Freies und gebundenes Wasser
Wasser sitzt im Holz an zwei Orten. In den Zellhohlräumen ist es frei, wie in Rohren. In den Wänden selbst ist es gebunden: Wassermoleküle haften an den Hydroxylgruppen von Cellulose und Hemicellulosen.
Freies (Kapillar-)Wasser füllt Zelllumina und Interzellularräume und ist nur schwach gebunden. Gebundenes (hygroskopisches) Wasser wird von den Hydroxylgruppen der Zellwandpolymere sorbiert, vor allem der Hemicellulosen und der weniger geordneten Cellulose. Der Feuchtegehalt wird als Wassermasse bezogen auf die Darrmasse des Holzes angegeben und kann daher 100 % übersteigen.
Fasersättigungspunkt
Beim Trocknen verlässt zuerst das freie Wasser das Holz, und die Maße ändern sich nicht. Sind die Hohlräume leer, die Wände aber noch voll, ist der Fasersättigungspunkt erreicht, bei etwa 30 % Feuchte. Danach verlässt Wasser die Wände, und das Holz schwindet.
Der Fasersättigungspunkt (FSP) ist der Feuchtegehalt, bei dem die Wände mit gebundenem Wasser gesättigt sind und kein freies Wasser mehr vorhanden ist; im Mittel liegt er nahe 30 %. Unterhalb des FSP ändern sich Abmessungen, Festigkeit und andere Eigenschaften mit der Feuchte, oberhalb kaum. In einem realen Brett trocknet die Oberfläche vor dem Kern und beginnt zuerst zu schwinden.
Ausgleichsfeuchte
Lässt man Holz lange genug in einem Raum liegen, ändert sich seine Feuchte nicht mehr. Es passt sich der Luft an: Bei 20 °C und 65 % relativer Luftfeuchte enthält Holz etwa 12 % Wasser.
Die Ausgleichsfeuchte wird durch Lufttemperatur und relative Luftfeuchte bestimmt und hängt, zumindest bei niedriger und mittlerer relativer Luftfeuchte, wenig von der Holzart ab. Bei 20 °C und 65 % r. F. beträgt sie etwa 12 %. Die Sorptionsisotherme ist sigmoid und zeigt Hysterese: Die Ausgleichsfeuchte bei Desorption ist höher als bei Adsorption. Der Rechner auf dieser Seite verwendet die Hailwood-Horrobin-Gleichung mit den Koeffizienten des Wood Handbook.
Schwindung und Quellung
Holz schwindet in verschiedenen Richtungen unterschiedlich. In Faserrichtung ändert es sich kaum. Quer dazu, entlang der Jahresringe, also tangential, schwindet es etwa doppelt so stark wie in radialer Richtung. Daher kommen Endrisse und verzogene Bretter.
Die Längsschwindung vom frischen bis zum darrtrockenen Zustand beträgt meist nur 0,1-0,2 %, weil die Mikrofibrillen der S2-Schicht fast parallel zur Zellachse verlaufen. Die tangentiale Schwindung ist etwa doppelt so groß wie die radiale; die radiale Schwindung wird unter anderem durch die Holzstrahlen behindert. Der Unterschied zwischen tangentialer und radialer Schwindung verursacht Radialrisse und das Schüsseln von Seitenbrettern.
Warum das wichtig ist
Holz wird auf die Feuchte getrocknet, bei der es später genutzt wird. Dann reißt und verzieht sich das Produkt nicht. Die Feuchte ist auch für die Chemie wichtig: beim Aufschluss, beim Verleimen und beim Imprägnieren.
Schnittholz für beheizte Innenräume wird auf einen Feuchtegehalt nahe der zu erwartenden Ausgleichsfeuchte getrocknet. Die Feuchte beeinflusst die Dichte (die daher bei einer Normfeuchte oder als Raumdichte angegeben wird: Darrmasse pro Frischvolumen), Imprägniergeschwindigkeiten und chemische Reaktionen sowie die Klebfugenqualität beim Verleimen.
Wichtige Fakten
- FSP
- etwa 30 %
- Ausgleichsfeuchte bei 20 °C, 65 %
- etwa 12 %
- Längsschwindung
- 0,1-0,2 %
- tangential : radial
- etwa 2 : 1
- Bezugsgröße der Feuchte
- Darrmasse
- Hysterese
- Desorption höher
Quellen zu diesem Kapitel
- Ross R.J. (ed.) Wood Handbook: Wood as an Engineering Material. General Technical Report FPL-GTR-282. Madison, WI: USDA Forest Service, Forest Products Laboratory, 2021.
- Sjöström E. Wood Chemistry: Fundamentals and Applications. 2nd ed. San Diego: Academic Press, 1993.
- Азаров В.И., Буров А.В., Оболенская А.В. Химия древесины и синтетических полимеров: учебник. 2-е изд. СПб.: Лань, 2010.