Funktionalisiertes Holz für intelligente Filtertechnologien
Abstract
Das Ziel des vorliegenden Projektes ist es einfache und vielseitige Funktionalisierungsverfahren für Holz zu entwickeln, die ein völlig neues Anwendungsprofil für Holz-basierte Materialien ermöglicht. Unter Ausnutzung seiner Porosität und Anisotropie soll Holz als Gerüst für das Design von funktionalisierten Werkstoffen dienen. Dafür sollen Holzzellen bzw. die Zellwandstruktur verschiedener Holzarten mit Hilfe von Polymeren modifiziert werden. Synthetische Polymere werden dabei direkt an den Zellwand-Polymeren, mittels in-situ generierten Radikalen von zuvor angebrachten Initiatoren, an-polymerisiert. Dadurch wird eine kovalente Anbindung an die Holzzellstruktur sichergestellt. Durch die entsprechende Auswahl der Monomere erwarten wir, neue Holzeigenschaften zu generieren bzw. diese gezielt auf eine gewünschte Funktion anpassen zu können. Das Basisprinzip für das vorgesehene modulare Modifikationsverfahren konnten wir bereits entwickeln und am Beispiel einer Modifikation mit Polystyrol testen. Der Ansatz funktionelle Polymere direkt an Holz aufzupolymerisieren wäre der erste seiner Art und darüber hinaus eine innovative und grundsätzliche Strategie Holz mit gezielten einstellbaren Eigenschaften zu versehen. Um die Position, Verteilung und schlussendlich die Funktion der eingebrachten Polymere steuern zu können, ist eine umfassende Kenntnis und ein entsprechendes Verständnis sowohl für das verwendete Ausgangsmaterial als auch für das modifizierte Material notwendig. Dafür ist die Verwendung entsprechend fortschrittlicher Charakterisierungstechniken erforderlich. Chemical Force Microscopy (CFM) wird hierbei als entscheidende Charakterisierungstechnik erachtet, da dadurch sowohl die funktionellen Gruppen der Oberflächen des Ausgangs- als auch des modifizierten Werkstoffes direkt zugänglich gemacht werden. CFM ist eine äußerst vielseitige Rasterkraftmikroskop-basierte Methode, mit deren Hilfe man eine Vielzahl funktioneller Gruppen in flüssigen oder gasförmigen Medien mit entsprechend hoher Ortsauflösung untersuchen kann, um auch kleinste Zellwandstrukturen zu erreichen. Als potentielles Anwendungsgebiet dieser funktionalisierten Holzstrukturen werden Membrane für die Abwasserreinigung und Öl-Wasser Abscheider gesehen, da wir speziell in diesem Anwendungsfeld große Vorteile von Holz im Vergleich zu anderen Materialien sehen. Holz ist von Natur aus für den Transport von Flüssigkeiten über längere Strecken optimiert, gleichzeitig weist es hohe mechanische Stabilität auf. Holz steht daher für einen hochporösen Werkstoff mit exzellenten mechanischen Eigenschaften auch im nassen Zustand. Dies ermöglicht beträchtliche Durchsätze und Anwendungen in großem Maßstab. Darüber hinaus versteht sich Holz als erneuerbarer und leicht verfügbarer Rohstoff, der eine zeitgemäße Alternative zu petrochemisch basierten Produkten darstellt.
Funktionelles Holz Chemical Force Mikroskopy Filter Rasterkraftmikroskopie Funktionelle Polymere
Publikationen
Mitarbeiter*innen
Johannes Konnerth
Univ.Prof. Dipl.-Ing. Dr. Johannes Konnerth
johannes.konnerth@boku.ac.at
Tel: +43 1 47654-89159
Projektleiter*in
01.10.2015 - 30.09.2020
Claudia Gusenbauer
Dipl.-Ing. Dr. Claudia Gusenbauer
claudia.gusenbauer@boku.ac.at
Tel: +43 1 47654-89180
Projektmitarbeiter*in
01.10.2017 - 30.09.2020
BOKU Partner
Externe Partner
ETH Zurich, Institute for Building Materials, Wood Material Science Group
Prof. Dr. Ingo Burgert
Partner