Vorhersagbarkeit der Farbänderungen von Holz im Innenbereich – Die Auswertung in Abhängigkeit von der Strahlungsdosis als neuer Ansatz

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Alexander Pfriem
• Fachliche Zuordnung: Polymere und biogene Werkstoffe und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 442135169

Die optischen Eigenschaften des Holzes sind sehr unterschiedlich und abhängig von den im Holz vorhandenen chromophoren funktionellen Gruppen und chromophoren Systemen. Sowohl zwischen verschiedenen Arten als auch innerhalb einer Holzart gibt es zum Teil erhebliche Farbschwankungen. Im Zuge der natürlichen Alterung von Holz kommt es zu Farbänderungen, die vor allem durch Strahlung von ultraviolettem und sichtbarem Licht und der dadurch induzierten Photooxidation hervorgerufen werden. Das Bestreben dieses Vorhabens besteht darin, Kennzahlen in eine datenbasierte Modellierung zu überführen, um die chemischen und farblichen Änderungen von Hölzern anhand der Strahlungsdosis bewerten zu können. Das schließt die Auswertung der Änderungen über Tiefenprofile ein. Insgesamt werden dabei Forschungsprobleme anhand folgender Hypothesen bearbeitet: • Farbliche und chemische Veränderungen im Holz bei natürlicher Sonnenlicht-Exposition im Innenraum (t_n) und bei künstlich simulierter UV/Vis-Exposition im Innenraum (t_k) sind bekannt: a) Wenn es zwischen beiden Expositionen holzartenspezifische Zusammenhänge gibt, dann sind diese mathematisch über eine Ausgleichskurve beschreibbar. Mit dem Verfahren der Verallgemeinerten Kleinste-Quadrate-Schätzung sind die Parameter berechenbar. Für den angenommenen Zusammenhang t_n = z * t_k können dann die Verschiebungsfaktoren (z) ermittelt werden.b) Wenn es zu lichtinduzierten farblichen und chemischen Veränderungen kommt, dann sind diese mit einem strukturentdeckenden Verfahren aus der explorativen Datenanalyse und der multivariaten Statistik (Hauptkomponentenanalyse, PCA) auf Korrelationen prüfbar.c) Wenn die Strahlungsexpositionen kurzfristige farbliche und chemische Auswirkungen haben, dann sind langfristige Veränderungen über lineare Regressionen ableitbar.• Wenn die Sonnenlicht-Exposition in Abhängigkeit von der Zeit angegeben werden kann, dann kann diese auch in Abhängigkeit von der Strahlungsdosis (aufsummierte Flächenleistungsdichte) angegeben werden. • Durch Fensterglas gefiltertes UV/Vis-Licht dringt unterschiedlich tief in die verschiedenen Holzarten ein: Je weiter entfernt die Einwirkung flächenbasierter Strahlungsleistung von der Holzoberfläche ist, desto geringer sind die farblichen und chemischen Änderungen. Wenn die Veränderungen mit zunehmender Eindringtiefe abgeschwächt werden, dann resultieren daraus farblich und chemisch messbare Tiefenprofile in der Holzsubstanz.• Wenn durch die Auswertungen der geplanten Messungen in Abhängigkeit von der Strahlungsdosis, anstatt in Abhängigkeit von der Zeit, aufschlussreiche Erkenntnisse hervorgehen, dann ist eine Vorhersagbarkeit der Veränderungen möglich.• Wenn aus den vorangestellten Forschungshypothesen neu gewonnene Erkenntnisse hervorgehen, dann sind diese bei zu entwickelnden und auf den Werkstoff Holz zugeschnittenen, Materialtests dringend zu berücksichtigen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Privatdozent Dr. Gerald Koch