Ist thermobehandeltes Holz besser gegen Feuchtigkeit beständig?

Was ist thermobehandeltes Holz und wie verbessert die thermische Modifizierung die Feuchtigkeitsbeständigkeit?

Definition und Verfahren der thermischen Modifizierung bei thermobehandeltem Holz

Wenn Holz einer Wärmebehandlung unterzogen wird, durchläuft es einen speziellen Erhitzungsprozess, bei dem keine Chemikalien verwendet werden. Die Temperatur liegt dabei zwischen etwa 180 und rund 220 Grad Celsius in diesen mit Dampf gefüllten Kammern. Was passiert im Inneren? Grundsätzlich gibt es drei Schritte bei dieser Umwandlung. Zuerst folgt die Trockenphase, in der jegliche Feuchtigkeit aus dem Holz entfernt wird. Danach wird die Hitze stark erhöht, wodurch jene Bestandteile des Holzes abgebaut werden, die Wasser besonders leicht aufnehmen. Schließlich kühlt alles langsam ab, um sicherzustellen, dass das Holz nach der Behandlung stabil bleibt. Dieser Ansatz unterscheidet sich von herkömmlichen Druckimprägnierungen, da keinerlei toxische Substanzen hinzugefügt werden, um das Holz zu schützen. Stattdessen geht es allein darum, was geschieht, wenn Holz starker Hitze ausgesetzt wird, wodurch es länger hält und widerstandsfähiger gegen Feuchtigkeitsschäden im Laufe der Zeit wird.

Wie die Wärmebehandlung die Hygroskopizität und die Wasseraffinität reduziert

Wenn die thermische Modifikation die Hemicellulose abbaut, also den Teil des Holzes, der am stärksten Feuchtigkeit bindet, reduziert dies laut einer Studie des Instituts für Holzwissenschaften des vergangenen Jahres die Hydroxylgruppen um etwa die Hälfte. Dadurch nimmt das Holz insgesamt deutlich weniger Wasser auf als unbehandeltes Standard-Holz – tatsächlich zwischen 30 und 40 Prozent weniger. Besonders bemerkenswert ist, wie stabil der Gleichgewichtsfeuchtegehalt bleibt, selbst wenn die Luftfeuchtigkeit Werte von bis zu 90 % erreicht. Das bedeutet, dass das Risiko unerwarteter Ausdehnung oder Schrumpfung des Holzes stark vermindert ist, was sowohl für Bauunternehmer als auch für Möbelhersteller von Vorteil ist.

Wissenschaftliche Übersicht: Wichtige strukturelle Veränderungen während der thermischen Modifikation

Die Einwirkung von Hitze führt zu zwei entscheidenden strukturellen Veränderungen:

1. Vernetzung von Lignin : Bildet feuchtigkeitsresistente Bindungen, die die Dimensionsstabilität verbessern
2. Kristallinität von Cellulose : Verringert den Abstand zwischen Mikrofibrillen und begrenzt so das Eindringen von Wasser

Eine 2021 durchgeführte Studie in Holzwissenschaft und Technologie wurde festgestellt, dass diese Veränderungen die feuchtigkeitsbedingte Verformung um 40–60 % verringern, was erklärt, warum thermisch modifiziertes Holz unter feuchten Bedingungen seine Formstabilität beibehält.

Chemische Veränderungen im Holz während der thermischen Behandlung, die die Feuchtigkeitsbeständigkeit verbessern

Abbau von Hemicellulose und deren Rolle bei der Verringerung der Feuchtigkeitsaufnahme

Die kontrollierte Pyrolyse während der thermischen Behandlung baut Hemicellulose ab und eliminiert bis zu 85 % ihrer Acetylgruppen – zentrale Bindungsstellen für Wasser. Dieser Abbau reduziert die Fähigkeit des Holzes, Feuchtigkeit aufzunehmen und zu speichern, um bis zu 50 % im Vergleich zu unbehandeltem Holz und verändert grundlegend sein hygroskopisches Verhalten.

Strukturelle Modifikationen von Lignin und Cellulose in thermisch modifiziertem Holz

Der Wärmebehandlungsprozess löst drei synergistische chemische Veränderungen aus:

1. Lignin-Umstrukturierung : Vernetzungsreaktionen erhöhen die Hydrophobie
2. Teilweise Kristallisation der Cellulose : Reduziert die zugänglichen Hydroxylgruppen um 30–40 %
3. Depolymerisation der Hemicellulose : Entfernt zuckerbasierte Feuchtigkeitsanzieher

Diese Modifikationen minimieren gemeinsam die Wasseraffinität, während die mechanische Festigkeit erhalten bleibt.

Verringerung der Hydroxylgruppen und Verbesserung der Gesamtwasserabweisung

Wenn Holz einer thermischen Behandlung unterzogen wird, beeinflusst dies die amorphen Bereiche in der Cellulosestruktur, in denen Hydroxylgruppen (-OH) normalerweise Wassermoleküle binden. Als Nächstes geschieht etwas sehr Interessantes: Die Oberflächenenergie verändert sich stark. Statt wasserfreundlich bei etwa 45–50 mN/m zu sein, wird das Holz wasserabweisend, wobei die Werte auf etwa 28–32 mN/m sinken. Das bedeutet, dass Regenwasser wie Perlen auf der Oberfläche liegen bleibt, anstatt einzudringen. Untersuchungen haben ebenfalls beeindruckende Ergebnisse gezeigt. Nachdem sie 24 Stunden lang kontinuierlich unter Wasser getaucht waren, nahmen thermisch behandelte Proben etwa 60 Prozent weniger Feuchtigkeit auf als unbehandeltes Holz unter vergleichbaren Bedingungen.

Forschungserkenntnisse: Chemische Analyse von thermisch behandeltem Holz

Aktuelle FTIR-Spektroskopie-Studien bestätigen, dass die Wärmebehandlung:

• Den Hemicellulosegehalt um 42–65 % reduziert, abhängig von der Art
• Die relative Ligninkonzentration von 25–30 % auf 35–40 % erhöht
• Esterbindungen erzeugt, die gegenüber Hydrolyse resistent sind

Diese chemischen Verschiebungen erklären, warum wärmebehandeltes Holz eine Gleichgewichtsfeuchte unter 12 % beibehält, selbst bei 90 % relativer Luftfeuchtigkeit.

Niedrigere Gleichgewichtsfeuchte (EMC) bei thermisch behandeltem Holz: Ursachen und Vorteile

Thermisch modifiziertes Holz erreicht bis zu 50 % niedrigere Gleichgewichtsfeuchte im Vergleich zu unbehandeltem Holz und verändert dadurch seine Reaktion auf Umgebungsfeuchtigkeit.

Verständnis der EMC-Reduktion in wärmebehandeltem Holz unter wechselnder Luftfeuchtigkeit

Die Einwirkung von Temperaturen zwischen 180 °C und 230 °C führt zum Abbau von Hemicellulose und verringert die Dichte der Hydroxylgruppen – entscheidende Faktoren für die Feuchtigkeitsaufnahme. Dadurch weist thermisch behandeltes Holz eine geringere Feuchteaufnahme auf und behält 9–12 % Gleichgewichtsfeuchte bei 85 % relativer Luftfeuchtigkeit. Im Gegensatz zu unbehandeltem Holz, das sich unter feuchten Bedingungen ausdehnt, zeigt modifiziertes Holz eine dimensionsstabile Veränderung von €1 %.

Vergleichsdaten: Gleichgewichtsfeuchte bei unbehandeltem im Vergleich zu thermisch modifiziertem Holz

Eine Metaanalyse aus dem Jahr 2024 an 27 Holzarten ergab:

Diese Stabilität bleibt über mehrere Zyklen erhalten: Thermisch behandeltes Holz nimmt während der Rückfeuchtung nur 35%der ausgetriebenen Feuchtigkeit wieder auf, im Vergleich zu 90 % bei unbehandelten Proben.

Langfristige Leistungsvorteile durch stabilen Feuchtigkeitsgehalt

Die reduzierte EMC liefert messbare Vorteile:

• 12–15 Jahre verlängerte Nutzungsdauer bei Terrassenbauprojekten
• 83 % weniger Schimmelbefall-Beschwerden (Wood Protection Association 2023)
• Vermeidung feuchtebedingter Verzugswartung in humiden Klimazonen

Dadurch, dass die innere Feuchtigkeit unter 10 % gehalten wird, widersteht wärmebehandeltes Holz sowohl biologischem Verfall als auch mechanischer Beanspruchung und eignet sich daher ideal für Außenbau, Saunen und andere feuchte Umgebungen.

Dimensionsstabilität thermisch modifizierten Holzes in feuchten und Außenbereichen

Wie die Wärmebehandlung Quellen und Schwinden unter feuchten Bedingungen minimiert

Wenn Holz einer thermischen Behandlung unterzogen wird, baut sich die Hemicellulose ab und die Hydroxylgruppen nehmen ab, wodurch die Feuchtigkeitsaufnahme um etwa 60 % verringert wird. Letztes Jahr in den Materialwissenschaften veröffentlichte Forschungsergebnisse zeigten, dass Thermo-Holz nur noch etwa 40 % dessen behält, was normales Holz in Bezug auf die Reaktion auf Feuchtigkeitsschwankungen aufweist. Tests bei hoher Luftfeuchtigkeit (rund 90 %) ergaben, dass Quellen und Schwinden um 60 bis 70 % sank. Auch das Innere verändert sich auf faszinierende Weise: Die Zellwände bilden wasserabweisende Polymere aus, die praktisch als Barriere gegen Ausdehnung und Zusammenziehung durch normale Feuchtigkeitsschwankungen in der Umgebung wirken.

Leistung von Thermo-Holz unter wechselnden Klimabedingungen

Tests haben ergeben, dass wärmebehandeltes Holz bei Feuchtigkeitswerten zwischen 30 und 90 Prozent über einen Zeitraum von zwei Wochen dimensionsmäßig nur um etwa 0,8 Prozent oder weniger verändert. Feldbeobachtungen in besonders kalten Regionen, wo die Temperaturen im Winter auf minus 25 Grad Celsius sinken und im Sommer bis auf plus 35 Grad ansteigen können, zeigen ebenfalls Interessantes. Thermowood-Verkleidungen behalten nach fünf vollen Jahren eine Ausrichtung innerhalb von etwa 1,2 Millimetern pro Meter bei. Das ist tatsächlich dreimal besser als das, was wir typischerweise bei herkömmlichen druckimprägnierten Holzvarianten sehen. Der Grund? Während der Wärmebehandlung wird die Zellstruktur verändert, sodass das Holz kein Wasser mehr durch winzige Kanälen im Inneren aufnimmt. Dadurch entstehen weniger Spannungen im Material während der häufigen Gefrier- und Auftauzyklen in kälteren Klimazonen.

Fallstudie: Wärmebehandeltes Holz in Außenbelägen und Fassadenanwendungen

Eine 5-jährige Studie über thermobehandelte Eschenholz-Deckingplatten in den baltischen Küstengebieten zeigte:

• Wasserabsorption : 23 % geringer als bei unbehandeltem Holz
• Spaltbildung : 0,5 % Breitenvariation im Vergleich zu 2,1 % bei Zedernholz
• Oberflächenrissigkeit : durchschnittliche Tiefe von 0,8 mm im Vergleich zu 2,4 mm bei tropischen Harthölzern

Fassaden aus diesem Material erforderten 73 % weniger Nachjustierungen nach der Montage als herkömmliche Hölzer.

Brancheneinblick: Hohe Stabilität ohne chemische Holzschutzmittel

Betrachtet man die neuesten Zahlen aus der Holzverarbeitungsindustrie aus dem Jahr 2024, entscheiden sich rund 84 Prozent der Hersteller von Architekturholz für thermisch modifiziertes Holz, wenn sie ein langlebiges und präzises Material für Außenprojekte benötigen. Warum? Diese Holzart hält einen Feuchtigkeitsgehalt von unter 6 % auch unter normalen klimatischen Bedingungen aufrecht, was sie bezüglich Witterungsbeständigkeit mit Kunststoff-Verbundwerkstoffen vergleichbar macht, jedoch im Laufe der Zeit weiterhin natürlich abbaubar bleibt. Möglich wird dies nicht durch nachträglich zugesetzte chemische Zusätze, sondern durch natürliche Veränderungen während des Erhitzungsvorgangs. Im Zuge der Verarbeitung wandelt sich das Lignin im Inneren des Holzes in stabile Netzwerkstrukturen um – ähnlich wie beim Karamellisieren von Zucker – und verleiht dem Holz so seine besonderen Eigenschaften, ohne dass zusätzliche Behandlungen nötig wären.

Feuchtigkeitsaufnahme und feuchtebedingtes Verhalten von thermisch behandeltem Holz

Experimentelle Ergebnisse zur Feuchtigkeitsaufnahme bei thermisch modifiziertem Holz

Untersuchungen zeigen, dass wärmebehandeltes Holz in ähnlichen Umgebungen etwa 35 bis 50 Prozent weniger Feuchtigkeit aufnimmt als normales, unbehandeltes Holz. Betrachtet man die Daten einer Studie, die 2021 in der IOP Conference Series veröffentlicht wurde, so ergab sich eine interessante Erkenntnis speziell bezüglich thermisch modifizierter Kiefer. Das behandelte Holz erreichte seinen Feuchteausgleich etwa 2,3-mal schneller als normale Holzproben und stoppte bei lediglich 12 % Feuchtigkeit, selbst wenn es sehr hohen Luftfeuchtigkeitswerten wie 90 % ausgesetzt war. Woran liegt das? Tatsächlich baut der Erhitzungsprozess einen Bestandteil namens Hemicellulose innerhalb der Holzstruktur ab. Und was ist bemerkenswert? Dieser Bestandteil macht etwa 85 % der natürlichen Wasseraufnahmefähigkeit von unbehandeltem Holz aus.

Verhalten bei zyklischer Feuchtigkeitsbelastung und praktische Bedeutung

Bei wiederholter Belastung mit Wechseln zwischen 30–90 % Luftfeuchtigkeit zeigt wärmebehandeltes Holz folgendes Verhalten:

• 72 % geringere Dimensionsveränderung als unbehandeltes Holz (gemäß Haltbarkeitsnorm EN 335)
• Keine Rissbildung nach mehr als 50 Zyklen
• Konsistente Haftung für Farben und Beschichtungen

Diese zuverlässige Leistung macht es besonders geeignet für Badezimmer, Saunen und Küstenbauten, in denen tägliche Feuchtigkeitsschwankungen üblich sind.

Direkter Vergleich: thermisch behandeltes vs. unbehandeltes Holz hinsichtlich der Wasseraffinität

Labor-Eintauchtests zeigen deutliche Unterschiede:

Die dauerhafte Verringerung von Hydroxylgruppen durch thermische Modifizierung erzeugt eine hydrophobe Zellstruktur, wodurch die Wasseranbindung um 54–68 % bei verschiedenen Arten reduziert wird.

FAQ

Was ist thermisch behandeltes Holz?

Thermisch behandeltes Holz ist Holz, das einem Wärmebehandlungsprozess ohne Verwendung von Chemikalien unterzogen wurde. Diese Behandlung verbessert seine Haltbarkeit und Feuchtigkeitsbeständigkeit.

Wie verringert die thermische Modifizierung die Wasseraufnahme von Holz?

Die thermische Modifizierung beinhaltet den Abbau von Hemicellulose, die Reduzierung von Hydroxylgruppen und die Erhöhung des Ligningehalts, was alles zur geringeren Wasseraufnahme beiträgt.

Welche Vorteile bietet thermisch behandeltes Holz?

Thermisch behandeltes Holz bietet erhöhte Feuchtigkeitsbeständigkeit, Formstabilität, längere Nutzungsdauer und weniger Pilzbefall. Es eignet sich ideal für Außenanwendungen.

Ist thermisch behandeltes Holz umweltfreundlich?

Ja, das Verfahren verwendet keine Chemikalien und verbessert die natürlichen Eigenschaften des Holzes, wodurch es sowohl umweltfreundlich als auch nachhaltig ist.