbundmaterial. Einerseits verändern die Forscher so die Chemie der Holzoberfläche, anderseits füllen sie den Platz in den Zellzwischenräumen aus. Beides führt dazu, dass das Holz wasserabweisend wird.

Ein Furnier aus dem wasserfesten Holz könnte sogar Waschbecken auskleiden. © Empa

Waschbecken als Praxistest

„Das Holz bleibt selbst dann noch Wasser abweisend, wenn ich es zerkratze“, sagt Cabane, „denn der Kunststoff ist tief im Material drin.“ Tief bedeutet hier jedoch nur wenige Millimeter. Wenn er daher ein dickeres Stück Holz wasserabweisend machen will, muss eine andere Technik her. „Wir bauen im Moment gerade ein Waschbecken“, sagt der Forscher. Dafür schneiden sie das Holz in dünne Schichten, integrieren den Kunststoff und kleben die Schichten dann wieder zusammen – Furnierholz nennt sich das.

Noch ist ihre Forschung nicht ganz am Ziel, denn die Forschergruppe plant, von den schädlichen Trägerflüssigkeiten wegzukommen. Statt Lösungsmittel wollen sie in Zukunft Wasser oder superkritisches Kohlendioxid (CO2) benutzen. Denn diese Stoffe sind nicht nur gesundheitlich unbedenklich, sondern auch in Unmengen vorhanden – ein weiterer Faktor, der für die Massenproduktion von wasserfestem Holz und dessen Akzeptanz bei Konsumenten entscheidend ist.

Amanada Arroyo/ Empa
Stand: 29.04.2016