Oberflächeneigenschaften von Holz mittels Adhesion-Force AFM
Abstract
Kurzfassung - Oberflächeneigenschaften von Holz mittels Adhesion-Force AFM Holz ist mit Abstand der bedeutendste nachwachsende Rohstoff. Aufgrund des exzellenten Verhältnisses von Festigkeit und Dichte wird Holz unter anderem im Bauwesen für tragen Konstruktionen, für Möbel oder für die Zellstoff- und Papierproduktion sehr geschätzt. Aktuelle Forschungsinitiativen lassen sich auch auf das große Interesse für den Einsatz von verholzten Rohstoffen für Bioraffinerie- und Bioenergie-Anwendungen zurückführen. Die hervorragenden Festigkeitseigenschaften basieren mitunter auf dem komplexen, zellularen und hierarchisch gestalteten Aufbau. Auf Zellwandebene ist im Besonderen die lokale Verteilung und Wechselwirkung der einzelnen Zellwandpolymere immer noch nicht vollständig geklärt. Die Untersuchung von Holzoberflächen ist besonders herausfordernd, da diese unter anderem als weich, porös, ungleichmäßig, selbstverschmutzend, vorwiegend hydrophil, hygroskopisch und anisotrop beschrieben werden und darüber hinaus noch erhebliche lokale Dichtevariationen aufweisen. Aktuelle Forschungsergebnisse zeigten signifikante Unterschiede in der Adhäsion von Klebstoffen an unterschiedlichen Holz-Zellwandelementen auf und führten uns zu ersten Untersuchungen der Oberflächeneigenschaften von Holz-Zellwandteilen mittels „Adhäsions-Kraft“ Rasterkraftmikroskopie (AFM). Hierbei konnten deutliche Unterschiede der Adhäsionskräfte zwischen Sekundärzellwand S2 und innerer Lumenoberfläche der S3 festgestellt werden, die auf lokale Unterschiede in der Oberflächenpolarität zurückgeführt wurden. Basierend auf den Ergebnissen dieser Vorversuche wird mit dem vorliegenden Forschungsantrag eine systematische Untersuchung der Oberflächeneigenschaften auf nano Skala vorgeschlagen. Als Hauptmethode soll dabei AFM-basiertes Adhäsionskraft-Mapping Anwendung finden, eine Methode die im Bereich der Holz-Materialforschung bislang noch kaum etabliert ist. Als erster Schritt sollen dabei grundlegende Unterschiede der einzelnen Zellwandelemente untersucht werden. Unterschiede in der Polarität der Zellwandkomponenten sollen dabei mittels gezielter Beeinflussung der Umgebungsfeuchtigkeit verstärkt werden. In einem weiteren Schritt sollen Unterschiede in der Oberflächenladungsdichte der Zellwandpolymere für die Kontrastgenerierung in Elektrolytlösungen herangezogen werden. Da sich die einzelnen Zellwandkomponenten chemisch grundlegend voneinander unterscheiden, wir von deutlichen resultierenden Unterschieden in den lokalen chemisch-physikalischen Eigenschaften ausgegangen. Wir gehen von der Hypothese aus, dass diese neue Perspektive auf die Holzoberfläche einen signifikanten Betrag zu einem besseren Verständnis für die Verteilung der Zellwandpolymere in der Zellwand leisten kann und zusätzlich zu einem besseren Verständnis für diverse Adhäsions-Phänomene (Holzwerkstoffe, Papier,…) führen kann.
Rasterkraftmikroskopie Polarität Adhäsion Holz Oberfläche
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