Projekt 04025/01

Bewertung der Auswaschgefährdung von nicht fixierenden wasserlöslichen Holzschutzmitteln auf Borbasis sowie mögliche Alternativanwendungen zu chromathaltigen Holzschutzmitteln

Projektdurchführung

Deutsche Gesellschaft für Holzforschung (DGfH) e. V.
Bayerstr. 57 - 59
80335 München

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Anorganische Borverbindungen als Holzschutzmittel zeichnen sich durch ihre geringe Toxizität gegenüber Säugetieren sowie die fehlende Dampfphase aus, so daß sie als besonders geeignet für die Verwendung dort erscheinen, wo dauerhaft eine Feuchteanreicherung oder ein Insektenbefall in Innenräumen nicht ausgeschlossen werden können. Nachteilig wirkt sich die leichte Auswaschbarkeit von Bor aus, wodurch bisher nur eine Anwendung in witterungsgeschützten Bereichen möglich ist.
Trotz der seit vielen Jahren erfolgenden Anwendung fehlen gezielte Untersuchungen über den Verlauf einer Borauswaschung sowie Kenntnisse über das Verhalten von borhaltigen Hölzern nach Gebrauch, wo sie nicht mehr vor Witterungseinflüssen geschützt sind.
Durch den Zusatz von hydrophobierenden oder bindenden Stoffen (Naturharze, Paraffine, bzw anorganische zusätze wie Kieselsäure) könnte die Auswaschung von Bor vermindert werden. Daher soll eine mögliche Ausweitung der Anwendung von reinen Borpräparaten im Hinblick auf eine Reduktion chromathaltiger Holzschutzmittel untersucht werden. Das Ergebnis soll eine Neubewertung von Bor als Holzschutzmittel unter Umweltgesichtspunkten ermöglichen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZunächst ist die Entwicklung einer schnellen und einfachen Boranalyse an Holzproben und Auswaschwässern notwendig, anschließend erfolgen gezielte Auswaschversuche im Hinblick auf Lagerung/Transport, Nutzung und Entsorgung borbehandelter Hölzer an verschiedene dimensionierten Proben mit teilweise versiegelten Oberflächen. In Laborversuchen wird der Einfluß von Holzanatomie, -art und Feuchtigkeit auf die Auswaschung, sowie die Auswaschverminderung verschiedener hydrophobierender Stoffe untersucht. An Kombinationspräparate von Bor mit Chromaten, sowie neuartigen chromatfreien, borhaltigen Holzschutzmitteln werden die Wechselwirkung zwischen der Zusammensetzung des Holzschutzmittels und der Auswaschung bestimmt. Je nach Zusammensetzung betragen die Versuchszeiten 2-6 Wochen.
In parallelen Freilandversuchen werden die Laborergebnisse überprüft. Wichtig sind hier die Verwendung praxisgerechter Dimensionen und ausreichend lange Zeiträume.
Möglichkeiten zur Verminderung der Auswaschung werden mit Zinkborat und Wasserglas in verschiedenen Formulierungen zunächst im Labor untersucht


Ergebnisse und Diskussion

Anorganische Borpräparate auf Basis von Borsäure oder Borax hydrolysieren bei Kontakt mit Wasser leicht zu Borat-Ionen. Die Auswaschung ist dabei prozentual unabhängig von der verwendeten Konzentration. Bei höheren Einbringmengen werden pro Zeiteinheit entsprechend größere Mengen Borat-Ionen ausgewaschen.
Der bestimmende Faktor für die Auswaschung ist die Holzfeuchte. Die Auswaschung erfolgt durch Diffusion der Borat-Ionen in der verholzten Zellwand bereits bei Holzfeuchten unter 20%. Damit kommt den Dimensionen eines Bauteils und somit der Feuchteverteilung in ihm große Bedeutung zu: Mit Vergrößerung des Querschnitts vermindert sich die Auswaschung linear.
Das Zell-Lumen ist dagegen für den Transport von Borat-Ionen weniger bedeutend. Dort eingebrachte Stoffe, wie Paraffine, Wachse oder Polymere können die Auswaschung nicht vermindern.
Aus frei bewitterten Balkenabschnitten (Querschnitt 100*65mm²) wurden innerhalb von 9 Monaten 40% der eingebrachten Bormenge ausgewaschen.
Durch Oberflächenanstriche wird die Auswaschung zunächst deutlich vermindert. Nach einer Anfangsphase, die je nach Dichte der Anstriche einige Wochen betragen kann, nimmt der Schutz ab. Die Auswaschung erreicht dann das Niveau unbehandelter Proben, da ausreichende Bedingungen für eine Diffusion im befeuchteten Holz unterhalb des Anstrichs entstanden sind.
Somit ist durch einfache Oberflächenanstriche kein dauerhafter Schutz gegen eine Auswaschung von Boraten möglich.
Borhaltige Anstriche sind trotz eventuell beigegebener hydrophober Hilfsstoffe genauso wie durch andere Verfahren nur oberflächlich aufgebrachte Borate auf die Holzoberfläche und oberflächennnahe Schichten konzentriert. Bei üblicherweise verwendetem trockenem Holz erfolgt kaum eine Diffusion in das Holzinnere. Daher kann durch eine einzige Bewitterung bereits der größte Teil der wirksamen Bestandteile entfernt werden.
Eine Anwendung von oberflächlich mit Boraten behandeltem Holz im Außenbereich ist deshalb nicht sinnvoll.
Aus Kombinationspräparaten mit Chrom und Kupfer werden abhängig von der Zusammensetzung des Salzes aus Laborproben 60-90% der eingebrachten Bormenge ausgewaschen, während im Freiland aus Mastabschnitten innerhalb von 3Jahren ca. 30% Bor, 1,3% Kupfer und 0,4% Chrom ausgewaschen werden.
Borverbindungen mit eringer Wasserlöslichkeit wie Zinkborat zeigten sich als geignet als Leimzusatz bei Holzwerkstoffen. Die Auswaschung von Borat im Freiland beträgt innerhalb von drei Monaten lediglich rund 1% der eingebrachten Bormenge. Die Einbringung in Vollholz war nicht ohne Umsetzungen möglich.
Bor-Wasserglas-Gemische zeigten eine deutliche Reduktion der Auswaschbarkeit
Aufgrund der guten Auswaschergebnisse erscheint die großtechnische Verwendung von borhaltigen Wasserglaslösungen möglich.
Hier besteht weiterer Forschungsbedarf.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Peylo, A. 1993: Borbstimmung im Holz durch Extraktion mit Mannitol. Holz Roh- Werkstoff 51, 335-338
Peylo, A. Willeitner H. 1995: The Problem of Reducing the Leachability of boron by water Repellents Holzforschung 49, S. 211-216.
Peylo, A. 1995: Auswaschung von Boraten aus chemisch geschütztem Holz. Dissertation Fachbereich Biologie, Universität Hamburg 144S.
Peylo, A.; Willeitner H. 1995: Influence of hydrophobic Agents on the Leachability of Boron. 26. Anual Meeting, International Research Group on Wood Preservation, Helsingør, Dänemark, 11-16.6. Doc. Nr. 30064 , 10 S.
Peylo, A.; Willeitner H. 1995: Die Problematik von Bor in der Außenverwendung. 20. Holzschutztagung Rosenheim, 18-19.10.1995. Tagungsband der Deutschen Gesellschaft für Holzforschung S. 31-334.
Peylo, A.; Willeitner H. 1996: Probleme mit Bor bei der Außenverwendung. Holzzentralblatt 122, S. 232.
Peylo, A.; Willeitner H. 1997: Leaching of Boron - More than 3 Years of Field Exposure. 28. Anual Meeting, Intern. Res. Group on Wood Preservation, Whistler, Canada, 25-30.5. Doc. Nr. 30143 , 7 S.


Fazit

Borate sind als Holzschutzmittel trotz der hohen Auswaschgefährdung wegen ihrer geringen Humantoxizität bei gleichzeitig breitem Wirkspektrum ausgesprochen positiv zu bewerten.
Bor wird bereits heute in extrem breitem Umfang als Holzschutzmittel eingesetzt und ist in über 90% aller wasserlöslichen Holzschutzmittel enthalten.
Dies ist gerechtfertigt, wenn der Einsatz eines Biozides auf Grund der bestehenden Gefährdung erforderlich ist und ausreichende Maßnahmen gegen eine Auswaschung während Transport, Lagerung, Nutzung und Entsorgung getroffen werden.