Chemische Holzschutzverfahren dienen dazu, Holz vorbeugend gegen holzzerstörende oder holzverfärbende Organismen zu schützen oder einen Befall durch diese Organismen zu bekämpfen. Das Ziel des modernen Holzschutzes ist das Sichern einer hohen gleichmäßigen Eindringtiefe des Holzschutzmittels mit einem Verfahren, das wirtschaftlich und umweltfreundlich ist. Die meistgebrauchten Verfahren sind Kesseldruckimprägnierungen (KDI) und Kesselvakuumdruckimprägnierung (KVD), aber mehrere Holzarten (Douglasie, Lärche und Fichte) eignen sich nur bedingt für diese Behandlungen. Mittels Perforation werden manche Erfolge erzielt, allerdings müssen diese genau auf die jeweilige Anwendung des Holzes abgestimmt sein.
Geschichte Wahrscheinlich bestanden die ersten Versuche, Holz zu schützen, im Einreiben oder Streichen der Holzoberfläche mit Substanzen, von denen man sich eine entsprechende Schutzwirkung erhoffte. Durch Versuche wurden die wirkungsvollsten Holzschutzmittel und Verfahren ermittelt. Mit der Industriellen Revolution kamen mehr Möglichkeiten zum Holzschutz und der Bedarf nach behandeltem Holz wurde größer. Dies löste im frühen 19. Jahrhundert eine starke Zunahme von neuen Verfahren und Techniken aus, mit den größten Erneuerungen zwischen 1830 und 1840. In diesem Jahrzehnt haben Bethell, Boucherie, Burnett und Kyan mit zahlreichen Erfindungen Geschichte im Holzschutz geschrieben. Seitdem sind unzählige Erneuerungen, Erfindungen und Verbesserungen von Verfahren entwickelt worden.
Tränkbarkeit
Klassifizierung der Tränkbarkeit In der EN 350-2 wird die Tränkbarkeit von Holz definiert und eine Unterteilung in vier Tränkbarkeitsklassen (gut, mäßig, schwer und sehr schwer tränkbar) vorgenommen. Die Angaben beziehen sich dabei primär auf den Splint und nur in manchen Fällen auf den gesamten Querschnitt. Der Kern ist grundsätzlich nicht imprägnierbar. Bei manchen Holzarten (z. B. Fichte) sind technische Vorbehandlungen für eine erfolgreiche Imprägnierung angegeben (Laserperforation, Bohrperforation oder mechanische Nadelung). Klasse 1: gut tränkbar (Kiefer (Splintholz-Bereich), Buche) Klasse 2: mäßig tränkbar Klasse 3: schwer tränkbar (Douglasie) Klasse 4: sehr schwer tränkbar (Fichte, Lärche) Es ist zu beachten, dass es auch innerhalb einzelner Arten zu einem hohen Maß an Variabilität kommen kann.
Einfluss der Mikrostruktur des Holzes Neben den chemischen Eigenschaften des Tränkmittels und der Prozessgestaltung des Holzschutzverfahrens besitzen die mikrostrukturellen Eigenschaften des Holzes einen großen Einfluss auf die Tränkbarkeit.
Der für die Tränkbarkeit verantwortliche Flüssigkeitstransport im Holz kann auf drei Wegen erfolgen: durch die Zellwände, durch die Tüpfel und über durchgehende Verbindungswege. Einer der wichtigsten Faktoren, die die Tränkbarkeit von Holz beeinflussen, ist die anatomische Richtung des Eindringens. Aufgrund der lang gestreckten Gestalt der Transportzellen besitzt Holz in Längsrichtung eine um ein Vielfaches bessere Tränkbarkeit als quer dazu.
Bei der industriellen Imprägnierung von Nadelschnittholz ist die longitudinale Penetration aufgrund der Schnittholzabmessungen vernachlässigbar im Vergleich zur radialen Penetration. Die radiale Penetration durch Holzstrahlen und die in ihnen enthaltenen Harzkanäle stellt die wichtigste Route dar, durch die Flüssigkeiten in das Splintholz langer Proben eindringen.
Der Flüssigkeitstransport im Laubholz erfolgt auch bei praxisüblichen Schnittholzabmessungen hauptsächlich in den aus zahlreichen Gefäßgliedern bestehenden, longitudinal orientierten Gefäßen. Im Gegensatz zu einer möglichen Verthyllung führen die Gefäßdurchbrechungen im Allgemeinen nicht zu einer Einschränkung des Durchflusses.
Bei einer Imprägnierung von Holz dringt die jeweilige Flüssigkeit zu einem großen Teil über die Tüpfel in das Holz ein. Deren Bau ist damit von entscheidender Bedeutung für die Tränkbarkeit des Holzes.M. Rosenthal, E. Bäucker, C. T. Bues: Holzaufbau und Tränkbarkeit. Zum Einfluss der Mikrostruktur des Holzes auf das Eindringverhalten von Flüssigkeiten. qucosa.de, 2011.
Drucklose Verfahren Es gibt zahlreiche drucklose Holzschutzverfahren, die unterschiedliche Schritte umfassen. Zu den meistgebrauchten Methoden zählen Streichen, Spritzen, Tauchen oder Kalt- und Heißbäder. Es gibt auch eine Reihe von nicht so bekannten bzw. veralteten Verfahren der Aufbringung wie Verkohlen, Diffusionsprozesse sowie die Saftverdrängung.
Streichen und Spritzen Streichen ist ein altes und weit verbreitetes Aufbringungsverfahren. Es findet vor allem im zimmermannstechnischen Bereich Einsatz. Durch technologische Weiterentwicklung ist es auch möglich, Holzschutzmittel mittels Spritzverfahren aufzubringen. Vordringliches Bemühen bei der Formulierung von modernen chemischen Holzschutzmitteln ist die Entwicklung von Wirkstoffen, die trotz geringer Toxizität eine Unterbrechung des Entwicklungszyklus der holzschädigenden Larven garantieren. Hierbei ist die Penetrationstiefe der Mittel von besonderer Bedeutung für die Wirkung der Mittel. Aufgebracht werden können Mittel auf Ölbasis, Glykolbasis sowie manche wasserlösliche und wasseremulgierbare Holzschutzmittel. Eine große Schwierigkeit bei Verwendung wasserbasierter Borate ist das vorzeitige Auskristallisieren des Wirkstoffes im oberflächennahen Bereich. Beim Streich- und Spritzverfahren mit Mitteln auf wässriger oder glykolbasierter Basis ist daher besonders bei trockenen Hölzern eine ausreichende Vorwässerung von Bedeutung. Da die Eiablagen tierischer Holzschädlinge in Ritzen und Spalten erfolgen, ist gerade deren gewissenhafte Behandlung von besonderer Bedeutung. Bei Verwendung von Bauhölzern mit hoher Feuchte bleiben durch den Trocknungsprozess sich nach der holzschutztechnischen Behandlung bildende Risse und Spalten unbehandelt. Bei einer nachträglichen Behandlung im verbauten Bestand ist daher besonders auf eine gründliche Behandlung der Ritzen und Spalten zu achten.
Tauchen Dieses Verfahren besteht aus dem Eintauchen des gesamten Holzes in ein Holzschutzmittelbad über einen Zeitraum von einigen Minuten bis mehreren Stunden.DIN 68800-3:2012-02, Abschnitt 3 „Begriffe“. Damit kann ein Randschutz erreicht werden, d. h. eine Eindringtiefe in der Größenordnung von Millimetern.Michael Stahr (Hrsg.): Bausanierung: Erkennen und Beheben von Bauschäden. 5., erweiterte und aktualisierte Auflage. Vieweg+Teubner Verlag, 2011, ISBN 978-3-8348-1406-7, S. 222. Daneben gibt es auch das sogenannte Kurztauchen, bei dem das Holz nur für Sekunden bis Minuten in der Holzschutzmittellösung verbleibt. Die beim Kurztauchen erzielten Eindringtiefen liegen in der gleichen Größenordnung wie beim Streichen, d. h., es ist nur ein Oberflächenschutz ohne definierte Eindringtiefe erreichbar. Man benötigt für die Tauchverfahren größere Mengen von Mitteln und eine dafür ausgerichtete Anlage zur Durchführung, daher eignen sich diese nicht für kleinere Arbeiten. Häufigstes Anwendungsgebiet liegt in der Behandlung von Holzbauteilen wie Schalung, Listenbauholz, Fenstern und Türen. Häufig finden beim Tauchen auch zusätzlich Farbpigmente Anwendung.
Trogtränkung Das Holz wird für Stunden im Holzschutzmittel untergetaucht, was ein gleichmäßiges und tiefes Eindringen ermöglicht. Angewendet wird die Trogtränkung vor allem bei Schutzsalzimprägnierungen.
Die Deutsche Gesellschaft für Holzforschung (DGfH) hat in einem Merkblatt „Verfahren zur Behandlung von Holz mit Holzschutzmitteln, Teil 2, Nichtdruckverfahren“ das Verfahren für eine solche Eigenüberwachung beschrieben.
Einsatzbereiche Gebrauchsklasse 1, 2 und 3 Ziel Randschutz, wenige mm Eindringung im Randbereich. Verlangt wird: Einlagerung des Holzes über mindestens einen bis mehrere Tage für Holzfeuchten: bis 20 % trocken und halbtrocken bis 30 %, im Sonderfall: feucht bis max. 50 % Schutzmittel (praktisch nur) wasserlöslich Nachbehandlung nicht fixierend (GK 1,2 ohne Prüfprädikat W): Lagerung danach immer regengeschützt fixierend (GK 3 mit Prüfprädikat W): bestimmte Fixierungslagerung, zeitweise (min. 7 Tg.) regengeschützt
Kyanisieren Die Kyanisierung wurde 1823 als ältestes bewusst angewandtes chemisches Holzschutzverfahren von John Kyan, einem Engländer, erfunden. Bei diesem 1832 patentierten Verfahren wurde getrocknetes Holz, z. B. Schwellen oder Telegraphenmasten, in eine 0,67%ige Quecksilber(II)-chlorid-Lösung getaucht. Dieses heute bedeutungslose Verfahren ist nur an der Holzoberfläche wirksam.
Trogsaugverfahren Das ist ein Langzeitverfahren. Die Stämme werden mehrere Tage bis Wochen in das Holzschutzmittel eingetaucht. Wegen dieser Art der Behandlung wird es manchmal auch als Einlagerungsverfahren bezeichnet. Dieses Verfahren wurde bereits im 19. Jahrhundert von Kyan eingeführt. Die erzielten Eindringtiefen und Aufnahmemengen sind von der Holzart (Tränkbarkeit), Holzfeuchte, der Art des Schutzmittels und der Tränkdauer abhängig. Mit zunehmender Tränkzeit verlangsamen sich Schutzmittelaufnahme und Eindringung. Bei getrocknetem Holz muss nach der Behandlung ein zweites Trocknen vorgenommen werden. Pfähle werden nur mit dem gefährdeten Ende in den Trog gestellt. Sie müssen aber mindestens 30 cm über die spätere Erdgleiche hinaus imprägniert werden. Die Hölzer, die in den Trögen untergetaucht werden, müssen gegen Aufschwimmen gesichert sein sowie so gestapelt werden, dass das Holzschutzmittel zu allen Flächen vordringen kann.
Die erzielten Eindringtiefen liegen zwischen 5 und 10 mm, können aber bei Kiefer und Buche auch bis 30 mm liegen. Wegen der geringeren Eindringtiefe gegenüber Druckverfahren soll eine etwas höhere Konzentration gewählt werden. Die Konzentration der wasserlöslichen Lösung muss ständig durch Spindeln überwacht und gegebenenfalls durch Salzzugabe korrigiert werden. Die Mindestkonzentration beträgt 5 % und bei saftfrischen Hölzern 10 %. Dieses Verfahren findet vor allem bei saftfrischen Hölzern Anwendung. Wenn aber Öle oder lösemittelhaltige Präparate verwendet werden, muss das Holz mindestens halbtrocken sein. Dieses Verfahren findet heute trotz seiner ehemaligen Popularität in Europa nur minimale Anwendung.
Heiß/kalt-Trogtränkung Erfunden und patentiert von C. A. Seeley, besteht dieses Verfahren aus wiederholtem Eintauchen von Holz in kalte und heiße Bäder von Holzschutzmitteln. Während des heißen Bades expandiert die Luft innerhalb des Holzes. Nach dem Wechsel zum kalten Bad (oder dem Wechsel zum abgekühlten Holzschutzmittel) entsteht ein gewisser Vakuumeffekt, und dieser führt zu erhöhter Aufnahme. Eine geringe Menge Holzschutz wird auch während des heißen Bades aufgenommen, aber die Mehrheit wird beim kalten Bad aufgenommen. Der Prozess wird mehrmals wiederholt, dabei wird eine Zeiteinsparung gegenüber anderen Trogtränkverfahren erzielt. Jedes Bad dauert 4 bis 8 Stunden, in manchen Fällen auch länger. Die Holzschutz-Temperatur beim heißen Bad beträgt 60 bis 110 °C und beim kalten 30 bis 40 °C. Sowohl wasserlösliche Präparate wie auch Mittel auf Ölbasis können in diesem Verfahren eingesetzt werden. Es wird eine durchschnittliche Eindringtiefe von 30 bis 50 mm erreicht.
Osmoseverfahren Dieser Prozess wurde in Deutschland entwickelt und besteht aus dem Diffusionsprinzip. Ein Holzschutzmittel in pastöser Form wird auf das saftfrische Holz aufgebracht. Danach wird das Holz eng gestapelt und gut abgedeckt, um etwaigen Feuchteverlust zu vermeiden. Die Stapel werden dann 30 bis 90 Tage stehen gelassen, während das wasserlösliche Holzschutzmittel in das Holz hinein diffundiert. In den Vereinigten Staaten und Kanada wird das Osmoseverfahren zur Behandlung von Zaunpfosten sowie zur Nachbehandlung von stehenden Pfosten und Telefonmasten verwendet. Dieses Verfahren wird aber wegen des großen Aufwandes nicht häufig eingesetzt.
Saftverdrängungsverfahren