Die Wirkung von Laserstrahlung auf strukturelle, chemische und physikalische Eigenschaften von Holz

Neben den typischen pyrolytischen Abbauprozessen bei der Bearbeitung von Holz mit Laserstrahlung ist auch das Schmelzen als ein sekundärer Umwandlungsvorgang bekannt (Arai, 1976; Necesany, 1979; Klobetzkova, 1980; Necesany, 1986). Geschmolzene Bereiche werden aber in der Regel als negativ für die Qualität der bearbeiteten Holzoberfläche bewertet. In der vorliegenden Arbeit wurde die Einwirkung von Laserstrahlung auf Holz, ausgehend vom Stand der Technik und im Hinblick auf die Veränderung struktureller, chemischer und physikalischer Eigenschaften, mit den nachfolgend genannten Schwerpunkten detailliert untersucht: - die Wechselwirkung zwischen Laserstrahlung und Holz zu erfassen und zu beschreiben, - die Veränderungen der Holzoberfläche und die Bildung von Schmelze durch die Laserbestrahlung zu beschreiben, - die Einwirkung von Laserstrahlung auf Holz zur Erzeugung von Schmelzschichten in einem geeigneten Parameterfeld für Wellenlänge, Wechselwirkungszeit und Intensität experimentell zu untersuchen, - die Eigenschaften der Schmelze zu charakterisieren. Die Absorption der Laserstrahlung variierte im Wesentlichen mit der Struktur des Holzes. Die chemische Zusammensetzung, bzw. die Verteilung von Zellulose, Hemizellulosen und Lignin in der Zellwand führte für die beobachteten Veränderungen zu unterschiedlichen Schwellwerten von Intensität und Wechselwirkungszeit. Es wurden Parameter gefunden, für die nach der Laserbestrahlung die Entstehung einer Schmelzschicht ohne pyrolytische Nebenerscheinungen nachgewiesen werden konnte. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass bei der Bestrahlung mit Nd: YAG-Laser für eine vergleichbare Strahl-Stoff-Wechselwirkung die erforderliche Intensität in Abhängigkeit von der Wechselwirkungszeit um den Faktor 8 bis 1000 größer ist als bei der Bestrahlung mit CO2-Laser. Durch die Laserbestrahlung wurde sowohl das Benetzungsverhalten als auch die Wasseraufnahme der untersuchten Holzarten verändert. Der größte Einfluss der Laserbestrahlung wurde an Fichtenholz beobachtet, während die Laserbestrahlung an Sapelliholz nur geringe Veränderungen ermöglichte.