Holz ist ein ästhetischer, vielseitig anwendbarer und nachwachsender Werkstoff. Es ist weltweit verfügbar und weist eine große Variation an Arten und Eigenschaften auf. Durch Eigenschaften, wie z.B. geringe Dimensionsstabilität und geringe biologische Dauerhaftigkeit, ist die Verwendung von Holz gegenüber Kunststoff, Metall oder Beton jedoch zunehmend eingeschränkt. Holzmodifizierung zielt darauf ab, diese nachteiligen Holzeigenschaften zu verbessern. Die Konkurrenzfähigkeit des Holzes gegenüber anderen Werkstoffen wird so erhöht. Ein bisher wenig wissenschaftlich untersuchtes Holzmodifizierungsverfahren ist die Behandlung von Holz mit N-Methylolvernetzem, wie z.B. Dimethyloldihydroxyethylenharnstoff (DMDHEU). Das Ziel dieser Arbeit war, die Modifizierung von Holz mit DMDHEU und Derivaten (Holzvemetzung) zu untersuchen. Folgende Fragen waren Gegenstand der Untersuchung: Welche Eigenschaften von Massivholz werden durch den Einsatz formaldehydarmer und formaldehydfreier Vernetzer auf Basis von DMDHEU verändert? Welche Verbesserungen lassen sich durch den zusätzlichen Einsatz verschiedener Katalysatoren und Additive erreichen? Wie lässt sich ein Verfahren zur Holzvernetzung von Massivhoiz industriell umsetzen? Kiefer (Pinus sylvestris) und Buche (Fagus sylvatica) wurden mit DMDHEU, methyloliertes DMDHEU (mDMDHEU) und Dihydroxydimethylimidazolidinon (DHDMI) behandelt. Verschiedene Konzentrationen dieser Vernetzer wurden eingesetzt und außerdem die Wirksamkeit unterschiedlicher Katalysatoren untersucht. Additive, wie z.B. Paraffinemulsionen oder DEG wurden verwendet, um die Wasseraufnahme oder Formaldehydemission zu reduzieren. Prüfkörper wurden mittels drei unterschiedlicher Behandlungsverfahren vernetzt: Das Dry-Verfahren, basierend auf Verfahren aus der Textilindustrie, bestand aus: Imprägnierung, Vortrocknung und Reaktion bei Temperaturen von mehr als 100°C. Das Wet-Verfahren war zum Vernetzen größerer Prüfkörperdimensionen geeignet. Es bestand aus: Imprägnierung und Reaktion bei Temperaturen unter 100°C bei hoher Luftfeuchtigkeit. Das Heißdampfverfahren wurde entwickelt, um die Vorteile der beiden anderen Verfahren zu kombinieren. Dieses Verfahren bestand aus Imprägnierung und Reaktion bei Temperaturen über 100°C in Heißdampfatmosphäre. Die Prüfkörper wurden im Wesentlichen auf Veränderung der Dimensionsstabilität und des Feuchteverhaltens untersucht. Die Dauerhaftigkeit gegenüber Basidiomyceten und Moderfäule wurde mittels Labor- und Feldversuchen beurteilt. Verschiedene mechanische Eigenschaften und die Formaldehydemission aus dem vernetzten Holz wurden gemessen. Durch die formaldehydarmen Vernetzer (mDMDHEU) wurde die Dimensionsstabilität, die Dauerhaftigkeit und die Bewitterungsstabilität des behandelten Holzes erhöht. Mit dem formaldehydfreien Vernetzer DHDMI wurde eine sehr geringe Dimensionsstabilität erreicht. Dieser Vernetzer wurde nicht im Holz fixiert und ist deshalb nicht für die Holzmodifizierung geeignet. Die Dimensionsstabilität von Holz nach der Behandlung mit DMDHEU oder formaldehydarmen Vemetzem (mDMDHEU und mDMDHEU+DEG) stieg mit zunehmender Beladung (WPG) um bis zu 70%. Diese Verbesserung wurde auf die beiden sich ergänzenden Wirkungen „permanente Volumenquellung" und „cross-linking-effect" zurückgeführt. Mit steigendem WPG wurde der Abbau des Holzes durch Pilze reduziert. Besonders gegenüber dem Abbau durch Moderfäule im Erdkontakt wurde eine hohe Resistenz erreicht. Die Dauerhaftigkeit des vernetzten Holzes wurde analog zur natürlichen Dauerhaftigkeit berechnet. Es wurde eine Dauerhaftigkeitsklasse von 1-2 erzielt. Nach der Behandlung von Holz mit dem Dry-Verfahren wurde die Bewitterangsstabilität erhöht. Diese zeigte sich vor allem in geringerer Vergrauung, Verformung, Rissbildung und Erosion der Oberfläche. Durch die Vernetzung mit DMDHEU wurde die Oberflächenhärte des Holzes um bis zu 300% erhöht. Eine Verbesserung der Härte um bis zu 200% zeigte die Behandlung mit mDMDHEU. Die Art und Konzentration der Katalysatoren hatten einen starken Einfluss auf die Qualität und Eigenschaften des vernetzten Holzes. Magnesiumchlorid eignete sich besonders, weil bei geringen Konzentrationen und milden Reaktionsbedingungen eine hohe Fixierung des Vernetzer erreicht wurde. Der Einsatz von Hydrophobierungsmitteln führte zu verringerter Wasseraufnahme des vernetzten Holzes. Durch den teilweisen Ersatz von DMDHEU mit dem Co-Vernetzer DEG wurde der Anteil an Methylolgruppen im vernetzten Holz reduziert und eine geringere Formaldehydemission erreicht. Die Qualität der Vernetzung war stark vom Behandlungsverfahren abhängig. Das Dry-Verfahren war für die Vernetzung von Laborprüfkörpern geeignet, da die höchste Verbesserung der Dimensionsstabilität, Dauerhaftigkeit und Härte erreicht wurde. Mit Hilfe des Wet-Verfahrens wurde es möglich Prüfkörper in größeren Dimensionen zu behandeln, aber das so vernetzte Holz wies eine hohe Formaldehydemission auf. Prüfkörper in größeren Abmessungen mit relativ geringer Formaldehydemission wurden durch die Vemetzung im Heißdampfverfahren hergestellt. Durch Behandlung von Holz mit DMDHEU oder formaldehydarmen Vernetzern (mDMDHEU) wurden Eigenschaften von Massivholz verbessert. Sowohl die Dimensionsstabilität, die Dauerhaftigkeit, die Bewitterungsstabilität und die Härte des vernetzten Holzes wurden abhängig von Vernetzer, WPG, Katalysator und Prozessparameter verbessert. Geeignete Vernetzer sind DMDHEU und mDMDHEU. Mit steigendem WPG wurden die Eigenschaften des vernetzten Holzes verbessert. Ein geeigneter Katalysator war Magnesiumchlorid. Durch die Holzvernetzung war es möglich aus Kiefer und Buche vernetztes Holz herzustellen, welches eine ca. 60% höhere Dimensionsstabilität und eine Dauerhaftigkeitsklasse von 1-2 aufwies. Die Härte des Holzes wurde um das zwei- bis dreifache gesteigert. Optik und Haptik des vernetzten Holzes waren gegenüber dem unbehandelten Holz unverändert.
